我国苹果属植物野生资源收集、保存和利用研究现状*

时间：2024-05-24

王大江，肖艳宏，高源，孙思邈，李连文，张飞，王昆

（1 中国农业科学院果树研究所，农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室，辽宁兴城125100）（2 兴城市乡村振兴服务中心）（3 巴彦淖尔市绿色产业发展中心）

野生种质资源在苹果属植物遗传演化和栽培苹果品种改良中具有重要作用。随着气候变化、人为干扰等因素的影响，苹果野生资源被破坏的情况越来越严重，抢救性收集、异位保存、原生境保护以及以利用促保护等工作对于保护苹果野生资源具有十分重要的意义。

国外对苹果野生资源的收集保存工作开展较早，其中保存数量较多的有美国吉内瓦实验站、英国爱丁堡皇家植物园、俄罗斯巴普洛夫斯克实验站和迈科普实验站等。美国在20 世纪80 年代末90年代初，开展了加拿大、哈萨克斯坦、中国、俄罗斯、土耳其、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等地苹果野生资源考察和收集，成为世界上苹果野生资源异位保存多样性最为丰富的国家。

我国自19 世纪50 年代初即开展了果树野生资源的考察和收集，山东省果树研究所、八一农学院、西南农业大学、西北林学院等单位，先后对山东、新疆、四川和陕西秦巴山区等地进行了果树种质资源的调查[1-16]，苹果属植物野生资源并不作为重要调查对象。自1980 年农业部建立国家果树种质资源圃开始，逐渐形成了系统专业的苹果种质资源收集、保存等保护利用体系，为苹果属植物野生种质资源的研究奠定了坚实的基础。本文以我国苹果种质资源圃保存的资源为线索，着重对近20 年苹果野生资源的收集和保存工作进行了梳理，在收集类型、方式、利用等方面进行综述。

1 苹果属植物野生资源的调查与收集

世界上苹果共35 个种，其中野生种27 个，原产于我国的有21 个，作为苹果属植物的大基因中心，我国26 个省、自治区均有分布，其中以四川、云南、贵州三省和西藏东南部的种类最多，为苹果属植物资源多样性中心[17]。

我国先后于1959 年[4]、1982—1984 年[1]、1983—1989 年[3]对新疆、四川、贵州的苹果属植物野生资源进行了系统调查，于1957—1960 年[5]、1983—1987 年[6]、1984—1987 年[7]分别对山东、陕西秦巴山区和贵州的野生果树进行了调查，苹果属植物野生资源主要作为果树资源的附带内容（表1），调查区域主要集中在西南的四川、西北的陕西和甘肃以及山东等地，为苹果属植物野生资源集中分布区。调查结果显示，苹果属植物起源演化中心的四川种类最为丰富，分布15 个野生种，其次为贵州，分布12 个野生种；通过近30 年的调查收集，基本上明确了我国苹果属植物野生种的分布范围，调查种类基本上覆盖了我国分布的苹果属植物野生种。

表1 我国苹果资源考察历史信息

自2005 年起，“国家果树种质苹果圃（兴城）”所在单位中国农业科学院果树研究所联合新疆农业科学院园艺作物研究所、伊犁州林业科学院、云南省农业科学院园艺研究所等单位，每年组织1 次以上的苹果属植物资源的调查收集，调查专一性和次数均有明显提升[18-21]；在考察收集中，加强了特异、濒危资源的集中收集，如连续3 年对新疆野苹果的专项收集，对河北张家口广泛种植的八棱海棠、平顶海棠、冷滚子、中国彩苹等野生近缘种的针对性收集[20]，对山东沂水珍稀濒危野生近缘种大歪把、一窝蜂、秋风蜜的抢救性收集，对藏东南密集分布变叶海棠的收集，对黑龙江抗寒山荆子的针对性收集等[18]。通过专一性、系统性的考察和收集，苹果野生资源的保存数量有了较大的提升，目前苹果野生资源保存数量为700 余份，基本摸清了我国苹果属植物野生资源的生存状况。

总体来说，新疆野苹果在新疆新源、塔城等地分布密集，部分分布区遭受非生物和生物胁迫损失较为严重，过度采种是野苹果缺乏自然更新的重要原因，种下类型存在一定程度的减少。山荆子自然分布范围仍最广泛，在调查区域内均有分布，适应不同生态条件的类型较多，在内蒙古海拉尔扎兰屯存在密集分布区，在东北地区作为行道树和寒地砧木应用较多。湖北海棠在湖北和山东分布较多，在湖北神农架存在集中分布区，类型较为丰富，用于行道树较多。其他野生资源如沧江海棠、变叶海棠、滇池海棠等多为区域分布类型，极少存在密集分布区，加上生存环境不断恶化，流失的风险不断加剧。

2 苹果属植物野生资源的保存

我国十分重视苹果野生种质资源的保存，但是保存比较分散，主要以区域划分，零散地保存在分布区的教学单位和科研院所。自20 世纪80 年代，在政策支持和资源工作者的不懈努力下，苹果资源保存系统不断完善，相继建立了一批植物资源圃（库），其中涉及苹果资源的国家级资源圃有5 个。“国家果树种质苹果圃（兴城）”为综合保护圃，重点异地安全保存国内及国外收集的苹果属种质资源；“国家果树种质新疆名特果树及砧木圃”重点保护新疆当地的名优苹果品种及砧木资源；“国家果树种质公主岭寒地果树圃”重点保护我国寒地的耐寒小苹果资源；“国家果树种质云南特有果树及砧木圃”重点保护云南当地特有的苹果及砧木资源；“国家果树种质新疆伊犁野苹果圃”重点保护我国的新疆野苹果资源。

2.1 保存方式与保存种

苹果野生资源保存方式越来越多样化，保存类型越来越多。除了圃地保存外，国家果树种质苹果圃协助国家种质库进行了休眠芽和茎段超低温保存技术研究，目前已经可以实现部分资源的超低温保存[22]。苹果野生资源种下类型极其丰富，圃地保存将会给资源圃带来极大的土地压力，因此，借鉴美国对野生苹果资源的保存经验，加强了苹果野生资源的种子保存，既保证了遗传资源的基因安全，又节省了土地和劳力资源。

在2000 年之前，我国的苹果资源保存主要以国内外选育的栽培种为主，野生种保存的数量较少，主要以种为单位进行保存。通过近20 年的收集，增加了我国野生资源种下类型和野生近缘种资源的保存，目前5 个资源圃的苹果资源均有增加，增加的类型多以野生及野生近缘种资源为主，“国家果树种质苹果圃（兴城）”保存的野生资源，种下类型和野生近缘种占全部保存资源的50%以上。

2.2 保存数量与种下类型

据统计，2006 年，国家果树种质苹果圃（兴城）共保存苹果资源1 000 余份，主要为国内外的主栽品种[23]。随后，持续加强对苹果野生资源的调查和收集，截至2019 年底，“国家果树种质苹果圃（兴城）”共保存苹果属24 个种2 000 余份资源，其中野生资源保存数量为699份，占全部资源的34.82%，野生近缘种占全部资源的近20%；不仅新增了河南海棠、锡金海棠、窄叶海棠等野生种，种下类型也不断丰富，如新疆野苹果保存种下类型300 余份，山荆子种下类型200 余份。

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2.3 保存资源的生态类型

同种资源在不同生态区或者地理位置，因地理隔离及长时间的环境气候影响，存在不同幅度的变异。近年来，我国加强了对苹果野生资源不同生态区的保存，例如，山荆子保存有黑龙江、吉林等地的寒地生态类型，山西、甘肃等地的干旱、半干旱生态类型，内蒙古根河流域的湿地生态类型等；新疆野苹果保存有伊犁自治州巩留、新源和霍城的高山生态区类型，塔城地区及和田的干旱生态类型。

3 苹果属植物野生资源的利用研究

3.1 鉴定评价及优异种质筛选

苹果野生资源经过长时期对自然环境的适应，进化获得了耐贫瘠、无融合生殖、抗病等特异性状，这些特性对苹果产业的发展具有重要的作用，国内科研院所和教学单位对这些特性进行了鉴定评价。筛选了耐缺铁黄化的小金海棠优异种质，并对耐缺铁基因进行了挖掘[24-28]；通过对山荆子实生苗的鉴定评价，筛选出了早花早果、矮化的特异种质[29-31]；通过对野生资源的评价，筛选了耐盐资源的珠美海棠，并进行了耐盐机理研究[32-34]；鉴定筛选了可用于苹果砧木无融合生殖选育的亲本平邑甜茶[35-36]。

“国家果树种质苹果圃（兴城）”自建圃以来，主要针对苹果树腐烂病抗性、苹果轮纹病、苹果斑点落叶病、矮化性、花粉形态、果实多酚含量等进行了鉴定评价，筛选出一批优良特异资源。其中筛选的高抗苹果树腐烂病资源有山荆子、东北黄海棠、林芝海棠、雅江变叶、德钦海棠、泰山海棠和平邑甜茶[37]；河南海棠作为中间砧可达到B9 的矮化效果，可直接作为矮化中间砧利用[38]；鉴定筛选了太原海棠、富平楸子、早白海棠等11 份高抗苹果斑点落叶病资源[39]；发现地方品种早白海棠花粉外壁饰纹无条纹束，区别于其他资源[40]；发现绿原酸、原花青素B2 为苹果属植物野生种及近缘种的主要多酚物质，筛选出高多酚资源2 份[41-42]。种质资源的精准鉴定和评价为我国苹果新种质创制提供了亲本选择，为优异基因的挖掘提供了研究试材，可大大提高野生资源的利用效率。

3.2 亲缘关系及遗传演化研究

苹果属植物野生资源遗传演化研究主要集中在分析部分野生杂交种的亲本追溯，野生近缘种和野生种之间的亲缘关系，部分野生近缘种的来源和野生种在栽培苹果遗传进化中的地位。近年来有针对性地对新疆野苹果、山荆子及野生近缘种等主要资源的亲缘关系、不同区域的遗传演化关系等进行系统研究。

新疆野苹果主要分布在伊犁的新源、巩留，塔城的额敏、托里等地，不同分布区因其形成时期不同、较长时间的地理隔离和人为干涉，这些资源既具一定的亲缘关系，也存在差异。巩留、新源和霍城的新疆野苹果的遗传变异主要存在于居群内部，就亲缘关系而言，巩留和新源居群间的亲缘关系较近[43]。新疆野苹果被认为是现在栽培苹果的祖先[44]，通过遗传进化分析，新疆野苹果和苏联的栽培苹果亲缘关系较近[45]，这也为新疆野苹果是栽培苹果祖先提供了证据。不同于栽培大苹果，我国历史上经过人工驯化的栽培苹果被称为中国苹果，对509 份苹果资源的简化测序聚类分析发现，在161 份新疆苹果资源中，只有少数和中国苹果聚在一起[46]。通过中国苹果、野生近缘种和新疆野苹果之间的基因组比较发现，部分中国苹果有新疆野苹果和山荆子的基因背景，野生近缘种花红、楸子和八棱海棠也与部分中国苹果密切相关[47]，新疆野苹果与近缘地方品种也有一定的演化顺序关系[48]；其中楸子和中国苹果的遗传分化系数最低，亲缘关系更近[49]；因此可以推测，新疆野苹果在一定程度上参与了中国苹果的形成，但是中国苹果的形成比较复杂，其亲缘关系和遗传进化关系仍需进一步的考究。

山荆子主要分布于东北、华北及西南的黑龙江、辽宁、内蒙古、山西、西藏等十几个省、市、自治区，有垂枝山荆子变型、昭觉山荆子和金县山荆子等变种[17]，作为分布范围最广泛的苹果野生资源，其起源、多样性及遗传演化为研究的重点。通过SSR、叶绿体DNA 及基因组测序分析发现，河北地区的山荆子类型较为丰富，与其他地区的交流频繁[50]，这和河北曾为人类活动中心的历史地位一致，说明人类活动影响了山荆子的自然分布；在遗传演化方面，山荆子类群和楸子类群之间存在基因交流，在一定程度上抵制了因遗传漂变引起的类群间遗传分化[51]，在类群内，相对于自然选择，突变压力和遗传漂变是群体进化的主要因素，而且与地理距离相关性较小，黑龙江和吉林、内蒙古、甘肃和山西可能分别为山荆子的3 个起源地区[52]，这个结果与山荆子较广的分布范围和类型多样相符。

3.3 苹果野生资源种质育种和创新利用

苹果野生资源因其较强的抗逆特性，被广泛用于抗寒、耐贫瘠品种或者砧木的选育亲本。先后选育出了无融合生殖能力的青砧系列、具矮化耐寒的苹果砧木CX 系列、可以诱发早花早果的Y 系砧木、耐缺铁的苹果中砧1 号[29-31,35-36,53-56]等。直至目前，苹果野生资源仍然是我国选育苹果砧木的首选亲本[57]，通过和M 系砧木杂交，选育出既抗逆又矮化的苹果砧木，如山荆子可用于抗寒砧木的选育，新疆野苹果可用于抗旱砧木的选育。

4 苹果属植物野生资源的保护利用建议

我国苹果属植物野生种质资源的收集、保存和利用已取得了显著的成绩，特别是在资源的收集和保存数量上，已处于国际前列。但是种质资源的研究与先进国家还存在不小的差距，如资源的确切家底、保存方式的多样化、优异资源的精准鉴定评价、深入挖掘和有效利用等方面，仍需要较大的提升。

4.1 加深摸清野生种质资源的现代家底

虽然我国对苹果野生资源进行了长期、详细的调查和收集，但是野生资源原始分布区的家底缺乏全面性和系统性的现代排查，在20 世纪80 年代，新疆野苹果分布区调查显示有84 个种下类型[58]，经过30 多年的发展，目前种下类型是增加还是减少，缺乏详尽的核查。其他野生种资源如山荆子、湖北海棠、变叶海棠等在我国均有自然分布区，这些资源种下类型的多样性也缺乏系统性调查。

因此，在加强资源异地安全保存的同时，需摸清野生资源原始分布区的家底，核查野生种自然分布区的种下类型，针对新情况提出应对措施。

4.2 提高资源原始分布区的原位保存

山楂海棠、锡金海棠、新疆野苹果和丽江山荆子在《中国珍稀濒危植物名录》中被列为国家二级保护物种，山楂海棠和锡金海棠还被IUCN（国家自然保护联盟）分别评为濒危和易危物种，被2014年出版的《中国物种红色名录》收录，但是目前只有新疆野苹果和山楂海棠设有自然保护区，另外2个种的分布区急需设自然保护区进行保护。

除了上述的4 个种，在考察过程中发现，滇池海棠、沧江海棠、小金海棠和毛山荆子的生存状态也令人担忧，参考“IUCN 物种红色名录濒危等级和标准（3.1 版）”，这些资源也处于或即将处于濒危或者易危的状态，需要加强原始分布区保护。

4.3 加快资源圃地异位保存方法多样化和安全性

苹果属不同种因其自然生态分布区不同，所需的生存环境亦不同，濒危的野生资源在进行异地安全保存时，不适宜的环境可能导致其无法在圃地成活。针对这些资源，除了圃地保存外，还需采集种子保存，更进一步需要进行休眠芽的超低温保存，实行多种保存方法保证濒危资源的安全性。

随着国外苗木引进越来越频繁，检疫性病害的传播在我国的危险越来越大。如果传入毁园的灾难性病害，如曾经在欧洲造成大面积毁园的火疫病等，在苹果等果树资源圃地保存的情况下，发生这样的病害，将会导致一些资源的永久消失，因此，除了严防死守，更要对资源进行多种保存方式方法的研究和实施，确保资源圃资源的安全性。

4.4 加强优异资源的精准评价和系统性研究

近年来，针对我国的苹果野生及野生近缘种资源进行了广泛的鉴定评价和系统研究，主要包括苹果斑点落叶病抗性、挥发性物质含量、多酚含量、抗旱、耐盐、抗缺铁、遗传进化和起源演化等，除了抗缺铁、多酚含量、遗传进化和起源演化等部分研究以外，其他研究的深入性和系统性有待加强，研究易中断，持续性不强，对特有性状的基因挖掘不够深入；甚至利用野生资源创新出新种质后，对新种质缺乏进一步挖掘，仍然未获得或仅少量获得可利用性状的关键基因，导致这些特异资源或新种质处于“食之无味，弃之可惜”的状态。

种质资源研究具有阶段特性，鉴定评价和筛选处于中间阶段，具承上启下的重要作用。在生物胁迫和非生物胁迫加剧的背景下，苹果属植物野生及野生近缘种质资源因其较强的抗逆特性，可应用在苹果选育和生产中适应性的提升。采用先进的技术手段，精准、深入和系统性鉴定以及加强已筛选优异资源的研究，需在苹果属植物野生及野生近缘种资源的研究中得到重视。