邓秀新院士综述 | 中国柑橘育种60年回顾与展望

经过60年特别是近20年的快速发展，中国柑橘产业规模、形态和质量均发生了巨大变化。产业规模上，栽培面积从1961年的71.4 千hm²发展到2019年的2 854.16千hm²，增长了约40倍；总产量从1961年的180千t增长到2019年的43 540千t，增长了约240倍；平均单产也从1961年的2.52 t · hm^-2增长到2019年的15.25 t · hm^-2，增长了约6倍（FAOSTAT数据库）。目前，中国柑橘产业规模位居世界首位，产量占世界的1/3左右。生产布局上，中国柑橘种植区域由东部逐步向中西部转移，形成了5条优势带。其中，长江上中游柑橘带和赣南—湘南—桂北柑橘带以橙类为主，且前者又以晚熟脐橙和晚熟杂柑最具特色；近10年来，粤西、广西以及云南产区沿着西江流域新发展形成了一条以晚熟宽皮橘和杂柑为主的柑橘带。品种结构上实现了多样化发展。如今，中国商业栽培面积在万亩以上的柑橘品种有69个，形色各样的柑橘进入市场，称得上琳琅满目、千姿百态。通过生产布局和品种结构调整，加上栽培技术的应用，中国柑橘产业实现了一年四季均有鲜果上市的目标。根据国家现代农业（柑橘）产业技术体系的统计，中国12月后至翌年6月上市的柑橘已达到全年柑橘总量的30%左右，彻底改变了橙黄橘红只在秋冬出现的单一格局。国际贸易上，呈现进出口两旺的态势。柑橘鲜果出口量从1961的43.3千t增长到2019年的1 011千t，柑橘罐头出口量2019年达到300余千t；与此同时，柑橘鲜果进口量从几乎为零增长到2019年的566.7千t，柑橘汁进口量2019年达到104千t。从技术角度分析，这些大的变化是品种选育、种植模式、病虫害防控、肥水管理以及产后处理等各个环节技术综合贡献的结果，但消费者更容易体验到因品种改良带来的产品升级。例如，柑橘果实由以前的多籽到如今的基本无籽；消费者直观地感受到果实的商品性有了大幅度提升，总体品质也得到提升。为进一步做好中国柑橘品种改良工作，本文对中国近60年来的柑橘育种研究进行了回顾和总结。

1.1  地方资源发掘

新中国成立以来，中国柑橘种质资源研究逐步进入正轨。1956—1959年，南方各省市区开展了柑橘资源调查，发现了一些地方良种，例如在四川江津（现重庆市）和湖北秭归分别从实生甜橙中发掘出鹅蛋柑（后命名为‘锦橙’）和‘桃叶橙’。20世纪60年代，国家专业研究机构中国农业科学院柑桔研究所以及各省市区农业科学院相继建立，加快了柑橘资源调查的步伐。之后的20年，以曾勉、章文才、叶荫民、贺善文等为代表的老一辈科学家为中国柑橘资源发掘研究做了大量工作，基本摸清了中国柑橘资源的分布和类型，并将收集到的资源保存于20世纪80年代初建立的国家柑橘种质资源圃。这期间，先后发掘了道县野橘（Citrus daoxianensis）、莽山野柑（C. mangshanensis）和云南红河大翼橙（C. hongheensis）等一批野生资源，在云南富民县还发现了常绿枳（叶荫民 等，1976；贺善文，1979；丁素琴 等，1984；刘庚峰 等，1990；叶荫民，2000）。同时，发掘并培育出了一批具有产业价值的品种，如湖南的‘冰糖橙’和‘大红甜橙’等；确定了一批地方名优品种，如浙江的‘本地早橘’、江西的‘南丰蜜橘’、福建和广东的芦柑（椪柑）、广东的‘新会橙’、广西的‘沙田柚’和‘融安金柑’。20世纪90年代，中国通过发掘地方资源，选育出了‘琯溪蜜柚’和‘红江橙’等品种。

1.2  品种资源引进

历史上，中国栽培的柑橘品种先后传到海外，甜橙于明朝时期传到西方，在那里经过多年选育培育出了许多优良的品种类型。20世纪30—40年代，中国民间就分别从美国和日本引进了脐橙和温州蜜柑。新中国建立以来，特别是20世纪70年代后，一方面，中国农业科学院柑桔研究所作为专业团队一直开展品种资源引进工作，先后从国外引进柑橘品种资源539份（陈竹生 等，1994）；另一方面，改革开放后，中国派遣了许多专业研究人员和管理人员到西方留学、访问和交流，也引进了不少柑橘品种资源。这些资源中，既有境外起源的柑橘近缘属植物以及柑橘野生种，也有脐橙、夏橙、葡萄柚、克里曼丁橘、温州蜜柑、杂柑等栽培良种，它们极大地丰富了中国柑橘品种类型。

20世纪80年代中期，中国农民种植经济作物的积极性开始增加，柑橘面积迅速扩大。随着柑橘产业的自发性快速发展，品种结构单一无法满足市场需求的问题开始显现。1997年，中国柑橘同其他农产品一样出现结构性过剩，导致当时的主栽品种红橘滞销。1998年，当时的农业部启动了“948”柑橘良种引进重大项目，由华中农业大学、中国农业科学院柑桔研究所等科研机构以及6个（后来增加为9个）柑橘主产省市区农业技术推广部门参与实施，批量从境外引进柑橘良种以改善中国柑橘品种结构。该项目执行10年，比较系统和规范地从美国、日本、意大利、澳大利亚等国家或地区引进了柑橘优良品种近百个。此次品种资源的引进，极大地推动了中国柑橘产业发展，为新世纪中国柑橘品种结构优化和实现鲜果四季上市做出了重要贡献。目前中国栽培的一些杂柑和晚熟脐橙品种与该项目的实施密不可分。

1.3  资源收集与保存

进入21世纪，在国家自然科学基金的资助下，包括华中农业大学、西南大学柑桔研究所（中国农业科学院柑桔研究所）在内的科研机构对中国柑橘野生、农家等资源开展了较为系统的收集，如野生资源宜昌橙、山金柑，农家资源酸橙、枸橼等。期间发掘到单胚山金柑资源，并通过连续多代自交获得了纯系植株。这份材料的发掘为柑橘遗传研究提供了极大帮助，之后利用该材料获得了一个高质量的参考基因组，并搭建起相应的遗传转化体系。至此，中国建立起一个类似一年生作物的“模式材料”（迷你柑橘）研究平台，种子播种当年即能开花结果。该平台的搭建加快了柑橘遗传改良的研究步伐（Zhu et al.，2019）。

如今，中国国家柑橘资源圃收集保存了1 753份资源（王力荣和吴金龙，2021），包括常见的柑橘属、金柑属和枳属以及柑橘近缘属。浙江、广西、湖南等省区的科研院校分别保存了本地重要的柑橘资源。华中农业大学收集保存了近1 000份柑橘材料，诱导保存了100多个主栽品种的胚性愈伤组织。

1.4  资源评价

中国柑橘资源评价研究持续开展，20世纪60—80年代，主要对资源进行形态方面的描述；80年代中后期至90年代中期，开展了生化（同工酶）、孢粉学等层面的评价。随后，柑橘资源评价进入DNA水平，手段上从简单的DNA片段比较到今天的基因组比较。进入新世纪以来的20多年，测序技术的应用揭示了许多柑橘起源进化中未曾发现的问题。尤其是柑橘第一例基因组测序完成后（Xu et al.，2013），对中国柑橘资源特性和分布情况认识更加清晰。例如，由于长江的隔断，宜昌橙分布出现明显的分化（Yang et al.，2017）；由于南岭山脉对气候的影响，起源此地的橘分别向南北分化，形成两个不同的类群，往北的橘偏酸、偏红，往南的橘偏甜、偏黄（Wang et al.，2018）；另外，DNA分析表明，莽山野橘在目前发现的柑橘资源中是最原始的类型，且其基因组比较纯合，基本没有柚基因的渗入。

按照育种手段来划分，迄今世界柑橘育种可分为4个时代，即利用自然变异时代（V1.0）、杂交产生变异时代（V2.0）、生物技术育种的细胞水平时代（V3.0）和分子水平时代（V4.0）。前两个时代是常规育种时代，后两个是实验室辅助即生物技术育种时代。实际上，柑橘育种从V1.0到V4.0呈现迭代发展的趋势，即后一代的技术是在前一代技术的基础上发展而来。如今，在柑橘品种选育过程中，4代技术综合运用，相互结合，效率提高。

2.1  利用自然变异（V1.0时代）

在V1.0时代，中国柑橘育种工作取得了很好的成绩。今天，人们仍然利用自然变异开展柑橘品种选育工作，具体来说，就是从自然界发现遗传变异，进而培育成新的品种。中国是柑橘的原产地，栽培历史悠久，人民勤劳并善于观察，许多柑橘品种就是经群众发现而选育的。到今天，这一途径依然发挥着十分重要的作用。自然变异的来源一般有3种，一是来自实生的、天然杂交产生的遗传重组变异或珠心胚变异；二是来自芽变，即体细胞变异；三是来自嫁接产生的嵌合体，即“嫁接杂种”。改革开放前发现的柑橘实生变异较多，以农家品种为主，像‘沙田柚’‘大红甜橙’‘琯溪蜜柚’等均是实生变异。芽变主要依靠广大果农和科技人员的千百双眼睛去发现和鉴定。20世纪70年代后，在农家房前屋后发掘的实生变异逐渐减少，但在果园中发现的芽变增多。中国大部分审（认）定、登记和获植物新品种授权的柑橘品种是通过芽变途径选育的。近20年来，中国柑橘生产中栽培较多的芽变品种有脐橙的早熟（‘赣南早’‘安远早’等）、晚熟和色泽变异品种（红肉脐橙、‘宗橙’），椪柑的早熟（‘早蜜’）和无核（‘华柑四号’）变异，柚的色泽变异（‘三红琯溪蜜柚’）以及金柑芽变（‘滑皮金柑’‘桂金柑1号’）品种等，它们均是芽变而来的品种。

2.2  杂交育种（V2.0时代）

由于柑橘多胚性影响以及育种周期长的原因，杂交育种需要持续稳定的研究才能有收获。中国柑橘杂交育种起步晚，在2007年以前缺乏稳定的项目支持，导致杂交培育的品种总体上较少，与日本、美国等国家的差距较大。二战后，日本就开始进行柑橘杂交育种，培育了一个关键亲本即单胚的‘清见’，随后以‘清见’为亲本，培育出了49个杂柑品种；以温州蜜柑为亲本开展杂交，培育的杂柑同样具有该品种无核、化渣等特点，成为柑橘消费市场的新宠。日本在70多年的柑橘杂交育种进程中，已培育出第4代杂交品种。值得注意的是，由于利用的亲本的遗传背景相对狭窄，高代品种总体表现出香味不足，植株抗性下降、容易早衰，以及对栽培条件要求较高等问题。中国柑橘杂交育种工作时断时续，新世纪前后，有关研究单位重新开展了杂交育种工作。利用单胚材料为亲本，近年来中国杂交培育了多个杂柑新品种，这些品种都有温州蜜柑的血缘，例如‘金秋砂糖橘’是‘爱媛30’和‘砂糖橘’的杂种，‘金煌’‘红锦’均利用单胚橘橙杂种作为母本。可以预见，中国通过杂交培育的柑橘品种将会持续增加。

与杂交育种同步进行的是人工诱变育种。20世纪60—80年代，针对柑橘地方良种种籽多的问题，中国开展了利用⁶⁰Co-γ的诱变育种，获得了‘少核红橙’（李志强 等，2009）、‘中育7号’甜橙等品种（系）（张进仁，2010），在当时有一定的栽培面积。

2.3  细胞工程育种（V3.0时代）

20世纪70年代，中国柑橘育种进入V3.0时代，即生物技术育种时代。在当时十分艰苦的条件下，科技人员从简单的胚胎抢救开始，再到胚乳培养（王大元和张进仁，1975，1978）和花药培养（陈振光 等，1980），均成功获得了再生植株。

经过20年的发展，中国基本建立起比较完整的柑橘细胞培养技术体系，为进入新世纪开展柑橘组学研究奠定了坚实基础，主要体现在以下几个方面：一是将细胞培养技术应用于柑橘多胚品种间、不同倍性间杂交时的胚胎抢救（宋健坤，2006；谭美莲，2007；解凯东 等，2013，2020b）。该技术在克服多胚性干扰、胚胎败育获得杂种以及杂交分离群体建立等方面发挥了重要作用，为后来的基因定位打下了良好基础（Wang et al.，2017；Zheng et al.，2019）。二是花药培养技术的积累为新世纪培育甜橙DH系提供了关键技术储备（Cao et al.，2011）。纯系材料的缺乏是当时柑橘测序的瓶颈，通过花药培养技术获得的DH系，加快了甜橙基因组测序进程。三是华中农业大学自1984年起，诱导保存了100多个柑橘品种的胚性愈伤组织，建成了迄今为止世界上最大的柑橘愈伤组织库，时间最长的材料已继代保存近40年，仍具有胚再生能力（Wang et al.，2022）。这类特殊的细胞资源为后续开展基于离体材料的相关生物技术研究奠定了基础。四是细胞工程技术直接应用于柑橘品种改良。自20世纪80年代以来，华中农业大学一直坚持柑橘生物技术研究，建立起柑橘原生质体再生技术，获得‘锦橙’原生质体再生植株（邓秀新 等，1988），标志着中国柑橘研究由多细胞组织或器官水平进入单细胞水平；之后实现了原生质体融合再生异源四倍体杂种植株（邓秀新 等，1992），创制出50余例柑橘种间和属间的异源四倍体体细胞杂种；提出了细胞融合转移温州蜜柑雄性不育胞质基因改良柑橘多籽性状的新思路（Guo et al.，2004），并创制胞质杂种10余例。其中，培育的胞质杂种‘华柚2号’（温州蜜柑 + HB柚）、‘华柚3号’（温州蜜柑 + 沙田柚）均表现果实无核，其他性状与柚子基本相同。值得指出的是，‘华柚2号’是国际上首例通过细胞融合技术直接培育的植物新品种。与有性杂交相比，利用细胞融合技术培育柑橘无籽品种的育种周期缩短了至少20年（夏强明 等，2019；解凯东 等，2020a，2021）。通过这一途径获得的单胚胞质杂种含有温州蜜柑雄性不育的胞质基因，是未来进一步改良其他品种的优异“桥梁品种”。目前以上述单胚胞质杂种为母本，已创制了一些有价值的亲本材料。

与国际同行相比，中国柑橘育种V3.0时代起步晚5 ~ 6年，但研究人员奋起直追，加上国家科技投入的快速增长，赶上了国际同行的步伐，并形成了自己的特色和优势。

2.4  分子育种（V4.0时代）

进入分子育种时代，一方面，中国利用各种分子标记技术研究柑橘的起源进化，对品种鉴别起到了重要作用；同时将分子标记技术应用于柑橘杂种鉴定，使育种效率得到提高。采用的分子标记包括SSR、CAPS、RAPD、SRAP等类型，其中以SSR标记应用最为广泛。另一方面，自20世纪90年代起，中国开始了柑橘基因工程的研究（陈善春 等，1997），先后将致病因子、广谱抗性基因（如Xa21）及抗菌肽基因转入甜橙，旨在提高植株抗溃疡病的能力（Yang et al.，2011；Li et al.，2014；邹修平 等，2014）；通过将类胡萝卜素代谢关键基因如PSY（或CrtB）等转入柑橘愈伤组织和果实，改变色素的积累模式（Cao et al.，2012）；利用CRISPR/Cas9体系编辑溃疡病感病基因CsLOB1，使柑橘溃疡病抗性得到增强（Peng et al.，2017）。

中国在柑橘组学研究的快速发展以及大量数据的积累，使科研人员对柑橘生物性状的遗传基础和调控机制有了更深层次的认识。近10年来，中国先后确定了柑橘多胚形成的关键基因CitRWP（Wang et al.，2017）、果皮呈大红色的关键基因CCD4b（Zheng et al.，2019）等。同时，还解析了柑橘一些关键性状的形成机理，例如，果实风味品质作为柑橘驯化的关键性状，在驯化过程中表现为柠檬酸显著减少和花青苷合成能力丢失，并且发现Ruby2-Ruby1基因簇在驯化过程中形成亚功能分化来调控柑橘花青苷的合成（Huang et al.，2018）；miR399-CsUBC24在柑橘中除了有调控磷平衡的保守功能外，还能调控花器官发育和雄性不育（Wang et al.，2020），以及自交不亲和向自交亲和的转变与演化（Liang et al.，2020）。

在基于组学的柑橘基因发掘方面，中国已形成了一定优势和自己的特色。可以说，改革开放以来，在柑橘育种V3.0和V4.0时代，中国创制和积累了丰富的育种材料，形成了较为完善的细胞培养技术和组学技术体系，为未来柑橘分子设计育种奠定了坚实基础。

3.1  利用自然变异选育的品种

从新中国建立到改革开放的这段时间，主要是通过发掘地方资源，形成一些地方良种，再经科技成果评审或一些专业会议评定，最终成为品种。当时，中国柑橘产业中的十大品种就是由此而来。改革开放前，通过整理和发掘资源形成的品种有不少到今天仍有较大面积栽培，如‘沙田柚’‘玉环柚’‘南丰蜜橘’‘本地早橘’‘国庆一号’温州蜜柑、‘金水柑’‘椪柑’‘锦橙’‘桃叶橙’‘阳朔金柑’等。除温州蜜柑外，这些品种基本上都是有籽的。

从改革开放到实行植物新品种权保护，中国柑橘品种选育仍然是以利用自然资源为主，选育的品种主要有‘红江橙’‘琯溪蜜柚’‘大红甜橙’‘黄果柑’以及一批‘锦橙’和脐橙的优系，品种结构比较单一。当时生产上栽培的主要柑橘品种是温州蜜柑（60%以上）、新会橙、改良橙、红橘、本地早、椪柑、‘沙田柚’、金柑等。

3.2  改革开放以来品种选育情况

自20世纪80年代以来，中国柑橘品种管理制度历经几次改革，从最开始的由国家审定，到20世纪90年代中期，国家不再对柑橘等非主要农作物进行品种审定，再到2016年新修订的《种子法》中明确规定柑橘等非主要农作物实行品种登记制度，品种审定权限发生了较大变化。因此，中国现有的柑橘品种存在审（认）定、登记和植物新品种权保护多个“标签”。另外，在管理机制上，存在农业部门和林业部门界限不明的情况，即有的省市区柑橘品种管理权限在农业部门，有的则在林业部门，还有的两个部门均可管理；而且两部门的管理标准也有一定差异。

为了更加准确地弄清中国柑橘品种的变迁和演替，笔者收集整理了改革开放以来通过以上各途径选育的品种信息，并按品种来源清晰、改良性状明显等标准进行甄别，再结合授予植物新品种权的名单，除去重复或只有研究价值的品种权保护材料以及引进品种改名的情况，统计出了改革开放以来，选育的柑橘品种有122个，其中除了香橙作为砧木外，其余121个均是接穗品种（表1）。

按所在地区分析，主要有广东、湖北、湖南和重庆，选育的品种数均在15个以上，这与上述地区的柑橘研究机构育种力量稍强有关。按品种选育或完成第一单位分析，中国柑橘品种选育单位主要有华中农业大学、广东省农业科学院果树研究所、中国农业科学院柑桔研究所和湖南农业大学等院校和科研机构，体现出无性繁殖作物育种研究的公益性特征，即育种工作主要由政府支持的大学或科研院所来完成。

从品种选育途径来看，利用芽变选种和实生选种占88.5%，人工杂交、生物技术和诱变育种占11.5%。从品种类型来看，宽皮橘、橙各占1/3左右，柚类占22.1%，此外，中国栽培的主要类型均有新品种推出。

从改良的性状来看，最主要的是无籽，121个接穗品种绝大部分没有种籽，即无核（或无籽）。其中脐橙和温州蜜柑本来就是无籽的品种，芽变选种改良的是熟期或其他农艺性状；而对于其他类型而言，芽变选种的目标主要就是无籽。选育的121个接穗品种中，有28个（约1/4）属于有籽类型，其余2/3是少籽（少于5粒/果）或无籽。第2个明显改良的性状是熟期，熟期推迟或提早的品种有26个，占21.5%。第3个改良的性状是果皮或果肉色泽，有6个品种，占5%。

中国选育的砧木品种‘资阳香橙’是从自然资源中发掘的天然杂种，于2009年通过四川省的审定；2016年四川省又审定了‘蒲江香橙’。近10年来，香橙在四川、重庆等地应用比较广泛，表现出在碱性土壤中耐缺铁的特性。近年的研究发现陕西汉中的枳雀（柚和枳的杂种）也表现出耐缺铁的特性。中国农业科学院柑桔研究所用香橙和枳杂交培育了一个新的砧木类型08-11。

从育种进程来看，中国在20世纪每年大约选育1个柑橘新品种；21世纪前10年，平均每年选育3个新品种；最近10来年，年均选育的品种数达到7个。这与中国柑橘产业的不断发展，以及国家对柑橘研究投入增加有关，特别是与国家现代农业（柑橘）产业技术体系的建立密不可分。资助力度增强、科研队伍扩大以及技术水平提升，共同推进了中国柑橘品种改良进程和柑橘产业的快速发展。

3.3  近25年品种权保护情况

自1996年中国实施植物新品种权保护以来，共授权保护68个柑橘品种，除了4个品种是美国加州大学选育外，其余64个品种均由中国选育。按照育种途径分，上述64个品种中，利用自然变异培育的有53个，占82.8%，包括2个实生变异和51个芽变；人工杂交培育的有11个，占17.2%。在这11个杂交品种中，利用细胞融合技术培育的有2个，占人工杂交育种的18.2%；利用单胚品种作母本进行杂交的有9个，包括细胞融合的异源四倍体为亲本的2个杂交后代。可以看出，中国自主选育的与细胞工程有关的品种占品种授权总数的6.3%。值得指出的是，近20年中国选育的柑橘品种中有嫁接而来的嵌合体，例如‘早红’脐橙系温州蜜柑与‘罗伯逊’脐橙的嫁接嵌合体（过去也称“嫁接杂种”），其果皮像脐橙，果肉像温州蜜柑，性状十分稳定，成熟期从10月初至翌年4月，挂果期达6个月。在杂交培育的柑橘品种中，也有三倍体品种，如‘红锦’是二倍体间杂交产生的三倍体。

3.4  栽培品种现状

2021年，国家现代农业（柑橘）产业技术体系调查分析发现，中国柑橘栽培面积在666 hm² 以上的品种有69个。其中有不少是中国改革开放以来选育的品种，种植面积比较大的有‘琯溪蜜柚’和‘砂糖橘’等。近30年选育的121个品种，其大部分尚处于小面积栽培阶段，这与果树的特性有一定关系。根据日本果树育种数据统计，培育一个柑橘品种平均时间为23.9年。对中国柑橘以及其他果树品种选育的情况进行分析，一个品种从登记到大面积推广需要15 ~ 20年，要成为“当家品种”则需要25年左右。因此，品种选育与改良促进了中国柑橘产业朝着多样化方向发展，可以相信这些新选育的品种会逐步成为“当家品种”。