苹果自花结实性种质资源评价、创制及应用

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获奖名称：

神农中华农业科技奖科学研究类成果

获奖区域：

中国农学会

获奖等级：

一等奖

主要完成人：

李天忠; 刘志; 宋国柱; 吕天星; 姜峰; 李宏建; 王冬梅; 宋哲; 杨锋; 闫忠业; 姜孝军; 黄金凤; 王颖达

关键词：

苹果;  花;  结实性;  s基因型;  花柱;  授粉;  技术;  种质;  快速;  特异; 

第一完成单位：

中国农业大学

获奖时间：

2018-2019

项目名称：

联系人：

联系电话：

电子邮件：

邮编：

地址：

合作完成单位：

中国农业大学; 辽宁省果树科学研究所; 辽宁省绿色农业技术中心

单位电话：

传真：

网址：

推荐单位(专家)：

来源网站：

中国农学会

来源网址：

http://www.caass.org.cn/

摘要：

果树产业是促进农民增收和脱贫致富的重要产业，苹果作为我国第一大水果，是我国果树产业中的重要种类，年净利润1200亿元左右。然而苹果多为自花授粉不结实（自交不亲和性），因而生产上必须严格配置授粉品种，采用蜂类昆虫授粉，这样就增加了授粉成本，加之缺乏授粉树的科学选配方法而导致严重影响产量，同时也因授粉不均匀导致偏斜果多而影响质量，生产比较效益低，年效益损失40亿元以上。为此，项目组自1997年起，针对上述瓶颈问题，持续近二十年攻关，取得如下创新成果：1. 系统揭示了苹果花柱抑制花粉管生长的物质及其调控机制，创建了基于S基因型的苹果授粉品种一键式精准选配方法。率先建立了“多步蛋白层析+洗脱蛋白体外添加培养花粉验证功能”的苹果花柱蛋白纯化与鉴定技术，挖掘出抑制花粉管生长的花柱蛋白S-RNase，系统揭示了花柱S-RNase抑制花粉管生长的机制及调控网络；克隆获得13个新的S单元型基因（编码S-RNase），明确了同源染色体多态性S单元型基因所组成的S基因型与授粉亲和性的决定性关系；破解了S单元型基因序列相似性极高导致设计特异性引物难的瓶颈，建立了准确、快速、稳定鉴定苹果S基因型的技术体系，构建了包含品种名、S基因型、父母本等信息中、英、日文的1000余份苹果资源S基因型数据库（http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~hort/apple/ch/）。该数据库可根据用户录入的苹果品种检索出与之相互授粉亲和、部分亲和、不亲和的品种，实现苹果授粉品种一键式精准选配，有效解决苹果产业上因缺乏授粉品种亲和性选配科学依据而导致坐果少、产量低、效益差的问题，为我国乃至世界苹果授粉品种选配提供了基础平台。2. 建立了苹果自花结实性种质资源综合评价体系，研发出快速、自花结实性可预见苹果育种方法。建立了自花授粉坐果率-花柱中花粉管生长状态-花粉活力“三合一”评价自花结实性、与相同S基因型自交不亲和性品种相互授粉的“花粉侧/花柱侧”变异解析、自交后代S基因型分离比鉴定的“S因子/非S因子”判定的综合评价体系，从100余份苹果主栽品种中评价出4份自花结实性特异种质。以自花结实性特异种质为亲本配置杂交组合，建立温室“实生后代种子提早播种-冷棚幼苗抚育延长生育期-翌年春顶接矮化中间砧提早开花”的缩短童期技术，应用后缩短育种周期4~5年，快速测算出苹果自花结实性特异种质杂交后代遗传力指数，确定了1份自花结实性高频遗传的特异种质，作为自花结实性可预见育种核心亲本材料，筛选出95份自花结实性新种质，为培育新品种奠定了种质基础。破解了苹果斑点落叶病抗病机制，开发出杂交育种预先选择性SNP分子标记，准确率达100%。实现了苹果自花结实性育种快速、准确、高效。3. 育成苹果自花结实性系列新品种，建立了配套的花果保障技术，实现了栽种单一品种自花授粉正常高产的新模式。以自花结实性高频遗传特异种质为亲本设计出15个杂交组合，快速培育出‘岳艳’、‘岳冠’和‘岳华’3个苹果自花结实性系列新品种，丰产性好、品质佳，抗斑点落叶病和轮纹病，综合性状优良，在优质大苹果栽培北界以北的部分寒冷地区栽种表现良好，目前已在辽宁、吉林、河北等5省市示范推广，特别是在辽宁近年新植苹果中约占80%。同时，针对自花结实性苹果品种自然授粉坐果不稳定、果实种子偏少且端正果率低的问题，建立了以研制出的保果塑形一体化复合型生物制剂及花期精准施用为核心的自花结实性苹果花果保障技术，显著增加了果实商品性。实现“一个果园只栽种单一自花结实性品种，不配置授粉树也可获得正常高产”的产业策略。项目育成新品种3个，授权专利6项，登录新基因13个，发表相关论文75篇，编写书籍1部，其中The Plant Cell等SCI刊源论文21篇。项目技术成熟，应用推广191.15万亩，两年累计提供常年从业岗位38.1万个，为果农提供优质苗木415万株，获社会经济效益53.4亿元。部分成果获中国园艺学会华耐科技奖特等奖。