一种橡胶树产胶潜力早期预测方法

1.本发明涉及一种橡胶树产胶潜力早期预测方法，属于橡胶树育种技术领域。


背景技术：

2.巴西橡胶树(hevea brasiliensis muell.arg.)(简称橡胶树)是多年生木本经济作物，为世界所需天然橡胶的主要来源。橡胶树的天然橡胶产量是通过不断割胶连续获取再生的胶乳所表现出来的，具有连续收获、累进计产的特点。传统的橡胶树产量育种程序是从大量杂交分离群体中，经过短期的有性系比(1-4年)选出优良单株，再经过长期的无性系比(包括初级系比和高级系比，每一级的无性系比经历13年，因为幼苗定植8年才开始割胶，测产5年)确定该优良单株为良种。因此，产量选择周期30年左右。为了节省土地和人力资源、简化无性系比程序和提高育种效率，建立准确的有性系比阶段的产量早期预测方法是十分必要的，也一直受到国内外橡胶树产量育种的高度重视，出现了种类多样的预测方法(周钟毓，袁燮辉，郭祁源，黄香.巴西橡胶树产量苗期预测方法及其理论依据的研究.热带作物学报，1982，3(2)：1-18.；周钟毓.国外巴西橡胶树产量早期预测方法研究概况.热带作物研究，1993，2:78-83.)。这些方法可归为两类：一类是基于叶片部位的参数，另一类是基于茎干部位的参数。其中，在育种实践中得到推广应用的是我国基于叶片部位的参数研发的小叶柄胶/叶脉胶法和马来西亚基于茎干部位的参数研发的试割法(周钟毓，郭祁源，詹赛荣，刘晋兴.巴西橡胶树人工授粉苗(树)产量早期预测方法的研究(1978-1992)。小叶柄胶/叶脉胶法在1龄苗上应用，试割法在3-4龄苗上应用(郭森元，窦美安，谢善昌.4龄试割法预测橡胶抗寒品系产量准确度的初步研究.)。这两种方法的共性是观测橡胶产量，前者观测从叶柄和叶脉切口排出的胶乳量，后者是测定从树干树皮切口流出的胶乳量。这两种方法虽然操作简便，但存在以下问题，导致预测效果不理想：(1)观测的指标是产量这个综合性状，没有剖析出产量的构成性状，因此不能精准评价产量性状和指导杂交亲本的选配；(2)叶片的乳管是初生乳管，树干部位与生产直接联系的乳管是次生乳管，两者的来源不同，而且橡胶树的产量来自割胶导致的不断再生的胶乳，因此，小叶柄胶/叶脉胶与产量之间没有因果联系；(3)试割法虽然可以类比生产过程，但是测定的是排出的胶乳量，而不是两次割胶间的再生的胶乳量，且易受环境因素影响。人们也试图剖析产量构成性状，如筛管直径、乳管大小、乳管数量等与产量的相关性分析(谭德冠，姚庆收，张伟算，程汉，黄华孙.10个橡胶树新品系幼龄试割期间生理参数的分析与比较.热带农业科学，2004，24(1)：1-14.；周钟毓，詹赛荣，郭祁源，刘晋兴.巴西橡胶树乳管的生长发育.云南热作科技，1991,14(2)：3-7.；周钟毓.国外巴西橡胶树产量早期预测方法研究概况.热带作物研究，1993，2:78-83.)，但没有作为早期预测技术使用。目前只有试割法仍在应用于橡胶树产量的早期预测。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种橡胶树产胶潜力早期预测方法，该方法采用产量构成性
状评价产胶潜力，评价结果不仅能精准鉴定杂交后代，而且对于杂交亲本选配也具有重要的指导意义。
4.本发明提供的橡胶树产胶潜力早期预测方法，包括如下步骤：
5.选择定植3～8年的杂交分离群体或橡胶树品种以及对照品种rrim600的未开割树为材料；按照s/2
·
d/2的割胶制度，在5～11月的任何月份连续割10刀；在第10刀胶乳停排后的当天，在割面上施用乙烯利；按照s/2
·
d/2的割胶制度，连续割3刀(即第11～第13刀)，在第13刀胶乳停排的当天，在割面上再次施用所述乙烯利；按照s/2
·
d/2的割胶制度，连续割3刀(即第14～第16刀)；测定第5～15刀的胶乳产量、干胶含量和橡胶粒子粒径；在所述乙烯利处理后的1～3个月内，在割口上下50cm范围内取树皮，观测乳管列数目；
6.按照式(1)得到橡胶树的产胶潜力：
7.p＝0.4
×
x1/m1 0.2
×
x2/m2 0.2
×
x3/m3 0.05
×
x4/m4 0.05
×
x5/m5 0.1
×
x6/m6(1)
8.式中，p表示橡胶树的产胶潜力；
9.x1表示个体的水囊皮和有效产胶部位的乳管列数与水囊皮和有效产胶部位厚度的比值，m1表示该表型值在群体中的平均值；
10.x2表示个体的第5～10刀间(非刺激)的5刀胶乳再生量之和，m2表示该表型值在群体中的平均值；
11.x3表示个体的第10～15刀间(乙烯利刺激)的5刀胶乳再生量之和，m3表示该表型值在群体中的平均值；
12.x4表示个体的第5～10刀间的5刀橡胶再生效率之和，m4表示该表型值在群体中的平均值；
13.x5表示个的体第10～15刀间的5刀橡胶再生效率之和，m5表示该表型值在群体中的平均值；
14.x6表示个体的割胶耐受性，m6表示该表型值在群体中的平均值。
15.本发明早期预测方法中，s/2
·
d/2的割胶制度指的是：二分之一树围，两天一刀，不用乙烯利刺激。
16.本发明早期预测方法，具体地，在5～11月份，从离地面100cm处的树干部位开始从上往下割胶，连续割10刀；施用所述乙烯利后，继续往下割胶，连续割6刀。
17.本发明早期预测方法中，所述乙烯利的施用浓度为0.5％～1％；
18.在割面和割线处刷施所述乙烯利的水剂。
19.本发明早期预测方法中，当胶乳产量小于5毫升时，用移液抢量取；大于5毫升时，用量筒量取。也可以用一次性塑料碗收集胶乳，称重。
20.本发明早期预测方法中，按照下述步骤测定干胶含量：取1毫升胶乳，加入预先称重的直径5cm一次性培养皿中，称重，展平，置于60～70℃烘箱中，烘干至恒重。烘干的胶片重量与胶乳重量之比即为干胶含量。
21.本发明早期预测方法中，按照下述方法测定橡胶粒子粒径：把胶乳用缓冲液稀释6倍(60微升胶乳加入300微升缓冲液中)，缓冲液为含有0.2m甘露醇的0.1mtris-hcl缓冲液(ph7.2)，采用激光散射粒度分布分析仪(horiba/la-960s，horibascientific,japan)，测定不同粒径橡胶粒子占比。
22.本发明早期预测方法中，观测乳管列数目的处理还可包括定植3年的未开割树在5～7月和9～11月分别按s/2
·
d/2或s/2
·
d/3连续割10刀，以诱导乳管分化，到下一年再按上述方法处理。
23.本发明早期预测方法中，两刀间胶乳再生量按照下式得到：
24.a＝a
×
c/b
25.式中，a表示第n刀和n 1刀间的再生胶乳量，a表示第n刀的胶乳排出量，b表示第n刀的大橡胶粒子占比，c表示第n 1刀的大橡胶粒子占比。
26.本发明早期预测方法中，两刀间橡胶再生效率按照下式得到：
27.b＝c
×
a/t
28.式中，b表示第n刀和n 1刀间的橡胶再生效率，a表示第n刀和n 1刀间的胶乳再生量，c表示第n 1刀的大橡胶粒子占比，t表示5刀的胶乳再生总量。
29.大橡胶粒子占比指的是直径大于1.005微米的透过部分累计占比。
30.本发明早期预测方法中，所述割胶耐受性按照下式(2)得到：
31.r＝(d-c)/d(2)
32.式中，c表示非刺激的第5～10刀间的5刀胶乳再生量之和，d表示乙烯利刺激的第10～15刀间的5刀胶乳再生量之和。
33.本发明早期预测方法中，所述水囊皮指的是有输导功能次生韧皮部范围；
34.所述有效产胶部位指的是石细胞分布密度较小的非功能次生韧皮部范围，乳管列间隔较小、相对完整。树皮解剖结构及石蜡切片方法参考《橡胶树树皮结构与发育》(田维敏，史敏晶，谭海燕，吴继林，郝秉中著，科学出版社，北京，2015)。
35.本发明相比试割法，在下述方法进行了改进：(1)针对橡胶树产量形成的特殊性，评价主要由遗传因素决定的产胶潜力，而不是易受环境因素影响的产量，并把产胶潜力剖析为胶乳再生能力、橡胶再生效率、乳管分化能力和割胶耐受性四个构成性状；(2)评价的参数是主要由遗传因素决定的两次割胶间的胶乳再生量和橡胶粒子粒径，而不是受环境因素影响的排胶量和干胶含量；(3)基于橡胶树的初次割胶效应，观测的乳管包括自然条件和诱导条件下产生的乳管，而不是单单自然条件下产生的乳管，因而能全面反映橡胶树的乳管分化能力；(4)引进了乙烯利这种产量刺激剂，基于刺激后再生胶乳增量与刺激后再生胶乳量的比值评价橡胶树的割胶耐受性。
36.本发明橡胶树产胶潜力早期预测方法具有如下有益技术效果：
37.把橡胶树产胶潜力剖析为胶乳再生能力、橡胶再生效率、乳管分化能力和割胶耐受性等四个构成性状，提供了评价这些构成性状的技术，建立了一种橡胶树产胶潜力早期预测方法，具有操作简单、重复性好、准确率高的优点，可用于杂交亲本选配、有性系和无性系的产胶潜力早期鉴定评价，对于提高橡胶树产量选育种效率具有重要的实际应用价值。
附图说明
38.图1为大橡胶粒子占比(下面曲线)和干胶含量(上面曲线)随刀次变化的趋势。
具体实施方式
39.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
40.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
41.实施例1、大橡胶粒子占比的测定以及大橡胶粒子占比和干胶含量随刀次的变化趋势
42.1、大橡胶粒子占比的测定
43.(1)采集排胶5分钟内的胶乳60微升，加入到300微升高渗缓冲液中，置于冰上，缓冲液为含有0.2m甘露醇的0.1m tris-hcl缓冲液(ph7.2)。
44.(2)采用激光散射粒度分布分析仪(horiba/la-960s，horiba scientific,japan)，测定不同粒径橡胶粒子占比。以直径大于1.005微米的透过部分累计占比表示大橡胶粒子占比。
45.2、大橡胶粒子占比和干胶含量随刀次的变化趋势
46.在一定的割胶强度下(如s/2
·
d/2)，随着刀次的增加，排出胶乳中橡胶含量(即干胶含量)和大橡胶粒子占比均呈不断下降的趋势，如图1所示，两者显著正相关(pearson相关系数0.984，显著性(双侧)为0.00001)。但是，两者间仍存在一定差异，主要表现在两个方面：一是变化幅度不同。干胶含量在不同刀次间的变化幅度小，不同品种间差异不明显，而大橡胶粒子占比的变化幅度大，且不同品种间差异明显。二是下降趋势的稳定性不同。在14个品种中，干胶含量在5～10刀表现出持续下降趋势的只有4个品种(热垦525、热垦523、大丰95和热研7-33-97)，而其它10个品种都出现再次升高的刀次。大橡胶粒子占比在13个品种中都表现出持续下降的趋势，只是在云研-77-4的第6刀略有升高。因为测定大橡胶粒子占比所用的胶乳是刚排出的胶乳(排胶5分钟内)，所以这种胶乳就是上一刀排胶后，在1天内再生的胶乳状态。在胶乳再生过程中，橡胶粒子因不断积累橡胶而增大。因此，随着刀次的增加，不同品种大橡胶粒子占比的下降幅度不同反映了橡胶再生效率的差异。但是，测定干胶含量的胶乳除了来自再生的胶乳外，还包括从再生部位以外转移过来的胶乳，因此不能准确反映胶乳再生情况。
47.实施例2、胶乳再生量的测算
48.理论上，如果再生的胶乳量等于排出的胶乳量，那么，两刀之间的大橡胶粒子占比应该没有变化。因此，第n刀和n 1刀之间的胶乳再生量等于第n刀的排出胶乳量乘以第n 1刀与第n刀的大橡胶粒子占比之比。
49.实施例3、割胶耐受性的测定
50.按s/2
·
d/2的割胶制度，连续割10刀，测定5～10刀间的胶乳再生量。在第10刀胶乳停排的当天，于割面和割线处刷施1％的乙烯利水剂，连续割3刀，在第3刀胶乳停排的当天，于割面和割线处再次刷施1％的乙烯利水剂，连续割3刀，测定10～15刀间的再生的胶乳量。割胶耐受性＝(10～15刀间胶乳再生量总和-5～10刀间胶乳再生量总和)/10～15刀间胶乳再生量总和。
51.实施例4、乳管分化能力的测定
52.实验材料为定植3年的杂交分离群体。在定植第三年的7月份，在距离地面50cm处的树干部位，按s/2
·
d/2割胶制度连续割10刀。等到10月份，再按同样的割胶制度，在原来的割线处往下连续割10刀。在下一年的7月份，按同样的割胶制度，在原来的割线处往下连续割10刀，然后施用两次乙烯利，每次割3刀。等到11月份，在割线下方1cm处，用打孔器采集树干树皮，用碘-溴试剂显示乳管，石蜡切片(参照《橡胶树树皮结构与发育》，田维敏，史敏
晶，谭海燕，吴继林，郝秉中著，2015)。在树皮横切面上，观测水囊皮和有效产胶部位的乳管列数量以及水囊皮和有效产胶部位的厚度(mm)，用乳管列数与厚度的比值表示乳管分化能力。
53.实施例5、14个品种产胶潜力的鉴定评价
54.1、以定植6年的橡胶树14个品种的未开割树为材料，每个品种3株树。采用s/2
·
d/2的割胶制度，连续割10刀。在第10刀的胶乳停排的当天，于割面和割线处刷施1％的乙烯利水剂，按相同的割胶制度连续割3刀，重复两次，共6刀。
55.2、测定割线长度以及每刀排出的胶乳量、干胶含量和橡胶粒子粒径，测算再生胶乳量(按照实施例2)和橡胶再生效率(表1)。
56.表1 14个品种产量/产胶潜力早期预测结果
[0057][0058]
3、按传统的试割测产法，依据干胶产量对14个品种的排序情况
[0059]
测定第6～10刀的胶乳产量以及每刀排出胶乳的橡胶含量。每刀的干胶产量等于胶乳产量乘以橡胶含量。把每个品种3株树的6～10刀共5刀的橡胶产量加起来，根据占rrim600的百分比(表1)从大到小排序：1.热研8-79(215.19％)；2.热垦523(133.65％)；3.热研7-20-59(126.16％)；4.大丰95(122.11％)；5.热垦628(116.24％)；6.热研7-33-97(107.85％)；7.rrim600(100％)；8.热垦525(87.27％)；9.pb86(79.86％)；10.gt1(51％)；11.热垦524(44.4％)；12.pr107(15.85％)；13.云研77-4(11.71％)；14.tjir1(7.32％)。
[0060]
4、按本发明的方法，依据产胶潜力对14个品种的排序情况
[0061]
根据本发明的产胶潜力预测法，其数值占rrim600的百分比(表1)从大到下排序：1.热研8-79(141.26％)；2.热垦523(125.12％)；3.大丰95(120.73％)；4.pb86(112.76％)；5.热研7-20-59(107.10％)；6.rrim600(100.00％)；7.热研7-33-97(99.55％)；8.gt1(90.50％)；9.热垦628(89.51％)；10.热垦524(87.21％)；11.热垦525(81.66％)；12.tjir1(72.26％)；13.pr107(71.51％)；14.云研77-4(58.87％)。
[0062]
5、本发明方法与传统的试割测产法比较主要存在如下优势
[0063]
(1)用产胶潜力代替了产量，更符合橡胶树产量形成的特殊性以及经济寿命长的特点；
[0064]
(2)精准地剖析了产胶潜力的构成性状，这些构成性状存在于树体中，而不是胶杯
里，正如水稻的产量构成性状包括亩穗数、穗粒数和粒重，而不是亩产量。传统的试割测产法，只采用两个指标，即测定6～10刀的排出胶乳量及胶乳中橡胶含量(干含)，然后用橡胶产量(排出的胶乳量
×
干含)之和进行排序。该方法无论是排胶量，还是干含，都受人为和环境因素影响大。割胶深度、割胶时间(环境温度)、季节都会影响排胶量。胶乳在胶杯中一定程度的凝固会影响干含测定值。本发明方法提供了胶乳再生量和橡胶再生效率的测算方法，用内在的胶乳再生量和橡胶再生效率代替了受环境因素影响的排胶量和干含。此外，本发明方法把乳管分化能力作为产胶潜力的一个主要构成性状，其理论依据是：乳管是合成和贮存天然橡胶的场所，乳管数量与天然橡胶产量显著正相关(yueyi chen(陈月异),xinsheng gao(高新生),xiaofei zhang(张晓飞),weimin tian(田维敏).relationship between the number of tapping-induced secondary laticifer lines and rubber yield among hevea germplasm.front.agr.sci.eng.2016,3(4):363～367.)，而乳管分化能力的强弱决定了乳管列数量的多少。在割胶条件下，种质间的乳管分化能力表现出明显差异。考虑到乳管的形成滞后于割胶，所以，在割胶后的1～3个月内才取树皮观测乳管列数量。乳管分化能力实际上就是形成层向次生韧皮部分化乳管的频率，因此可以用水囊皮和有效产胶部位的乳管列数与其厚度的比值表示乳管分化能力。再则，本发明引入乙烯利这种生产上的产量刺激剂，把乙烯利刺激条件下的再生胶乳量看作是种质的最大产胶潜力，这样，刺激后的再生胶乳的增量与最大潜力之比就代表了割胶的耐受性。割胶耐受性不仅与橡胶树稳产密切相关，而且也是确定合适的割胶强度以保障经济寿命长的橡胶树可持续生产能力的一个重要依据。
[0065]
(3)评价的结果更符合品种的大田生产实际表现
[0066]
根据我国橡胶树产量育种的5个预测等级：5级，为对照rrim600的120％以上；4级，为对照rrim600的100～119％；3级，为对照rrim600的80～99％；2级，为对照rrim600的60～79％；1级，为对照rrim600的60％以下(郭祁源，周钟毓，詹赛荣，刘晋兴.未知产量的橡胶人工授粉苗及其繁殖的无性系苗期产量预测方法精确度实验初报.热带作物研究，1992,1：1～6.)。虽然用两种方法评价，热研8-79都是第一的位次，但本发明方法可以进一步区分热研8-79的产胶潜力构成性状的优劣。如热研8-79的胶乳再生能力很突出，乳管分化能力优良，橡胶再生效率处于中等偏上水平，但割胶耐受性最差。该品种在生产上的表现就是产量高，但稳产性不理想。再则，pr107和tjir1这两个品种不是通过试割测产法从杂交后代选择出来的，而是根据其大田生产实际表现筛选出来的。如果根据试割测产法预测，pr107和tjir1的产量只有rrim600的15.85％和7.32％，这显然是要被淘汰的。但是，如果按产胶潜力预测法评价，这两个品种属于二级，为中等偏下，但不是最差的，而且一些构成性状表现良好，如割胶的耐受性和乳管分化能力等。两种方法对热垦628和pb86的评价结果有比较大的出入。按试割测产法，热垦628和pb86的产量分别为rrim600的116.24％和79.86％，预测等级分别为4级和2级，但按本发明的产胶潜力评价，热垦628和pb86分别为rrim600的89.51％和112.76％，预测等级分别为3级和4级。这种差异主要是这两个品种的生长速度不同而引起的割线长度和树皮厚度不同导致的。热垦628和pb86的割线长度分别为306mm和183mm，树皮厚度分别为2.37mm和1.60mm。传统的试割测产，不考虑种质间的茎围大小(与割线长度正相关)、树皮厚度以及树皮中的乳管列数目，只是依据排放到胶杯里的胶乳量。由于热垦628的割线长度和树皮厚度都显著大于pb86，但树皮中的乳管列数相差不大，分别为
9列和9.6列，所以热垦628的橡胶产量就显著高于pb86。但是，按产胶潜力评价，以单位割线的胶乳再生量表示胶乳再生能力，以树皮内的乳管列数量与树皮厚度的比值表示乳管分化能力，那么，pb86的产胶潜力就显著高于热垦628。在品种的大田实际应用方面，pb86表现良好，而且很多高产品种都有pb86的血缘，如rrim600，大丰95，热研8-79等。当然，热垦628的一个优良性状是生长快，在胶园更新时可提供大量木材。由于pb86的产胶潜力优于热垦628，但生长慢，所以，用pb86和热垦628作为杂交亲本，有望选育出产胶潜力和生长均良好的杂交后代。
[0067]
综上分析，采用本发明的方法，不仅可以早期选择产胶潜力良好的杂交后代，而且可以指导杂交亲本选配和优良性状的定向聚合，对于缩短橡胶树的产量育种年限和提高橡胶树产量育种效率具有重要的应用价值。