火炬松半同胞家系遺傳測定

火炬松半同胞家系遺傳測定

優(yōu)良品種的選擇是促進物種群快速生產(chǎn)、提高林業(yè)生產(chǎn)水平的主要技術(shù)措施之一。最終目標(biāo)是為森林產(chǎn)品提供遺傳質(zhì)量改善的造林材料，充分利用良種的自然生產(chǎn)潛力，提高林產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，改善林分的抗逆性。家系選擇是林木遺傳改良最基本的手段,許多國家和地區(qū)已先后對其主要造林樹種開展了家系選擇研究火炬松PinustaedaL.生長快,壽命長,適應(yīng)性強,其干形通直圓滿,材質(zhì)強韌,用途多樣,是美國南方地區(qū)重要的速生用材和工業(yè)原料樹種,并被許多國家和地區(qū)廣泛引種栽培,已成為全球最重要的速生建筑用材和紙漿材針葉樹種之一1試驗林及立地條件火炬松半同胞子代測定林分別營建在湖南省寧鄉(xiāng)縣、岳陽縣和永州市零陵區(qū)。這些地區(qū)的氣候均屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。寧鄉(xiāng)縣子代測定林位于112°16'E,28°17'N,地貌為雪峰山余脈低山丘陵。該區(qū)年均氣溫16.2℃,年均降雨量1438.8mm,年均相對濕度85%,年均無霜期273d;成土母巖主要為板頁巖,兼少量分散的石灰?guī)r、砂礫巖、花崗巖。試驗地為崗地,海拔160~180m,東向,坡度10°左右;土壤為山地黃棕壤,土層厚度為50~90cm,pH值5.5~6.8,腐質(zhì)層厚度18~28cm,石礫含量約15%,有機質(zhì)含量0.5%~2.1%,全氮含量0.35%~0.75%,全磷含量0.31‰~0.40‰,全鉀含量9.25%~10.25%。試驗林前茬為杉木Cunninghamialanceolata人工林。岳陽縣子代測定林位于113°11'E,29°10'N。該區(qū)年均氣溫17℃,年均降雨量1813mm,年均相對濕度81%,年均無霜期277d,10℃以上活動積溫5336℃,年日照時數(shù)1813h。試驗地為崗地,海拔40~50m,地勢平緩;土壤為第四紀網(wǎng)紋層土發(fā)育的紅壤,土層厚度為60~100cm,腐質(zhì)層厚度為10~20cm,pH值為5.5~6.5,石礫含量約為10%,有機質(zhì)含量為0.5%~2.0%,全氮含量為0.45%~0.75%,全磷含量0.21‰~0.30‰,全鉀含量9.65%~10.70%。試驗林前茬為馬尾松P.massoniana人工林。永州市零陵區(qū)子代測定林位于111°10'E,26°23N',地貌為中山盆地。該區(qū)年均氣溫17.6℃,年均無霜期285d,年均降雨量1900mm,年均相對濕度80%。試驗地為丘陵,海拔500~520m,平均坡度15°;土壤為花崗巖發(fā)育的麻砂土,土層厚度50~100cm,表層腐殖質(zhì)少,石礫含量為15%~25%,有機質(zhì)含量為0.5%~1.0%,全氮含量為0.25%~0.50%,全磷含量0.28‰~0.35‰,全鉀含量8.25%~10.55%。試驗林前茬為油茶CamelliaOleifera人工林。2材料和方法2.1試驗材料2013年10月,從白水苗圃火炬松第1代種子園保留的28個無性系母樹2.2測試方法2.2.1容器育苗基質(zhì)的制備2014年3月中旬,在寧鄉(xiāng)縣巷子口鎮(zhèn)聯(lián)花苗圃場,用1‰高錳酸鉀溶液浸泡種子1~2h,再用45℃溫水浸泡24~36h,然后將處理好的種子均勻地撒在沙床上。播種量為0.20~0.25kg·m苗圃土壓碎后與農(nóng)家肥混拌,經(jīng)消毒、過篩后作為容器育苗基質(zhì)。2014年5月10日,噴濕容器中基質(zhì),用竹簽插入容器中央,將芽苗順竹簽插入容器基質(zhì)中,壓實基質(zhì)。芽苗移栽后,及時澆水、除草。2.2.2幼苗生長指數(shù)的測定2014年11月中旬,每個家系隨機選取30株苗木,用鋼卷尺測量苗木高度,用游標(biāo)卡尺測量苗木地徑。2.2.3葉綠素、可溶性糖含量測定2014年9月28日,每個家系隨機選取30株苗木,每株取針葉1束,分家系混合作為待測樣品,重復(fù)3次。葉綠素含量采用日本柯尼卡美能達公司SPAD-502Plus葉綠素含量測定儀測定;可溶性糖含量采用蕙酮比色法測定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。用H式中:C為顯色液中元素濃度;V為顯色液體積;W為烘干樣品質(zhì)量。2.2.4整地、造林試驗3處子代測定試驗林均采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計,10株小區(qū),8次重復(fù);每處子代測定林面積2hm3處試驗林整地、造林及幼林管理方法基本一致。2014年12月,挖穴(60cm×60cm×60cm)整地。2015年4月造林,株行距為3m×3m。造林當(dāng)年8月中旬,全面除草、割灌,2016年10月化學(xué)除草。2015年11月下旬、2016年12月中旬、2017年9月下旬分別實測每木的樹高、地徑。2017年9月下旬,以試驗小區(qū)為單位,目測調(diào)查感病針葉占植株所有針葉百分比。松赤枯病、褐斑病危害程度劃分為6級:全株無病葉為0級;1/6針葉感病為1級;2/6針葉感病為2級;3/6針葉感病為3級。依此類推。2.2.5家系間生長和生理指標(biāo)的差異顯著性分析子代測定林中極少量小區(qū)缺株,參考文獻[11-12]對缺株數(shù)據(jù)進行補缺。采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件,對數(shù)據(jù)進行方差分析和Duncan最小顯著差數(shù)法多重比較分析,檢驗家系間生長、生理指標(biāo)參數(shù)的差異顯著性;基于Pearson的相關(guān)系數(shù),分析生長性狀與生理指標(biāo)間的相關(guān)性;基于Ward聚類法,對家系生長表現(xiàn)進行聚類分析,并繪制聚類圖。變異系數(shù)(CV)計算公式如下(2)式:式中:σ為標(biāo)準差;ue0af為群體平均數(shù)。子代測定林方差分析線性模型式中:x半同胞家系遺傳力式中:σ多地點子代測定林隨機區(qū)組聯(lián)合方差分析的線性模型式中:x以小區(qū)計算病菌感染指數(shù)(I)計算公式如下(6)式:式中:N穩(wěn)定性分析采用Eberhart和Russell模型式中:y3結(jié)果與分析3.1家系間苗生長、生長及地下空間分布火炬松移栽150d后,平均苗高為30.15cm,變異系數(shù)為9.60%;平均地徑為6.46mm,變異系數(shù)為5.37%(見圖1)。方差分析結(jié)果(表1)表明,苗高在家系間存在顯著差異(F=1.61>F多重比較(表2)結(jié)果表明:家系間苗高平均值變幅為24.26~35.74cm,表現(xiàn)最優(yōu)家系的苗高是表現(xiàn)最差家系的1.47倍。家系間苗高標(biāo)準差和變異系數(shù)的變幅分別為1.42~4.21cm、4.53%~12.44%,其中,家系11、14、42、47生長較快,家系18高生長最慢,家系6、15、16、24、27、29、32、41、47生長較慢。對照(CK)的苗高變幅最大。可能是對照為混系,遺傳基礎(chǔ)最為豐富。對參試家系地徑平均值分組的結(jié)果表明,家系7、11、22、39及對照地徑較粗,家系間地徑平均值變幅為0.53~0.59cm;家系8、17、18、45、48地徑較細,家系間地徑平均值變幅為0.41~0.48cm。3.2苗期生理指標(biāo)的變化3.2.1不顯著差異方差分析結(jié)果表明,火炬松半同胞家系苗針葉中的葉綠素a、b含量在家系間差異均不顯著。相關(guān)分析結(jié)果(圖2)表明,葉綠素a含量與葉綠素b含量呈極顯著相關(guān)(r=0.89,p<0.01),葉綠素a/葉綠素b變幅為1.66~1.91,葉綠素含量與苗高、地徑生長相關(guān)均不顯著。3.2.2可溶性蛋白和可溶性糖的含量由圖3可知:火炬松苗針葉中可溶性蛋白含量平均值在家系間變幅為6.81~8.15mg·g3.2.3生長指標(biāo)相關(guān)分析方差分析結(jié)果表明,苗木針葉中全氮、全磷、全鉀含量在家系間差異均達極顯著(F(1)全氮含量。家系針葉中全氮含量平均值變幅為20.16~31.21mg·g(2)全磷含量。家系針葉中全磷含量平均值的變幅為2.001~3.912mg·g(3)全鉀含量。家系針葉中全鉀含量平均值變幅為5.176~9.518mg·g苗木針葉中全氮、全磷、全鉀含量與苗木生長指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果見表3。由表3可知。針葉中全氮含量與全磷含量、全鉀含量均呈極顯著相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.719和0.706;全磷含量與全鉀含量相關(guān)顯著。3.3幼林時期生長狀況的突變和穩(wěn)定3.3.1生長、形質(zhì)及生態(tài)參數(shù)對火炬松幼林生長的影響2015年12月底調(diào)查結(jié)果表明,3個試驗點火炬松子代測定林成活率為94.5%~96.7%。1~3年生火炬松子代測定林的樹高方差分析及半同胞家系遺傳力估算的結(jié)果見表4。由表4可知:3個試驗點火炬松子代測定林分中,樹高在家系間、區(qū)組間差異均達極顯著,家系與區(qū)組交互作用不顯著。遺傳力是數(shù)量性狀遺傳的重要參數(shù),其大小受立地條件、遺傳材料及測試材料的年齡等因素影響。從表4還可知:1年生火炬松幼林半同胞家系樹高遺傳力變幅為0.8099~0.8646;2年生家系樹高遺傳力變幅為0.7895~0.8397;3年生家系樹高遺傳力變幅為0.7243~0.7929。這表明火炬松幼林樹高變異受到中度以上遺傳控制,樹高家系遺傳力隨著年齡的增加而減小。1~3年生火炬松子代測定林地徑方差分析及地徑遺傳力估算結(jié)果見表5。由表5可知:3個試驗點火炬松子代測定林分中,1年生火炬松地徑在家系間、區(qū)組間的差異均達極顯著,區(qū)組與家系間交互作用不顯著;2年生和3年生火炬松地徑在家系間、區(qū)組間差異達顯著或極顯著,但區(qū)組與家系間交互作用不顯著。1年生家系地徑遺傳力變幅為0.4709~0.5030;2年生家系地徑遺傳力變幅為0.5098~0.5561;3年生家系地徑遺傳力變幅為0.5380~0.5944。這表明,火炬松幼林期地徑變異受到中度以下遺傳控制,地徑遺傳力隨著年齡的增加而增大,光照、土壤水肥等外界環(huán)境條件顯著影響火炬松地徑生長。3.3.2火炬松半校友家系環(huán)境指數(shù)回歸模型3個地點火炬松半同胞子代測定林樹高、地徑的多年份多地點方差分析結(jié)果見表6。由表6可知,火炬松的樹高、地徑在地點間、年份間、家系間、區(qū)組間的差異均達極顯著。統(tǒng)計結(jié)果顯示,岳陽子代測定林生長表現(xiàn)較優(yōu),寧鄉(xiāng)子代測定林生長表現(xiàn)其次,永州子代測定林生長表現(xiàn)最差,其表現(xiàn)與其相應(yīng)立地條件的優(yōu)劣基本一致。區(qū)組間林木生長的差異極顯著,表明火炬松子代測定林的立地條件異質(zhì)性較大,火炬松幼樹生長表現(xiàn)與其微環(huán)境條件關(guān)系較為密切。樹高、地徑在家系×區(qū)組、年份×區(qū)組、家系×地點×區(qū)組間均存在交互作用,但不顯著,表明不同家系或不同區(qū)組的林木,在不同年份的生長表現(xiàn)存在一定差異。家系×年份、家系×地點交互作用均達極顯著,家系×年份×地點的交互作用顯著,表明火炬松半同胞家系與時空環(huán)境條件間存在明顯的互作效應(yīng),不同家系在不同年份、不同地點,其生長表現(xiàn)都存在顯著差異。基于Eberhart和Russell品種穩(wěn)定性模型,火炬松半同胞家系回歸于地點環(huán)境指數(shù)的回歸系數(shù)和校正后偏離回歸方差的估算值見表7。表7結(jié)果表明:家系6、37、40、45、CK、42、32、11、16和混系(對照,CK)環(huán)境指數(shù)的回歸系數(shù)在0.88~1.13之間,接近于1;校正后偏離回歸方差在-0.0000014~0.0000033之間,接近于0。這表明,這些家系在3個地區(qū)生長表現(xiàn)穩(wěn)定。家系7、15、18、22、29、35、39、48環(huán)境指數(shù)的回歸系數(shù)在0.38~0.58之間,與常數(shù)1差距較大;校正后偏離回歸方差為0.0000063~0.0000104,偏離0較大。這表明,這些家系在3個地區(qū)生長表現(xiàn)不穩(wěn)定。其余的家系環(huán)境指數(shù)的回歸系數(shù)在0.31~0.82之間,校正后偏離回歸方差0.0000043~0.0000056,生長表現(xiàn)為較穩(wěn)定。對照在所有試驗材料中,表現(xiàn)為最穩(wěn)定。這可能是,對照是第2代改良混系材料,由多個基因型組成,對環(huán)境因子變化的緩沖能力最強。3.4火炬松與松落針病發(fā)生情況火炬松子代測定林感病情況調(diào)查結(jié)果表明:松針褐斑病感染程度普遍較輕,試驗林中多數(shù)植株無病葉,感病級別為0;感病最嚴重家系20的感染系數(shù)為2.0。這表明火炬松對松針褐斑病具有較強的抗性。松赤枯病正處于發(fā)病初期,感染最重的是家系16,感染指數(shù)達12.8;大多數(shù)家系的感染指數(shù)在10以內(nèi)?；鹁嫠捎琢指腥舅陕溽槻≥^為普遍,感染系數(shù)為9.1~13.0,松落針病感染最嚴重的是家系14。有研究表明3.5家系類型組成3年生火炬松不同家系樹高、地徑聚類分析結(jié)果見圖7。由圖7可知,參試的26個家系及對照可分為4種類型:速生類型、次速生類型、一般類型、較差類型。速生類型包括家系17、39、11、6和47,其樹高和胸徑平均值分別為223.53和8.85cm;次速生類型包括家系12、14、20、42及混系對照,其樹高和胸徑平均值分別為196.65和8.54cm;一般類型包括家系24、48、32、37、7、27、22和15,其樹高和胸徑平均值分別為178.63和8.056cm;較差類型包括家系40、31、19、18、45、16、29、41和35,其樹高和胸徑平均值分別為160.57和7.43cm。5個速生類型家系的樹高、地徑平均值分別是9個生長較差類型家系樹高、地徑平均值的160.42%和115.58%,比第2代改良材料的混系對照分別提高了16.72%和7.05%;與所有參試材料的樹高、地徑平均值相比,分別提高了21.33%和7.66%。4半保幼林生長性狀基因分析(1)火炬松家系間和家系內(nèi)均存在豐富的遺傳變異,幼林樹高、地徑在家系間差異達到顯著或極顯著;家系間抗病性差異明顯。因此,開展家系選擇,能從中選育出速生、抗病性強的火炬松半同胞家系用于林業(yè)生產(chǎn)