紅錐家系木材密度等物理性狀的遺傳及變異性分析

蔣 燚 ，李志輝 ，朱積余 ，姜 英

紅錐家系木材密度等物理性狀的遺傳及變異性分析

蔣 燚1，2，3，4，李志輝1，朱積余2，3，4，姜 英2，3，4

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙410004；2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧530002；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧530002；4.國家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧530002）

對來自廣西的5個(gè)種源地的32個(gè)紅錐家系進(jìn)行了木材的3個(gè)密度指標(biāo)（基本密度、氣干密度、全干密度）、含水率及木材干縮性的測定，結(jié)果表明：紅錐家系的物理性質(zhì)最為重要指標(biāo)之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，按氣干密度劃分的5個(gè)分級, 紅錐家系木材屬中級；32個(gè)紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率7個(gè)木材物理性質(zhì)指標(biāo)的方差分析，其性狀指標(biāo)均呈極顯著差異，表明可用物理性質(zhì)指標(biāo)作紅錐的選擇；紅錐木材的基本密度、氣干密度和全干密度的遺傳力分別為82.49%、76.49%和75.86%，稍加選擇就可獲得較大的增益；紅錐木材密度指標(biāo)與生長指標(biāo)間絕大多數(shù)呈微弱負(fù)相關(guān)，表明生長與材性性狀間呈現(xiàn)獨(dú)立遺傳，在遺傳改良時(shí)建議分別對生長和材性性狀進(jìn)行獨(dú)立的遺傳改良。

紅錐；家系；木材密度；遺傳變異

紅錐Castanopsis hystrix A.DC.，別名刺栲、栲樹、小紅栗栲、紅栲、紅錐栗、紅錐栲等，為殼斗科Fagaceae刺栲屬Castanopsis Spach常綠大喬木，產(chǎn)于廣西、廣東、福建南部、湖南南部、貴州西南部、云南南部、西藏東南部墨脫[1]，天然林中心分布區(qū)在廣西、廣東南部[2-3]；越南、老撾、緬甸、印度等國也有天然林分布[4]；是南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林的優(yōu)勢種或建群種[5-6]，是華南地區(qū)重要的鄉(xiāng)土闊葉珍貴用材和高效多用途樹種。紅錐具有生長快、材質(zhì)優(yōu)、適應(yīng)廣、效益高等優(yōu)良特性[7]，其木材堅(jiān)硬耐腐，色澤、紋理美觀，是高級家具、造船、車輛、工藝雕刻、建筑裝修等優(yōu)質(zhì)用材；種子富含淀粉，可作飼料、釀酒；種實(shí)、殼斗含單寧，可制取栲膠；枝葉濃密,萌發(fā)力強(qiáng)，一次造林可采伐10次以上，經(jīng)營上百年，經(jīng)久不衰，且混生性能好,是與松、杉混交造林的最好伴生樹種之一[8]，可作為用材和水源涵養(yǎng)林進(jìn)行純林種植，亦可作為殘次林改造、生態(tài)公益林改造的混交造林樹種進(jìn)行推廣[9]。

近年來，隨著人們生活品質(zhì)和文化水平大幅度提升，追求高檔木質(zhì)用品已經(jīng)是一種時(shí)尚，致使珍貴木材實(shí)木制品的需求量不斷增加，其珍貴用材的價(jià)格不斷攀升，在我國，珍貴用材資源在很大程度上依賴于進(jìn)口，急需大力開展珍貴樹種的培育工作，特別是在以木材材性為培育目標(biāo)的人工林定向培育工作更為重要。就木材性質(zhì)的測定是一項(xiàng)工作量大且較為繁瑣的工作，主要表現(xiàn)在測定的指標(biāo)多、花費(fèi)大等方面，由此，陳志林等和萇珊珊等分別對影響14個(gè)白榆無性系[10]和11個(gè)尾巨桉家系/無性系[11]木材性質(zhì)的10余項(xiàng)測定指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，均得出木材密度是第一主成分中因子負(fù)荷量最大的指標(biāo)，可以作為材性選種和材性定向培育的主要指標(biāo)。成俊卿[12]也提到木材密度是木材性質(zhì)中最為重要的指標(biāo)之一，它不僅可以用來計(jì)算木材的重量，也可用來估計(jì)木材工藝性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)，對林木最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量有較大影響，并具有遺傳性[13]。因此，對來自廣西的5個(gè)種源地的32個(gè)紅錐家系進(jìn)行了木材的3個(gè)密度指標(biāo)（基本密度、氣干密度、全干密度）、含水率及木材干縮性的測定，并分析其遺傳和變異性，可為選育紅錐優(yōu)良家系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試材來源

用于開展木材物理性質(zhì)測定的材料來自廣西憑祥市中國林科院熱帶林業(yè)試驗(yàn)中心伏波實(shí)驗(yàn)場伏波站（以下簡稱大青山伏波站）種植的10年生紅錐家系試驗(yàn)林，32個(gè)家系，包括來自博白種源點(diǎn)4個(gè)、東蘭種源點(diǎn)6個(gè)、浦北種源點(diǎn)10個(gè)、容縣種源點(diǎn)9個(gè)、憑祥種源點(diǎn)3個(gè)。家系來源地及林分狀況見表1。

表1 參試家系來源地及林分狀況Table 1 Family source and stand conditions

1.2 試材采集

此項(xiàng)工作在2012年4月17日至19日完成，主要是結(jié)合該家系試驗(yàn)林間伐工作，并開展樣木的采集。

1.2.1 全測林木和確定間伐林木

林木測定：主要測定指標(biāo)有樹高、胸徑、冠幅、干形4個(gè)指標(biāo)，用常規(guī)測樹尺、測高桿全測4個(gè)重復(fù)中的所有林木，并當(dāng)天匯總到原定植圖。

間伐林木及采樣木確定：以實(shí)際測定的數(shù)據(jù)繪制實(shí)測數(shù)據(jù)示意圖，確定間伐的林木并標(biāo)注在示意圖上，將每個(gè)家系間伐木中胸徑最大那株(基本為家系的平均木)選取用于木材取樣的單株。本次共間伐361株（選取樣木32株），保留661株（按初植密度1 312株保留50.38%，按現(xiàn)有株數(shù)1 022株保留64.68%）。

1.2.2 林木間伐和木材取樣

林木間伐：在需要采伐具體林木上標(biāo)注油漆，對用于木材采樣的林木另作標(biāo)注。在離地面15～20 cm處伐木，注意林木倒下方向和安全問題。伐倒木及時(shí)集材和處理。

木材取樣：選取間伐家系中最大胸徑單株取木材樣品，共取樣32株。第一步：標(biāo)注。標(biāo)注用于采樣林木的南北方向和1.3 m處。第二步：伐木。在離地面10～15 cm處伐木。第三步：取樣和測定。①伐根取樣和測定：沿髓心取200 g以上木材一塊，用備好的電子稱馬上稱其質(zhì)量，稱重后密封在塑料袋中；②圓盤取樣：以1.3 m線為中點(diǎn)，上下各取一個(gè)厚5 cm的圓盤，并標(biāo)注有關(guān)信息。③木段取樣：共取3段，包括0～1.3 m前面取樣剩余的木段、1.3～3.3 m前面取樣剩余的木段和3.3～5.3 m木段。采樣的32株樣木情況見表2。

表2 紅錐家系樣木?Table 2 Sample trees of C. pedigrees

1.3 試樣制作和測定

試材的制作按《木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法》（GB/T 1928-2009），木材含水率的測定按《木材含水率測定方法》（GB/T 1931-2009），木材密度的測定按《木材密度測定方法》（GB/T 1933-2009），木材體積率測定按《木材吸脹性測定方法》（GB/T 1934.2-2009），木材干縮性測定按《木材干縮性測定方法》（GB/T 1932-2009）[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅錐家系木材物理性質(zhì)測試結(jié)果

32個(gè)紅錐家系木材物理性狀指標(biāo)測定數(shù)據(jù)見表3。

由表3可以看出，10年生32個(gè)紅錐家系中，總體含水率為79.400%，總體變異系數(shù)為10.71，各家系含水率范圍在66.688%～96.940%之間，各家系中含水率變異系數(shù)最小的是R3(0.02)，最大的是R2(9.32)，其范圍對照其他人的測定結(jié)果屬正常范圍。

紅錐家系的3個(gè)密度指標(biāo)之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2。3個(gè)密度的極大值和極小值分別為：基本密度D2最大，為0.596 3 g/cm2，R12最小，為0.439 0 g/cm2；氣干密度D2最大，為0.697 3 g/cm2，R12最小，為0.510 3 g/cm2；全干密度D2最大，為0.722 0 g/cm2，R12最小，為0.537 0 g/cm2。3個(gè)密度指標(biāo)總體變異系數(shù)分別為8.84、10.39和10.10，各家系中3個(gè)密度變異系數(shù)的極大值和極小值分別為：基本密度R10最大，為14.24，R3最小為0.03；氣干密度R10最大，為18.63，R3最小，為0.04；全干密度R10最大，為18.95，R3最小，為0.03。對照中國林科院木材工業(yè)研究所按氣干密度劃分的5個(gè)分級，紅錐家系氣干密度總體平均值為0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之間，屬中級，對照陳利芳等2005年研究的廣東高州16年生[15]紅錐和陳晞2004年研究的福建華安25年生[16]紅錐的密度相比較稍有偏低，與呂建雄等和中國林科院熱林中心17年生[17]和22年生[18]紅錐的非常接近。

總體平均體積吸脹率為4.960 2%，各家系體積吸脹率范圍在3.678 3%～8.553 0%之間，家系平均含水率變異系數(shù)在0.08～56.36之間；總體平均體積氣干縮率和全干縮率分別為12.245 1%和5.755 0%，各家系體積氣干縮率和全干縮率變化范圍分別在10.437 2%～13.821 8%和4.377 0%～

7.739 7%之間，家系體積氣干縮率和全干縮率變異系數(shù)分別在0.10～25.18和0.14～30.92之間。

表3 紅錐家系木材物理性質(zhì)Table 3 Physical properties of C. hystrix wood

2.2 紅錐家系木材密度方差分析

利用SPSS軟件對32個(gè)紅錐家系木材物理性質(zhì)指標(biāo)測定數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 紅錐家系物理性質(zhì)指標(biāo)方差分析Table 4 Variance analysis of physical properties of C. hystrix wood

通過運(yùn)用單因素方差分析方法對32個(gè)紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率進(jìn)行了方差分析，以上性狀指標(biāo)在0.01水平具有顯著差異，表明可以用這些指標(biāo)作紅錐家系的選擇。

2.3 紅錐家系木材物理性質(zhì)的遺傳力估算

紅錐家系木材物理性質(zhì)性狀的遺傳力估算，按沈熙環(huán)提出的遺傳力[19]公式計(jì)算：h2=1-1/F，F(xiàn)為物理性質(zhì)性狀方差分析的F值。按表3分析得到的數(shù)據(jù)，各指標(biāo)遺傳力估算如下：從以上性狀指標(biāo)的遺傳力數(shù)據(jù)來看，紅錐木材的各物理性質(zhì)性狀指標(biāo)均具有較高的遺傳力，這表明受到較高程度的遺傳控制，通過選擇會產(chǎn)生理想的結(jié)果，這些物理性質(zhì)性狀也是經(jīng)過長期自然選擇，存在豐富的遺傳變異，稍加選擇就可獲得較大的增益。

2.4 紅錐家系木材密度與生長性狀的相關(guān)性分析

成俊卿提到木材密度是木材性質(zhì)中最為重要的指標(biāo)之一[12]，它不僅可以用來計(jì)算木材的重量，也可用來估計(jì)木材工藝性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)，因此，采用本次測定出的基本密度、氣干密度、全干密度3個(gè)木材密度指標(biāo)的平均值與參與測試的32株樣木的平均樹高、平均胸徑、平均單株材積3個(gè)生長指標(biāo)做相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。

表5 紅錐家系木材密度與與生長指標(biāo)的相關(guān)性系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between wood density and growth targets of C. hystrix

從表5可以看出，紅錐木材密度指標(biāo)與生長指標(biāo)除基本密度與胸徑和單株材積指標(biāo)間呈正相關(guān)外，其它密度指標(biāo)與生長指標(biāo)間均呈負(fù)相關(guān)，但不管是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)，其相關(guān)性程度微弱，這就表明生長與材性性狀間相互呈現(xiàn)獨(dú)立遺傳，在遺傳改良時(shí)建議分別對生長和材性性狀進(jìn)行獨(dú)立的遺傳改良，也可按Valencia等對墨西哥展葉松半同胞子代幼林研究后，提出采用Kempthorne和Nordskog的約束選擇指數(shù)[20]方法來避免木材密度帶來的變化，可使生長量獲得較大的提高。

3 小 結(jié)

(1) 紅錐家系的物理性質(zhì)最為重要指標(biāo)之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為：0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，對照中國林科院木材工業(yè)研究所按氣干密度劃分的5個(gè)分級，紅錐家系氣干密度總體平均值為0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之間，屬中級，可以用于木材加工。

（2）對32個(gè)紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率7個(gè)木材物理性質(zhì)指標(biāo)的方差分析，其性狀指標(biāo)均呈極顯著差異，表明紅錐的物理性質(zhì)指標(biāo)可以用做紅錐的選擇。

（3）紅錐木材的各物理性質(zhì)性狀指標(biāo)均具有較高的遺傳力，范圍在59.53%～91.08%之間，以體積吸脹率遺傳力最小，為59.53%，而含水率遺傳力最高，為91.08%，最為重要物理性質(zhì)指標(biāo)之基本密度、氣干密度和全干密度的遺傳力分別為：82.49%、76.49%和75.86%，性狀指標(biāo)較高的遺傳力表明受到較高程度的遺傳控制，通過選擇會產(chǎn)生理想的結(jié)果，而這些物理性質(zhì)性狀也是經(jīng)過長期自然選擇，存在豐富的遺傳變異，稍加選擇就可獲得較大的增益。

（4）紅錐木材密度指標(biāo)與生長指標(biāo)間絕大多數(shù)呈微弱負(fù)相關(guān)，表明生長與材性性狀間呈現(xiàn)獨(dú)立遺傳，在遺傳改良時(shí)建議分別對生長和材性性狀進(jìn)行獨(dú)立的遺傳改良，也可按Valencia等提出采用Kempthorne和Nordskog的約束選擇指數(shù)方法來避免木材密度帶來的變化，可使生長量獲得較大的提高。

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Analysis on genetic and variability of wood density and other physical properties of Castanopsis hystrix family

JIANG Yi1,2,3,4, LI Zhi-hui1, ZHU Ji-yu2,3,4, JIANG Ying2,3,4
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China ; 2. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China;4. Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China)

The physical properties of Castanopsis hystrix genealogy, i.e. the most important indicators, basic density, gas dry density,total dry density were determined, the population mean values respectively were: 0.511 6 g/cm2, 0.582 3 g/cm2and 0.610 9 g/cm2.According to the air dry density grading standards (five grades), red cone family wood belongs to intermediate grade. The character indexes among 32 Castanopsis hystrix species, such as moisture content of lumber, basic density, gas dry density, total dry density,volume imbibition rate, volume air drying shrinkage rate, volume full dry shrinkage, showed very significant differences, so the physical property indexes can be used to select fine strains. The basic density, gas dry density and all the dry density of genetic force were 82.49%, 76.49% and 75.86%, the selected tree species can obtain more property gains. Between Castanopsis hystrix wood density index and vast majority of growth indexes, there were weak negative correlation, this shows that wood growth and wood quality property presented independent genetic. Therefore, the genetic improvement should conduct from two aspects of wood growth property and wood quality property.

Castanopsis hystrix; genealogy; wood density; genetic variation

S722.3+1；S781.31

A

1673-923X(2012)11-0009-05

2012-10-04

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃課題“紅錐良種選育與豐產(chǎn)栽培模式研究”（桂科攻10100012-3）

蔣 燚(1968-)，男，廣西灌陽人，教授級高級工程師，博士研究生，主要從事森林培育研究；E-mail:jy68@163.com

李志輝(1957-)，男，湖南安化人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育教學(xué)和研究；E-mail:lzh1957@126.com

[本文編校：謝榮秀]