一、项目名称:
油松育种资源选择、测定和高世代遗传改良
二、提名者与提名意见
提名者
杨凌农业高新技术产业示范区管理委员会
提名意见
油松为陕西省最主要造林树种,开展油松良种选育与繁育研究意义重大。
项目组在过去多年工作基础上,历时18年时间,在陕西、山西等油松主要分布区,选择油松优树953株,人工杂交创制杂交种子209 份,选出二代种子园建园材料546株,营建一代、二代种子园645亩,子代测定林955亩,良种示范林700亩。审定(认定)国家林木良种2个。对油松优树选择、种子园营建、子代测定、家系、单株遗传变异,多性状选择、配合选择,高世代种子园营建、种子园结实技术,建园材料遗传多样性分析等多项关键技术开展了深入研究,发表相关论文32篇,培养研究生10人,创新和发展了油松遗传改良、种子园营建与经营管理理论与技术,在陕西油松良种基地建设中得到广泛运用。
以上工作,丰富了陕西油松种子园建园材料遗传基础,扩大了陕西油松良种基地建设规模,提高了种子园产量及遗传品种,促进了初级种子园升级换代与高世代种子园营建,推动了陕西油松良种产业向规模化和高世代育种阶段发展。其育种理论、实践及技术研发、集成对其他针叶树遗传改良及种子园营建也有很好的指导意义。
提名该项目为陕西省科学技术进步奖二等及以上奖奖励。
三、项目简介
1、立项背景
油松生长快、材质好、抗逆性强,是陕西用材及生态环境建设最主要造林树种,每年人工造林数量约占全省针叶树造林总数量80%以上。开展油松良种选育研究,经济、生态、社会意义重大。
陕西油松遗传改良起始于上世纪70年代初,截止2000年,已选择油松优树737株,建立无性系种子园2079亩,实生种子园321亩,子代测定林870亩。为生产单位提供了部分经过一定程度遗传改良的林木种子。但因良种基地规模小,单位面积产量低,已建种子园多为初级(一代)种子园,遗传改良水平低、增产幅度小,严重制约着陕西油松良种产业向规模化、高产化和高世代育种阶段发展。
针对以上问题,2000年起,我们在国家林业局、陕西省科技厅、林业厅等单位支持下,开展了《油松育种资源选择、测定与高世代遗传改良》研究。
2、育种技术路线
油松无性繁殖困难,通过种子繁殖,故油松遗传改良只能通过选育优良建园材料(优树、优良单株)营建种子园生产种子的途径来实现,即种子园途径。因建园材料改良程度不同,会形成不同世代种子园。技术路线如下:
首先在优良种源区优良林分选择优树,通过嫁接或采种育苗,营建初级无性系种子园或实生种子园,生产遗传品质得到一定程度改良的种子;同时用优树或控制授粉实生苗营造子代测定林,对建园优树子代遗传品种进行测定。然后根据子代测定结果,选择遗传品种好的材料(优良家系中的优良单株)营建二代种子园,并通过轮回选择及多世代育种,建立三代及更高世代种子园,不断提高遗传增益,生产遗传品种更好的种子,推广于生产。
3、主要研究成果
本项目历时18年时间,取得了以下主要研究成果。
①一代、二代种子园建园材料选择
在陕西、山西、甘肃、内蒙等全国油松主要分布区选择出一代种子园建园材料(优树)953株;在桥山国有林管理局双龙林场、陇县国有八渡林场、洛南县古城国有林场现有优树子代测定林(上世纪70-80年代营建)中,选出二代种子园建园材料546株。
所选优树材积生长量比优势木大30%以上,优良家系树高、胸径和材积的平均遗传增益达12.8%、11.9%和30.9%,优良单株材积遗传增益达40%以上,增产效果显著。
在二代建园材料选择中,开展了主成分遗传分析、遗传距离聚类分析、育种值综合评分法分析、综合指数选择分析共四种选择方法比较研究。结果表明:指数选择方法是评价多性状家系比较理想的方法。
②二代、三代高世代育种材料创制
首次在洛南县古城国有林场一代种子园、陇县国有八渡林场二代种子园开展了油松二代、三代高世代育种材料创制工作。先后人工套袋12788个,开展杂交组合369个,创制高世代育种材料209 份。
③子代林营建
用以上优树和控制授粉子代,营建各类子代测定林955亩,其中优树半同胞子代林755亩,控制授粉全同胞子代林200亩。
为后继选育出二代、三代种子园(从子代测定林中选出)种子园建园材料做好了材料储备,促进了陕西高世代育种工作开展。
④种子园营建
营建各类种子园645亩。其中用优树材料营建一代种子园395亩(无性系种子园195亩、实生种子园200亩),用优良家系优良单株材料营建二代无性系种子园250亩。
扩大了陕西现有种子园面积,推动了陕西油松良种基地建设向规模化、高世代育种阶段发展。
⑤审定国家林木良种1个,认定国家林木良种1个,营造良种示范林700亩。提高了陕西油松在国家层面良种地位,促进了陕西油松良种在全国更大范围推广。
⑥系统开展了种子园各无性系开花结实习性,雄、雌雄花空间分布,人工控制授粉、无性系再选择、截顶、修枝、施肥,激素处理等促进结实技术研究,建立了种子园促进结实技术体系,将种子园种子产量从平均每亩1.5公斤提高到了平均每亩2.0公斤,增产30%以上。
⑦对油松优树选择方法,不同种源、家系种实变异,子代苗期生长变异、稳定性,家系、单株配合选择,优良家系多性状选择方法,高世代种子园营建,不同省区、不同种群和二代种子园建园材料遗传多样性等多项关键技术开展了较深入研究,发表相关论文32篇(被引381次),培养研究生10人,创新和发展了油松遗传改良、种子园营建与经营管理理论与技术,为油松和其他针叶树遗传改良及种子园营建提供了理论与技术指导。
其理论与技术集成在洛南县古城国有林场、周至县国有厚畛子生态实验林场、陇县国有八渡林场、延安市桥山国有林管理局等单位油松良种基地建设中得到了广泛应用,大大提高了以上4个良种基地科技水平及种子园所产种子遗传品质和种子产量,取得了良好经济、生态、社会效益。
四、客观评价:(包括该项目科技成果鉴定意见、国内外对本项目研究成果的引用情况)
2018年2月8日,陕西省林学会组织有关专家对本项研究进行了成果鉴定。
鉴定意见如下:
1.提供的资料齐全,符合科技成果评价要求。
2.课题经历18年,在陕西、山西、甘肃和内蒙古等主产区选择油松优树953株,创制杂交新种质209份,分别营造半同胞和全同胞子代测定林755亩和200亩。采用多性状选择和配合选择等方法选出优良家系82个、二代优良亲本546个,为油松长期育种奠定了坚实基础。
3.营建了一代无性系种子园195亩、实生种子园200亩和二代无性系种子园250亩。系统揭示了油松种子园无性系开花结实特性,建立了截顶矮化、施肥和激素处理等种子园丰产结实体系,显著促进了陕西油松良种产业的发展。审(认)定国家林木良种2个。
4.利用分子标记技术,系统揭示了陕西、山西、甘肃和内蒙古4省(区)18个种群,及陕西陇县二代种子园建园材料遗传多样性,为评价油松种质资源提供了科学依据。
评价委员会一致认为,该项研究目标明确,育种程序科学,数据翔实,结论可靠。油松二代育种和种子园丰产技术研究有明显创新性。
成果达到国际同类研究先进水平。
建议加强对二代育种亲本的进一步评价。
研究成果的引用情况
项目执行期间,共发表论文32篇, 被引381次。
其成果及技术集成在洛南县古城国有林场、周至县国有厚畛子生态实验林场、陇县国有八渡林场、延安市桥山国有林管理局等单位进行了广泛应用。
五、应用情况
结合项目实施,在陕西、山西、甘肃、内蒙等油松主要分布区,选择油松优树953株,人工杂交创制杂交种子209 份,选出二代种子园建园材料546株,在洛南县古城国有林场、周至县国有厚畛子生态实验林场、陇县国有八渡林场、延安市桥山国有林管理局等单位良种基地营造油松种子园645亩,子代测定林955亩,良种示范林700亩。
同期,结合项目实施,在以上林场,推广普及了优树选择,子代变异、遗传测定,家系多性状选择、家系、单株配合选择,高世代种子园营建,促进结实等经营管理等多项关键技术,大大提升了以上4个林场油松良种基地建设科技水平及建设质量。借助于本项目科技成果的广泛运用,以上4个良种基地现均成功晋升为国家油松良种基地。
新建645亩种子园,按每年每亩产种2.0公斤,有效产种期为30年,每公斤种子售价300元计, 30年正常生产期可产种子3.87万公斤,产值为1161万元。良种造林后,按每公斤种子育苗可造林30亩,每亩木材增产1.5立方米(增产15%)计,可增加木材产值10.45亿元。
通过促进结实技术推广使用,以上4个林场现有种子园产量由原来亩产1.5公斤提高到了亩产2公斤,增产30%以上。近3年(2018-2020年),生产种子7615公斤,产值228.45万元。
大量良种育苗造林,对增加木材产量,帮助农民脱贫致富,改善生态环境、建设青山绿水美丽中国也有很好经济、生态、社会效益。
六、主要知识产权和标准规范目录(限10条,发明奖和进步奖)
知识产 权类别 | 知识产权 具体名称 | 国家 (地区) | 授权号 | 授权日期 | 证书编号 | 权利人 | 发明人 | 发明专利有效状态 |
林木良种证(审定) | 洛南古城油松一代种子园种子 | 中国 | 国S-CSO(1) -PT-003-2015 | 2016 -4-30 | 国S-CSO(1) -PT-003-2015 | 西北农林科技大学 | 杨培华 谢俊锋 刘永红,等 | 有效 |
林木良种证(认定) | 桥山双龙油松种子园种子 | 中国 | 国R-SF- PT-004-2009 | 2009 -12-30 | 国R-SF- PT-004-2009 | 西北农林科技大学 | 杨培华,等 | 已过5年认定期 |
论文 | 油松优良家系及单株配合选择研究 | 中国 | 2006,34(10):67-71. | 2006 | 西北农林科技大学学报(自然科学版),2006,34(10):67-71. | 西北农林科技大学 | 杨培华,樊军锋,刘永红,等 | |
论文 | 油松开花特性及人工控制授粉关键技术 | 中国 | 2012,(3):3-5 | 2012 | 林业实用技术,2012,(3):3-5. | 西北农林科技大学 | 杨培华,樊军锋,刘永红, 等 | |
论文 | 油松优良家系遗传变异和综合选择研究 | 中国 | 2007,27.(6):21-25、52 | 2007 | 中南林业科技大学学报,2007,27.(6):21-25、52 | 西北农林科技大学 | 刘永红, 杨培华,韩创举, 等 | |
论文 | 陕西省油松不同种源和家系苗期性状的遗传变异分析 | 中国 | 2010,38(4):64-70. | 2010 | 西北农林科技大学学报(自然版)2010,38(4):64-70. | 西北农林科技大学 | 张 锁, 樊军锋,刘永红, 等 | |
论文 | 油松半同胞家系苗期生长性状遗传分析 | 中国 | 2008,36(5):124-134. | 2008 | 西北农林科技大学学报(自然科学版),2008,36(5):124-134. | 西北农林科技大学 | 韩创举, 杨培华,刘永红, 等 | |
论文 | 激素处理促进油松无性系种子园开花效应研究 | 中国 | 2011,(13):69-72. | 2011 | 北方园艺,2011,(13):69-72. | 西北农林科技大学 | 杨培华,赵鹏, 樊军锋, 等 | |
论文 | 陕西地区油松天然群体遗传结构的RAPD分析 | 中国 | 2008,36(12):1-3. | 2008 | 东北林业大学大学学报,2008,36(12):1-3. | 西北农林科技大学 | 周飞梅,樊军锋,候万伟, 等 | |
论文 | 我国油松主要分布区种质资源遗传多样性 | 中国 | 2009,37(12):3-7,13. | 2009 | 东北林业大学学报2009,37(12):3-7,13. | 西北农林科技大学 | 王 磊, 樊军锋,刘永红,等 |
七、主要完成人情况
姓名 | 排名 | 行政/技术 职称 | 工作单位/完成单位 | 对本项目技术创造性贡献 |
樊军锋 | 1 | 研究员 | 西北农林科技大学 | 负责项目设计、实施、验收;完成相关研究任务。 |
杨培华 | 2 | 高工 | 西北农林科技大学 | 协助项目主持人,完成选优、杂交、育苗、造林、遗传则定等任务。 |
刘永红 | 3 | 副研 | 西北农林科技大学 | 协助项目主持人,完成选优、杂交、育苗、造林、遗传则定等任务。 |
徐 华 | 4 | 高工 | 陕西省林木种苗 工作站 | 完成山西、内蒙、甘肃等地优树选择工作。 |
郭树杰 | 5 | 高工 | 陕西省林木种苗 工作站 | 完成山西、内蒙、甘肃等地优树选择工作。 |
谢俊锋 | 6 | 高工 | 洛南县古城国有林场 | 负责洛南县试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
曹旭平 | 7 | 正高工 | 延安市桥山国有林 管理局 | 负责桥山国有林管理局试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
吕小锋 | 8 | 工程师 | 陇县国有八渡林场 | 负责陇县试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
廖绍明 | 9 | 工程师 | 周至县国有厚畛子生态实验林场 | 负责周至县试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
八、主要完成单位情况
单位名称 | 排名 | 主要贡献 |
西北农林科技大学 | 1 | 申请项目立项,组织项目实施、负责项目结题验收等。 |
洛南县古城国有林场 | 2 | 负责洛南县试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
延安市桥山国有林管理局 | 3 | 负责延安市桥山国有林管理局试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
陇县国有八渡林场 | 4 | 负责陇县试验点工作,完成该点选育、杂交、育苗、造林等任务。 |
九、完成人合作关系情况
完成人合作关系情况表 | |||||
序 号 | 合作 方式 | 合作者 /项目排名 | 合作起始时间 | 合作 完成时间 | 合作成果 |
1 | 共同 立项 | 樊军锋 /1 杨培华/2 刘永红/3 | 2000.1 | 2002.12 | 陕西省农业攻关课题:水土保持及用材树适地适树研究和优良品种选育,编号,2000K04-G4,立项验收。 |
2 | 共同 立项 | 同上 | 2005.1 | 2007.12 | 陕西省农业攻关课题:油松遗传改良研究,课题编号,2005k01-G14-024,立项验收。 |
3 | 立项 协作
| 樊军锋/1、杨培华/2 刘永红/3、徐 华/4 郭树杰/5、谢俊锋/6 吕小锋/8、廖绍明/9 | 2003.1 | 2006.12 | 国家林业局重点项目:油松高世代育种及良种区域化试验,项目编号,2003-023-L23,立项验收。 |
4 | 立项 协作
| 同上 | 2006.1 | 2009.12 | 国家林业局推广项目:油松优良种源(家系)推广,项目编号,2006-85,立项验收。 |
5 | 立项 协作
| 同上 | 2007.1 | 2011.12 | 林业公益性行业科研专项:油松高世代育种材料的创造、测定及选择研究,项目编号,200704039,立项验收。 |
6 | 共同 成果 | 樊军锋/1、杨培华/2 刘永红/3、徐 华/4 郭树杰/5、谢俊锋/6 曹旭平/7、吕小锋/8、 廖绍明/9 | 2013.1 | 2017.12 | “油松育种资源选择、测定和高世代遗传改良”,成果鉴定。 |
7 | 共同 成果 | 杨培华/2、谢俊锋/6 刘永红/3 | 2000.1- | 2016.4 | “洛南古城油松一代种子园种子”,通过国审。 |
完成人合作关系说明 | |||||
“油松育种资源选择、测定和高世代遗传改良”研究,持续18年时间,先后受到陕西省科学技术厅、国家林业局等单位多个项目资助,参加人数较多,且每人参加时间长短不一,合作关系多样化。 2018年2月,成果鉴定时,在广泛征求意见的基础上,根据每个人实际贡献大小,确定了最终完成人员名单(18人)及排序(参见附件:主要研究人员名单)。 18位参加人中,樊军锋、杨培华、刘永红、徐 华、郭树杰、谢俊锋、曹旭平、吕小锋、廖绍明等前9位为最主要完成人员。其中樊军锋为项目主持人,其余8人均为项目参加人。 9人主要分工、合作关系如下: 樊军锋,全面负责项目立项、实施、验收。 杨培华、刘永红2人,协助主持人,完成选优、采种、杂交、育苗、种子园、子代林、示范林营建等具体工作实施。 徐华、郭树杰2人,负责完成山西、内蒙、甘肃优树选择、采种,并协调项目有关造林任务落实。 谢俊锋、曹旭平、吕小锋、廖绍明4人,分别负责洛南县古城国有林场、延安市桥山国有林管理局、陇县国有八渡林场、周至县国有厚畛子生态实验林场本单位优树选择、杂交、育苗、种子园、子代林、示范林营建等任务实施、完成。 |