木荷無(wú)性系種子園子代家系苗期測(cè)試與優(yōu)良家系初選

陳煥偉，李瑩，蔡泉星，湯行昊，范輝華

(1.浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 龍泉 323700;2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；3.福建省華安西陂國(guó)有林場(chǎng)，福建 漳州 363800)

木荷(Schimasuperba)屬山茶科(Theaceae)木荷屬常綠喬木, 廣泛分布于我國(guó)南方各省區(qū)，為我國(guó)東部亞熱帶常綠闊葉林的重要成分之一[1, 2]，不僅是我國(guó)生物防火林帶建設(shè)的重要樹(shù)種和高抗生態(tài)防護(hù)樹(shù)種，也是主要的速生珍貴優(yōu)質(zhì)闊葉用材樹(shù)種之一[3]。木荷樹(shù)干端直、樹(shù)冠濃密、萌芽力強(qiáng)、少病蟲(chóng)害且材質(zhì)堅(jiān)韌，結(jié)構(gòu)細(xì)致易加工，是良好的家具和工藝加工用材，也是建筑、器材、國(guó)防等特種用材樹(shù)種和生態(tài)、生物防火的主要樹(shù)種[4]。長(zhǎng)期以來(lái)，木荷的良種選育一直是人們關(guān)注的問(wèn)題之一。種子園是林木良種繁育的重要核心，是獲得優(yōu)良品種和生產(chǎn)群體的重要手段， 通過(guò)優(yōu)樹(shù)選擇建立種子園，然后進(jìn)行子代測(cè)定進(jìn)一步篩選出符合育種目標(biāo)和要求的優(yōu)良家系或無(wú)性系，最終將其付諸生產(chǎn)實(shí)踐，其高水平的遺傳多樣性是獲得遺傳增益的保障。因此，子代測(cè)定結(jié)果成為后期種子園評(píng)價(jià)、優(yōu)良家系評(píng)選以及留優(yōu)去劣的重要參考依據(jù)，同時(shí)也對(duì)探明性狀的遺傳控制機(jī)理和預(yù)測(cè)性狀的改良效果及制定林木育種方案等有重要影響。木荷分布廣泛，種內(nèi)變異極其豐富[6-10]，這為木荷優(yōu)良家系和優(yōu)樹(shù)的選擇提供了很好變異基礎(chǔ)[5，6]。

本研究通過(guò)對(duì)6年生木荷無(wú)性系種子園自由授粉家系子代進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)估算性狀的遺傳參數(shù)和了解性狀遺傳變異，篩選出一批優(yōu)良的木荷速生家系，為木荷遺傳改良策略的制定、開(kāi)展后向優(yōu)選以及進(jìn)一步改善提升種子園種子遺傳品質(zhì)、營(yíng)建更高品質(zhì)的高世代的種子園提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院珍貴樹(shù)種繁育苗圃，圃地位于28°01′N(xiāo)，119°05′E，海拔210 m；屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，四季分明，季風(fēng)明顯，雨水充沛，光熱較優(yōu)；年平均氣溫17.6 ℃，極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫-8.5 ℃；年平均無(wú)霜期263 d，日照1 823.8 h；年平均降雨量為1 645.4 mm。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

苗期測(cè)試材料共35份，其中：1份木荷種源商品種(CK)來(lái)自福建省建甌市，34個(gè)自由授粉家系來(lái)自福建省華安西陂國(guó)有林場(chǎng)木荷1代無(wú)性系種子園，該種子園始建于2011年，無(wú)性系配置以隨機(jī)或順序錯(cuò)位排列在同一生產(chǎn)小區(qū)，同一無(wú)性系分株間距在30 m以上，木荷1代無(wú)性系種子園進(jìn)入正常開(kāi)花結(jié)實(shí)期以后，2017年11月初開(kāi)展種子園單系采種及處理，每家系提供50 g種子參加育苗試驗(yàn)。

育苗基質(zhì)采用東北泥炭土∶漚制處理的谷殼∶珍珠巖按70∶15∶15的比例混合，同時(shí)添加2.5 kg·cm-3美國(guó)APEX長(zhǎng)效緩釋肥3 kg·m-3(全氮含量 180 g·kg-1、全鉀含量80 g·kg-1、有效磷含量80 g·kg-1，肥效期270 d)，過(guò)孔徑1 cm篩后攪拌均勻，采用無(wú)紡布輕基質(zhì)填裝機(jī)制成4.8 cm×10 cm的育苗容器，豎直裝入43 cm×43 cm 的育苗托盤(pán)中，于芽苗移栽前整齊擺放到育苗大棚內(nèi)鋪有園藝地布的苗床上，經(jīng)噴淋濕透后采用0.3%的高錳酸鉀溶液進(jìn)行消毒處理。

2018年2月中旬播種培育芽苗，4—5月待芽苗長(zhǎng)到1～2片真葉、高度3～5 cm時(shí)，將芽苗移入無(wú)紡布容器袋中進(jìn)行培育。在培育2～3個(gè)月后，即6月底7月初苗木進(jìn)入速生期前采用帶分隔蓋的育苗托盤(pán)將所育不同處理的苗木按照苗木大小進(jìn)行分級(jí)分盤(pán)分隔培育，密度為194.7株·m-2(43 cm×43 cm，36孔)。

2.2 測(cè)定方法

從2018年7月上旬按苗木大小進(jìn)行分級(jí)、分盤(pán)并分隔培育開(kāi)始至2018年12月3日，每月進(jìn)行家系生長(zhǎng)節(jié)律調(diào)查，分別使用卷尺和數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定苗高和地徑，同時(shí)測(cè)定苗木的葉下高(脫葉高度)、葉片總數(shù)、最大葉片長(zhǎng)和寬。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)錄用和統(tǒng)計(jì)，SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和Ducan多重比較，采用origin 19.0繪制圖表。

式中：F為方差分析值。

3 結(jié)果與分析

3.1 木荷種子園自由授粉家系苗期性狀方差分析

苗高和地徑是判斷苗木質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，對(duì)34個(gè)參試家系1年生苗木生長(zhǎng)性狀進(jìn)行單因素隨機(jī)區(qū)組方差分析，結(jié)果表明(表1)，種子園自由授粉家系間苗高和地徑存在極顯著性差異(P<0.001)，同時(shí)，家系間葉片生長(zhǎng)性狀，包括葉下高、葉片總數(shù)以及最大葉長(zhǎng)和寬均存極顯著性差異(P<0.001)，為木荷種子園自由授粉家系在苗期的優(yōu)選提供了可能和潛力。

表1 木荷種子園自由授粉家系生長(zhǎng)性狀相差分析

3.2 木荷種子園自由授粉家系苗期遺傳變異和遺傳參數(shù)估算

對(duì)34個(gè)木荷種子園自由授粉家系的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知(表2)，苗高生長(zhǎng)最快和最慢的家系分別為B6和28號(hào)家系，前者是后者的1.29倍，地徑生長(zhǎng)最快和最慢的家系分別為A4和32，前者為后者的1.23倍，葉下高最高和最低的家系分別為建甌商品種和13號(hào)家系，前者為后者的2.37倍，葉片總數(shù)最大和最小的家系分別為C36和13號(hào)家系，前者為后者的1.65倍，最大葉片長(zhǎng)和寬最大的家系分別為B5和C4家系，最小的家系分別為23號(hào)和34號(hào)家系。

表2 木荷種子園自由授粉家系苗期生長(zhǎng)性狀

表3 木荷自由授粉家系苗期生長(zhǎng)性狀遺傳參數(shù)估算

34個(gè)1年生木荷種子園自由授粉家系苗高、地徑以及葉生長(zhǎng)相關(guān)性狀的變異參數(shù)分析見(jiàn)表3。所有家系樹(shù)高的平均值為35.78 cm，變幅范圍為4.8～59.9 m；地徑的平均值為5.22 cm，變幅范圍2.18～7.65 cm；葉下高平均值為6.24 cm，變幅范圍分別為2～40 cm；葉片總數(shù)平均值為15.38片，變幅為1～27片，最大葉片長(zhǎng)和寬平均值為12.41 cm和3.02 cm，變幅范圍分別為1.6～18 cm和0.8～4.8 cm。

變異系數(shù)可以反映不同家系間各指標(biāo)的變異情況，變異系數(shù)越大，表明變異越大，越有利于優(yōu)良家系的評(píng)價(jià)選擇[16, 17]。本研究中，34個(gè)木荷半同胞家系苗期不同性狀表型變異系數(shù)變化范圍為12.01%～73.40%，其中，表型變異系數(shù)最高的是葉下高，達(dá)到了73.40%，最低的為最大葉片長(zhǎng)，為12.01%。遺傳變異系數(shù)能反映由遺傳因素造成的性狀觀測(cè)值變異的程度[11]。本研究中，34個(gè)1年生木荷家系苗期木荷各性狀的遺傳變異系數(shù)變化范圍為3.64%～25.18%，木荷生長(zhǎng)各性狀遺傳變異系數(shù)約占表型變異系數(shù)的27.6%～34.4%。其中，苗高和地徑遺傳變異系數(shù)分別為7.06%和4.5%，葉下高的遺傳變異系數(shù)相對(duì)較大，為25.18%。

遺傳力是林木性狀的重要遺傳參數(shù)，是親本某一性狀遺傳給子代的能力，反映不同性狀表型變異中遺傳因素和環(huán)境因素作用的大小關(guān)系，其值越大則性狀越穩(wěn)定，受環(huán)境作用越小[6, 9]。34個(gè)木荷家系1年生苗期生長(zhǎng)指標(biāo)的遺傳力均較高，均超過(guò)了0.75，為高遺傳。其中，除最大葉片的寬外，其余生長(zhǎng)性狀家系遺傳力均超過(guò)了0.80。這表明，木荷家系苗期生長(zhǎng)受較強(qiáng)的遺傳控制，各性狀在不同家系內(nèi)均能穩(wěn)定遺傳，受環(huán)境影響小。

3.3 木荷苗期優(yōu)良家系初步選擇

以苗高和地徑兩個(gè)主要生長(zhǎng)性狀指標(biāo)均大于參試家系總體平均值為標(biāo)準(zhǔn)，以種源商品種為對(duì)照，初選出速生優(yōu)良家系10個(gè)(見(jiàn)表4)，入選率為28%，其中：1個(gè)優(yōu)良家系來(lái)自福建尤溪(A4)、2個(gè)優(yōu)良家系來(lái)自福建順昌(B4、B5)、7個(gè)來(lái)自福建建甌(C4、C10、C6、B6、C35、C29和C27)，初選優(yōu)良家系的苗高和地徑均值分別為38.04 cm和5.19 cm，分別超過(guò)參試家系平均值的6.33%和3.42%，超過(guò)建甌種源商品種(CK)9.47%和13.57%。

參試的34個(gè)木荷種子園家系中，平均樹(shù)高和地徑分別為35.78 cm和5.02 cm，相較于CK分別增加了2%和11.8%。其中，有19個(gè)樹(shù)高大于CK，占參試總數(shù)的55.8%，同時(shí)，34個(gè)家系的平均胸徑均大于CK，占參試總數(shù)的100%，這一結(jié)果表明，通過(guò)表型選擇開(kāi)展木荷選優(yōu)是有效的，但表型選擇獲得優(yōu)選家系必須進(jìn)行子代遺傳測(cè)定，才能真正評(píng)價(jià)選擇效果。

表4 入選木荷家系苗期苗高和地徑

3.4 木荷苗期生長(zhǎng)性狀相關(guān)性分析

表5 木荷家系生長(zhǎng)性狀相關(guān)性分析

**.在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。*.在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，苗高與其余生長(zhǎng)性狀間均呈極顯著相關(guān)性，其中，與地徑的相關(guān)系數(shù)最高(r=0.421)，其次，地徑與除葉下高外的其余生長(zhǎng)性狀均呈極顯著相關(guān)性，其中與葉片數(shù)的相關(guān)系數(shù)最高(r=0.456)，葉下高與葉片數(shù)間呈極顯著負(fù)相關(guān)性，同時(shí)，葉片數(shù)、最大葉片的寬和最大葉片的長(zhǎng)三者間呈兩兩極顯著正相關(guān)性，其中，最大葉片的長(zhǎng)和最大葉片的寬間的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)0.483。說(shuō)明生長(zhǎng)表現(xiàn)優(yōu)良的家系,葉片寬大、葉片數(shù)多, 有利于提高幼苗苗高和地徑的生長(zhǎng)量，這可能是由于增加葉片數(shù)量和面積有利于光合作用和有機(jī)物的積累有關(guān)，根據(jù)葉片大小和多少即可進(jìn)行木荷優(yōu)良家系初選。

3.5 木荷苗期生長(zhǎng)節(jié)律分析

對(duì)苗期綜合生長(zhǎng)較好的4個(gè)家系(A4、B5、B6和C35)和生長(zhǎng)較差的4個(gè)家系(17號(hào)、28號(hào)、A3號(hào)和建甌商品種)的苗高和地徑自分盤(pán)后的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分析(見(jiàn)圖1)，結(jié)果顯示，自分盤(pán)后(7月初)，木荷家系苗高和地徑呈現(xiàn)出相對(duì)一致的生長(zhǎng)規(guī)律，即苗高在8—10月時(shí)生長(zhǎng)相對(duì)較快，10月后，木荷苗高生長(zhǎng)放緩。而地徑生長(zhǎng)有所不同，木荷家系地徑生長(zhǎng)量在9—10月達(dá)到了一個(gè)生長(zhǎng)小高峰，10月后，地徑生長(zhǎng)減緩，但在11—12月期間，木荷地徑生長(zhǎng)仍未停止。

圖1 木荷部分家系苗期生長(zhǎng)節(jié)律

速生家系(綜合生長(zhǎng)較好的家系)其苗高和地徑均在分盤(pán)前就已不同程度高于生長(zhǎng)較差的家系，其中，分盤(pán)后平均苗高最大的家系和最小家系間的差值最高達(dá)8.96cm，地徑則相差0.54cm，這表明，木荷家系自初始即已產(chǎn)生生長(zhǎng)分化。

4 結(jié)論與討論

種質(zhì)資源的優(yōu)選是決定林木良種選育工作成效的最為主要因素之一，了解不同育種群體的遺傳變異參數(shù)對(duì)優(yōu)良材料的選擇至關(guān)重要。1年生木荷自由授粉家系子代樹(shù)高和地徑等主要生長(zhǎng)性狀方差分析表明，家系間的方差均達(dá)極顯著水平(P<0.001)，說(shuō)明從參試家系中篩選出具更高生產(chǎn)力的優(yōu)良家系是可行的，但從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，家系個(gè)體間性狀方差分析呈極顯著差異，表明此前通過(guò)表型選擇獲得的優(yōu)樹(shù)后代分化明顯，表型優(yōu)良的優(yōu)樹(shù)個(gè)體并不意味其一定具有優(yōu)良的基因型，基因穩(wěn)定性必須經(jīng)過(guò)后期進(jìn)一步的遺傳測(cè)定和篩選，子代測(cè)定可為開(kāi)展優(yōu)良種質(zhì)材料的后向選擇和優(yōu)化完善育種群體結(jié)果提供依據(jù)。本研究中，34個(gè)木荷種子園子代自由授粉家系1年生苗期生長(zhǎng)指標(biāo)的遺傳力均較高，均超過(guò)了0.75，為高遺傳。其中，除最大葉片的寬外，其余生長(zhǎng)性狀家系遺傳力均超過(guò)了0.80。這表明，木荷家系苗期生長(zhǎng)受較強(qiáng)的遺傳控制，遺傳的一致度高，可以穩(wěn)定遺傳給子代[12]。

早期選擇是縮短育種周期，加快育種進(jìn)程的一種重要技術(shù)手段[13]。本次研究對(duì)木荷種子園子代自由授粉家系進(jìn)行苗期測(cè)定與早期選擇，對(duì)夯實(shí)木荷育種基礎(chǔ)工作，加快完善育種體系建設(shè)均具重要意義。在跟蹤監(jiān)測(cè)不同家系的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)，盡管不同家系間苗高和地徑生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，但在幼苗分盤(pán)分隔之前，家系間苗木生長(zhǎng)分化已經(jīng)產(chǎn)生，這表明，自種子萌發(fā)開(kāi)始，木荷不同家系間生長(zhǎng)差異已經(jīng)存在。這也進(jìn)一步為在苗期進(jìn)行優(yōu)良家系的篩選提供一定佐證。無(wú)性系種子園參試的34個(gè)木荷家系中，平均苗高和地徑分別為35.78 cm和5.02 cm，相較于CK分別增加了2%和11.8%。

苗高和地徑生長(zhǎng)量是林木苗期速生性和適應(yīng)性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[14]，在某種程度上與該家系適應(yīng)性和速生性成正比[14]，故，本研究以家系苗高和地徑生長(zhǎng)量平均值同時(shí)大于全部參試家系平均值和當(dāng)?shù)厣唐贩N為篩選標(biāo)準(zhǔn)， A4、B4、B5、C4、C10、C6、B6、C35、C29和C27入選速生優(yōu)良家系，入選率達(dá)28%。其苗高、地徑分別超過(guò)了全部參試家系平均值的6.33%和3.42%，超過(guò)了建甌本地商品種(CK)9.47%和13.57%。說(shuō)明采用表型選擇的優(yōu)樹(shù)所建立種子園的種子育苗造林，有望取得一定的改良效果[15, 16]。種子園34個(gè)家系地徑生長(zhǎng)均大于CK，但僅有19個(gè)苗高大于CK，僅占參試總數(shù)的55.8%，但還有15個(gè)家系樹(shù)高生長(zhǎng)遜色于CK，但目前僅為1年生的苗期測(cè)試，苗木生長(zhǎng)尚有不穩(wěn)定性。將在苗期測(cè)試的基礎(chǔ)上，開(kāi)展區(qū)域造林試驗(yàn)，為現(xiàn)有種子園的建園無(wú)性系的去劣疏伐提供充分依據(jù)，從而提高種子園的遺傳增益。

苗木生長(zhǎng)的穩(wěn)定性及生長(zhǎng)適應(yīng)性是評(píng)價(jià)林木家系優(yōu)劣的重要指標(biāo)[17]，但本研究中，木荷苗齡僅1年生，早期選擇和評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性仍有待于持續(xù)的跟蹤和觀測(cè)[7]。其次，木荷家系苗木苗期質(zhì)量與種子質(zhì)量的相關(guān)性也需要進(jìn)一步研究與論證。本研究開(kāi)展木荷種子園自由授粉家系設(shè)施化輕基質(zhì)容器育苗，因此排除了氣候等外界條件的干擾，但事實(shí)上，多數(shù)木荷生長(zhǎng)均存在顯著的家系×地點(diǎn)互作效應(yīng)，即木荷生長(zhǎng)受基因和環(huán)境的共同影響[2, 18, 19]，因此，在基礎(chǔ)上開(kāi)展多區(qū)域和不同立地條件的木荷家系多點(diǎn)造林試驗(yàn)則顯得更為重要。