四川榿木雜交子代苗期性狀遺傳分析及選擇

楊漢波，郭洪英，陳 炙，王澤亮，黃 振，李佳蔓，肖興翠

(四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081)

四川榿木(AlnuscremastogyneBurk.)是我國榿木屬11個種中最重要的一個特有種，極具開發(fā)潛力[1-3]。四川榿木生長快，木材用途廣，是重要的速生優(yōu)質(zhì)用材樹種；根部具根瘤，能固定空氣中游離的氮，對土壤改良效果明顯，是理想的生態(tài)防護和混交造林樹種[2]。20世紀60年代以來，在浙江、湖南和湖北等長江中下游地區(qū)廣泛引種栽培，現(xiàn)已成為我國長江流域水網(wǎng)地區(qū)防護林、丘陵山區(qū)水土保持林和短周期工業(yè)原料林基地建設(shè)的重要闊葉樹種[4]。國內(nèi)對四川榿木遺傳變異的研究較少。陳益泰等[4]發(fā)現(xiàn)四川榿木存在極其豐富的地理變異和個體變異。王軍輝等[2,5]分析了四川榿木優(yōu)良種源/家系生長適應(yīng)性和遺傳穩(wěn)定性，指出樹高、材積、木材基本密度和纖維長度的種源差異顯著，而家系間差異不顯著。卓仁英等[6]建立了四川榿木DNA提取和PCR條件。任保青等[7]和楊漢波等[8]對四川榿木開展了染色體核型分析，均表明四川榿木的體細胞染色體數(shù)為56，為多倍體木本植物。

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，新的育種途徑也不斷出現(xiàn)[9]。但雜交育種仍為最有效的育種方法，將是目前及今后相當長時間培育四川榿木新品種的重要手段[10,11]。而雜交育種作為一種重要的育種手段在四川榿木遺傳改良方面的應(yīng)用未見相關(guān)報道。為此，以12個四川榿木優(yōu)樹和1個歐洲榿木優(yōu)良品種為親本，按照NCⅡ交配設(shè)計進行控制授粉，根據(jù)1 a生雜種苗的苗期生長性狀測定結(jié)果，對各遺傳參數(shù)進行估算，以期為速生、豐產(chǎn)四川榿木優(yōu)良品種的選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省林業(yè)科學研究院唐昌基地，地理坐標為東經(jīng)103°49′18″，北緯39°55′13″，海拔600 m，年均氣溫16℃，年日照1 014 h，年均降雨量979.4 mm，土層深厚，含水層一般厚15 m～25 m。

1.2 材料

以收集的12個四川榿木優(yōu)樹及引種的1個歐洲榿木優(yōu)良品種作為雜交親本，采用NCⅡ交配設(shè)計組成42個組合(家系)(見表1)。于2016年3月進行控制授粉，12月采集種子，4℃貯藏。

2017年2月進行營養(yǎng)杯內(nèi)播種育苗，試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)100杯，重復(fù)3次，定期澆灌。8月調(diào)查雜交子代的苗高和地徑。

表1供試四川榿木的6×7 NCⅡ交配設(shè)計

Tab. 1 6×7 NCⅡ cross design for excellent breeding inAlnuscremastogyneBurk.

母本父本YO2TJ9LD8YO7TT4JT2XH5JG1F1F7F13F19F25F31F37BZ6F2F8F14F20F26F32F38SW2F3F9F15F21F27F33F39PC8F4F10F16F22F28F34F40JG6F5F11F17F23F29F35F41JT4F6F12F18F24F30F36F42

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0和excel軟件對獲得的試驗數(shù)據(jù)進行處理，利用方差分析和多重比較進行家系間的差異分析。一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)、廣義遺傳力和狹義遺傳力等遺傳參數(shù)的估算借助DPS軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交子代家系間及家系內(nèi)各性狀的差異性

家系間的苗高和地徑變異大小見表2。苗高家系間變幅為5.85 cm～27.53 cm，種間雜交組合JT4×YO2子代苗高最高；地徑家系間變幅為1.21 mm～3.05 mm，JT4×JT2子代地徑最大，種間雜交組合JT4×YO2子代地徑也處于較高的水平，為2.58 mm。苗高和地徑在家系間存在顯著差異，具有較大的選擇潛力。苗高家系內(nèi)變異系數(shù)在9.24%～43.48%之間，平均為20.82%；地徑家系內(nèi)變異系數(shù)在12.85%～39.51%之間，平均為21.72%，表明家系內(nèi)也存在較大的變異，有必要進行家系內(nèi)選擇。由表3可知，四川榿木雜交種苗苗高和地徑在家系間的差異均達到極顯著水平，說明不同家系的苗高和地徑存在真實的遺傳差異。母本的苗高和地徑方差均達到極顯著水平，而父本的苗高和地徑方差均不顯著。母本×父本在苗高上的方差達到顯著水平，而在地徑上的方差不顯著。

表2四川榿木雜交子代各性狀在家系間和家系內(nèi)的變異

Tab. 2 Variation of hybrid offspring traits among and within families ofA.cremastogyne

家系苗高地徑均值/cm0．05水平CV/%均值/cm0．05水平CV/%F17．70opqrs21．271．67fghijklmn34．42F28．72mnop43．481．54ijklmno39．51F36．73rst18．811．33mno20．50F412．84fg16．351．86efghijk18．26F510．61ijk19．042．03efg13．14F627．53a26．342．58bcd23．95F77．73opqrs19．631．76efghijklm19．87F811．22hij19．871．87efghijk20．05F97．48opqrs28．471．40lmno27．43F108．13nopqrs21．661．66fghijklmn23．21F1117．71c17．422．47cd12．85F1211．77ghi16．961．36lmno19．04F139．49klmn18．741．58ghijklmno19．58F1412．27gh17．521．90efghij21．38F156．77rst20．311．38lmno21．19F168．10nopqrs19．331．49jklmno22．65F1713．86ef21．872．19de19．50F1817．63c15．012．58bcd15．78F198．54mnopq30．191．57hijklmno29．20F2015．39d19．522．07ef17．22F218．77lmnop13．751．69fghijklmn20．70F228．49mnopq22．191．88efghijk18．75F2310．82ijk23．861．81efghijkl19．72F2410．26jkl19．511．53ijklmno21．33F255．85t9．241．28no20．49F269．45klmn21．231．68fghijklmn18．10F277．34pqrs18．441．56hijklmno27．31F289．33klmn15．051．79efghijkl15．89F298．71mnop21．961．78efghijkl19．43F309．81jklm24．531．95efghi22．50F318．28mnopqr40．681．50ijklmno37．75F3215．09de16．852．59bc16．86F337．04qrst23．681．21o36．20F349．82jklm18．881．78efghijklm23．32F358．25mnopqr18．091．65fghijklmn19．22F3615．40d27．603．05a121．78F379．06lmno14．572．00efgh22．25F387．63opqrs22．301．75fghijklm17．87F396．62st16．701．39lmno17．94F407．59opqrs15．641．44klmno22．99F4112．39gh14．902．50cd13．66F4223．59b22．972．94ab19．60

注：“0.05水平”一列下標相同字母表示差異不顯著，標不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表3四川榿木雜交子代各性狀的方差分析結(jié)果

Tab. 3 Variance analysis of hybrid offspring traits ofA.cremastogyne

變異來源區(qū)組家系母本父本母本×父本苗高df2415630M．S．0．15587．19??79．87??8．7037．63?地徑df2415630M．S．0．265．80??0．69??0．080．33

注：**表示P<0.01極顯著水平，*表示P<0.05顯著水平。

2.2 配合力效應(yīng)分析

對13個親本估算一般配合力效應(yīng)值(GCA)，結(jié)果見表4。GCA效應(yīng)值在同一親本不同性狀間及同一性狀不同親本間存在明顯的差異，如YO2的苗高GCA效應(yīng)值為15.36，而地徑GCA效應(yīng)值為負值，JT2的苗高GCA效應(yīng)值為負值，而地徑GCA效應(yīng)值為正，其值為7.14。母本JT4、JG6、BZ6和父本LD8、XH5的苗高和地徑GCA效應(yīng)值均為正值，其中母本JT4的苗高和地徑GCA效應(yīng)值均最大，分別為54.72和24.51，其次為母本JG6，苗高和地徑GCA效應(yīng)值分別為9.83和12.37。

對24個家系各性狀的特殊配合力(SCA)效應(yīng)分析結(jié)果表明(見表5)，不同家系在各個性狀上的差別較大，苗高和地徑的SCA效應(yīng)值變幅分別為-55.85～86.99和-45.84～34.43。由表5還可知，F(xiàn)6在苗高上具有最大特殊SCA效應(yīng)值，其次為F42和F11；F36在地徑上具有最大SCA效應(yīng)值，其次為F32和F42。F42和F32在苗高和地徑上的SCA效應(yīng)值均較高，它們的雜種優(yōu)勢較為明顯。

表4四川榿木13個親本的一般配合力效應(yīng)值

Tab. 4 Estimated values of GCA of 13 A.cremastogyne parents

2.3 各性狀遺傳力及性狀間的相關(guān)性

從圖1可以看出，四川榿木雜交苗在1 a生時苗高的廣義遺傳力較高，為77.36%，地徑的廣義遺傳力為29.97%，表明該群體各性狀的遺傳潛力較大，從進行選擇不但是可行的，而且從苗高性狀能夠獲得較大的遺傳增益。

對1 a生四川榿木雜交苗的苗高和地徑進行相關(guān)分析結(jié)果表明(見圖2)，苗高與地徑間存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6798，說明苗高與地徑密切相關(guān)。因此，如果選擇生長量高的優(yōu)良家系，可以根據(jù)苗高和地徑進行聯(lián)合選擇。

表5四川榿木不同家系各性狀的特殊配合力效應(yīng)值

Tab. 5 Estimated values of SCA in the traits of the families ofA.cremastogyne

家系Family苗高Height地徑Diameter家系Family苗高Height地徑DiameterF1-19．032．33F22-3．3813．97F2-40．36-20．45F23-5．66-9．55F3-20．24-4．91F24-55．85-37．15F418．798．71F250．50-9．92F5-26．15-1．94F263．26-4．12F686．9916．27F2722．2516．38F7-3．0311．77F2822．7713．75F8-1．272．20F29-7．10-6．41F92．502．92F30-41．68-9．68F10-9．512．45F312．32-13．64F1155．8226．50F3235．0629．88F12-44．50-45．84F33-1．33-18．58F137．04-3．27F346．47-2．78F142．14-2．00F35-32．23-29．33F15-10．52-3．23F36-10．2934．45F16-16．15-12．54F374．9611．36F1713．585．92F38-39．19-18．34F183．9115．11F39-9．93-11．10F197．251．37F40-19．00-23．56F2040．3712．83F411．7414．81F2117．2618．52F4261．4326．83

圖1 四川榿木雜交子代各性狀的遺傳力Fig.1 Heritability of hybrid offspring traits in A.cremastogyne Burk.

圖2 四川榿木雜交子代苗高和地徑之間的相關(guān)分析Fig.2 Correlation analysis between height and diameter of hybrid offspring of A.cremastogyne

3 結(jié)論與討論

測定1 a生四川榿木雜交苗的苗高和地徑兩個性狀并進行了遺傳參數(shù)的估算，目的是為了研究四川榿木雜交子代的遺傳規(guī)律，為優(yōu)良家系/無性系的選育創(chuàng)造條件[12]。四川榿木雜交子代的苗高和地徑在家系間存在極顯著差異，家系內(nèi)存在顯著差異，可以進行家系間和家系內(nèi)的初步選擇，為進一步開展四川榿木遺傳改良提供種質(zhì)材料。母本×父本在苗高上的方差達到顯著水平，而地徑的方差不顯著，表明母本×父本互作對苗高的影響更為重要[13]。四川榿木同一親本不同性狀及同一性狀不同親本間，一般配合力(GCA)效應(yīng)存在明顯差異，表明這些親本的遺傳特性均存在差異，即加性效應(yīng)大小是不同的[14]。JT4、JG6和BZ6作母本的苗高和地徑一般配合力(GCA)均為正，LD8和XH5作父本的苗高和地徑一般配合力(GCA)均為正。多重比較結(jié)果表明，F(xiàn)6、F32、F36和F42等以JT4、BZ6和JG6為母本，XH5和LD8為父本的雜交子代均具有較高的苗高和地徑生長量，因此，初步認為這5個親本為優(yōu)良的雜交育種親本資源。不同家系不同性狀的特殊配合力(SCA)效應(yīng)值差異顯著，其中家系F6(JT4×YO2)、F32(BZ6×JT2)、F36(JT4×JT2)和F42(JT4×XH5)的苗高和地徑特殊配合力相對較高，利用這4個組合進行雜交，可獲得優(yōu)良雜交子代。

遺傳力是表型變異受遺傳因素影響的比例，是雜交后代選擇的一個重要指標[14]。魏永成等[15]對杜仲雜交子代進行遺傳分析發(fā)現(xiàn)，2 a生時各性狀均具有較高的廣義遺傳力，苗期選擇具有較大的遺傳潛力。杜克兵等[11]對黑楊派楊樹雜交子代進行遺傳分析發(fā)現(xiàn)，苗高和地徑具有較高的廣義遺傳力，與本研究結(jié)果類似，說明在林木遺傳改良中，通過苗期選擇，可以使雜交子代獲得顯著的遺傳增益。遺傳力分析結(jié)果顯示，四川榿木雜交子代的苗高和地徑均具有較高的廣義遺傳力，其中苗高的遺傳力在50%以上，表明親本基因型對子代有很大的影響。林木表型性狀間的相關(guān)系數(shù)反映了性狀間的相關(guān)程度，可為林木遺傳育種方案和改良策略的制定提供理論參考[16]。四川榿木雜交子代苗高和地徑呈顯著正相關(guān)，可根據(jù)苗高和地徑開展聯(lián)合選擇，以選育優(yōu)良家系/無性系，提高育種效率。長期以來，育種工作者都將F1代的選擇作為育種主體，利用多群體、多世代改良提高雜交育種的預(yù)見性和效率[17]。根據(jù)NCⅡ交配設(shè)計獲得的雜交子代一般配合力和特殊配合力較高，可以在大范圍內(nèi)進行選擇，在以后的工作中，可進一步擴大群體，進行F1代的選擇。

由于只是基于1 a生四川榿木雜交子代苗期表型性狀的調(diào)查分析，考慮到早期性狀的可靠性問題，因此，在四川榿木后續(xù)遺傳改良研究中，應(yīng)進一步結(jié)合分子標記和連續(xù)多年觀測數(shù)據(jù)進行分析，為四川榿木雜種優(yōu)勢的研究與利用提供更加詳細、可靠的依據(jù)。

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