薄壳山核桃优良品种扩繁及高效复合经营技术研究.doc

.计划类别： 科技支撑计划-农业 指南代码： 1001 申报ID号： SNY20120049 镇江市科技计划项目申报书科技支撑计划-农业项目名称： 薄壳山核桃优良品种扩繁及高效复合经营技术研究 承担单位： 镇江市丹徒区彩云茶叶专业合作社 单位地址： 镇江市丹徒新城长山村小西湾西侧 邮 编： 212127 项目负责人： 汤国强 电话：项目联系人： 汤国强 电话： 85596202 手机：主管部门： 丹徒区科技局 申报日期： 2012年 05 月 03 日镇江市科学技术局二一二年 一、立项依据1、项目背景与意义薄壳山核桃(Carya illinoensis Koch),又名美国山核桃或长山核桃，是胡桃科山核桃属植物。原产美国和墨西哥北部，是世界上著名的干果树种之一，其坚果个大、壳薄，出仁率高，取仁容易，产量高。同时，其果仁色美味香、无涩味、营养丰富，是理想的保健食品或面包、糖果等食品的添加材料。薄壳山核桃亦是重要的木本油料植物，其油脂含量高达70以上，不饱和脂肪酸含量高达97，是上等的食用油。薄壳山核桃还是优良的材用和庭园绿化树种，其木材纹理细腻，质地坚韧，是建筑、军工、室内装饰和制作高档家具的理想材料。其树形高大、树势挺拔，是深受欢迎的观赏、遮荫和行道树种。薄壳山核桃不仅能为市场提供富含营养的干果、优质的木材等林产品，而且能绿化荒山、荒滩、荒地，美化环境，集经济、生态、社会三大效益于一身，其多样的产品已经成为改善人民群众饮食结构和国民经济建设重要的物质基础。党中央、国务院十分重视木本油料产业发展，2007年发布了国务院办公厅关于促进油料生产发展的意见，2008年底发布了国务院关于促进食用植物油产业健康保障供给安全的意见，2011年国家林业局编制了全国特色经济林产业发展规划(20112020)，这些纲领性文件的出台，促使各地对发展薄壳山核桃积极性空前高涨，薄壳山核桃发展的大气候也已经形成，产业化发展进程不断加快。薄壳山核桃在美国的栽培已有几百年的历史，美国南方25个州进行薄壳山核桃商业生产,年总产量约20万吨左右，占全世界产量的80以上。美国的薄壳山核桃种质资源也极为丰富，已选育出适于东部、西部、北部栽培的优良品种300多个。我国引种薄壳山核桃已有一百多年的历史，江苏、浙江、安徽等长江中下游地区是薄壳山核桃的最适栽培区。尽管从种质资源引进、良种选育、扩繁技术、丰产栽培技术等方面都积累了一定的经验，但与美国相比，国内薄壳山核桃的科技创新能力和生产栽培水平都有较大差距。制约我国薄壳山核桃产业化发展的主要因素：一是多为实生繁殖，结果晚；二是缺乏优良的品种资源，良种化程度低；三是嫁接成活率低，良种推广难度大；四是配套栽培技术不完善，产量无法保证。目前急需利用已选育的优良品种建立采穗圃，突破其无性系扩繁技术，这是一个生产中亟待解决的问题。江苏是一个缺山少林的省份，林业用地资源紧张。但我省苏北杨树产业的发展为全国林业产业发展树立了榜样。我省的气候和土壤条件与薄壳山核桃原产地生境具有较大的相似性，100多年来的引种栽培实践证明我省是薄壳山核桃最适宜种植区域。而薄壳山核桃是一种优良的经济树种，适宜苏地沿海地区生长，对苏北地区优化树种结构，提高林地生产力有着极其重要的意义。在苏北薄壳山核桃可部分替代杨树，改变苏北杨树的单一局面；在苏南，与茶叶复合经营具有巨大潜力，我省茶园面积近50万亩，可有10万亩左右可开展复合经营。此外，在绿色通道建设、村庄绿化、沿海防护林建设中都有很大的发展空间。因此，本项目利用已选育和引进的优良品种开展良种采穗圃建立、富根容器苗培育、优良品种无性系扩繁、苗木标准化生产和高效复合经营技术等方面的系统研究，可为我国薄壳山核桃的规模化经营提供有力的技术支撑，研究具有重大的理论和实践意义。 2、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况美国是薄壳山核桃栽培技术水平最先进的国家，他们在优良品种选育、丰产栽培技术、加工利用等方面均处于世界领先水平。美国的薄壳山核桃生产首先建立相对集中的商品基地并实行集约经营管理，如美国的薄壳山核桃生产80集中在圣特金与萨克拉门托谷地，并对主产核桃采用施肥、灌溉、防治病虫、修剪树体等集约经营管理措施，使薄壳山核桃生产获得了较高的经济效益；其次是采用优良品种，建立采穗圃，使用优良无性系嫁接繁殖，新造林采用嫁接苗，老林改造采用换冠嫁接；三是机械化水平不断提高，从种植、管理到采收加工等几乎全部采用机械化作业。美国农业部分别在佐治亚大学和德克萨斯农业与机械大学建立了两个薄壳山核桃良种繁育中心。目前美国推广的主要薄壳山核桃栽培品种均为这两中心培育。国内薄壳山核桃的科技创新情况和生产栽培水平总体上落后于国外。根据国内期刊网文献检索结果，目前有关薄壳山核桃的研究报道仅有120多篇，其中包括品种介绍、工作情况介绍和文献综述等90余篇，真正的研究论文仅30余篇，且大多数为引种栽培试验。中国林科院亚热带林业研究所、云南林科院、中南林业大学、江苏省植物研究所等单位在薄壳山核桃的种质资源收集、良种选育、扩繁技术等方面开展了一些研究工作，但薄壳山核桃的规模化经营技术还很不完善。目前国内优良品种苗的繁育主要靠嫁接繁殖，多数仍是采用传统的枝接，适宜的嫁接时期短，技术要求高，工作难度大，嫁接成活率低。而成活率和繁殖系数较高的芽接技术尚未得到广泛推广；此外，组织培养、体细胞胚胎发生等规模化和产业化的育苗技术研究尚不过关，存在技术瓶颈，导致目前市场上优良品种苗木供不应求。有关薄壳山核桃的成花机制、花芽分化与性别调控、雌花促成、矮化机理等方面的机理研究尚未涉及，相应的品种配置与群体结构调控制技术、水肥控制关键技术、高效复合经营技术等远不能满足产业化发展的需要。 3、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景美国薄壳山核桃产量占世界总产量的66.9，世界第一；墨西哥的薄壳山核桃产量占全球总产的29.7，占世界第二；尚有3.4的产量分散在澳大利亚、南非、以色列和秘鲁等国。另外有包括中国在内的法国、西班牙、印度、日本、巴西等几十个国家引种栽培。目前薄壳山核桃受到很多国家重视，并且各国开始系统的引种试验，将逐步进行产业化发展。种植薄壳山核桃经济效益十分显著，按照目前的产量与市场销售价格分析，在丰产期，核桃平均780kg/hm2，收益为2.25万元/hm2；山核桃345kg/hm2，收益为2.70万元/hm2；而薄壳山核桃八年生果园平均产量可达1200kg/hm2，收益为7.20万元/hm2。按人均年消费0.15kg（美国为0.50kg）的水平计算，仅国内每年至少消费20万吨，需种植薄壳山核桃1.33万hm2，具有极大的发展潜力。二、研究内容1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题；（一）主要研究开发内容1、薄壳山核桃采穗圃经营技术研究利用我们选育已被江苏省林木新品种委员会认定的省级新品种马罕（Mahan）（新品种编号为：苏R-ETS-CI-002-2011）和波尼（Pawnee）（新品种编号为：苏R-ETS-CI-001-2011）及国内大量推广的京华1号、绍兴1号等优良品种为主要材料建立薄壳山核桃优良品种采穗圃，开展栽植密度、定干修剪方式、生长调节剂处理、肥水管理措施等对采穗圃穗条产量和品质影响的系统研究，形成薄壳山核桃采穗圃经营技术体系。2、薄壳山核桃富根容器苗培育技术研究种子温床催芽、芽苗截根移植培育容器苗是薄壳山核桃砧木苗培育的有效技术之一。本项目将对容器规格、基质配方、芽苗截根方式、生长调节剂处理、摘心等措施对薄壳山核桃容器苗质量的影响进行系统研究，探索控制主根生长、促进须根发育的薄壳山核桃富根容器苗培育的优化技术方案。3、薄壳山核桃优良品种扩繁技术（1）嫁接技术优化为了改进现有的嫁接技术，将对芽苗根砧嫁接、枝接和方块芽接三种方法的砧木选择、嫁接时期、环境影响等方面进行系统研究，旨在找到各种方法的最佳砧木粗度和嫁接时期，形成薄壳山核桃嫁接的最优技术方案，指导生产实践。（2）组织培养技术通过外殖体对比、培养基选择、培养条件控制系列技术研究，探索薄壳山核桃组织培养的关键技术，形成薄壳山核桃优良品种组培快繁技术体系。（3）体细胞胚胎发生技术以薄壳山核桃幼胚为材料，建立无菌苗体系；以无菌苗器官为外植体材料，诱导体细胞胚胎发生，寻找薄壳山核桃体细胞胚胎发生的最佳外植体、最佳条件和最佳培养方式，建立薄壳山核桃体细胞胚胎发生体系；利用石蜡切片观察和扫描电镜、透射电镜观察的方法研究体细胞胚胎发生和发育的过程，从细胞学水平研究其发生的机理；对不同生长阶段材料的部分生理生化指标进行测定和分析，揭示其与体细胞胚胎发生的关系。4、薄壳山核桃优良品种苗木标准化生产技术从环境控制、密度控制、肥水控制、病虫害防治及集约化管理等技术探索薄壳山核桃优良品种苗木标准化生产的技术体系。同时也拟在苗木起苗、包装运输、苗木销售质保书、商标注册等整个产销过程做一些示范工作，形成完备的薄壳山核桃育苗技术规程。5、薄壳山核桃茶叶高效复合经营技术研究建立不同配置方式的薄壳山核桃-白茶复合模式，通过对薄壳山核桃-茶叶复合模式林分结构特征、种群发展规律、生产力构成要素、光能利用与分配、养分积累与循环等过程的分析，揭示复合系统结构和功能的动态关系，对复合系统进行极时调控，保持其合理的群体结构，提高系统的稳定性和较高的生物生产力，形成高效的薄壳山核桃-茶叶复合体系。（二）重点解决的关键技术问题1、薄壳山核桃采穗圃经营技术；2、薄壳山核桃优良品种扩繁技术体系；3、薄壳山核桃-茶叶高效复合经营技术。2、项目的特色和创新之处；（1）本项目开展的种子温床催芽、芽苗截根移栽培育薄壳山核桃富根容器苗是申请者通过多年摸索形成的技术体系。与传统的大田育苗相比，这种育苗方式培育的容器苗具有须根发达、生长健壮均匀等优点，能保证当年嫁接，次年出圃，是培育薄壳山核桃嫁接苗的关键技术。（2）项目采用综合的研究途径和研究方法来探索薄壳山核桃的体细胞胚胎发生技术，研究结果不仅填补国内此方面的研究空白，而且还可为薄壳山核桃优良新品种的规模化、工厂化生产提供理论基础和实践依据。（3）将薄壳山核桃与农业生态园的白茶有机结合，构建高效的林茶复合系统，并探索其配套的栽培技术。 3、要达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益。（1）建立薄壳山核桃优良品种采穗圃5亩，年产优良品种穗条（芽）10万根；（2）建立薄壳山核桃良种扩繁基地20亩，年培育优良品种苗木10万株；（3）突破薄壳山核桃无性繁殖技术难关，并制定苗木生产技术标准或规程1-2项；（4）构建薄壳山核桃-茶叶高效复合经营体系，营造复合模式示范林100亩；（5）公开发表论文3-5篇。 三、研究试验方法、技术路线以及工艺流程（一）研究试验方法1、薄壳山核桃采穗圃经营技术分别利用马罕（Mahan）、波尼（Pawnee）、威斯顿（westen）、金华1号、沼兴1号五个品种为主要品种建立薄壳山核桃优良品种采穗圃。开展栽植密度、定干修剪方式、生长调节剂处理、肥水管理措施等对采穗圃穗条产量和品质影响的系统研究。试验采用完全随机区组设计，三个重复。2、薄壳山核桃富根容器苗培育技术（1）容器规格设置不同规格的容器育苗试验。容器规格大小(直径x高度)为:15cmx20cm，15cmx25cm，16cmx20cm，16cmx25cm。(2)基质进行不同的基质配比育苗试验：纯黄土(50)+泥炭（30）+珍珠岩（20）；泥炭（50）+珍珠岩（30）+蛭石（20）；纯黄土(50)+泥炭（50）。采用同一种规格15cmx25cm容器培育，每种基质播种100个容器。（3）播种时期进行不同播种时期的育苗试验，每隔半个月播种一次：3月初、3月中、4月初、4月中、4月末。每次播种100个容器。（4）截根试验在进行芽苗移植时分别进行截根和不截根处理。每个处理为100株苗木。3、薄壳山核桃优良品种扩繁技术（1）嫁接技术优化芽苗根砧嫁接技术研究：不同地径砧木芽苗根砧嫁接试验：采用随机区组试验，每区组设置3个处理（地径大、中、小），每个处理20株，重复3次。不同时期芽苗根砧嫁接试验：采用随机区组试验，每区组设置5个处理（3个时期），分别为：4月20日、5月1日、5月10日、5月20日、5月30日，每个处理20株，重复3次，共300株；不同时期砧木与接穗生理生化物质测定：从4月10日开始，分别在4月10日、4月20日、4月30日、5月10日、5月20日、5月30日和6月10日选取有代表性的3株嫁接苗（芽苗根砧嫁接），切取砧木和接穗的韧皮部（约1g）用于IAA含量、酚类物质含量和PPO含量的测定。枝接技术研究：砧木对比试验：采用随机区组试验，每区组设置3个处理（地径大、中、小），每个 处理20株，重复3次。嫁接时期研究：采用随机区组试验，每区组设置5个处理（5个时期），分别为：3月20日、4月1日、4月10日、4月20日、5月1日和5月10日，每个处理20株，重复3次，共360株；方块芽接技术研究砧木对比试验：采用随机区组试验，每区组设置3个处理（3个品种），每个处理20株，重复3次。嫁接时期研究：不同时期：采用随机区组试验，每区组设置5个处理（5个时期），分别为：5月1日、5月10日、5月20日、5月30日和6月10日，每个处理20株，重复3次。（2）组织培养技术研究：通过单因素随机重复试验对最佳的外植体材料进行筛选，对MS、White、N6、改良ER等培养基进行比较和筛选,确定再生植株诱导分化培养基适宜的蔗糖含量、琼脂含量和pH值等因素，加入不同配比的2,4-D、6-BA、IAA、NAA、KT、TDZ等外源激素进行分化培养，筛选诱导不定根和不定芽的最佳激素配比，形成再生植株。将生长良好的组培苗由组培室转移至温室，打开封口盖，适当遮光，进行驯化移栽试验，进一步研究缩短驯化时间和提高苗木质量的方法，提高组培苗的移栽成活率和保存率。（3）体细胞胚胎发生技术研究：选择本公司已栽培的优良薄壳山核品种马罕为试验材料，研究培养基类型、不同诱导时期、培养条件、培养时间对体细胞胚胎发生的诱导效果，通过多因素正交试验了解外源激素等因素对胚性愈伤组织的诱导效果(见表1)。在胚状体形成过程中，研究其生理生化变化规律，测定可溶性糖含量、抗氧化物酶活性、游离氨基酸含量和蛋白质含量等指标。对不同发育阶段的愈伤组织和胚状体组织细胞进行光学显微观察、扫描电镜观察和透射电镜观察，了解其细胞组织形态学特征。表1 外源激素配比等因素对胚性愈伤组织和非胚性愈伤组织的诱导试验水平因素NAA(mg/l)KT(mg/l)6-BA(mg/l)TDZ(mg/l)有机添加物(mg/l)10000不加20.010.100.500.10谷氨酰胺30030.050.501.000.50水解乳蛋白30040.101.002.001.00水解酪蛋白300 说明：采用L16（45）正交设计。4、薄壳山核桃-茶叶高效复合经营技术薄壳山核桃的密度分别为6m10m和6m15m，林下种植白茶，构建不同的林茶复合模式，并以纯茶园和纯薄壳山核桃果园为对照，通过对不同模式林分结构特征、种群发展规律、生产力构成要素、光能利用与分配、养分积累与循环等过程的分析，探索林茶复合系统的配套栽培技术。（二）技术路线 四、工作基础和条件1、承担单位概况，拥有知识产权状况项目建设单位：镇江市丹徒区彩云茶叶专业合作社，注册资金300万元，2011年度年产值44.58万元，年销售额为33.78万元。合作社的主体单位为镇江市十里长山生态农业有限公司，该公司2010年度被市政府认定为镇江市科技示范园区。拥有员工37人，其中大专以上人员10人。本项目与中国绿色协会、南京林业大学等多家科研机构和大专院校建立了技术协作关系，适时派专家教授进行现场指导，定期或不定期组织人员培训，得到了市区农林专家的指导与帮助，项目高科技运用有保障。 2、本项目现有的研究工作基础本合作社与南京林业大学于今年年初合作，建立了研究生工作站，开展薄壳山核桃种质资源收集、良种选育、苗木扩繁、良种示范果园建设等方面的研究工作。先后从江苏省植物研究所、江苏省农科院等单位引进马罕（Mahan）、威斯顿（westen）、波尼（Pawnee）、赣选1号、赣选2号、赣选3号、金华1号等优良品种12个，建立了100亩的薄壳山核桃优良品种示范园。以薄壳山核桃富根容器苗为砧木，开展了薄壳山核桃春季枝接和夏秋季芽接的技术的系统研究，初步形成了薄壳山核桃嫁接繁殖技术体系。这些研究为本项目的开展提供了重要的物质基础和技术储备。3、项目负责人以往承担国家、省级等各类科技计划项目完成情况项目主要技术负责人彭方仁教授现为南京林业大学经济植物研究所副所长；江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人培养人选；江苏省“333跨世纪学术、技术带头人培养工程”培养对象；国家林业局南方山地用材林培育重点实验室客座研究员；中国林学会银杏分会副理事长；中国林学会经济林分会常务理事；江苏省茶叶学会常务理事。长期从事森林培育与经济林栽培的教学与科研工作。先后主持完成国家自然科学基金、国家林业局“948”项目、国家林业局科技推广项目、江苏省高技术项目、江苏省农业科技支撑项目、江苏省林业三项工程项目等国家和省部级科研课题20余项；参加国家“九五”“十五”攻关、“十一五”“十二五”科技支撑项目。获2001年江苏省科技进步二等奖，2003年国家科技进步二等奖，2005年梁希林业科学技术奖一等奖，2007江苏省教育厅高等教育教学成果二等奖。编写出版专著7部，发表论文70余篇。 4、项目实施具备的人才队伍、经费配套投入能力及科技服务管理能力；镇江市丹徒区彩云茶叶专业合作社的主体镇江市十里长山生态农业有限公司现有科技人员11人，其中有高级职称的专业人才有2名，年产值为2706.77万元，年销售额为2108.90万元。南京林业大学主要研究人员有6人，其中教授1人，副教授1人，博士2人，研究生2人，并建立了研究生工作站。长期以来在第一线从事经济林果种植研究和农业技术推广。现以投入200余万元建立了100亩的薄壳山核桃丰产栽培示范园，目前与南京林业大学签订了全面合作协议，相信一定能圆满完成项目的各项预期任务。5、本项目实施可能对环境的影响及预防治理方案。本项目采取科学栽培管理措施，对净化空气也有明显的作用，不会对环境造成任何不利影响。五、项目研究预期成果及效益项目研究预期成果：（1）建立薄壳山核桃优良品种采穗圃5亩，年产优良品种穗条（芽）10万根；（2）建立薄壳山核桃良种扩繁基地20亩，年培育优良品种苗木10万株；（3）突破薄壳山核桃无性繁殖技术难关，并制定苗木生产技术标准或规程1-2项；（4）构建薄壳山核桃-茶叶高效复合经营体系，营造不同复合模式示范林100亩；（5）公开发表论文3-5篇。项目效益分析：生态效益：薄壳山核桃本身也是优良的生态防护树种，叶片宽大，对烟尘、CO2等有毒有害气体的吸附能力较强，此外根系发达，生长适应性强，造林成活率高，是优良水土保持树种。项目开展能改善目前农业种植生物多样性低、土地利用效率低、病虫害现象严重等问题。经济效益：目前薄壳山核桃1年生嫁接苗市场价格为4060元，每公斤果实市场价格高达300元，种植薄壳山核桃效益很高，地方政府、企业和群众参与的积极性也非常高。本项目实施以后，预计单位面积薄壳山核桃果园的经济效益增产1030，苗木的生产成本也会大大降低，薄壳山核桃苗木能够实现规模化生产，研究成果示范推广后，在国内产生的经济效益是无法估量的。社会效益：木本项目研究成果的应用，将对国内薄壳山核桃产业发展起到良好的推动和示范作用，有利于农业产业结构优化和调整，增加农民增收，为农村剩余劳动力提供就业机会。薄壳山核桃产业的快速发展也必将带动果品加工、贮藏运输、农家乐休闲观光旅游等行业的兴旺发展。六、计划进度安排与考核指标工作进度主要工作内容2013年01月至2013年06月试验方案制定、薄壳山核桃富根容器苗培育2013年07月至2013年12月采穗圃建设与管理、林茶复合模式的构建2014年01月至2014年06月优良品种扩繁技术、示范园建设2014年07月至2014年12月扩繁技术、复合经营技术研究2015年01月至2015年06月优良品种扩繁及高效复合经营技术示范与推广2015年07月至2015年12月野外调查，数据整理分析，准备项目验收项目完成后主要考核指标（1）建立薄壳山核桃优良品种采穗圃5亩，年产优良品种穗条（芽）10万根； （2）建立薄壳山核桃良种扩繁基地20亩，年培育优良品种苗木10万株； （3）突破薄壳山核桃无性繁殖技术难关，并制定苗木生产技术标准或规程1-2项； （4）构建薄壳山核桃-茶叶高效