楓香半同胞家系子代遺傳變異與優良家系選擇研究

王俊青 趙天宇 谷鳳平 劉 同 冷 英 敖書飛 王文武

(襄陽市林業科學研究所，湖北 襄陽 441052)

?

楓香半同胞家系子代遺傳變異與優良家系選擇研究

王俊青 趙天宇 谷鳳平 劉 同 冷 英 敖書飛 王文武

(襄陽市林業科學研究所，湖北 襄陽 441052)

以全國19個楓香種源的125個半同胞家系子代試驗林為研究材料，按二級裂區試驗設計，分析其6年生時的生長性狀差異和遺傳變異特征，并進行優良家系選擇。結果表明：楓香半同胞家系間存在較豐富的變異，變異系數最高達40.04%，其胸徑、材積、樹高、冠幅生長性狀的差異均達極顯著水平，且胸徑、樹高、材積生長性狀之間的正相關性均達極顯著水平,表明楓香各家系具有選育潛力。家系遺傳力比單株遺傳力高，胸徑、樹高、材積家系遺傳力受中度遺傳控制；胸徑、樹高、材積之間遺傳相關系數、表型相關系數較高，相關系數均在0.7以上。以材積為主，以胸徑和樹高為輔，在125個家系中初選51個家系，其中精英家系3個，優良家系4個，良好家系44個，表現最好的家系編號為松滋09，胸徑、材積、樹高的平均值為5.85 cm、0.00711 m3、4.90 m，遺傳增益分別為20.52%、65.70%、14.88%。

楓香；半同胞家系；遺傳變異；生長性狀；家系選擇

楓香(Liquidambarformosana)為金縷梅科楓香亞科楓香屬落葉喬木，具有生長快、用途廣、適應性強、耐干旱瘠薄、易于天然更新等特點，多生長于海拔220～2 000 m的丘陵、平原或山地常綠闊葉林中，是我國重要的鄉土樹種，有荒山造林“先鋒樹種”之譽[1]。楓香用途廣泛，枝干可采樹脂線香及藥用，木材堅硬且能抗白蟻，是良好的建筑和家具用材，已成為調整林種結構的重要樹種[2]。自1996年南京林業大學率先開展了楓香良種選育研究以來[3]，楓香的繁育及造林技術、生長規律、子代性狀的遺傳變異分析、優良家系和單株選擇等方面的研究已在國內廣泛開展[4-7]。

種源試驗是林木遺傳改良研究的重要手段，本研究以全國19個楓香種源125個半同胞家系子代試驗林為材料，探討了6年生楓香半同胞家系間生長量的差異和遺傳變異特征，選擇表現較好的優良家系，以期豐富湖北省闊葉樹造林樹種，為工業用材提供優質原料。

1 試驗地概況

試驗地位于襄陽市林科所仙山林區，地處東經112°10′，北緯32°10′，屬北亞熱帶氣候區，年平均降雨量890 mm，年平均氣溫16.05 ℃，1月份平均最低氣溫2.5℃，冬季最低氣溫一般年份為-5～-7 ℃，七月份平均最高氣溫27.5 ℃，夏季最高氣溫36～39 ℃，全年無霜期234～240 d。試驗地為低山丘陵崗地，造林坡度為15°，西南坡向，海拔110 m，土壤為黃粘土，土層厚度60～100 cm，pH 6.85，有機質含量0.726 4%，全氮含量0.055 2%。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與設計

試驗材料由湖北省林業科學研究院提供的楓香不同種源優樹的半同胞自由授粉種子，19個采種地點地理及氣象因子見表1。于2007年3月播種育苗，2008年3月選擇根系發育良好、無病蟲害和機械損傷、規格較一致的苗木進行造林，造林后前3年進行中耕、除草和修枝等日常撫育管理。參試19個種源125個家系，按二級裂區設計，群體為主區，家系為副區(小區)，共3個重復(主區)，每個小區4株，造林密度按株行距4 m×4 m定植。每個試驗小區群體隨機排列，家系號在造林時隨機選擇。

表1 種源地理位置及氣象因子Tab.1 Provenance geographical location and meteorological factors

2.2 調查及分析方法

在2013年年底進行野外調查，測量指標包括樹高、地徑、胸徑。楓香單株材積按湖北省闊葉樹二元立木材積公式計算：

Vij=0.000 050 479 055×D1.908 505 4×H0.990 765 07

對研究的數量性狀按小區平均值統計，方差分析模型為：

式中：Yijk為第ijk小區各單株觀測值；N為試驗全林總株數。

以小區平均值對每一對性狀(x,y)進行協方差分析，各相關系數的方程式如下。

遺傳相關系數： rG=CovG(x,y)/[δG(x)·δG(y)]

環境相關系數：rE=CovE(x,y)/[δE(x)·δE(y)]

表型相關系數:rP=CovP(x,y)/[δP(x)·δP(y)]

式中：CovE(x,y)、CovG(x,y)、CovP(x,y)分別為x性狀與y性狀的環境協方差、遺傳協方差和表型標準差協方差，δE(x)與δE(y)、δG(x)與δG(y)、δP(x)與δP(y)分別為x性狀與y性狀的環境方差、家系方差、表型標準差。

3 結果與分析

3.1 楓香半同胞家系生長性狀相關性分析

各生長性狀的相關性分析結果見表2。由表2可知，胸徑、樹高、材積相互之間在6年生時表現出極顯著的正相關關系；胸徑、樹高、材積3個性狀與冠幅正相關關系不顯著。其中，胸徑、樹高與材積的相關度最高,分別達0.960、0.884；樹高與胸徑的相關度居中，為0.777；其他性狀相關度較低。因此,在早期楓香優良家系選擇時，可以通過以材積為主，同時兼顧樹高和胸徑，選擇效果。

表2 生長性狀間相關性分析Tab.2 Correlation analysis of growth traits

3.2 遺傳變異系數分析

6年生楓香半同胞家系各生長性狀表型變異系數和遺傳變異系數見表3。其中胸徑的遺傳變異系數和表型變異系數分別為6.70%和5.98%，樹高分別為7.38%和6.26%，材積分別為15.80%和13.50%，冠幅分別為4.66%和13.16%。由此可以看出，胸徑、樹高、冠幅變異相對較小，而材積相對來說變異較大，通過一定強度的選擇，可以獲得較高的遺傳增益。

表3 6年生楓香半同胞家系生長性狀遺傳力估算結果Tab.3 The estimated heritability value of growth traits of 6-year-old half-sib family %

胸徑、樹高與材積有著極顯著的正相關性，冠幅與材積相關性較低。因此，在家系選擇時，應以材積為主，以胸徑和樹高為輔。由于沒有設立商品種為對照家系，選擇標準以材積、樹高、胸徑的平均值且大于其家系群體平均值為指標，評價其生長表現和遺傳增益(表4)。綜合材積、胸徑、樹高3個指標，初步選擇家系編號為松滋24、松滋09、黃山24等51個家系。入選家系材積的遺傳增益變幅最大，其次為胸徑。胸徑、樹高、材積的平均值和遺傳增益變化幅度分別為4.67～6.00 cm和6.11%～22.39%、3.97～4.90 m和2.47%～14.88%、0.003 77～0.007 18 m3和9.87%～66.78%。表現最好的家系編號為松滋09，胸徑、材積、樹高的平均值為5.85 cm、0.007 11 m3、4.90 m，遺傳增益分別為20.52%、65.70%、14.88%。

表4 入選楓香家系生長表現、遺傳增益和T檢驗情況Tab.4 Growth genetic gain and T test of selection families

3.3 主要性狀方差分析

對6年生楓香半同胞家系生長性狀進行了方差分析，結果見表5～6。

表5 6年生楓香半同胞家系生長性狀的變異情況Tab.5 Variation of growth traits of 6-year-old half-sib family

表6 6年生楓香半同胞家系生長性狀的方差分析Tab.6 Anova analysis of growth traits of half-sib family

注：**表示P<0.01。

由表5～6可知，不同半同胞家系間胸徑、樹高、材積、冠幅的生長差異均達到極顯著水平，其胸徑平均值為4.17 cm，變異幅度2.55～6.00 cm，變異系數16.79%；材積平均值為0.0031 79 m3，變異幅度0.001 014～0.007 175 m3，變異系數40.04%；樹高平均值3.79 m，變異幅度2.92～4.90 m，變異系數10.82%；冠幅平均值為2.17 cm，變異幅度0.92～3.29 cm，變異系數34.39%，表明家系間存在較大差異。

材積是胸徑和樹高共同反映的結果。所以可根據家系材積的T檢驗的分析結果(見表4)，對入選的家系進行評價。按材積生長性狀表現優良程度，將優于群體平均值的家系分成3個等級，分別為精英家系：Sig.<0.05;優良家系：0.05

3.4 生長性狀遺傳參數評估

對6年生楓香半同胞家系胸徑、樹高、材積生長性狀進行了遺傳參數估算，結果見表7～8。

表7 6年生楓香半同胞家系生長性狀的遺傳力估算結果Tab.7 The estimated heritability value of growth traits of 6-year-old half-sib family %

由表7可知，胸徑、樹高、材積、冠幅的家系遺傳力、單株遺傳力分別為50.95%、45.46%， 50.71%、48.34%，53.16%、49.21%和20.48%、19.66%，其中材積的家系遺傳力和單株遺傳力最大。

遺傳群體內不同性狀間往往存在著遺傳關聯，而性狀間的遺傳關聯在育種中具有重要意義。由表8可知，樹高、胸徑、材積性狀間遺傳相關系數均較大，達0.933 3以上，樹高與材積遺傳相關系數最高，為0.999 7，說明各性狀間遺傳相關程度較高。胸徑與材積生長性狀間表型相關系數最高，為0.979 4。胸徑與材積的環境相關系數較大，表明其對環境變化反應比較大，環境條件好則生長快，反之則生長較慢。

表8 生長性狀遺傳、表型與環境相關分析Tab.8 Correlation analysis of growth traits,genetic,phenotype with environment

注：P為表型相關，G為遺傳相關，E為環境相關。

4 結 語

通過對6年生楓香半同胞家系試驗林進行調查分析表明，胸徑、材積、樹高、冠幅生長性狀均存在著極顯著差異，遺傳變異幅度較大，變異系數最高達40.04%，家系遺傳力比單株遺傳力高，胸徑、樹高、材積家系遺傳力受中度遺傳控制，與張文祥[9]的研究結論類似，說明此階段對這些性狀進行家系選擇能夠獲得較好的改良效果。相關性分析表明，各性狀間存在著極顯著的正相關關系,相關度最高達96%；遺傳相關系數、表型相關系數較高，較強的正相關關系和較高的遺傳力為楓香優良家系的選擇提供了理論依據[10]。以材積為主，以胸徑和樹高為輔，在125個家系中初選出51個家系，其中精英家系3個，優良家系4個，良好家系44個，表現最好家系編號為松滋09，胸徑、材積、樹高的平均值為5.85 cm、0.007 11 m3、4.90 m，遺傳增益分別為20.52%、65.70%、14.88%。

本研究以6年生楓香生長數據為基礎進行統計分析和優良家系選擇，可能會因為試驗林樹齡較小的原因，各性狀的基因未充分表達，各項指標數據尚未穩定[11]，此次的研究結果還需后續的研究工作中進一步的觀測驗證。

[1] 方樂金, 施季森, 李力，等. 楓香子代的遺傳變異分析[J]. 林業科學, 2003, 39(3): 148-151.

[2] 佘新松, 方樂金. 楓香樹幼林生長節律的觀察研究[J].江蘇林業科技, 2001, 28(2): 13-16.

[3] 施季森, 成鐵龍, 王洪云, 等. 中國楓香育種研究現狀[J].林業科技開發, 2002, 16(3): 16-18.

[4] 賴茂華. 楓香育苗及造林技術[J]. 農技服務, 2011, 28(7): 1067.

[5] 劉亮東, 陳鳳毛. 楓香實生苗年生長規律的研究[J]. 安徽林業科技, 2001(2): 4-7.

[6] 成鐵龍, 施季森. 楓香半同胞子代遺傳變異研究[J]. 南京林業大學學報(自然科學版), 2005, 29(1): 29-32.

[7] 許魯平. 楓香優良家系和單株選擇研究[J]. 福建林業科技, 2002, 29(2): 26-30.

[8] 黃少偉, 鐘偉華. 用小區平均值估算單株遺傳力的方法[J]. 華南農業大學學報, 1998, 19(1): 76-81.

[9] 張文祥.楓香優樹自由授粉子代測定及早期選擇[J]. 林業科技開發, 2009, 23(6): 105-109.

[10] 葉代全. 楓香優樹自由授粉子代測定與速生優良家系選擇[J]. 中南林業科技大學學報, 2011, 31(8): 79-82.

[11] 張偉紅，王潤輝，鄭會全，等.樂昌含笑種源地理變異研究[J].西南林業大學學報，2015,35(2)：24 -29.

(責任編輯 韓明躍)

Study on the Genetic Variations of Half-Sib Progeny Testing and Excellent Family Selection ofLiquidambarformosana

WANG Jun-qing，ZHAO Tian-yu，GU Feng-ping，LIU Tong，LENG Ying，AO Shu-fei，WANG Wen-wu

(Xiangyang City Forestry Institute,Xiangyang Hubei 441052,China)

The indexes including differences and genetic characteristics of growth traits were investigated in 6-year-old 125 half-sib progeny test plantations introduced from 19 kinds of nationalLiquidambarformosanaprovenances by secondary split plot design,and then selected fine family.The results showed that difference of DBH(diameter at breast height),volume,tree height,crown growth traits were extremely significant, there was a richer variation inLiquidambarformosanahalf sib families whose coefficient of variation reached 40.04% in the maximum,and therefore,they demonstrated that the breeding potential was existed.The Family heritability was higher than the individual heritability,when the indexes of DBH,tree height, volume and family heritability were commanded by the moderate genetic.The positive correlation among all growth traits reached extremely significant,and the correlation coefficients were all above 0.70.Based on volume,with DBH and tree high,supplemented by,selected 51 pedigrees in 125 families.Among of them,the elite families were 3,excellent homes were 4 and good homes were 44.The number of the best home was Songzi 09.It’s DBH,volume,tree height,the average value for 5.85 cm,0.007 11 m3,and 490 m,and left transfer gain was 20.52%,65.70% and 14.88%,respectively.

Liquidambarformosana;half-sib family;genetic variation;growth trait;family selection

2014-12-15

湖北省公益性科技研究項目(2013BB11)資助;“十二五”農村領域國家科技計劃課題(2013BAD01B06-1)資助。

10.11929/j.issn.2095-1914.2015.04.006

S722.3

A

2095-1914(2015)04-0033-06

第1作者：王俊青(1981—),男，碩士，工程師。研究方向:林木遺傳育種。Email:173019503@qq.com。