我国苹果种质资源基础研究进展

摘要 我国是苹果属植物起源中心之一，苹果种质资源极为丰富。综述了我国苹果种质资源起源、进化与分类、细胞学、无融合生殖、分子生物学和鉴定规范与标准制定等基础性研究进展，并对深化苹果种质资源研究提出了建议。

关键词 苹果 种质 资源 起源 分类 细胞学 无融合生殖 分子生物学

苹果属于蔷薇科（Rosaceae）苹果属（Malus），主要分布于北温带，包括亚洲、欧洲和北美洲。全世界苹果属植物约有35个种，我国原产27个种，其中野生种21个，栽培种6个。苹果种质资源是苹果研究、生产和育种的物质基础，开展苹果种质资源研究，对了解苹果属植物起源、演化及利用研究具有重要意义。目前，我国苹果种质资源的基础性研究已经涉及到细胞学、分子生物学及鉴定评价的标准化等领域。

1、起源与系统演化研究

1.1 苹果种质资源起源

地球同一纬向地带都长有苹果属的特有种，在亚洲的东部和西部、欧洲、北美等区域形成了苹果属植物的多基因中心。苹果种质资源的现代分布中心并不一定就是起源中心，而起源中心必须有该种群的原始类型。目前，我国学者根据文献分析、调查研究及实验等多方面证据，普遍认为我国四川、贵州、云南省和东南部是苹果资源的遗传多样性中心，其中四川省有14个种，贵州和云南省各有10个种，有8个种，占我国苹果属植物野生种类的2/3。近年来，已经在上述地区发现了苹果新种或新类型，亦是云南、贵州、四川及是苹果属植物起源中心的有力例证。

苹果栽培种在我国的栽培历史已有2 200余年，受人类活动影响，没有固定的分布区域。栽培品种在古代称之为“柰”，果实性状的特点为肉质绵软、汁液少、有香气、不耐贮藏，其主要类型有绵苹果、花红、槟子及沙果等。中外学者认为苹果栽培种的起源位于我国新疆伊犁地区，此地区在距今2 000万年前新疆野苹果就已达到了极盛时期，但在第四纪冰川的影响下大部分灭绝。学者们均对海拔1 200～l 400 m的伊犁谷地、霍城盆地是第三纪孑遗野果林的“避难所”存在质疑，最终接受新疆伊犁地区是经过第四纪冰川200万～300万年的反复进退而形成了新疆野苹果林群落的结论。

1.2 苹果资源分类与系统演化

苹果属植物的分类研究可以追溯到18世纪自Miller之后很多学者对苹果属植物的分类研究都做出了重要贡献。1956年，俞德浚、阎振龙首次对我国苹果属植物进行了系统分类，1974年《中国植物志》第36卷及1979年《中国果树分类学》的出版标志着我国苹果属植物分类研究取得阶段性成果。

目前，苹果属植物的分类系统主要以形态学为依据，将叶在芽中是否卷曲、萼片是否宿存、叶片是否分裂作为主要指标，将苹果属植物分为3个组、5个系、23个种。随着研究的深入，我们认识到单以形态特征已不能对复杂的苹果属植物进行准确分类，因此，许多实验室手段应用到苹果属植物的分类及进化研究中。植物的进化理论具有“减缩演化”理论，因此，依据这一理论，我国学者从细胞学、孢粉学、化学分析等方面对苹果属植物种内进化进行了研究，并取得了重要进展。分子生物学是当今世界上较为先进的实验分类方法，主要用于品种和种内类群的分析，如梁国鲁等用AFLP技术分析了苹果属植物23个种31个类型，再次对传统分类研究进行了验证，其他研究者亦用AFLP技术分别对苹果属植物进行了分类研究，并一致认为弗洛伦萨海棠应从其他组分离出来，应当作为1个单独组。高源等应用SSR技术对苹果属59份材料进行了多态性分析，发现地方品种与新疆野生苹果的聚类相互交错，认为它们在起源与进化上具有一定的相关性。

2、细胞学研究

细胞染色体研究是探讨植物亲缘关系和进化的一个重要方法，此方法更加广泛地应用到苹果属植物研究中。粱国鲁以10个二倍体苹果属植物为材料，进行了染色体基数x=17的研究分析，并同意染色体基数x=17是异源多倍体起源的观点。苹果属中不仅种的染色体数目不同，而且同种内不同类型的染色体数目亦有不同，如三叶海棠中同时存在3x、4x类型。林盛华等136J观察64份苹果品种资源的染色体数目，发现这些品种全为二倍体，认为在品种资源中二倍体占多数。目前，除了少数新发现的种类外，大部分种类的染色体数目和倍性都已研究清楚，这为以后的研究奠定了基础。

在苹果属植物核型研究方面，梁国鲁分析了苹果属31个种类的核型，发现染色体的突变在苹果属植物进化中起了重要作用，在从二倍体向多倍体进化中包含了结构上的重组（易位、倒位等），并把31个种类依据核型分为6个类型。蒲富慎等对11种苹果野生资源进行了核型鉴定，认为种间核型有一定差异，主要表现在染色体长度、臂比变化等方面。肖艳等对花叶海棠、变叶海棠（M.toringoides）的核型研究后认为，同一种类型在不同地理分布、生态环境或同一产地的核型组成会产生变异。

3、无融合生殖研究

苹果属植物的无融合生殖在苹果的遗传育种和栽培应用等方面显示出了巨大的潜力。我国苹果属植物的无融合生殖研究始于20世纪80年代，主要采用了花朵去雄套袋法对苹果属植物的种及种间进行无融合生殖能力鉴定。刘捍中等采用蕾期去雄套袋和过氧化物酶同工酶方法鉴定了4个种7个类型的苹果属植物的无融合生殖特性，认为有无融合生殖能力的苹果属植物，具有生长发育整齐一致、过氧化物酶同工酶酶谱整齐度高、去雄后套袋能结实、同种内不同类型元融合生殖能力不同、用无融合生殖的种类作砧木嫁接苹果品种生长较整齐等特点。李育农依据各种报道总结出在苹果属植物中湖北海棠的无融合生殖能力最强，但不同的湖北海棠类型的无融合生殖能力差异明显。按无融合生殖能力大小的顺序划分为湖北海棠>小金海棠>沙金海棠>丽江山荆子>锡金海棠）>变叶海棠>三叶海棠。

4、分子生物学研究

分子生物学技术应用于植物学研究之后，较容易地解决了蛋白质电泳和酶电泳等技术中存在的难点。分子生物学方法主要包括RFLP、RAPD、SSR及AFLP等，它们在研究资源起源与演化[29-32]、辅助育种、品种鉴别和遗传研究等方面发挥了重要作用。

辅助育种是利用分析与目标基因紧密连锁的分子标记的基因型来进行育种，从而提高育种效率的一种方法。王彩虹等利用SCAR标记，对苹果品种短枝富士与舞姿杂交F1代进行了Co基因的紧密连锁标记，建立了苹果柱型性状选育的标记辅助育种体系。石琰璟等。对平邑甜茶与B9的杂交群体进行RAPD标记，用于早期选择矮化、抗寒的无融合生殖砧木。

分子标记技术用于苹果品种鉴别消除了形态学鉴定的不足。祝军等筛选多对AFLP引物，成功鉴别了25个苹果品种，包括芽变品种。苹果品种中有很多芽变品种，用常规的分子标记技术难以鉴别芽变品种之间差异，但不少学者认为，目前芽变品种的鉴别用AFLP标记是有效的鉴别手段。

遗传研究涉及到遗传图谱的构建、基因标记等。刘孟军等对富士与山定子杂交F1代进行了RAPD标记，分析F1群体的分离规律，结果符合孟德尔分离规律有3种分离式：不分离、1：1分离和3：1分离。之后许多与农艺性状相关联的分子标记被开发出来，如柱型基因（c0）SCAR标记、显性矮化基因（Dw）RAPD标记、果实酸/低酸性状连锁的SSR标记、果皮红色的RAPD分子标记等。

5、鉴定规范与标准的制定

植物资源研究的规范、标准是资源研究的基础，对研究质量和水平具有深刻的制约影响，并对交换种质材料、交流种质资源信息起着重要的促进作用。国际植物遗传资源委员会（IBPGR）已经编制了苹果、梨、桃等果树描述符，这些描述符由统一的描述、鉴定项目及评价分级标准组成。我国以国际描述符为基础，1990年制定《果树种质资源描述符——记载项目及评价标准》，列出了苹果种质资源记载项目及其性状的评价标准。2003年国家启动了国家自然科技资源平台建设，为了有利于整合全国果树种质资源，规范果树种质的收集保存、鉴定评价等工作，创造良好的资源与共享环境和条件，重新制订果树种质鉴定技术标准，在平台项目资助下，中国农业科学院果树研究所主持编制了《苹果种质资源描述规范和数据标准》，其中包括了3个主要部分，即苹果种质资源描述规范、苹果种质资源数据标准及苹果种质资源数据质量控制规范。描述规范主要规定了资源描述符和分级标准，以便对全国苹果资源进行标准化整理和整合；数据标准规范了各描述符的字段名称、类型、长度、小数位、代表码等，以便建立统一、规范的苹果资源数据库；质量控制规范规定了苹果种质资源的数据采集全过程中的质量控制内容和方法，以保证数据的系统性、可比性和可靠性。2007年制定了农业行业标准NY/T 1318《农作物种质资源鉴定技术规程苹果》，2011年制定了农业行业标准NY/T 2029《农作物优异种质资源评价规范 苹果》。这些系列标准、规范的制订有助于我国苹果种质资源基础研究标准化和信息化。

6、问题与建议

6.1 苹果属植物的起源与进化研究需进一步深入

苹果属植物的起源与进化研究仍存在许多疑点，主要原因在于苹果属植物个体因异花授粉，没有或很少有生殖隔离，造成了基因高度杂合，而野生群体则普遍以混生的形式存在，难以有大量的样本作为研究对象；另外，研究的手段主要以传统的形态学方法为主，分子生物学方法仅仅处于探索阶段。因此，若研究苹果属植物的起源与进化问题，不仅需要大量、全面的苹果属植物的种类，同时还需要找到一个完善的分子水平研究方法。

6.2 苹果种质资源鉴定评价水平需要继续加强

由于苹果种质资源丰富、基因组高度杂合、童期长、个体大，鉴定评价目前主要基于农艺性状的表型研究，重要农艺性状的遗传规律研究及优异基因的定位、挖掘等工作与其他农作物相比仍有较大差距。加强这方面的工作，提高鉴定水平，则会更加有利于合理利用资源，为育种、生产及基础研究服务。

6.3 苹果种质资源研究技术规范与标准仍需细化与完善

苹果种质资源系列鉴定标准与规范的制定促进了资源研究，但这些鉴定标准与规范仍停留在表型鉴定层面，缺乏规范的相关基因的遗传鉴定技术，另外在苹果资源收集、保存及共享利用等方面应制订相关的技术规范和标准，以促进这方面的发展。