无核种质材料创制岗位

徐炎 王跃进 张朝红 刘国甜

  无核葡萄胚挽救的育种效率容易受到亲本基因型、取样时间、培养基的类型及添加成分、培养条件等因素影响，其中取样时间与胚发育率呈显著负相关，即在最佳取样时间内进行胚挽救试验，能够获得最高的胚发育率。精准、无损的确定最佳取样时间是葡萄胚挽救育种急需解决的关键问题，对于提高无核葡萄育种效率具有非常重要的研究意义和实际应用价值。

  此技术以‘火焰无核’（无核，欧亚种）、‘红宝石无核’（无核，欧亚种）、‘京早晶’（无核，欧亚种）、‘黑比诺’（有核，欧亚种）、‘玫瑰香’（有核，欧亚种）、‘阳光玫瑰’（有核，欧美杂种）为试材，严格参照葡萄生长期鉴定E-L体系采样标准（Coombe 1995），从E-L-32时期到E-L-37时期，分6个时期采样。总计2940个葡萄果实的近红外光谱数据和19个生理指标数据，构建数据集。通过对生理指标与胚发育率的相关性分析，发现果皮硬度与无核葡萄的胚发育程度紧密关联，并计算出‘火焰无核’、‘红宝石无核’、‘京早晶’的果皮硬度分别在720±20 g、990±20 g、633±20 g时是对应品种的最佳取样时间。根据不同品种和批次等条件将数据集分为15组，分别采用Min-Max归一化（MMN）、一阶导数（D1）和二阶导数（D2）等7种方法消除原始光谱数据的噪声和畸变，然后进行异常样本分析，剔除异常值，并采用竞争性自适应重加权算法（CARS）优选光谱特征，结合偏最小二乘回归（PLSR）、多元线性回归（MLR）等8种建模方法建立840个果皮硬度识别模型。基于相关系数（R2）和均方误差（RMSE）评价模型性能，结果表明适宜进行胚挽救的‘火焰无核’、‘红宝石无核’、‘京早晶’等3种无核品种的最佳识别模型分别为D1+PLSR（R2=0.94，RMSE=42.26）、D1+MLR（R2=0.79，RMSE=66.31）、D1+PLSR（R2=0.93，RMSE=47.92），以及针对所有无核葡萄的最佳模型为MMN+PLSR（R2=0.84，RMSE=87.21）。基于构建的AI识别模型，实现无损精准的指导无核葡萄胚挽救果实的取样，并将无核葡萄胚挽救的胚发育率提高了8%-22%，成苗率提高了8%-20%。