火炬松半同胞家系遺傳測(cè)定

火炬松半同胞家系遺傳測(cè)定

優(yōu)良品種的選擇是促進(jìn)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(guó)家和地區(qū)已先后對(duì)其主要造林樹(shù)種開(kāi)展了家系選擇研究火炬松PinustaedaL.生長(zhǎng)快,壽命長(zhǎng),適應(yīng)性強(qiáng),其干形通直圓滿,材質(zhì)強(qiáng)韌,用途多樣,是美國(guó)南方地區(qū)重要的速生用材和工業(yè)原料樹(shù)種,并被許多國(guó)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(shù)種之一1試驗(yàn)林及立地條件火炬松半同胞子代測(cè)定林分別營(yíng)建在湖南省寧鄉(xiāng)縣、岳陽(yáng)縣和永州市零陵區(qū)。這些地區(qū)的氣候均屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。寧鄉(xiāng)縣子代測(cè)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(duì)濕度85%,年均無(wú)霜期273d;成土母巖主要為板頁(yè)巖,兼少量分散的石灰?guī)r、砂礫巖、花崗巖。試驗(yàn)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(jī)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(yàn)林前茬為杉木Cunninghamialanceolata人工林。岳陽(yáng)縣子代測(cè)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(duì)濕度81%,年均無(wú)霜期277d,10℃以上活動(dòng)積溫5336℃,年日照時(shí)數(shù)1813h。試驗(yàn)地為崗地,海拔40~50m,地勢(shì)平緩;土壤為第四紀(jì)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(jī)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(yàn)林前茬為馬尾松P.massoniana人工林。永州市零陵區(qū)子代測(cè)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(wú)霜期285d,年均降雨量1900mm,年均相對(duì)濕度80%。試驗(yàn)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(jī)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(yàn)林前茬為油茶CamelliaOleifera人工林。2材料和方法2.1試驗(yàn)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(gè)無(wú)性系母樹(shù)2.2測(cè)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(chǎng),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(guò)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(shí)基質(zhì)。芽苗移栽后,及時(shí)澆水、除草。2.2.2幼苗生長(zhǎng)指數(shù)的測(cè)定2014年11月中旬,每個(gè)家系隨機(jī)選取30株苗木,用鋼卷尺測(cè)量苗木高度,用游標(biāo)卡尺測(cè)量苗木地徑。2.2.3葉綠素、可溶性糖含量測(cè)定2014年9月28日,每個(gè)家系隨機(jī)選取30株苗木,每株取針葉1束,分家系混合作為待測(cè)樣品,重復(fù)3次。葉綠素含量采用日本柯尼卡美能達(dá)公司SPAD-502Plus葉綠素含量測(cè)定儀測(cè)定;可溶性糖含量采用蕙酮比色法測(cè)定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)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(yàn)3處子代測(cè)定試驗(yàn)林均采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),10株小區(qū),8次重復(fù);每處子代測(cè)定林面積2hm3處試驗(yàn)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(shí)測(cè)每木的樹(shù)高、地徑。2017年9月下旬,以試驗(yàn)小區(qū)為單位,目測(cè)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(jí):全株無(wú)病葉為0級(jí);1/6針葉感病為1級(jí);2/6針葉感病為2級(jí);3/6針葉感病為3級(jí)。依此類推。2.2.5家系間生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的差異顯著性分析子代測(cè)定林中極少量小區(qū)缺株,參考文獻(xiàn)[11-12]對(duì)缺株數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)缺。采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Duncan最小顯著差數(shù)法多重比較分析,檢驗(yàn)家系間生長(zhǎng)、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(zhǎng)性狀與生理指標(biāo)間的相關(guān)性;基于Ward聚類法,對(duì)家系生長(zhǎng)表現(xiàn)進(jìn)行聚類分析,并繪制聚類圖。變異系數(shù)(CV)計(jì)算公式如下(2)式:式中:σ為標(biāo)準(zhǔn)差;ue0af為群體平均數(shù)。子代測(cè)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(diǎn)子代測(cè)定林隨機(jī)區(qū)組聯(lián)合方差分析的線性模型式中:x以小區(qū)計(jì)算病菌感染指數(shù)(I)計(jì)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(zhǎng)、生長(zhǎng)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(jiàn)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(zhǔn)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(zhǎng)較快,家系18高生長(zhǎng)最慢,家系6、15、16、24、27、29、32、41、47生長(zhǎng)較慢。對(duì)照(CK)的苗高變幅最大?？赡苁菍?duì)照為混系,遺傳基礎(chǔ)最為豐富。對(duì)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(duì)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(xì),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(zhǎng)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(zhǎng)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(dá)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(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)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(shí)期生長(zhǎng)狀況的突變和穩(wěn)定3.3.1生長(zhǎng)、形質(zhì)及生態(tài)參數(shù)對(duì)火炬松幼林生長(zhǎng)的影響2015年12月底調(diào)查結(jié)果表明,3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)火炬松子代測(cè)定林成活率為94.5%~96.7%。1~3年生火炬松子代測(cè)定林的樹(shù)高方差分析及半同胞家系遺傳力估算的結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知:3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)火炬松子代測(cè)定林分中,樹(shù)高在家系間、區(qū)組間差異均達(dá)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(cè)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(shù)高遺傳力變幅為0.8099~0.8646;2年生家系樹(shù)高遺傳力變幅為0.7895~0.8397;3年生家系樹(shù)高遺傳力變幅為0.7243~0.7929。這表明火炬松幼林樹(shù)高變異受到中度以上遺傳控制,樹(shù)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(cè)定林地徑方差分析及地徑遺傳力估算結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知:3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)火炬松子代測(cè)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(dá)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(dá)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(zhǎng)。3.3.2火炬松半校友家系環(huán)境指數(shù)回歸模型3個(gè)地點(diǎn)火炬松半同胞子代測(cè)定林樹(shù)高、地徑的多年份多地點(diǎn)方差分析結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知,火炬松的樹(shù)高、地徑在地點(diǎn)間、年份間、家系間、區(qū)組間的差異均達(dá)極顯著。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,岳陽(yáng)子代測(cè)定林生長(zhǎng)表現(xiàn)較優(yōu),寧鄉(xiāng)子代測(cè)定林生長(zhǎng)表現(xiàn)其次,永州子代測(cè)定林生長(zhǎng)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(zhǎng)的差異極顯著,表明火炬松子代測(cè)定林的立地條件異質(zhì)性較大,火炬松幼樹(shù)生長(zhǎng)表現(xiàn)與其微環(huán)境條件關(guān)系較為密切。樹(shù)高、地徑在家系×區(qū)組、年份×區(qū)組、家系×地點(diǎn)×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(zhǎng)表現(xiàn)存在一定差異。家系×年份、家系×地點(diǎn)交互作用均達(dá)極顯著,家系×年份×地點(diǎn)的交互作用顯著,表明火炬松半同胞家系與時(shí)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(diǎn),其生長(zhǎng)表現(xiàn)都存在顯著差異?；贓berhart和Russell品種穩(wěn)定性模型,火炬松半同胞家系回歸于地點(diǎn)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(jiàn)表7。表7結(jié)果表明:家系6、37、40、45、CK、42、32、11、16和混系(對(duì)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(gè)地區(qū)生長(zhǎng)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(gè)地區(qū)生長(zhǎng)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(zhǎng)表現(xiàn)為較穩(wěn)定。對(duì)照在所有試驗(yàn)材料中,表現(xiàn)為最穩(wěn)定。這可能是,對(duì)照是第2代改良混系材料,由多個(gè)基因型組成,對(duì)環(huán)境因子變化的緩沖能力最強(qiáng)。3.4火炬松與松落針病發(fā)生情況火炬松子代測(cè)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(yàn)林中多數(shù)植株無(wú)病葉,感病級(jí)別為0;感病最嚴(yán)重家系20的感染系數(shù)為2.0。這表明火炬松對(duì)松針褐斑病具有較強(qiáng)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(dá)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(yán)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(shù)高、地徑聚類分析結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知,參試的26個(gè)家系及對(duì)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(shù)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(duì)照,其樹(shù)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(shù)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(shù)高和胸徑平均值分別為160.57和7.43cm。5個(gè)速生類型家系的樹(shù)高、地徑平均值分別是9個(gè)生長(zhǎng)較差類型家系樹(shù)高、地徑平均值的160.42%和115.58%,比第2代改良材料的混系對(duì)照分別提高了16.72%和7.05%;與所有參試材料的樹(shù)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(zhǎng)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(shù)高、地徑在家系間差異達(dá)到顯著或極顯著;家系間抗病性差異明顯。因此,開(kāi)展家系選擇,能從中選育出速生、抗病性強(qiáng)的火炬松半同胞家系用于林業(yè)生產(chǎn)