树木远缘杂交不象种内杂交那么容易，可能出现杂交不亲和、杂种不育现象。所谓杂交不亲和性（incompatibility），是指由于亲缘关系较远，在漫长的进化过程中，形成了各种隔离机制，主要表现如下：（1）由于双亲亲缘关系较远，柱头环境和柱头分泌物差别太大，导致花粉不能在对方柱头上发芽；（2）花粉管生长缓慢，或花粉管太短，不能达到胚嚢；（3）花粉管虽然能达到胚嚢，但授精不正常；（4）胚停止发育、落果等。亲缘关系越远，不亲和现象越明显。所谓杂种不育性(sterility)，是指远缘杂交所得种子不能发芽或幼苗夭折，一些杂种虽能成活，但不能开花结实，或虽能开花结实，但配子败育，不能繁衍后代。下面对克服远缘杂交不亲和性的一些方法作简要介绍。
1. 正确选择亲本和杂交组合
选择亲本时，除根据育种目标，选择优良性状多的类型作为杂交亲本外，还要考虑到远缘杂交的可配性。例如黑杨派与青杨派杂交容易，黑杨派、青杨派为母本与白杨派为父本杂交容易，但若白杨派为母本，则困难。
杂种起源的亲本杂交容易成功。如杨属中胡杨是难以杂交的树种，南京林业大学用响叶杨(Populus adenpoda Maxim.)×毛白杨的杂种与胡杨杂交，得到了杂种苗。新疆八一农学院用苦杨(Populus laurifolia Ledeb.)×钻天杨的杂种与胡杨杂交也得到了杂种。
2. 中介亲本法
如果两个种杂交不亲和，可先由其中一个种与第三者杂交，杂种再与另一个种杂交，这种中介的方法，有时较易获得成功。例如，黑杨派与白杨派直接杂交，由于两者的亲缘关系较远，杂交亲和性（cross affinity）很差。张金凤等（2000）利用黑杨×青杨的4个杂种作中介亲本，做了黑杨派与白杨派间12个组合的杂交试验。结果表明，利用中介亲本作为桥梁，能够克服两派间杂交的障碍，使远缘杂交获得成功。
3. 移植父本柱头或喷父本柱头液 柱头分泌的液体，通常能刺激落于其上的亲缘关系近的花粉发芽。远缘杂交不孕的原因之一，是父本花粉不能在母本柱头上发芽。因此，可在授粉前采集一些父本的柱头，研碎后涂抹在母本的柱头上，或将父本的柱头移植到母本柱头上，然后授粉。中国林科院曾用此方法获得小叶杨与胡杨的杂种。
4. 特殊授粉方法
蒙导花粉授粉: 据研究，成熟花粉粒壁上的蛋白质根据存在的部位分为内壁蛋白和外壁蛋白。外壁蛋白是由花药绒毡层合成的一种特异蛋白质，贮存在花粉粒的外壁中，对柱头与花粉的识别起主要作用。将有亲和性的花粉用放射线等方法杀死，但花粉壁蛋白没有发生变化，然后与不亲和性的花粉混合。没有生活力的亲和性花粉称为蒙导花粉（mentor pollen），其蛋白质作为“认亲”物质，可以“蒙骗”柱头，接受不亲和性花粉，达到授精的目的。Knox等（1972）在克服美洲黑杨×银白杨杂交不亲和的试验中，把亲和的花粉用γ射线杀死后，作为识别花粉与不亲和的花粉混合，授于柱头上，于是识别花粉扩散出的粉壁蛋白布满柱头, 而不亲和的花粉可借此识别物质进入柱头，结果得到了杂交种子。R.F.Stettler（1968）在毛果杨远缘杂交中，在它种花粉中加入经高剂量辐射杀死的毛果杨花粉，也获得了杂种。
混合花粉授粉:在果树杂交中，常采用混合花粉授粉来克服远缘杂交不亲和的困难。即在选定的父本花粉中，掺入少量其他品种，甚至包括母本的花粉，然后授于母本的柱头上。这是米丘林克服果树远缘杂交不亲和性常用的一种方法。例如，在苹果和梨杂交时，常在梨的花粉中加入极少量的苹果花粉，在苹果花粉的诱导下，促使杂交成功。混合花粉能突破远缘杂交不亲和的障碍，是由于不同花粉相互影响，改变了授粉的生理环境，解除母本柱头上分泌的某些有碍异种花粉发芽的特殊物质的影响，有助于花粉发芽和使花粉管迅速而顺利地穿过花柱组织。
重复授粉:处在不同发育时期同一母本柱头，其成熟度和生理状况都有差异。所以，在
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不同发育时期进行重复授粉可能会遇到最有利的受精条件，以提高结实率。西北农业大学曾报道利用此方法得到葡萄与番茄的远缘杂交种。
提前或延迟授粉:一般而言，母本柱头对花粉的识别或选择能力在未成熟和过熟时最低。所以，提早在开花前1－5天或延迟开花数天后授粉，可以提高结实率。在小麦、红三叶草、烟草和甘蓝等远缘杂交中，有成功报道。
自上世纪70年代以来，不少学者对关于蒙导花粉和混合花粉授粉作了大量的研究，目前对其有效性和机理仍在探讨中。
5.预先无性系渐近法
把两个不易杂交的树种嫁接在一起，由于砧木与接穗营养物质相互同化，使之生理上逐渐接近，然后进行杂交。例如，花楸（Sorbus）和梨（Pyrus）是不同的属，两者不能交配，而米丘林曾将普通花楸与黑色花楸先行杂交，将杂种幼龄实生苗嫁接到成年的树冠上，经6年砧木的影响，两者在生理上逐渐接近，当杂种花楸开花时授以梨的花粉，从而成功地获得了梨与花楸的远缘杂种。沈阳农业大学于1955年～1958年曾把苹果高接到梨的树冠上，开花后用梨的花粉授粉，获得了苹果与梨的杂交种。
对于杂种不育，可根据具体原因，采用胚胎离体培养、杂种染色体加倍、杂种回交等方法加以克服。
5.7 杂种的测定、选择和推广
杂交是基因重组的过程，是创造遗传变异的手段。但是杂交不等于杂交育种，因为并不是所有杂种都表现优良，需要进一步选择。杂交育种包括通过杂交，获得杂种，对杂种进行遗传测定和选择，以获得优良品种的过程。 5.7.1杂种苗的培育
杂种种子的育苗原则上是和常规育苗相同的。但由于杂种种子数量少，育苗工作应特别仔细。对小粒种子，如杨、柳、泡桐可在温室盆播，幼苗移至杂种圃；松类可采用营养杯育苗。总之，要采取各种栽培措施以达到拥有最多杂种苗的目的。因为，杂种种群越大，选择具备所需性状的杂种的可能性也越大。其次，要保证培育条件的一致性。条件一致，才有可能进行客观的评定和选择。注意防止混淆，要随时作好挂牌、观测、登记等项工作。 5.7.2杂种的测定和选择
杂交是基因重组。杂交产生的子代，个体间有遗传差异，只有通过选择才有可能把具有优良遗传基础的个体挑选出来。选择应贯穿于杂交育种的全过程。从杂种萌发到品种试验，都要对繁殖材料进行不断的观测、鉴别，并根据育种目标进行选择和淘汰。
杂种选择的时期不一，可以在苗期，也可以幼龄时或成龄后选择。耐寒、耐旱和抗病虫害能力在苗期或幼龄期一般能够表现出来，短轮伐期速生树种在这个时期鉴定生长性状也有一定的把握。
繁殖方式不同的树种，选择和鉴定的程序不同。以插条方式推广的新品种的选育过程，可以用中国林科院选育的北京杨和意大利选育的欧美杨为例来说明。
中国林科院林研所选育北京杨的工作始于1956年，2年杂交共得种子10538粒，育成杂种苗506株。这些杂种苗在1年生时高生长就有很大差别，叶形分别倾向于父本或母本。苗木在苗圃生长2年，作第一次选择。淘汰侏儒个体，选择高生长在平均值以上的苗木。第一次中选苗木213株，平均选择率为42.1%。中选苗木，在2年生时于秋天平茬。次年秋，作第二次选择，共选出苗木33株，选择率为15.5%。对中选的33个植株，分别编号，作插条繁殖。由33株苗木繁殖成的混合群体称北京杨。1963年起，又从这33株苗木中，根据生长、物候、抗叶部病害等特性选出了13株，作为原种，繁育成13个无性系。
我国在杨、柳、泡桐等杂交育种工作中，基本上采用了上列选择程序。这样做，能在短
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期内取得一定成效。但是，需要指出，杂种的性状不可能在苗期完全表现出来，在没有掌握早期鉴定技术之前，苗期选择不可避免会产生错选或漏选现象。因此，选择宜分阶段进行，经较长时期的观测后逐步推广为好。
意大利在杨树育种中重视育种群体的改良，制定的黑杨派育种策略是一个范例。他们的选育杨树无性系工作特点可以归纳为：(1)全力调查和收集双亲的育种资源，建立育种群体；(2)研究育种群体的配合力，科学地选择杂交亲本，进行组配；(3)制定并执行严格的无性系评选、测定程序。
意大利黑杨派树种资源并不丰富，天然林少，对残存为数不多的黑杨(P. nigra) 天然林作了仔细调查和收集，同时积极从邻国引进野生植株，由120株雌株和120 株雄株组成未经遗传改良的黑杨良种群体。另一方面，系统地从北美引进不同种源的美洲黑杨，特别是南方种源的棱枝杨(P. deltoides var Angulata)，也由雌雄各120 株组成初选改良的美洲黑杨良种群体。对育种群体分两线工作，同时测定配合力和杂种优势。一方面，以美洲黑杨为母本，欧洲黑杨为父本，作种间杂交，取得杂种，经无性系测定后，选择杂种优势明显的植株，繁殖成无性系；另一方面，分别在美洲黑杨和欧洲黑杨育种群体内作种内控制授粉，通过子代测定，测定配合力，从中挑选出雌雄各40株组成改良群体。对改良群体，重复上一阶段的工作内容，如此循环，螺旋上升，使育种群体和杂种无性系的遗传品质不断提高。意大利欧美杨的育种程序见图5－2。
欧洲黑杨 欧美杨杂种 美洲黑杨
选优良种源 选优株 原始群体 原始群体 120♀ 120♂ 120♀ 120♂ 种内杂种子代测定 种间杂种子代测定 种内杂种子代测定 选择亲本 无性系选择 选择亲本 改良群体 改良群体 改良群体 改良群体 生产用无性系 120♀ 120♂ 40♀ 40♂ 40♀ 40♂ 120♀ 120♂ 种内杂种子代测定 种间杂交 种内杂种子代测定 选择 选择 无性系选择 生产用无性系 图 5－2 意大利欧美杨育种程序 欧洲黑杨 1 2 3 4 欧美杨杂种 A B C D 13
1×6 1×7 1×8 1×9 2×6 2×7 2×8 2×9 3×6 3×7 3×8 3×9 4×6 4×7 4×8 4×9 6 7 8 9
A×6 B×6 C×6 D×6 A×7 B×7 C×7 D×7 A×8 B×8 C×8 D×8
A×9 B×9 C×9 D×9
图 5－3 意大利欧
美杨交配设计
美洲黑杨 A B C D A×W B×W C×W D×W W A×X B×X C×X D×X X A×Y B×Y C×Y D×Y Y A×Z B×Z C×Z D×Z Z
为同时能测定种内各个亲本的一般配合力和特殊配合力，以及种间个体的杂种优势，意大利为欧美杨专门制定了一个交配设计方案，图5－3。相应编制了两个群体多世代组配、测定和选择，及种间杂交的方案。
意大利对生产中推广的杨树无性系，规定要遵循严格的评选程序。评选分3个阶段：(1)初选阶段。将每株杂种苗繁殖成15株扦插苗，按50 cm×200 cm栽植，栽植当地主栽品种2株为对照，第2年按抗病和生长量，选出25％的无性系；(2)复选阶段。将初选无性系按5m× 5m定植，仍以当地主栽品种为对照，第2或第3 年从中挑选40％无性系。中选无性系各繁殖500株，营造无性系对比林，从中选出20％的无性系；(3)终选阶段。对上述中选的20％无性系和繁殖2000～3000株扦插苗，分别在2～4个地点营造试验林，第5年，终选出速生、抗病无性系，最后经意大利杨树委员会鉴定，并提交国家无性系审定委员会审核、注册登记。一个无性系只有通过了多个阶段，多个地点的试验，并经注册之后，才可以在生产中推广。这个过程要历时25年以上。他们培育杨树新品种采取的科学、严谨做法，值得效仿。
5.7.3杂交品种的繁殖、推广和命名
1.杂交品种的繁殖与推广
品种经过遗传鉴定，确认具有优良性状的杂种，由于数量有限，还不能在生产上推广，还需要经过良种繁育。对目前主要依靠种子繁殖的树种，为取得大量的杂种种子，一般采用如下途径：
（1）利用具有杂种优势的亲本建立杂种种子园。概括各国采用的方式可分为3种：一是自由授粉种子园。即把花期相遇的双亲无性系或从F1子代群体中选出的优良个体无性系株混植建立种子园，每年采收自由授粉种子。这种方式成本低，所需种子量可通过种子园面积来调控。其缺点是：花期相遇无性系产生的种子不一定都是杂种，杂种更不一定都是优良的。如在兴安落叶松和日本落叶松种子园中，4年间兴安落叶松母树种子中杂种率变动在21.3%～74.7%间。日本落叶松母树种子中杂种率相应变动在18.5%～36.0%间。 二是人工控制授粉制种园。澳大利亚采用篱式单系种子园生产湿地松×加勒比松杂种，即把入选的母本按无性系在隔离地段建园，同时营建父本无性系采粉区。头1～2年母本无性系雄花少时，可不去雄，进行人工授粉，此后，要先去雄再授粉。为方便去雄操作，采用化学去雄。到1988年已可生产性提供杂种种子。这类种子园的最大缺点是结实受气候影响。三是温室内，把双亲都栽在容器内，便于控制双亲球花的发育阶段。
（2）利用杂种第一代衍生的各种种子，包括F1× F1，F1与亲本回交等获得的种子。据韩
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国刚松×火炬松的实践证明，这类杂种比较容易取得，同时，杂种的经济性状与F1相仿，认为这类杂种虽有分离，但可以利用。B.J.Zobel(1984)列举巴西由生长优势明显的巨桉杂种自由授粉产生的子代，生长矮小，品质低劣的事实，从而对利用F1代衍生种子持不同意见。
由于人工控制授粉生产杂种，种子昂贵，为降低苗木成本，对能无性繁殖的杂种常采用幼龄杂种苗建采穗园，大量生产扦插苗。这在松、云杉和落叶松上已普遍采用（参见第6章），但同一杂种不同亲本形成的杂种家系及家系内个体扦插生根率有很广泛变异，需要进一步选育。此外，微体繁殖技术将为针叶树杂种苗大量生产开辟道路，在辐射松上已成功利用，在其它树种上正在探索。
在一个新品种大量推广之前，应根据新品种推广地区的自然地理条件类型，选择有代表性的地点作为区域化栽培试验。试验点多少取决于品种推广范围及自然条件的复杂程度，一般应有2个点以上。试验中应包括当地原推广树种，采用的栽培管理措施，应完全一致，并为当地生产单位所能接受，以便将来推广。最后，根据试验结果，提出新品种推广地区，及适当的栽培技术措施。
2．杂种的命名
现在主要有3种命名方式。第一，对自然杂种，常在属名之后，加“×”，如Populus×canadensis (加拿大杨)。第二，是写出杂种的组合，如P. rigida ×P.teada (刚松×火炬松)。第三，用品种名称，如Populus euramericana cv.I-214(欧美杨I-214)。
5.8林木多倍体及其诱导的基本途径
多倍体（polyploid）是指细胞核含有三套以上染色体组个体。自然界植物多倍体的发生均来自于细胞核内染色体组的倍数变异，即体细胞分裂过程中偶然发生的染色体加倍（chromosome doubling）以及减数分裂过程中产生未减数2n配子。1935年，Nilsson-Ehle在瑞典发现了一株叶片巨大、生长迅速的巨型三倍体欧洲山杨后，立即引起了世界对多倍体应用的广泛关注。1937年，Blakeslee、Avery以曼佗罗等植物为材料，证实秋水仙碱（colchicines）能有效地诱导植物多倍体，推动了多倍体诱导研究，并在作物、果树、蔬菜、花卉上获得大量多倍体新品种。林木多倍体育种的主要意义可归纳为如下几点：
（1）多倍体的细胞巨大性使林木纤维长度增大, 单位材积的纤维细胞数以及细胞表面积减小，木质素等含量降低。如欧洲山杨×美洲山杨杂种三倍体的材积生长比本地山杨快1～2倍，纤维长18%，比重高20%，是一种优良的纸浆原料。由北京林业大学朱之悌院士培育的三倍体毛白杨，5年生的木材纤维平均长达到1.28mm，比同龄普通二倍体毛白杨长52.4%；木质素含量降低，仅为16.71%，比二倍体毛白杨低17.9%；而α-纤维素含量提高，可达到53.21%，比同龄二倍体毛白杨高5.8%。因此，三倍体毛白杨纸浆材新品种的成浆得率高，制浆能、水及化学品耗费低，污染轻，造纸物理性能好，可以保证提高整个林纸产业化的综合经济效益。
（2）多倍体的基因剂量倍增，从而使植物的一些生理生化过程加强，新陈代谢旺盛，其体内的某些生化成分的含量也相应提高。在林木育种中，多倍体育种可望通过改善次生代谢产物，如粗蛋白、橡胶以及黄酮等，从而提高经济林木的利用价值，降低生产成本。有关育种成果已经在生产中得到应用，其中四倍体橡胶树的产胶量比二倍体亲本提高34%；三倍体漆树的产漆量比二倍体高出1～2倍；三倍体桑树在产叶量和叶品质等方面均优于二倍体
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