油橄榄杂交F₁代表型遗传变异及童期选择研究

Genetic variation and selection of the representative in F₁ genotype of olive hybrid

摘要

目的 从油橄榄杂交实生苗中筛选出生长势较强的单株，为选育短童期品种提供科学依据。 方法 以甘肃陇南地区主栽品种莱星和鄂植8号分别作为父母本进行杂交选育，测定杂交后代生长性状指标，通过表型变异分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析综合评选生长势良好单株。 结果 相比于正交组合，莱星×鄂植8号反交组合实生苗生长指标的最大值、最小值、极差、平均值、标准差和变异系数更大，鄂植8号作为母本时，更容易将生长势强的性状遗传给后代。株高、基径、叶间距3个生长指标在正反交后代间存在显著差异，且变异系数大于20%，后期具有较高的选择潜力；实生苗株高、基径、叶间距、叶片长度、叶片宽度之间均存在极显著的正相关性；在欧氏距离10处，两个组合的实生苗按生长势强弱均聚为4类；正反交均提取出2个具有代表性的主成分，累计方差贡献率分别达到89.04%和86.39%，结合两种筛选方法，鄂植8号×莱星杂交F₁代中生长势良好的单株共24株，入选率为33%。莱星×鄂植8号F₁代中生长势良好的单株共16株，入选率为27%。 结论 在油橄榄杂交育种中，杂交组合顺序是童期选择的关键环节，选择合适的杂交顺序有利于提高童期预选的效率，莱星和鄂植8号这两个品种中，鄂植8号做母本，实生苗整体生长势更好。株高、基径，叶间距、叶长、叶宽、叶形指数均可作为童期生长势选择指标。筛选出的生长势较强单株，明显提高了整体样本的平均值，可优先作为筛选短童期育种材料的群体。

Abstract

Objective To screen out individual plants with high growth vigor from hybrid olive seedlings and to provide a scientific basis for breeding short-growing varieties. Method The main varieties Ezhi-8 and Leccino were used as parents for cross breeding in the Longnan area of Gansu Province，the phenotypic indexes of the F₁ generation were measured and analyzed，the individuals with good growth vigor were comprehensively selected by phenotypic variation analysis，correlation analysis，cluster analysis and principal component analysis. Result Compared with the orthogonal combination，the maximum，minimum，range，mean，standard deviation and coefficient of variation of the phenotypic indexes in Leccino×Ezhi-8 reciprocal cross combinations were higher；when Ezhi-8 is used as the maternal parent，it is easier to pass on the strong growth potential to the offspring.There were significant differences in plant height，basal diameter and leaf spacing between the reciprocal crosses，and the coefficient of variation was more than 20%，which had high selection potential at the later stage.There were significant positive correlations between seedling height，basal diameter，leaf spacing，leaf length and leaf width.With a Euclidean distance of 10，the seedlings of the two combinations are grouped into four categories according to their growing strength.Through principal component analysis，two representative principal components were extracted from the two hybrid combinations，and the cumulative variance contribution rate reached 89.04% and 86.39%，respectively.Combining two screening methods，there were 24 individual plants with good growth in the hybrid F₁ generation of Ezhi-8×Leccino，and the selection rate was 33%.In the hybrid F₁ generation of Leccino×Ezhi-8 there were 16 individual plants with good growth and the selection rate was 27%. Conclusion In olive cross breeding，the sequence of cross combinations is a key link in childhood selection，and selecting a suitable sequence of combinations is conducive to improving the efficiency of childhood preselection.Among Leccino and Ezhi-8，Ezhi-8 is the female parent，and the overall growth of seedlings is better.Plant height，basal diameter，leaf spacing，leaf length，leaf width and leaf shape index can be used as indicators for the selection of growth potential in childhood.The screened individual plants with high growth potential significantly improved the average value of the whole sample，which can be used as the population for screening short childhood breeding material.

Graphical abstract

关键词

油橄榄 / 杂交育种 / 童期，优良单株，F₁代实生苗

Key words

olive / cross breeding / juvenile phase / good individual plant / F₁ seedling

油橄榄（Olea europaea L.）原产于地中海地区，是世界著名木本油料树种，其鲜果冷榨而成橄榄油，橄榄油具有营养保健功能，是世界公认的植物油皇后^［1］。我国于20世纪60年代大规模引进油橄榄，历时近60 a引种成功，在8个省市区建立了油橄榄种植基地，其中甘肃省陇南市武都区成为全国最大油橄榄生产基地^［2］，栽培面积近1.3万hm^{2 ［3］}。虽然该地区气候条件与原产地相似，但微小的环境变化也会引起新引进品种的优良性状表现不佳，且该地区主要以群众荐优为主，品种单一，产业发展缓慢，想要挖掘更多性状优良的品种，促进产业做大做强，就需要对引种材料进行选育，获得新的优良品种^［4-5］。杂交育种是油橄榄种质创新的必要手段，但在自然条件下油橄榄实生树的童期长达15~20 a，这给油橄榄选育带来了很大的困难，淘汰童期长的单株是前期选育的重要环节^［6-7］，因此，通过选择童期较短的单株，不仅可以获得早实性的油橄榄新品种，而且可以缩短杂交育种的进程。

国内外对童期选择研究已有大量报道，有研究指出，童期长短是植物的一种遗传属性，选择不同的亲本，其杂交后代童期会表现出明显不同^［8］。胡桂兵等^［9］研究荔枝品种间交配亲和性时发现，不同亲本组合的杂种苗群体，其早花性也不相同。李先明等^［10］在梨杂种子代的童期研究中发现，16个不同亲本类型的杂交组合，杂种子代始花年限存在差异。Santos-Antunes等^［11］研究发现，油橄榄不同品种子代实生树的童期长短与其亲本的童期长短相关。也有研究发现，经济林果树童期长短与生长势也有关系，Visser^［12］通过对苹果杂种实生苗的研究发现，实生苗童期长短与干径之间存在显著负相关，并将干径作为童期的预选指标。李载龙等^［13］对梨树杂种实生苗的研究发现，童期长短与株高呈显著负相关，并将其作为童期鉴定的指标。李金花等^［14］在研究不同品种油橄榄杂交组合实生苗中发现，生长势的早期选择指标不仅为苗高和地径，Ⅰ级分枝数及分枝总长、主干节间长和净光合速率均可以作为早期选择指标。关于油橄榄杂交后代的研究，前人大多关注大田中杂交后代生长性状与童期长短的关系，但对于1~2 a树龄实生苗温室初选的情况研究较少。因此，本研究以陇南地区主栽品种莱星、鄂植8号正反交2 a树龄杂交实生苗为试验材料，对生长势指标进行遗传变异分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析，综合评价不同杂交组合实生苗生长情况，旨在选出不同杂交组合中生长势强的实生苗，为短童期实生苗的早期选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试验材料为甘肃省林业科学研究院油橄榄工程技术中心选优的良种莱星和鄂植8号正反交获得的F₁代树龄2 a的实生苗，鄂植8号×莱星代表正交，文中用Ⅰ表示，实生苗71株；莱星×鄂植8号代表反交，文中用Ⅱ表示，实生苗58株。

1.2 试验方法

两亲本均种植于甘肃省林业科学研究院在陇南市武都区两水镇段河坝村的油橄榄种质基地，杂交后代的获得及其培养情况如下：2019年春天，以两个亲本互为父母本进行人工杂交。选择花序上发育较好、个体较大、花蕾裂为明显十字形即将开放的花朵2~8朵，用小镊子夹住花瓣连同雄蕊一起拉掉，其余不去雄的花朵全部摘除，用毛笔蘸取少量采集的父本花粉，轻轻涂抹在雌蕊柱头上，重复2~3次直至肉眼看到柱头上沾有花粉，套上透光的硫酸纸袋，用绳子绑紧封口。完全双列杂交试验，3次重复，秋季9 月中旬收集果实，并将采集的果实，经果肉脱离、清洗处理后获得F₁代杂交种子。

2020年4月初经穴盘点播，6月下旬分别对单株实生苗进行编号并定植于实验大棚，进行常规管理。2022年6月测定株高、基径、叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶间距等生长指标。株高、基径用游标卡尺进行每株测量，取平均值。叶片长度、叶片宽度和叶间距：取每株单株的中上部叶子，用游标卡尺测量叶子最长和最宽的部分，并测定两个叶子之间的间距，单株重复3次。叶形指数通过叶片长度与宽度比值计算所得。

1.3 统计分析

利用 Excel 2010 进行平均值、变异系数的统计分析，利用 SPSS22.0软件进行相关性分析、聚类分析和主成分分析。按公式（1）计算变异系数（CV），按公式（2）计算主成分综合得分。

CV=S/X（1）

式中：S为标准差，X为某一总体指标的平均值。

F=（F₁×第一主成分累计方差贡献率+F₂×第二主成分累计方差贡献率）（2）

式中：F₁、F₂分别为第1主成分、第2主成分得分值。

2 结果与分析

2.1 生长性状的遗传变异分析

由表1可知，不同杂交组合的实生苗生长势表现不同。莱星×鄂植8号反交组合中各表型指标的最大值、最小值、极差、平均值、标准差和变异系数均高于鄂植8号×莱星正交组合。对实生苗的表型特征值进行t检验，结果发现：叶片长、叶片宽、叶形指数正反交后代间没有显著差异，而株高、基径、叶间距在正反交后代间存在显著差异，说明株高、基径、叶间距3个性状更容易受正反交组合的影响。可见，莱星×鄂植8号的反交组合实生苗生长势更好，将鄂植8号作为母本时，更容易将生长势强的性状遗传给后代。

由变异系数可以看出，2个杂交组合的变异系数大小呈现相同变化趋势，由大到小依次为：株高>叶间距>基径>叶片宽>叶片长>叶形指数。各指标变异系数均大于10%，株高变异系数最大，分别为33%、30%；其次是叶间距和基径，分别达到27%、26%和21%、18%，说明这3个表型指标在杂交后代中出现了广泛的遗传分离现象，具有较高的选择潜力。

2.2 生长性状的相关性分析

不同杂交组合生长势指标的相关性分析见表2~3。正反交组合中，株高、基径、叶片长度、叶片宽度、叶间距5个指标间互相呈现极显著正相关，与叶形指数的相关性略有不同。鄂植8号×莱星的正交组合中，株高、叶间距与叶形指数呈正相关，但不显著。基径、叶片长度与叶形指数呈极显著正相关，叶片宽度与叶形指数呈极显著负相关。莱星×鄂植8号的反交组合中，株高与叶形指数呈显著正相关。基径与叶形指数呈正相关，但不显著；叶片长度、叶间距与叶形指数呈极显著正相关，叶片宽度与叶形指数呈极显著负相关。由此可见，植株长势越高、基径越粗，叶片长势也越好，因此，株高、基径、叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶间距均可作为早期选择的指标。

2.3 生长性状聚类分析

由图1~2可知，在欧式距离10处，正反交实生苗按生长势强弱聚为4大类。其中第1类群因生长势的特殊性均单独聚为一类，表现为正交中的A59，其株高在后代群体中最高，为48.5，基径最粗，为4.08，叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶间距在群体中也最大，各指标高出样本平均值1.2倍左右，生长势表现最好；反交中的a51，其株高在后代群体中最矮，为5.10，基径最细，为1.75，叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶间距在群体中也最小，各指标低于样本平均值，生长势表现最弱。正交第4类群和反交第2类群，整体生长势最弱，植株较矮，基径细，叶片最小，株高平均值小于7.0 cm，基径平均值小于2.0 cm，叶片最窄，叶形指数较大。正交第3类群和反交第4类群，生长势在4个类群中处于中间，植株株高趋近于样本平均值，基径较粗，叶形指数和叶间距较小，总体来看这个群体生长势代表了F₁代实生苗大多数的生长状况。正交第2类群和反交第3类群分别含样本29株、20株，占样本总数的41%和36.2%，均表现为株高、基径、叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶间距等表型高于总体平均值，生长均匀整齐，生长势较强。因此，初步从正交F₁代中筛选出生长势较强的单株30株：A59、A24、A61、A7、A70、A36、A6、A11、A4、A3、A1、A35、A56、A21、A58、A23、A28、A12、A5、A38、A45、A22、A69、A71、A2、A54、A39、A55。A60、A57；从反交F₁代中筛选出生长势较强的单株20株：a53、a54、a18、a19、a56、a58、a24、a5、a1、a2、a52、a21、a4、a22、a17、a55、a20、a57、a23、a3。

2.4 生长性状的主成分分析

分别对正反交F₁代群体生长势指标进行主成分分析，结果表明（表4）：以特征值大于1为主成分筛选标准，正反交组合中6个性状均可以提取为2个主成分。其中，第1主成分贡献率分别达到69.52%、64.17%，均是株高、基径、叶间距特征向量绝对值较大，起主要决定作用，第2主成分贡献率分别为19.52%、22.29%，叶形指数和叶长作用最大。2个主成分在正交中特征值分别为4.17和1.17，累计贡献率达到89.04%；反交中特征值分别为3.85和1.34，累计贡献率达到86.39%，可以反映不同杂交组合F₁代生长势的主要特征信息。

利用2个主成分的特征值和载荷数值，计算得出每个主成分的特征向量，根据特征向量和性状指标，分别计算各个品种在每个主成分上的赋值F₁、F₂。将2个主成分的得分值代入综合评价函数公式（2），计算2个主成分的综合得分（F），并根据综合得分对各品种进行排序，结果如表5和表6。

综合聚类分析和主成分分析的排名，正交F₁代中生长势良好的单株有：A59、A24、A61、A7、A70、A36、A6、A11、A4、A3、A1、A35、A56、A21、A58、A23、A28、A12、A5、A38、A45、A22、A69、A71，共24株，入选率为33%。

反交F₁代中生长势良好的单株有：a53、a54、a18、a19、a56、a58、a24、a5、a1、a2、a52、a21、a4、a22、a17、a55，共16株，入选率为27%。

3 讨论与结论

杂交育种是植物遗传性状改良的重要手段之一，根据选优目标，遗传变异越大，从杂交后代中选出优异单株的概率越高，产生的新基因型，其性状很可能比双亲更有优势。选育成败的关键还在于亲本选择及杂交顺序^［15］，杂交时同一品种作为父本或母本，对后代的影响不同，其后代性状表现也存在一定差异^［16］。本研究中莱星×鄂植8号反交组合中各表型指标的最大值、最小值、极差、平均值、标准差和变异系数均高于鄂植8号×莱星正交组合，这与纪飞扬等^［17］在不同品种板栗正反交后代中，果实性状子代平均值反交大于正交的结果一致，说明对于陇南主栽品种莱星和鄂植8号这对组合来说，早期想要选择生长势较好的单株，反交更适合。而这一结果与何军等^［18］在枸杞新品系杂交中，正交后代的果实性状显著大于反交的结果相反，这可能是本研究中反交单株数较少，群体规模较小，结果上可能存在一定的偶然性，影响了遗传分析的结果。由于杂交育种是遗传因子与环境互作的结果，同一品种在不同环境中往往会表现出较大的差别。

变异系数表示表型性状值离散性程度，变异系数越大，性状值离散程度越大，表型性状值在居群中的整体稳定性越差^［19］，遗传改良的潜力也就越大^［20］。通过分析不同品种油橄榄正反交后代表型性状的变异系数发现，两个杂交组合的变异系数大小呈现相同变化趋势，由大到小依次为：株高>叶间距>基径>叶片宽>叶片长，且变异系数均大于10%，杂交后代中出现了广泛的遗传分离现象，具有较高的选择潜力。株高、基径和叶间距变异系数达到20%以上，说明这3性状适应能力更强，后期选择潜力更大，更容易通过杂交育种进行改良。

本研究相关性分析显示，株高与基径、叶片长度、叶片宽度、叶间距之间呈现极显著正相关，与叶形指数也呈正相关，表明株高和基径越大，单株叶片长势越好，叶形指数也就越大，反之亦然，说明叶片的形态特征不仅反映了实生苗个体间的遗传变异，也反映出生长状况，从而可以作为早期鉴定的依据，这与前人的研究结果相似^［21-22］。但实际观察发现，相较于温室的实生苗，大田试验中幼苗叶片颜色更深、更厚，株高生长减缓，发枝能力增强。这一方面与其生长环境的变化有关，另一方面随着生长年限的增加，植物一些器官、组织的形态特征上出现明显的差异，因此，对于1~2 a树龄油橄榄实生苗，以苗高、基径和叶片长、叶片宽、叶形指数和叶间距作为早期选择指标只适用于温室快速筛选，不适于田间试验筛选^［23］。移栽大田实际的选择效果必须结合李金花等^［14］提出的田间油橄榄生长势的最适参数顶茎、第2侧枝数、最长侧枝节间长、主干的冠幅、第 2 侧枝角以及Hammami Sofien等^［24］提出的定量和定性参数进行筛选和检验。

油橄榄选育需要较长的年限，国内实生选育较少，大多数品种仍以从国外引进为主，但近年来国外加强了种质资源保护，国内引种资源受限，实生选育成为获取种质资源新品种的主要途径。目前，我国以选择童期短、矮化、抗病品种^［25］为主要目标，先后选育出中山24、城固32、鄂植8号等优良实生品种^［26］。本研究目的是选择理论上童期短的子代实生苗，通过聚类分析和主成分分析在正反交中分别选出生长势较强的单株24株和16株，入选率分别为33%和27%，明显提高了供试群体的均值，同时分析中发现正交第3类群和反交第4类群中生长势不显优势，苗高、基径处于中等水平，叶间距较短，长势较矮，而在其他树种研究中发现矮化植株在早期具有节间短，植株矮小，基径较粗等特点，且后期抗性及适应性均很强，单位面积产量也更高^［27-29］，因此可以将较矮植株作为油橄榄抗逆性研究的一个方向，进行持续关注，为今后筛选抗逆性强单株做准备。

4 结论

1） 杂交组合顺序是童期选择的关键环节，选择合适的杂交顺序有利于提高童期预选的效率。在陇南主栽品种莱星和鄂植8号中，鄂植8号做母本，子代生长势表现更好。

2） 杂交后代生长性状变异系数较大，变异分化程度高，可以为后期遗传变异分析提供理论依据。株高、基径、叶长、叶宽、叶形指数、叶间距均可作为童期生长势选择指标。

3） 不同杂交组合分别筛选出生长势较强单株24株和16株，初步选育出理论上童期短的子代实生苗，有望为今后筛选短童期品种提供科学依据。

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基金资助

甘肃省林草局自列项目“油橄榄F1代优良单株早期选择”(2021kj044)

油橄榄良种繁育及丰产栽培技术科技特派员基地(21CX6NA041)