廣西融水特色紅心杉木優(yōu)樹材質(zhì)性狀變異規(guī)律研究

李魁鵬，韋正成，黃開勇*，董利軍，黃鴻飛，陳 琴，戴 俊，譚文婧

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室, 廣西 南寧 530002；2. 廣西國有貝江河林場, 廣西 融水 545300)

廣西融水特色紅心杉木優(yōu)樹材質(zhì)性狀變異規(guī)律研究

李魁鵬1，韋正成2，黃開勇1*，董利軍2，黃鴻飛2，陳 琴1，戴 俊1，譚文婧2

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室, 廣西 南寧 530002；2. 廣西國有貝江河林場, 廣西 融水 545300)

[目的]通過測定和分析廣西融水種源紅心杉木優(yōu)樹材質(zhì)性狀指標(biāo)，以了解該地區(qū)紅心杉木材性狀變異規(guī)律。[方法]以廣西融水種源60株20年生的紅心杉木優(yōu)樹為研究材料，測定單株材積、紅心率、基本密度、組織比量、管胞性狀、微纖絲角等10個材質(zhì)性狀指標(biāo)，分析各材性性狀指標(biāo)分布和變異規(guī)律及性狀間的相關(guān)關(guān)系。[結(jié)果]表明：紅心率、基本密度、木射線比量、管胞比量、管胞長、管胞寬、管胞長寬比等性狀數(shù)據(jù)分布服從正態(tài)分布。融水兩個地區(qū)紅心杉優(yōu)樹軸向薄壁細(xì)胞比量的變異系數(shù)分別為35.08%和44.97%，變異較大。管胞比量變異系數(shù)分別為3.28%和3.56%，變異較小。紅心率、木射線比量、管胞長、管胞寬、微纖絲角等性狀差異極顯著(P<0.01)，軸向薄壁細(xì)胞比量差異顯著(P<0.05)。10個材質(zhì)性狀間存在12對表型顯著相關(guān)。[結(jié)論]測定的10個性狀均是連續(xù)性數(shù)量性狀。早、晚材的管胞長度、管胞寬度和管胞長寬比等性狀數(shù)據(jù)呈從心材至邊材逐漸增加的規(guī)律。作為重要經(jīng)濟性狀的紅心率與木射線比量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，單株材積與軸向薄壁細(xì)胞比量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，而單株材積與基本密度的相關(guān)性不顯著，這使紅心杉木生長量與材性相結(jié)合的遺傳改良成為可能。

杉木；紅心；材性；變異；相關(guān)

杉木(Cunninghamiaianceolata(Lamb.)Hook.)是我國特有的用材樹種，分布于我國秦嶺和長江流域以南各省區(qū),其生長快，材性好，用途多，栽培面積大，是我國最重要的用材和商品材樹種之一。自20世紀(jì)50年代，我國開始以速生、高產(chǎn)為目標(biāo)的杉木遺傳育種工作取得了顯著成效，針對材性的改良已成為現(xiàn)階段杉木育種的重要目標(biāo)。1976 年中國林科院主持的全國杉木地理種源試驗，收集全國62個種源的杉木在南方省區(qū)66個試驗點進行測定研究。因種質(zhì)好，速生性強，生產(chǎn)力高，適應(yīng)性廣等特點，確定廣西融水杉木種源為全國優(yōu)良種源[1]。

融水杉木主要包括糠杉和黃枝杉2種類別。本研究踏查選取廣西融水種源60株20年生的杉木優(yōu)樹，其葉片較尖而稍硬，先端銳尖，葉表面有光澤，嫩枝和新葉為淺綠色，無白色蠟粉，屬杉木的黃枝杉類別[2]。黃枝杉因心材比例大且色紅而堅實，又被素稱紅心杉。目前，紅心杉木良種選育、苗木培育等相關(guān)研究已在江西、廣東陸續(xù)開展[3-4]，但關(guān)于紅心杉木材質(zhì)性狀變異規(guī)律的研究仍無報道。本研究通過測定紅心杉木優(yōu)樹胸徑、紅心率、基本密度、組織比量、管胞性狀、微纖絲角等材質(zhì)指標(biāo)，深入分析紅心杉材質(zhì)性狀的變異規(guī)律，為開展廣西融水種源紅心杉的遺傳多樣性、木材產(chǎn)量與質(zhì)量的綜合遺傳改良等研究工作打下良好的基礎(chǔ), 具有重要的理論價值和生產(chǎn)實踐應(yīng)用意義。

1 材料

運用5株優(yōu)勢木對比法(國標(biāo)GB10018)，在廣西融水縣永樂和下洞兩鄉(xiāng)分別踏查選取20年生紅心杉優(yōu)樹30株，共60株。紅心杉優(yōu)樹生長地的地理及林分情況見表1。在紅心杉優(yōu)樹1.3 m處，用直徑5 mm的生長錐從北朝南方向取由樹皮至髓心的完整木芯2根，其中，1根用于基本密度、組織比量和微纖絲角測定，另1根用于管胞形態(tài)測定。把每根木芯(從髓心至樹皮)平均切成三部分，即心部(H)、中部(M)和邊部(S)。

表1 紅心杉優(yōu)樹生長地的地理及林分情況

2 方法

2.1 測定方法

2.1.1 材積 按廣西林業(yè)勘測設(shè)計院編制的杉木立木蓄積公式[5]計算材積(V)：

V= 0.656 71×10-4×D1.769 412×H1.069 769

式中:D為胸徑；H為樹高。

2.1.2 基本密度 將每根木芯分別按心部(H)、中部(M)和邊部(S)采用排水法測定生材體積(V生)，然后把木樣置于鼓風(fēng)干燥箱烘至絕干，稱質(zhì)量(W絕)。根據(jù)公式ρ基=W絕/V生計算基本密度(ρ基)。具體方法依照《GB-1933-2009 木材密度測定方法》進行。

2.1.3 木材管胞形態(tài)的測定 將每根木芯的心部(H)、中部(M)和邊部(S)分別按早晚材取樣，即H-早、H-晚、M-早、M-晚、S-早、S-晚，對6個部分樣品進行測定。采用富蘭克林離析法[6]對木材管胞進行離析。利用 Nikon 80i顯微成像系統(tǒng)對每一試件隨機測定 100根完整管胞長度、寬度和腔徑。

2.1.4 木材紅心率

基于客戶的資源融合，開發(fā)系統(tǒng)信息的模塊化展示，根據(jù)客戶需求信息的規(guī)范化模型，進行客戶需求信息構(gòu)建，其包含了客戶需求信息的結(jié)構(gòu)和特征，這些特征以不同顏色的醒目“標(biāo)簽”備注客戶喜好，具有較強的讀取性質(zhì)。使酒店可以把握客戶進入酒店的黃金時期，掌握客戶重點信息，對其進行定位精準(zhǔn)的針對性的“一對一”差異營銷。其間包括根據(jù)模塊化信息處理得出的信息，提供個性化的產(chǎn)品和服務(wù)，在保證盈利的情況下進行價格歧視，使客戶對酒店產(chǎn)生強烈信任感和歸屬感。推行以“顧客為中心”的新文化，充分發(fā)揮客戶管理系統(tǒng)的查詢和數(shù)據(jù)開采功能，使客戶培養(yǎng)更加便捷高效。

紅心率= (紅心長/去皮木芯長)2×100%

2.1.5 組織比量測定 采用徒手切片法對上述每根木芯的心部(H)、中部(M)和邊部(S)進行橫切面切取，然后對切片進行蕃紅染色、脫水、透明、樹膠封片處理，制成玻片。采用普通光學(xué)顯微鏡, 用0.5網(wǎng)形目鏡尺，每個試樣測定60 次以上，計算各組織的百分比量。

2.1.6 微纖絲角測定 采用徒手切片法對上述每根木芯的心部(H)、中部(M)和邊部(S)進行弦切面切取。采用硝酸-鉻酸法離析切片，采用Nikon 80i顯微成像系統(tǒng)測定次生壁S2層的微纖絲與管胞主軸的夾角，微纖絲角測定100次。

2.2 統(tǒng)計分析方法

3 結(jié)果與分析

3.1 紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀數(shù)據(jù)頻度分布與統(tǒng)計檢驗

對60株紅心杉優(yōu)樹的材積、紅心率、基本密度、木射線比量、軸向薄壁細(xì)胞比量、管胞比量、管胞長、管胞寬、管胞長寬比、微纖絲角等10個材性表型性狀數(shù)據(jù)頻度分布的分析表明：60株紅心杉優(yōu)樹所有10個性狀均具有連續(xù)性數(shù)量性狀(圖1)。對60株紅心杉優(yōu)樹的10個表型性狀數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，從表2看出：材積、紅心率、基本密度、軸向薄壁細(xì)胞比量、管胞比量性狀偏度數(shù)據(jù)為正值，呈正偏態(tài)分布，其余性狀數(shù)據(jù)呈負(fù)偏態(tài)分布。材積、軸向薄壁細(xì)胞比量、微纖絲角性狀P值<0.05，表明這3個性狀數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，其余性狀數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

圖1 融水紅心杉木優(yōu)樹的10個材性表型性狀數(shù)據(jù)頻度分布規(guī)律Fig.1 Histogram of 10 wood property characters number of Red-heart Chinese Fir from Rongshui

3.2 紅心杉木優(yōu)樹管胞形態(tài)的徑向變異規(guī)律

對60株紅心杉優(yōu)樹心部(H)、中部(M)和邊部(S)的早、晚材管胞長度、管胞寬度、管胞長寬比等進行測定，結(jié)果(圖2)表明：紅心杉優(yōu)樹早、晚材的管胞長度、管胞寬度和管胞長寬比都呈從木材心部至邊部逐漸增加的趨勢，心部、中部及邊部晚材的管胞長度和管胞長寬比均比早材的大，而心部、中部及邊部晚材的管胞寬度均比早材的小。

3.3 紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀變異分析

對融水2地區(qū)各30株紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀變異的分析(表3)表明：紅心杉木材品質(zhì)在融水2地區(qū)具有不同程度的差異。經(jīng)T-檢驗，融水2地區(qū)優(yōu)樹間紅心率、木射線比量、管胞長、管胞寬、微纖絲角等性狀差異極顯著(P<0.01)，軸向薄壁細(xì)胞比量差異顯著(P<0.05)，單株材積和基本密度差異顯著(P<0.1)。2地區(qū)紅心杉優(yōu)樹軸向薄壁細(xì)胞比量變異系數(shù)分別為35.08%和44.97%，變異較大；管胞比量變異系數(shù)分別為3.28%和3.56%，變異較小。材積和紅心率作為重要的經(jīng)濟性狀，2地區(qū)紅心杉優(yōu)樹單株材積和紅心率平均值分別為0.684、0.594 m3和46.809%、55.042%。

表2 融水紅心杉木優(yōu)樹10個材性表型性狀數(shù)據(jù)分布正態(tài)性檢驗

圖2 紅心杉木優(yōu)樹管胞形態(tài)的徑向變異規(guī)律Fig.2 Radial variation of Tracheid morphology of Red-heart Chinese Fir from Rongshui

表3 融水紅心杉木優(yōu)樹10個材性性狀變異

注：Δ表示0.1顯著；*表示0.05顯著；**表示0.01顯著，下同。

Note：Δ presents 0.1 significant difference level, * presents 0.05 significant difference level, **presents 0.01 significant difference level.The same below.

3.4 紅心杉木優(yōu)樹材質(zhì)性狀相關(guān)性分析

運用Spearman方法對融水紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果(表4)表明：10個材質(zhì)性狀間存在12對表型顯著相關(guān)，其中，紅心率與木射線比量、木射線比量與軸向薄壁細(xì)胞比量、木射線比量與管胞比量、木射線比量與微纖絲角、軸向薄壁細(xì)胞比量與管胞比量、管胞長與管胞寬、管胞長與管胞長寬比、管胞長與微纖絲角、管胞寬與微纖絲角等9對性狀極顯著相關(guān)(P<0.01)，單株材積與軸向薄壁細(xì)胞比量、基本密度與管胞寬等2對性狀顯著相關(guān)(P<0.05)，單株材積與管胞比量顯著相關(guān)(P<0.1)。

表4 融水紅心杉木優(yōu)樹10個材性性狀相關(guān)分析

4 討論

生長量直接決定林木個體和單位面積的木材產(chǎn)量, 是用材樹種遺傳改良重要的育種目標(biāo)，而生長與材質(zhì)性狀的遺傳相關(guān)性是目前林木遺傳研究的熱點，研究主要集中在生長性狀與木材基本密度、管胞長度、管胞寬等材性性狀的相關(guān)關(guān)系上[7-8]。木材密度是木材品質(zhì)重要的因子之一, 它影響木材的力學(xué)強度, 直接或間接決定木材的產(chǎn)量和品質(zhì)。木材基本密度作為針葉樹材性的重要指標(biāo)，在針葉材改良中具有重要地位[9-11]。有研究表明，杉木生長與材質(zhì)性狀間呈不顯著負(fù)相關(guān)[12-15]。本研究中，融水紅心杉優(yōu)樹單株材積與軸向薄壁細(xì)胞比量呈顯著正相關(guān)，與管胞比量呈顯著負(fù)相關(guān)，而與基本密度間呈不顯著負(fù)相關(guān)，這使紅心杉生長量與材性相結(jié)合的遺傳改良成為可能。

本研究采用生長錐取樣測定分析融水紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀變異規(guī)律，選取木質(zhì)部心部、中部和邊部3個樣點進行材質(zhì)性狀測定, 基本反應(yīng)了株內(nèi)徑向的變異趨勢[16-17]。融水紅心杉優(yōu)樹胸徑處管胞長度從髓心到樹皮表現(xiàn)為增加的趨勢, 徑向變異規(guī)律應(yīng)屬PashinⅡ型[18]。針葉樹材主要由管胞、薄壁細(xì)胞、木射線組織構(gòu)成，而管胞組織占針葉木材體積的90%以上[19]。有研究表明，管胞長寬比大于50的木材適宜制漿造紙，且愈大愈好[19]；管胞長度保持在330 μm以上, 紙張的耐折度、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)等不再受其影響,而管胞長度越長、管胞長寬比越大，紙張的各項物理力學(xué)性能均得到有效提高[21-22]。本研究中，融水紅心杉優(yōu)樹的管胞比量分布在80.012%～91.937%，管胞長度分布在1 951～2 898 μm，遠大于330 μm，管胞寬度分布在36～44 μm，管胞長寬比分布在52～79。融水紅心杉木材不僅是優(yōu)異的建筑材，也是良好的紙漿材。

微纖絲角為細(xì)胞壁中纖維素鏈的螺旋卷索與纖維軸之間的夾角[23]。已有研究表明,微纖絲角影響木材管胞的基本強度和特性[24], 與木材強度、硬度密切相關(guān)[25]，是無節(jié)木材強度的重要決定因素，是影響木材綜合性質(zhì)的一個重要因子。本研究中，融水紅心杉優(yōu)樹微纖絲角分布在5.879°～8.675°，且微纖絲角與木射線比量顯著負(fù)相關(guān)，與管胞長、管胞寬顯著正相關(guān)。

近年來，融水種源杉木面臨著基因資源逐漸喪失的困境，種質(zhì)資源的保護已成當(dāng)務(wù)之急。本研究通過對融水下洞、永樂2地區(qū)紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀研究發(fā)現(xiàn)，2地區(qū)紅心杉優(yōu)樹在材質(zhì)性狀上存在廣泛而顯著差異，本研究結(jié)果為開展融水紅心杉種質(zhì)資源的挖掘、保護和利用工作提供了堅實的理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

5 小結(jié)

通過分析廣西融水種源紅心杉優(yōu)樹材質(zhì)性狀的變異規(guī)律，發(fā)現(xiàn)測定的10個性狀均是連續(xù)性數(shù)量性狀，紅心率、基本密度、木射線比量、管胞比量、管胞長、管胞寬、管胞長寬比等性狀數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布；早、晚材的管胞長度、管胞寬度和管胞長寬比等性狀數(shù)據(jù)呈從心材至邊材逐漸增加的規(guī)律；單株材積和紅心率是重要的經(jīng)濟性狀，這2個性狀在兩地區(qū)的表型平均值分別為0.684、0.594 m3和46.809%、55.042%；紅心率等6個表型性狀存在極顯著或顯著差異。10個材質(zhì)性狀間存在12對表型顯著相關(guān)，其中，單株材積與軸向薄壁細(xì)胞比量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，紅心率與木射線比量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而單株材積與基本密度相關(guān)不顯著，這使紅心杉生長量與材性相結(jié)合的遺傳改良成為可能。

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(責(zé)任編輯：徐玉秀)

Research on Variation Pattern of Wood Properties of Red-heart Chinese Fir Plus Trees, a Featured Provenance from Rongshui of Guangxi

LI Kui-peng1, WEI Zheng-cheng2, HUANG Kai-yong1, Dong Li-jun2, HUANG Hong-fei2, CHEN Qin1, DAI Jun1, TAN Wen-jing2

(1.Guangxi Forestry Research Institute, Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of State Forestry Administration, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China;2.Beijianghe State-owned Forest Farm of Guangxi, Rongshui 545300, Guangxi, China )

[Objective]To Measure and analyze the wood properties of red-heart Chinese fir (Cunninghamialanceolata) plus trees, the provenance from Rongshui of Guangxi, and to investigate the wood properties variation pattern of the trees. [Method] Sixty 20-year-old plus trees of red-heart Chinese fir were chosen as research material. The wood properties such as wood volume, wood basic density, tissue proportion, tracheid properties and tracheid microfibril angle were assayed and the variation pattern of relevant wood properties was analyzed. [Result] The heartwood ratio, wood basic density, xylem ray proportion, tracheid proportion, tracheid length, tracheid width, and the length-width ratios of tracheid obeyed normal distribution. The variable coefficient of axially parenchyma proportion of red-heart Chinese fir plus trees from two plots in Rongshui was 35.08% and 44.97% respectively, showing a significant variation. The variable coefficient of tracheid proportion was 3.28% and 3.56% respectively, showing a small variation. There were highly significant differences (P<0.01) in heartwood ratio, xylem ray proportion, tracheid length, tracheid width, tracheid microfibril angle and significant differences(P<0.05)in parenchyma proportion between the plus trees from the two locations. There were 12 significant phenotype correlations among 10 wood properties data. [Conclusion] All the 10 characters assayed are continual quantitative. The data of tracheid length, tracheid width and length-width ratios of tracheid of early wood and late wood increase from heartwood to sapwood. The heartwood ratio and individual volume are both important economic characters. There are very significant positive correlation (P<0.01) between heartwood ratio and xylem ray proportion, and significant positive correlation (P<0.05) between the individual volume and axially parenchyma proportion. The volume of individual tree does not correlate significantly with the wood basic density, which makes it possible to the genetic improvement of volume combined with wood properties of red-heart Chinese fir.

Cunninghamialanceolata; red heart; wood properties; variation; correlation

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.03.009

2016-07-29

廣西重點研發(fā)計劃(桂科AB16380052)；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(桂科能1598025-48)；廣西林業(yè)科技項目(桂林科字[2012]第10號)

李魁鵬(1984—)，博士，主要從事杉木遺傳育種研究.E-mail：kuipeng.li@gmail.com

* 通訊作者：黃開勇，研究員，主要從事杉木培育與遺傳改良研究.E-mail：huangky73@163.com

S791.27

A

1001-1498(2017)03-0424-06