湖北省鵝掌楸屬研究現狀

董梅 曹健 蔣祥娥 蔡桁 陳紅林 汪建亞 宋開秀 管蘭華 河村嘉一郎 河野耕藏

摘 要： 湖北省在JICA項目的資助下開啟了鵝掌楸屬研究工作，經過近20年研究，主要工作總結如下：①對湖北省鵝掌楸的天然分布進行了調查和遺傳多樣性研究;②開展了優樹選擇和種質資源保存工作;③開展了鵝掌楸屬種間雜交育種、子代測定和無性系測定工作，掌握了雜交的基本規律，選出了優良雜交組合和優良單株，并進行了優良無性系的材質測定;④營建了亞美馬褂木優良無性系采穗圃;⑤開展了亞美馬褂木優良無性系的扦插、嫁接和組織培養工作;⑥進行了成果鑒定和轉化工作;⑦制定了下一步工作計劃。

關鍵詞： 鵝掌楸屬;種質資源;雜交育種

中圖分類號：S792.21?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1004-3020（2021）01-0029-04

The Present Situation of Study for Liriodendron Hubei Province

Dong Mei（1） Cao Jian（1） Jiang Xiange（1） Cai Heng（1） Chen Honglin（1） Wang Jianya（1）

Song Kaixiu（1） Guan Lanhua（1） KawamuraKayichirou（2） KoonoKoozo（2）

（1.Forest Tree seed and Seedling Administrative General Station of Hubei Forestry Department Wuhan 430079;

2.Forestry Tree Breeding Center of Japan Tsukuba 305-8555）

Abstract： The research work of Liriodendron was started with the support of JICA project in Hubei Province started.After nearly 20 years of research，the main work is summarized as follows：① the natural distribution and genetic diversity of Liriodendron in Hubei Province were investigated;② the selection of superior trees and the conservation of germplasm resources were carried out;③ the interspecific hybrid breeding of Liriodendron was carried out，and the progeny and clone testing were carried out.The basic rules of hybridization were mastered，superior cross combinations and individuals were selected，and also the wood propertiesof the excellent clones were determined;④ the cutting orchard of the superior clones of hybrid Liriodendron was built;⑤ the cutting，grafting and tissue culture of the superior clones of hybrid Liriodendron were performed;⑥ the performance were identified and transformed;⑦ the next work plan was made.

Key words： Liriodendron;germplasm resources;cross breeding

木蘭科Magnoliaceae鵝掌楸屬Liriodendron現僅殘存鵝掌楸Liriodendron chinense和北美鵝掌楸Liriodendron tulipifera兩種，成為東亞與北美洲際間斷分布的典型實例，對古植物學系統學有重要科研價值。20世紀30年代開始少量引進北美鵝掌楸[1，2]，90年代以后又相對較系統的進行了資源引進[3，4]，為后來開展雜交育種工作提供了可能。鵝掌楸是湖北省的鄉土樹種，具有生長快、干形好、病蟲害抗性強、園林綠化效果好等特點。20世紀90年代開始進行了大量的鵝掌楸屬種間雜交育種研究，表明了鵝掌楸屬種間雜種亞美馬褂木具有明顯的生長優勢和適應性優勢[5-10]。

JICA（Japan International Cooperation Agency，日本國際協力機構）于1996～2008年援助湖北實施了“中日合作林木育種科技中心”項目，從2001年開始將鵝掌楸列為主要研究對象樹種，項目結束后，湖北省林業局林木種苗管理總站項目組持續進行后續研究，取得了一系列的研究成果，本文就湖北省鵝掌楸屬近20年的研究及成果推廣進行簡要介紹。

1 鵝掌楸天然分布調查及群體遺傳多樣性研究

湖北省國家重點保護野生植物調查結果表明鄂西、鄂西南是鵝掌楸的主要分布區[11]，鄂西北、鄂東北、鄂東南、鄂北等地也有零星分布。為有效開展鵝掌楸遺傳資源保存工作，通過對湖北省恩施州咸豐縣坪壩營林場和宜昌市五峰縣漁洋關鎮的2個林分進行了群體遺傳學分析，同功酶試驗結果表明咸豐群體和五峰群體的觀察雜合度（ho）、期望雜合度（he）、平均等位基因數（na）、平均有效等位基因數（ne）、多態位點百分率分別為（pl95%）分別為0.187%、0.187%、1.714%、1.316%、57.1%%，0.070%、0.067%、1.500%、1.098%、28.57%，群體遺傳學分析表明，咸豐群體的遺傳多樣性高于五峰群體，同時結合群體內個體位置和生長分析，五峰群體有可能是人工林[12]。

2 鵝掌楸屬優樹選擇與資源保存

以生長量為主要育種目標，結合干形、結實量等指標，在湖北省內林分中開展了選優工作，合計選出鵝掌楸、北美鵝掌楸及亞美馬褂木優樹69株[13]，其中鵝掌楸58株，北美鵝掌楸10株，亞美馬褂木1株。JICA項目實施期間雜交創制保存的新種質2 612份，加上項目實施期間收集保存的157份種質，合計保存2 769份種質。

3 鵝掌楸屬雜交育種

3.1 鵝掌楸屬雜交育種簡介

以湖北省京山市虎爪山林場鵝掌楸屬種源試驗林的鵝掌楸、北美鵝掌楸、亞美馬褂木為親本開展了人工雜交育種工作，合計開展種間正交（鵝掌楸×北美鵝掌楸）、種間反交（北美鵝掌楸×鵝掌楸）、回交（北美鵝掌楸×亞美馬褂木）、種內雜交（鵝掌楸×鵝掌楸）和自由授粉等5種交配模式，83個雜交組合，其中人工授粉75個，自由授粉8個。鵝掌楸親本為安徽黃山、貴州黎平、貴州陌南、浙江松陽、重慶酉陽、云南勐臘、江西武夷山，四川敘永種源的優良單株，北美鵝掌楸為美國的佐治亞、路易斯安那、密蘇里、北卡羅來納種源的優良單株。合計獲得64個雜交組合2 796株雜交苗，7個自由授粉組合苗179株。通過苗期試驗初步選出20個優良家系70個優良單株。不同交配模式、組合的授粉花朵聚合果獲得率、聚合果形態分析及苗期試驗結果詳見鵝掌楸屬雜交育種研究初報[14]。

3.2 雜交子代測定

2009年春天，將雜交苗截干定植在湖北省林木種苗場，并通過嫁接、組培等方式進行繁殖。2010年春由于武咸城際鐵路征地將保存資源全部移植保存在咸寧市咸安區賀勝林業科學研究所，參試雜交組合64個，以3個鵝掌楸自由授粉家系為對照。

5 a生子代測定林初步分析結果表明，交配模式之間生長北美鵝掌楸×鵝掌楸最快，其次為鵝掌楸×北美鵝掌楸、北美鵝掌楸自由授粉、鵝掌楸自由授粉、鵝掌楸×鵝掌楸、北美鵝掌楸×亞美馬褂木，表明鵝掌楸屬種間雜交效果最好，其中又以北美鵝掌楸做母本好于做父本。雜交組合間生長性狀差異極顯著，以材積生長為標準，生長表現比較好的雜交組合為北美鵝掌楸密蘇里種源×鵝掌楸云南勐臘種源（平均樹高11.9 m、平均胸徑16.9 cm、平均材積0.092 m3）、北美鵝掌楸密蘇里種源×鵝掌楸江西武夷山種源（平均樹高10.5 m、平均胸徑16.8 cm、平均材積0.078 m3），北美鵝掌楸密蘇里種源×鵝掌楸貴州陌南種源（平均樹高11.1 m、平均胸徑14.2 cm、平均材積0.061 m3），與對照相比樹高、胸徑、材積分別提高10.2%～30.0%，25.8%～50.0%，77.3%～167.6%。雜交子代測定的詳細結果及分析請參考鵝掌楸屬雜交測定初步分析研究[15]。

3.3 無性系選擇

為了縮短育種周期，雜交子代測定和無性系測定同時進行，為降低早期超級苗選擇導致優良基因型漏選的風險，采用大群體策略，即在選擇的初級階段提高入選率，隨著試驗的逐步進行，也逐步降低入選率。對雜交創制的新種質進行連續觀測調查，分5次進行評價選擇，即2008年在優良雜交組合選擇的基礎上進行超級苗選擇，選出70個優良單株，2011選擇50個優良單株，2012年選擇40個優良單株，2014年選擇30個優良單株，2016年選擇20個優良單株。

3.4 無性系測定

3.4.1 無性系區域化試驗情況

2010年春季在咸寧市咸安區賀勝林業科學研究所、湖北省天德林業股份有限公司、宜昌市大老嶺林場等3個地點開展鵝掌楸屬雜交無性系區域化試驗，參試無性系70個，總面積9.33 hm2。2013年在湖北省太子山林場管理局（京山市）、咸寧市咸安區林業科學研究所、谷城市薤山林場、石首市楊樹研究所、宜昌大老嶺林場營建區域化試驗林，參試無性系49個，總面積4 hm2。2014年結合中央財政林業科技推廣示范資金項目在咸寧市咸安區林業科學研究所營建試驗林300畝，參試無性系以3個認定優良無性系為主。2016年在山東省林木種質資源中心、浙江省天目山林場、貴州省福泉市、南漳縣林業科學研究所、湖北省林科院荊州分院、潛江市林業科學研究所開展省內外區域化試驗，參試無性系30個，總面積12 hm2。2018年在紅安縣紫云寨林場、潛江市林業科學研究所營建區域化對比試驗林，參試無性系20個，總面積3.33 hm2。

3.4.2 區域化試驗結果

（1）適應性結果分析。

石首市楊樹林科所試驗點造林第一年造林保存率較低，第二年補植一次，結果還是保存率不高，慢慢枯死。潛江市林業科學研究所試驗點連續2次造林都與石首造林類似，分析其原因應該是江漢平原地下水位較高[16]，鵝掌楸屬樹種是肉質根不耐水濕的原因造成[2]。其他試驗點都表現出了較強的適應性，生長迅速，沒有病蟲害現象發生。

（2）生長結果分析。

以造林最早的3個試驗點為對象進行介紹，根據海拔把湖北省太子山林管局試驗點和咸寧市咸安區林業科學研究所試驗點合并為低丘崗地立地類型，宜昌大老嶺林場為山區（海拔1 550 m）。試驗結果表明低山丘陵地帶10 a生時無性系之間生長差異極顯著，北美鵝掌楸密蘇里種源單株1×鵝掌楸貴州陌南種源、北美鵝掌楸密蘇里種源單株2×鵝掌楸云南勐臘種源、北美鵝掌楸密蘇里種源單株1×鵝掌楸江西武夷山種源的3個優良無性系平均胸徑、樹高、材積生長量分別為26.2 cm、18.1 m、0.322 m3，25.7 cm、17.7 m、0.304 m3，24.7 cm、17.6 m、0.280 m3，與對照相比胸徑增加44.0%～52.5%，樹高增加5.7%～8.7%，材積增加119.1%～152.3%。山區（海拔1 550 m）10年生時無性系之間生長也差異極顯著，北美鵝掌楸密蘇里種源單株1×鵝掌楸貴州陌南種源、北美鵝掌楸密蘇里種源單株2×鵝掌楸云南勐臘種源、北美鵝掌楸密蘇里種源單株1×鵝掌楸云南勐臘種源的3個優良無性系平均胸徑、樹高、材積生長量分別為21.2 cm、14.6 m、0.171 m3，20.8 cm、14.2 m、0.160 m3，19.9 cm、13.9 m、0.144 m3，與對照相比胸徑增加37.2%～46.2%，樹高增加14.9%～20.7%，材積增加116.4%～157.9%。詳細結果另文闡述。

（3）材質測定分析。

2019年3月底委托南京林業大學材料科學與工程學院進行了采樣和測定，采樣對象為2016年選出的優良無性系，采樣地點在2010年在咸寧市咸安區賀勝林業科學研究所營建的對比試驗林，每無性系選取胸徑接近林分平均值的3個單株，鉆取木芯，3個優良無性系117-13、118-5、128-9的纖維長、基本密度分別為1 485.3 μm、0.391 g·cm-3，1 619.2 μm、0.402 g·cm-3，1 478.8 μm、0.396 g·cm-3，與對照鵝掌楸相比基本相同，沒有表現出與生長明顯的負相關。

4 采穗圃營建

為了提供生理年齡低、數量充足的穗條，在湖北省林木種苗場營建了亞美馬褂木優良無性系的采穗圃，采穗圃母株4～5年之后進行更新。采穗圃的系號也是隨著無性系的再評價而逐漸更新。

5 無性繁殖

5.1 扦插繁殖

主要開展了春季硬枝扦插和夏季嫰枝扦插，主要采用濃度為500～2 000 mg·L-1的“速生根”、“ABT1”、“911”處理。3月份硬枝扦插時濃度1 000 mg·L-1的“ABT1”處理1個小時，生根率最高，為72%，其次是“速生根”和“911”濃度在200～1 000 mg·L-1，處理時間在1～6小時，生根率在50%～70%。6月中旬嫰枝扦插時濃度1 000 mg·L-1的“ABT1”處理1個小時，生根率最高為78%，其次是“速生根”和“911”，濃度在500～1 000 mg·L-1，處理時間在0.5～1 h生根率在60%～70%。早期扦插采用全光噴霧設施，后來采用拱棚加遮陽網的簡易扦插設施。

5.2 嫁接繁殖

選用1年生健壯鵝掌楸實生苗木為砧木，采用貼片芽接，春接時間為2月中旬至3月上旬，接后半個月從接芽上方1 cm處剪砧，之后注意抹芽。秋接9月中下旬至10月中旬都可以，翌年春天萌芽前剪砧并注意及時抹芽。

5.3 組培繁殖

在不定芽誘導中，以冬芽為外植體，取莖尖接入培養基中約7 d后開始膨大，21 d后有小芽萌發。WPA基本培養基+細胞分裂素BAP 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L可有效促進不定芽的誘導，平均可分化4.5個不定芽。繼代培養時，MS+BAP 0.2 mg/L+NAA 0.05 mg/L效果最好，平均分化數為5.0。生根培養之前需要進行壯苗培養，平均長高1.86 cm。生根培養2周后開始生根，以1/2 MS+IBA 0.2 mg/L+NAA 0.1 mg/L為最適培養基，平均生根率為60.0%。與沙和腐殖質土相比蛭石是較好的煉苗基質。

6 成果鑒定與轉化

3個亞美馬褂木優良無性系117-13、118-5、128-9于2013年通過湖北省林木品種審定委員會認定，2019年通過了湖北省林木品種審定委員會專業組的審定評審。“亞美馬褂木優良無性系選育與繁殖技術”通過了省科技廳組織的成果鑒定，于2014年獲得湖北省科技進步三等獎。2013年和2016年連續2次獲得中央財政林業科技推廣示范資金項目支持，在湖北省京山市、咸寧市咸安區、隨州市曾都區、黃石市陽新縣等營建推廣示范林80 hm2，示范林長勢良好，起到了良好的宣傳示范作用，全省亞美馬褂木造林比例開始增加。

7 下一步研究計劃

目前湖北省林業局林木種苗管理總站與南京林業大學、江西省科學研究院等單位簽訂合作研究協議或者達成合作意向，致力于開展亞美馬褂木種質資源開發利用、鵝掌楸屬定向種質資源創新與基因組研究、優良品種區域化試驗、高效栽培模式研究、材質測定、利用成熟測定林開展雜種優勢測定及原理探究、自由授粉F2代分離與利用、耐水濕無性系耐水機理測定等工作。

參考文獻

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（責任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2020-09-18

基金項目：中日合作林木育種科技中心項目（2001～2008年）、湖北省林業科技重點支撐項目“速生豐產樹種亞美馬褂木優良無性系選育與高效栽培技術研究”。

作者簡介：董梅，高級工程師。

管蘭華為通訊作者。