耐盐柳树育种关键技术创新与应用

• 收藏
• 分享

获奖名称：

科学技术奖

获奖区域：

江苏省

获奖等级：

三等奖

主要完成人：

李敏; 张健; 杨庆山; 魏海霞; 唐季云; 李玉娟; 王莹; 马祥建; 刘德玺; 张远; 施忠华

关键词：

关键;  育种;  技术;  关键技术;  树;  柳树;  创新与应用;  创新;  耐盐;  技术创新; 

第一完成单位：

江苏沿江地区农业科学研究所

获奖时间：

2016

项目名称：

强耐盐碱乔木速生柳新品种选育

联系人：

袁春新

联系电话：

0513-87571236

电子邮件：

448725005@qq.com

邮编：

地址：

江苏省如皋市郭园镇薛窑

合作完成单位：

山东省林业科学研究院; 南通市通州区林业技术指导站

单位电话：

0513-87571186;87571182

传真：

0513-87571250

网址：

推荐单位(专家)：

南通市科学技术局

摘要：

　　1、研究背景 　　2009年《江苏沿海地区发展规划》上升为国家发展战略，规划指出：到2020年江苏沿海地区将新围垦土地270万亩，其中60%用于农业，20%用于生态。而滨海盐碱地由于临近海面，经常受海水冲击，造成这些地区土壤条件恶劣，土地生产力低，难于建立植被，因此许多沿海地区景观差，生态效益低下。同时我国主要林木育种技术相对落后使得可供滨海盐碱地绿化造林的林木品种少，极大限制了滨海 盐碱地林业及生态建设的发展。 　　柳树是我国最重要的乡土树种之一，其分布广泛、喜光耐寒，喜湿耐旱，抗逆性强，繁殖容易，在水土保持、盐碱地改造、重金属污染土壤与水体修复、城市园林绿化、营造工业用材林和能源林等方面有着广阔的应用前景。因此对柳树育种关键技术进行创新与运用，对选育的耐盐新品种进行快速繁育可加速培育一批优质耐盐柳树良种，迅速提高沿海滩涂林业的生态功能和经济功能。 　　项目组自2006年开始针对我国东部沿海地区盐碱地耐盐林木品种少，育种周期长，育种效率低等问题开展了耐盐柳树育种与栽培技术研究与应用，取得了一系列原创性技术成果。 　　2、主要科技创新内容 　　2.1优化柳树杂交育种技术体系，加快柳树育种进程。 [属220.15林木遗传育种学；附件知识产权证明专利1.1（2）、（4）、（5）、（6），其他证明8.1（1）、（2） ] 　　2.1.1定向选择耐盐亲本，可长期低温保存。 　　2.1.1.1 模拟盐碱地建立盐池，稳定鉴定亲本耐盐能力。 　　通过隔离层、瓜子片层、固土层、支撑层、透气层等结构建立一种保护地多功能用植物耐盐性测定盐池，填入不同盐浓度的滨海盐碱土来测定亲本耐盐能力，稳定性好，不受外界环境干扰，可周年实验。 　　2.1.1.2 低温保存亲本，可周年进行杂交试验。 　　在12月中旬选择花枝消毒，然后用预处理液处理，再凝胶处理，再用脱水防冻溶液处理，最后超低温保存。可保存柳树育种材料2年以上，解决杂交亲本异地、花期不一等问题。 　　2.1.2发明促进乔木柳提早开花结实的方法，可提前两年开花结实。 　　针对乔木柳树体高大授粉危险性高，花期不一杂交难等问题，项目组2月中旬从已进入生育期的乔木柳上选取无病虫害的花枝，按亲本间行直插，次年1月份中旬后，每15天喷施柳条促花液至3月上旬；结实期间每10天在柳树花枝上喷施柳条保果液直至4月中旬收种子。本技术促使乔木柳扦插苗一年就可开花结果，比传统方法可缩短两年，缩短了柳树良种投产周期，提高单位时间遗传增益。 　　2.1.3发明柳树液体杂交授粉法，可室外进行大面积杂交。 　　上午采集田间大蕾期的柳树雄花，干燥通风一昼夜，待花粉爆出后过筛，再放入干燥器后贮存冰箱备用。配制柳树专用花粉液体营养液与花粉充分混均，选择晴天上午对开放雌花喷洒授粉。本技术可大量节省柳树授粉用时，在室外获得大批种子。 　　2.1.4 发明促进柳树杂交的方法，可室内高效杂交。 　　早春采集雌花枝并疏剪侧枝与多余花芽以集中养分，用专用营养液进行离体培养，隔5天更换。如花期晚于雄花则套袋并用二氧化碳气体催花，开花后及时授粉。本技术主要用于柳树室内杂交，操作简便，杂交高效。 　　2.1.5 发明柳树杂交种子发芽的方法，提高种子发芽率。 　　果荚半裂时采集种子并去茸毛，用含激素湿纱布包裹12小时，再将种子平铺基质中，喷柳树发芽调节剂，并保持湿度与温度。本技术发芽速度快，发芽率高。 　　由以上四种发明形成的育种技术体系可使柳树杂交结实率可提高80%，选育耐盐柳树的季节周期减少7-10天。 　　2.2 独创柳树耐盐性早期鉴定技术，迅速鉴定柳树耐盐能力。[属220.20森林培育学；附件知识产权证明专利1.1（3）；其它证明8.1（1），8.4（3）] 　　林木的耐盐性是许多性状相互作用的一种综合表现，目前国内外还没有统一完善的指标鉴定系统，不同林木由于其耐盐方式和耐盐机理不同，具有不同的耐盐能力。传统鉴定方法是在盐碱地种植的基础上通过比较其存活率、生长量，鲜干重比进行鉴定，由于林木生长期长、评价其生长性状、物候性状、生长期等费时费力、误差大、效率低且受外部环境干扰，准确率差。 　　2.2.1 模拟盐碱地建立盐池，准确鉴定子代耐盐能力。 　　采用盐池模拟不同盐分的实地盐碱地土壤条件，结构简单，稳定性好，受外界天气条件干扰少，一年四季都可进行生产或实验，可快速准确鉴定柳树的耐盐性。 　　2.2.2 发明柳树耐盐性早期鉴定技术，快速高效筛选子代。 　　项目组利用光照培养箱设立光温环境，通过将嫩枝插入海水稀释的不同质量浓度含盐量的溶液中。植株在质量浓度最高溶液里可正常生根即代表该品种具有该质量浓度的耐盐性。本技术易掌握，鉴定时间速度快；所需实验材料少，可在7天内高效、快速鉴定出柳树耐盐性，误差小，效率高，应用广泛。 　　以上两种技术可以稳定准确地鉴定出子代的耐盐能力，克服了野外鉴定法鉴定时间长、鉴定误差大，准确性低等缺陷。 　　2.3选育耐盐柳树新品种，促进沿海滩涂生态建设。[属220.15林木遗传育种学；附件知识产权证明专利1.1（7）；植物新品种权1.2（1）、（2）、（3）；论文4（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）；其他证明8.2（1）、（2），8.3（2）、（3）、（4）、（7）、（8）、（9）、（10）、（12） ] 　　2.3.1 育成一批耐盐柳树新品种，其中海柳1号（20140129）、渤海柳1号（20130017）、渤海柳2号（20130088）获得国家林业局新品种权；“9901”旱柳（鲁S-SV-MP-003-2011）、“盐柳1号”北沙柳（鲁S-SV-SP-004-2011）通过山东省林木品种审定委员会的审定。 　　品种简介： 　　（1）海柳1号（20140129） 　　落叶乔木，雌株。主干竖直，树皮灰褐色有纵裂；新枝红褐色，老枝灰紫色；顶端优势明显，腋芽萌发力强，分枝较早，侧枝与主干夹角45-60°；叶片长达5-14cm，宽1.5-3.0cm，叶柄微红、较长；耐盐碱，可在含盐量0.4%盐碱地里直插生根，耐水淹，适应性广。 　　（2）“9901”旱柳（鲁S-SV-MP-003-2011） 　　落叶乔木，雄株。顶端优势强，主梢优势旺盛，树干通直圆满，尖削度小，树冠窄呈锥形。侧枝细、分枝角度小，枝条多且分布均匀紧凑，枝叶茂密。绿叶期长，比速生柳J172发芽早5-7d，落叶晚7-10d。不定根发达，苗木30cm以下主干均能生大量不定根，极耐水湿，受水淹2个月不影响生长。能在含盐量0.3%-0.4%的盐碱地生长良好，在湖泊滩涂、内陆低湿地、沙荒地、盐碱地均可栽植。 　　（3）“盐柳1号”北沙柳（鲁S-SV-SP-004-2011） 　　落叶乔木，雄株。树干较直，树干和枝条金黄色，侧枝错落有致，枝条细长下垂。适应性强，耐干旱瘠薄。在中度盐碱地上生长良好，在0.4%的盐碱地上造林，栽植的0.5cm粗容器苗，秋后可长到胸径4-5cm，2年可长到6-8cm。 　　（4）渤海柳1号（20130017） 　　落叶乔木，雌株。主干通直，顶端优势极强，嫩尖肉红色，生长期干皮黄绿色。侧枝分布均匀，粗细均匀，分枝角度中等，平均值为50°。叶片长披针形，平均长15cm，宽2.2cm，叶柄长1.4cm，叶缘细锯齿状。枝条在立秋后逐步变色，颜色随着天气变冷加深，由褐红色到落叶时变成紫色，顶端色泽尤重。适应范围广，可适宜多种不同类型的土壤，在0.3%-0.4%的盐碱地上生长良好。 　　（5）渤海柳2号（20130088） 　　落叶乔木，雄株。树干通直，顶端优势明显。树皮青绿色，开裂不明显。树冠窄，侧枝分枝角度45-50°，侧枝较细，分枝密集，自然整枝能力强。叶片长披针形，叶柄长1cm以上。根系发达，在砂质土壤上根系密集，水平分布为主，抗风，抗雪压。极耐水湿，适应范围广，可适宜多种不同类型的土壤，抗旱、抗寒、耐瘠薄。在土壤含盐量0.3%-0.4%的砂质土壤上育苗，当年扦插苗胸径可达3-5cm，高度3.5-5m，扦插后生长两年胸径可达6-8cm，高8-9米。 　　2.3.2 以选育的新品种“海柳1号”为例，进行耐盐性表型、生理及分子实验研究，验证了其耐盐能力达0.4%以上。 　　（1）耐盐性表型试验研究 　　选用龙柳、垂柳、旱柳、竹柳、L0903、L0911（海柳1号）、柳85-68、柳85-70这8种柳树插穗，分别扦插在NaCl浓度为0、0.2%、0.4%、0.6%的溶液中进行叶片盐害程度、根萌动天数、萌芽天数、茎高及存活率的观察和统计。研究表明：随着NaCl浓度的增加，对柳树生长的抑制越来越大。龙柳、垂柳、旱柳在低盐浓度下生长就受到了抑制说明其是敏盐柳树，竹柳、L0903、L0911、柳85-68、柳85-70在低盐浓度下能正常的生长，在0.4%以上盐浓度下生长受到抑制说明其是耐盐柳树。 　　（2） 耐盐性生理试验研究 　　选用L0911（海柳1号）、L0903和L0906 3种耐盐柳树进行耐盐试验，并进行相关形态指标和生理生化指标的测定和分析。在不同NaCl质量浓度下（0，0.2%，0.4%）胁迫35天后测定的各项生理指标表明：盐胁迫后，三种耐盐柳树中POD活性随着盐浓度的增加呈先升后降趋势，L0911活性最大时比对照增长了1.5倍；L0911的SOD活性随着盐浓度升高而增大，而其他两种柳树SOD呈先升后降趋势；三种柳树中L0911的丙二醛含量积累得最少；三种柳树中只有L0911可溶性蛋白含量随着盐浓度升高而增大；L0906脯氨酸含量随盐浓度升高而下降，而L0911和L0903脯氨酸含量随着盐浓度的增大先升后降，但L0911脯氨酸含量积累得最少。生理生化反应趋势表明，三种耐盐柳树中L0911耐盐性最好。 　　（3） 耐盐性分子试验研究 　　从“海柳1号”中克隆出SaVP1基因全长为2295bp，共编码764个氨基酸，通过阳性克隆酶切鉴定，分离出两个VP1基因。分离得到这两类基因的核苷酸相似性为72.83%，其编码的氨基酸序列相似性为81.21%。分别对耐盐柳树“海柳1号”与敏盐柳树“旱柳”进行了不同盐浓度和盐处理不同时间的SaVP1基因的Q-PCR表达分析，“海柳1号”中根中VP1s总表达表达量低于旱柳，叶片中的VP1s高于旱柳，在盐浓度200mmol/L下，随着盐胁迫时间的延长，旱柳根两个VP1呈不断上升，而L0911中两个VP1.1均呈现先下降和上升的趋势，VP1.1在72小时达到最低值， VP1.2基因在48小时处达到最低值。在叶片中，旱柳VP1.1和VP1.2均呈现逐渐下降的趋势。L0911中的VP1s基因均呈现先下降后上升的趋势，与根中的趋势一致。结果表明VP1.1基因在“海柳1号”中受盐诱导明显。 　　进一步将“海柳1号”的SaVP1基因采用浸花法转拟南芥中。阳性转基因拟南芥的筛选与分子鉴定。转基因阳性植株能正常生长呈现绿色，而阴性植株会逐渐黄化死亡。对转基因拟南芥植株耐盐性检测，在耐盐表型方面统计结果表明：含有100 mmol/L NaCl的1/2MS培养基上，转SaVP1.1基因拟南芥萌发率为85±4.7%，其根和子叶均能正常生长；而转SaVP1.2基因拟南芥萌发率为45±5.2%，主根和子叶生长速度慢；野生型拟南芥萌发率为31.5±2.3%，幼根短小、子叶展开困难，所有材料在未处理的1/2MS培养基萌发率为95.3±2.5%。从生理方面检测可知OE植株中抗氧化酶活上升幅度一般高于野生型，说明两个VP1都能提高盐胁迫条件下拟南芥的抗氧化能力。比较两个同源SaVP1基因，VP1.1转基因植株维持了更高的胞内SOD、POD和CAT活性，因此可以更有效的清除氧自由基，转VP1.1OE植株膜质的过氧化程度也较低。 　　2.4发明沿海盐碱地柳树直插成苗技术，快速繁育耐盐柳树种苗。[属220.20森林培育学；附件知识产权证明专利1.1（1），论文4（8），其它证明8.3（1）、（5） 、（6）、（11），8.4（1）、（2）] 　　2.4.1发明盐碱地柳树直插成苗技术，解决了耐盐种苗繁育问题。 　　从盐碱地整理、直插时间控制、柳条选择、柳穗处理、后期管理等关键环节入手，形成系统的柳树盐碱地直插技术流程，可在土壤含盐量0.4%以下的滨海盐碱地上直接生产耐盐柳树种苗，成活率可达97.3%，成本低且省时省力。 　　2.4.2 研究林木困难立地栽培技术，解决了盐碱地生长难题。 　　分别从土壤改良、盐碱地整理、选用壮苗、种植时间、水分管理、肥料管理、返盐处理、涂环栽植及绑扎扶正培土等九个方面总结出沿海滩涂耐盐林木困难立地栽培技术，并在江苏、山东、浙江、天津、河北等地沿海地区造林。 　　3、本项目与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较 　　柳树原产我国，全世界共有520多种，除了澳洲和南极洲之外，各大洲都有其天然分布，主要集中在亚热带区域。其中我国有257种122个变种，是最重要的乡土树种之一，我国每年育成一批柳树良种以满足城市园林绿化与现代林业的发展需要，因此，我国的柳树育种水平代表着世界的先进水平。柳树最常用的为杂交育种方法，现将我们的优化杂交育种方法与常规杂交育种方法进行比较如下表： 　　常规杂交育种方法与优化杂交育种方法对比表 　　比较项目 常规杂交育种方法 优化杂交育种方法 　　操作措施 按季节操作 可周年操作 　　杂交结实率 40%左右 提高80%以上 　　种子成活率 60%－85% 可达97%以上 　　育种周期 40－45天 30－35天 　　耐盐性鉴定时间 1个生长周期 7－10天 　　盐碱地种苗繁育速度 一般 快速 　　备注： 　　1）涂忠虞.柳树育种与栽培[M].江苏科学技术出版社，1982。 　　2）涂忠虞，潘明建，郭群，等.银芽柳的选育[J].江苏林业科技，2000，27（2）：1-11。 　　3）张继明，张彩军，郭俊.柳树杂交育种研究[J].内蒙古林业科技，2001，1：9-13。 　　4）潘明建，郭群，王宝松.中国柳树育种概述[J].中国造纸学报（2004增刊） ，2004，109-112。 　　5）王源秀，徐立安，黄敏仁.柳树遗传学研究现状与前景[J].植物学通报，2008，25（2）：240-247。 　　6）施士争.柳树的园林应用类型与改良[J].西北林学院学报，2008，23（4）：200-204。