遼寧楊與青楊派樹種雜交子代的苗期性狀分析

劉 巍 蔄勝軍 楊振學(xué)

(1. 遼寧省楊樹研究所，遼寧 營口 115213；2. 燈塔市野生動(dòng)物保護(hù)站，遼寧 遼陽 111300)

自1946年葉培忠首次開展楊樹 (Populus) 雜交試驗(yàn)以來，我國林木育種工作者廣泛開展了楊樹雜交育種工作，培育出許多優(yōu)良品種[1]，楊樹派間雜交以黑楊派與青楊派雜種優(yōu)勢顯著[2]。我國育種學(xué)家利用黑楊派的速生、干直、抗病蟲，青楊派的易生根、耐寒、耐旱等特點(diǎn)，開展多個(gè)組合的雜交試驗(yàn)，獲得許多優(yōu)良無性系，如中黑防1號(hào)、2號(hào) (Populusdeltoides×P.cathayana‘Zhongheifang 1/2’)[3]、擬青 × 山海關(guān) (P.pseudo-cathayana×P.deltoidescv. ‘Shanhaiguan’)[4]、中金3號(hào) (P.deltoidescv. ‘Lux’ ×P.cathayana)[5]等。近年來關(guān)于黑楊派與青楊派的雜交試驗(yàn)主要有丹紅楊 (P.deltoidescv.‘Danhong’)×小葉楊 (P.simonii)[6]、歐美楊108 (P.×euramericanacv. Guariento)× 藏川楊 (P.szechuanicavar.tibetica)[7]、川楊 (P.szechuanica)× 美洲黑楊 (P.deltoides)、青楊 (P.cathayana)× 美洲黑楊[8]等。我國擁有豐富的鄉(xiāng)土青楊派基因資源，主要分布在東北、西北及西南地區(qū)，但對鄉(xiāng)土楊樹種質(zhì)資源的保存和研究還不夠。為選育適應(yīng)遼寧省不同生態(tài)氣候類型的楊樹新品種，本試驗(yàn)以遼寧楊 (P.×Liaoningensis)、小青楊 (P.pseudo-simonii)、青楊、甜楊 (P.suaveolens) 和N001 (P.×deltoidescl. ‘N001’) 為親本進(jìn)行人工雜交，并對雜交無性系苗期生長性狀進(jìn)行研究，為下一步優(yōu)良品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于遼寧省蓋州市楊樹研究所 (北緯40°24′，東經(jīng)122°15′)，年均氣溫8.2 ℃，極端最高氣溫35.6 ℃，極端最低氣溫-26.5 ℃，無霜期170～186 d，年均降水量690 mm，全年日照時(shí)數(shù)2 761 h。

1.2 試驗(yàn)材料

于2010—2011年連續(xù)2年以遼寧楊、小青楊、青楊、甜楊和N001為親本，進(jìn)行室內(nèi)切枝土培生根人工授粉雜交。其中，遼寧楊為美洲黑楊魯克斯楊 (P.×deltoidescv. ‘Lux’) 和山海關(guān)楊 (P. ×deltoidescv. ‘Shanhaiguan’) 通過室內(nèi)切枝水培雜交培育出的抗病速生新雜交種；小青楊是我國北方地區(qū)重要的鄉(xiāng)土青楊派樹種之一，花枝采自遼寧阜新；青楊是我國特有青楊派樹種，分布廣，易產(chǎn)生天然雜種，花枝采自遼寧寬甸；甜楊屬青楊派樹種，主要分布于內(nèi)蒙古東部及黑龍江大興安嶺，花枝采自黑龍江加格達(dá)奇；N001為遼寧省楊樹研究所引種的美洲黑楊無性系。雜交組合為遼寧楊 × 小青楊 (LX)；遼寧楊 × N001 (LD)；青楊 × 遼寧楊 (CL)；甜楊 × 遼寧楊 (TL)。從雜交無性系中選擇具有代表性的部分無性系進(jìn)行苗期性狀測定，主要有LX-6， LD-3， CL-2、CL-3、CL-9和CL-12， TL-4和TL-13，遼寧楊為親本，中綏12為CK。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1雌花枝土培生根及雜交

將采集的雌花枝剪成長度70～90 cm，下端直徑1.5～2.5 cm，植于花盆中。低溫庫室溫控制在 (3 ± 0.5) ℃，水槽采用加熱棒加熱，上面蓋保溫板，水浴溫度控制在 (24 ± 0.5) ℃。經(jīng)過25 d加熱生根處理后，移入日光溫室培養(yǎng)。當(dāng)花序完全伸長、柱頭發(fā)亮?xí)r，采用毛筆輕彈法按不同組合進(jìn)行隔離授粉。在蒴果變黃或開裂時(shí)，用半透明的羊皮紙?zhí)状w絮后收集種子。播種土壤需高溫滅菌，采用128孔規(guī)格穴盤播種。

1.3.2苗期生長測定

于2015年秋季，采用1年生根樁造林法營造無性系比較試驗(yàn)林，根樁高20～25 cm，根徑1.5 cm以上，試驗(yàn)林按完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每次重復(fù)10株，株行距0.5 m × 6 m。于翌年4月30日開始，每隔15 d用測高尺和游標(biāo)卡尺測量樹高和地徑，直到9月27日苗木基本停止生長時(shí)結(jié)束。2017年秋季停止生長后測量2年生苗木總生長量。

1.3.3物候期觀測

從春季苗木芽萌動(dòng)開始，在春季和秋季每天上午10:00—11:00時(shí)觀測1次。觀測內(nèi)容包括：芽開放期、展葉盛期、封頂期、葉黃盛期和落葉盛期。盛期以開始超過觀測株物候相的1/2作為標(biāo)志[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 花枝土培生根人工雜交結(jié)果

由表1可知，4個(gè)雜交組合共獲得種子10 115粒，獲得幼苗6 676株，出苗率66%。其中LD與TL獲得種子數(shù)最多，均超過4 000粒；LD與CL播種出苗率較高，分別為80.42%和80.35%?？梢?，花枝生根后可以通過根系從土壤中吸收足夠營養(yǎng)，滿足花芽生長發(fā)育和種子成熟過程中所需的養(yǎng)分，解決了雌花枝特別是美洲黑楊雌花枝坐果期間因養(yǎng)分不足而造成的果穗脫落、種子小且不成熟的問題，雜交效果理想。土培生根花枝還可以保留較多的果穗，獲得的種子數(shù)量較多，子代可選擇性大大提高。

表1 人工雜交結(jié)果Table 1 Artificial hybridization results

2.2 不同雜交組合子代苗期生長規(guī)律及遺傳分析

2.2.1樹高年生長規(guī)律及遺傳分析

由圖1可知，1年生樹高生長量最大的是LX-6，為331 cm，最小的是TL-13，為189.5 cm。除TL-13樹高凈生長最大值出現(xiàn)在6月末至7月中旬，其他無性系樹高凈生長均出現(xiàn)在7月中下旬。各無性系樹高生長基本符合S型生長規(guī)律，都呈現(xiàn)慢-快-慢的生長趨勢，這與周永學(xué)等[12]、楊斌[13]、孫明高等[14]的研究結(jié)果相同。10個(gè)無性系均從5月30日左右樹高生長開始進(jìn)入速生期，TL-13速生期在7月末左右結(jié)束，其他無性系均在8月中下旬速生期結(jié)束。LX-6在速生期內(nèi)樹高凈生長量最大，為245.91 cm，占全年生長量的74.41%；其次是CL-2，凈生長量為227 cm，占全年生長量78.55%。TL-13在7月末以后基本停止生長，其他無性系在8月末以后基本停止生長。各無性系間樹高生長差異達(dá)極顯著水平 (P< 0.01)。試驗(yàn)無性系中，LX-6雜交優(yōu)勢明顯，生根特性偏父本類型，生根速度快，栽植后緩苗期較短，從4月30日調(diào)查開始高生長速度最快，且速生期持續(xù)時(shí)間長；LD-3為美洲黑楊種內(nèi)雜交種，生根所需積溫較高，生根晚，須根量少，緩苗期較長，前期生長速度較慢，但明顯好于母本遼寧楊；TL的2個(gè)無性系分化明顯，生長差異較大，2個(gè)無性系生根特性偏母本甜楊，生根速度較快，緩苗期短，前期高生長速度較快，TL-4高生長僅次于LX-6，而TL-13在7月中旬以后高生長速度緩慢，8月上旬以后由于封頂，高生長停止。各無性系生長期持續(xù)的長短和樹高生長量具有一定的差異，究其原因可能是雜交親本青楊派樹種特性差異較大，材料采集地理位置相差較遠(yuǎn)，雜交種表現(xiàn)出不同的生長特性。

圖11年生苗樹高年生長曲線
Fig.1 Growth curve of 1-year-old seedling height

2.2.2地徑年生長規(guī)律及遺傳分析

由圖2可知，地徑生長曲線同樣符合S型生長規(guī)律，曲線形態(tài)同樹高生長曲線相似，各無性系地徑生長速生期同苗高一致。CL-2速生期地徑凈生長量為1.92 cm，占全年生長量的70.59%；其次是LX-6，凈生長量1.83 cm，占全年生長量65.12%。LX-6地徑年生長量最大，為2.81 cm，其次是CL-2為2.72 cm，TL-13最小為1.84 cm。各無性系間地徑年生長量存在極顯著差異 (P< 0.01)。不同雜交組合的無性系在生長期持續(xù)的長短和地徑生長量差別很大，可能是由于不同親本間遺傳基礎(chǔ)差異較大，子代的表現(xiàn)具有一定的差異和分化。苗木進(jìn)入速生期后，生長迅速，其生長量決定著整個(gè)生長期苗木的生長量，且楊樹屬喜水、喜肥樹種，因此，在苗木進(jìn)入速生期后，在管理上應(yīng)最大限度地滿足苗木對水分和養(yǎng)分的需求。

圖21年生地徑年生長曲線
Fig.2 Growth curve of 1-year-old seedling ground diameter

2.3 不同雜交組合子代生長量比較及遺傳分析

由表2可知，各無性系樹高和地徑生長量在1年生時(shí)存在較大的差異，LX-6生長量最大，TL-13最小，LX-6樹高和地徑分別是TL-13的1.74倍和1.53倍。樹高變異系數(shù)超過10%的有6個(gè)無性系，最高為遼寧楊16.91%；地徑變異系數(shù)超過10%的有7個(gè)無性系，CK最高，為21.84%，說明無性系內(nèi)個(gè)體間差異性較明顯；CL-9和LD-3樹高和地徑變異系數(shù)均較小，說明這2個(gè)無性系1年生生長均勻，個(gè)體間差異較小。LX-6樹高超親優(yōu)勢最大為54.67%，其次是TL-4，為37.38%，最小是TL-13，為-11.21%，樹高超親優(yōu)勢順序LX-6 > TL-4 > CL-2 > CL-9 > CL-12 > LD-3 > CL-3 > TL-13，LX-6超CK為41.45%。地徑生長量超親優(yōu)勢最大是LX-6，為41.21%，其次是CL-2，為36.68%，超親優(yōu)勢順序LX-6 > CL-2 > LD-3 > CL-9 > CL-12 > TL-4 > CL-3 > TL-13，超CK最高是LX-6為36.41%。從雜交親本來看，美洲黑楊與青楊派樹種雜交子代分化明顯，以遼寧楊為母本的雜交子代很好的遺傳了美洲黑楊速生的特性，雜交優(yōu)勢最為明顯。以青楊派樹種為母本，遼寧楊為父本雜交子代有一定分化，如CL-2、CL-9和CL-12生長量相近，雜交優(yōu)勢明顯，而CL-3生長量要明顯低于以上3個(gè)無性系；TL分化更為明顯，生長差異很大，如TL-4樹高生長量僅次于LX-6，超親優(yōu)勢明顯，而TL-13生長量最小，超親優(yōu)勢為負(fù)值。

由表3可知，2年生樹高平均值351 cm，平均變異系數(shù)10.94%。LX-6樹高生長量最大，為415 cm，其次是LD-3，為398 cm，TL-13最小，為237 cm，LX-6是TL-13的1.75倍，各無性系樹高生長量順序LX-6 > LD-3 > CL-2 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-4 > 遼寧楊 > CK > TL-13；LX-6和LD-3樹高生長變異系數(shù)僅為2.34%和2.71%，說明這2個(gè)無性系樹高生長個(gè)體差異很小。LX-6胸徑生長量最大，為2.83 cm，其次是LD-3，為2.65 cm，TL-13最小，為1.26 cm，LX-6胸徑生長量是TL-13的2.25倍；胸徑生長平均變異系數(shù)遠(yuǎn)高于樹高生長平均變異系數(shù)。各無性系樹高生長超親優(yōu)勢順序LX-6 > LD-3 > CL-2 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-4 > TL-13，胸徑生長超親優(yōu)勢順序LX-6 > LD-3 > CL-2 > TL-4 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-13，其中LX-6樹高和胸徑超親優(yōu)勢均最高，分別為22.06%和42.93%，超CK分別為35.18%和48.17%。2年生各無性系間樹高和胸徑生長量的差異均達(dá)極顯著水平(P< 0.01)。從雜交組合來看，以遼寧楊為母本的雜交子代更好的遺傳了美洲黑楊速生的特性，如LX-6超親優(yōu)勢最為明顯；LD-3因其為美洲黑楊種內(nèi)雜交種，生根能力較弱，生根慢，須根量少，緩苗時(shí)間長，1年生時(shí)生長量較小，但在2年生時(shí)根系發(fā)育完全，生長速度加快，生長量僅次于LX-6，超親優(yōu)勢明顯；TL-13主要遺傳了母本特性，生長期短，生長速度慢，2年生時(shí)與其它無性系生長量差距較1年生時(shí)加大。

表2 1年生苗生長量比較分析Table 2 Comparative analysis of 1-year-old seedling growth

表3 2年生苗生長量比較分析Table 3 Comparative analysis of 2-year-old seedling growth

綜合1年生、2年生無性系生長比較分析表明，試驗(yàn)無性系中，除TL-13外，其余無性系均具有一定的超親優(yōu)勢，其中以遼寧楊為母本的雜交無性系LX-6和LD-3在速生性方面具有明顯優(yōu)勢，超親優(yōu)勢和超CK明顯；以青楊派樹種為母本，遼寧楊為父本的雜交子代具有一定分化，其中以TL的2個(gè)無性系分化最為明顯，這也為適合不同地區(qū)無性系的選擇提供篩選空間。從變異系數(shù)來看，TL平均變異系數(shù)最大14.38%，其次是CL，平均變異系數(shù)為12.57%，為無性系內(nèi)個(gè)體選擇提供篩選空間。第2年高生長增幅除遼寧楊、LD-3和CL-2外，其它無性系高生長增幅均未達(dá)到100 cm，高生長量較小，這可能與2017年天氣少雨干旱有關(guān)。

2.4 物候期差異比較及遺傳分析

由表4可知，不同無性系間物候期存在較大差異。各無性系生長期前2個(gè)物候期早晚差異較小，分別為8 d和5 d，芽開放期最早的是CL-2，出現(xiàn)在4月4日，最晚的是遼寧楊，出現(xiàn)在4月12日。生長期后3個(gè)物候期早晚差異較大，TL-13在8月5日就開始封頂，遼寧楊封頂期出現(xiàn)在9月12日，極差達(dá)38 d；葉黃盛期和落葉盛期極差分別為24 d和29 d，LD-3和遼寧楊落葉盛期最晚，出現(xiàn)在10月30日。從生長期來看，CL-2的生長期最長為204 d，其次是LD-3為202 d，TL-13的生長期最短為179 d。從標(biāo)準(zhǔn)偏差來看，以封頂期最大11.29，說明不同無性系在此時(shí)差別最為明顯，其次是落葉盛期8.70；芽開放期和展葉盛期標(biāo)準(zhǔn)偏差最小分別為2.72和1.52。可見，各無性系生長期長短的影響因素主要是后期物候期的差異。試驗(yàn)中，LD-3遺傳了美洲黑楊生長期長的特性，落葉期晚，生長期長，物候期與母本遼寧楊及其相似。CL雜交無性系出現(xiàn)明顯分化，其中CL-2生長期偏父本類型，CL-9和CL-12屬中間類型，與CK相似，而CL-3為偏母本類型。TL的2個(gè)無性系遺傳了母本甜楊生長期短的特性，在10個(gè)試驗(yàn)無性系中生長期最短，在區(qū)域栽培試驗(yàn)中，可適當(dāng)向北推移。

表4 10個(gè)無性系物候期觀測Table 4 Phenological observation of 10 clones

3 結(jié)論與討論

楊樹雜交育種是楊樹改良的最主要途徑，生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的楊樹大多數(shù)良種都是通過該途徑選育出來的[15-16]，切枝水培雜交是室內(nèi)雜交普遍采用的方法[2]。以速生著稱的美洲黑楊，由于花枝生根晚，在水培雜交中存在果穗易脫落，即使得到種子，量小且不成熟，育種效率很低。本試驗(yàn)采用雌花枝土培加溫生根后人工控制授粉雜交方法，能夠解決雌花枝在種子成熟過程中落果和種子不成熟的問題，從而獲得大量雜交子代，可選擇性大大提高，4個(gè)雜交組合共獲得種子10 115粒，獲得幼苗6 676株，出苗率66%。

無性系1年生樹高和地徑年生長進(jìn)程均符合S型生長曲線，無性系間生長量存在極顯著差異 (P<0.01)。從1年生無性系生長量來看，LX-6樹高和地徑生長量均最大，分別為331 cm和2.81 cm，超親優(yōu)勢分別為54.67%和41.42%，超CK分別為41.45%和36.41%；TL-13生長量最小，超親優(yōu)勢為負(fù)值。2年生LX-6的生長量同樣排在第1位，樹高和胸徑超親優(yōu)勢分別為22.06%和42.93%，超CK分別為35.18%和48.17%；LD-3第2年生長量增加幅度較大，生長量僅次于LX-6。從變異系數(shù)來看，個(gè)別無性系內(nèi)不同個(gè)體間也存在較大的變異，2年生總體變異系數(shù)要大于1年生。本試驗(yàn)中，以青楊派樹種為母本，遼寧楊為父本的雜交子代生長量具有明顯分化，其中以TL無性系分化最為明顯，這也為適合不同地區(qū)無性系的選擇提供篩選空間。

樹木生長的早晚差別直接體現(xiàn)在物候期的差異上[9]。本試驗(yàn)中不同無性系間物候期存在較大差異，以封頂期極差最大為38 d，展葉盛期極差最小為5 d；CL-2生長期天數(shù)最長為204 d，TL-13最短為179 d；封頂期標(biāo)準(zhǔn)偏差最大11.29，其次為落葉盛期8.70，芽開放期和展葉盛期標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。各無性系生長期長短的影響因素主要是后期物候期的差異，這與孔紅嶺[17]、牛正田[18]研究結(jié)果相同。本試驗(yàn)中，CL無性系在生長期上具有一定的分化，CL-2與CL-3生長期相差16 d；TL無性系TL-4與TL-13分化也很明顯，TL-13生長量超親本和CK均為負(fù)值，但其封頂非常早，生長期最短，屬于偏母本類型的雜交種，在抗寒性方面可能具有一定的優(yōu)勢，在區(qū)域栽培試驗(yàn)中，可考慮適當(dāng)向北推移。

[1] 李志新, 戴福. 楊樹雜交育種研究進(jìn)展[J]. 林業(yè)科技情報(bào), 2015, 47(3): 27-31.

[2] 李善文, 張志毅, 何承忠, 等. 中國楊樹雜交育種研究進(jìn)展[J]. 世界林業(yè)研究, 2004, 17(2): 37-41.

[3] 溫寶陽, 周麗君, 李晶, 等. 楊樹新品種: 中黑防1、2號(hào)楊[J]. 林業(yè)科技通訊, 2000(4): 13-15.

[4] 王福森. 楊樹新品種: 擬青楊 × 山海關(guān)楊選育成功[J]. 防護(hù)林科技, 2000(1): 30.

[5] 王繼紅, 李先萍. 中金系列楊樹新品種特性及效益分析[J]. 山西林業(yè), 2001(4): 25-26.

[6] 姬慧娟. 丹紅楊與小葉楊雜交子代苗期抗旱相關(guān)性狀遺傳分析[D]. 北京: 中國林業(yè)科學(xué)研究院, 2015.

[7] 李娟, 郭斌, 安新民. 歐美楊與藏川楊雜交子代苗期性狀QTLs定位分析[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 36(5): 10-15.

[8] 賈晨. 四川鄉(xiāng)土楊樹雜交子代及其無性系苗期生長測定與評(píng)價(jià)[D]. 雅安: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[9] 李守勇, 孫明高, 李學(xué)宏, 等. 11個(gè)黑楊無性系物候期變異分析[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 18(3): 40-42.

[10] 彭嬋, 張亞東, 樊孝萍, 等. 武漢地區(qū)不同楊樹品種扦插苗的物候與生長節(jié)律[J]. 林業(yè)科技開發(fā), 2013, 27(1): 46-49.

[11] 劉巍, 蔄勝軍. 不同楊樹品系引種試驗(yàn)初報(bào)[J]. 林業(yè)科技開發(fā), 2012, 26(2): 95-98.

[12] 周永學(xué), 樊軍鋒, 高建社. 幾種楊樹無性系扦插苗苗高年生長規(guī)律的研究[J]. 西南林學(xué)院學(xué)報(bào), 2004, 24(2): 23-26.

[13] 楊斌. 柳樹苗期年生長模型的研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2006, 21(6): 97-99.

[14] 孫明高, 李守勇, 陳吉虎, 等. 黑楊無性系年生長進(jìn)程及參數(shù)估算分析[J]. 山東林業(yè)科技, 2003(4): 8-10.

[15] Schweitzer J A, Martinsen G D, Whitman T G. Cottonwood hybrids gain fitness traits of both parents: a mechanism for their long-term persistence[J]. American Journal of Botany, 2002, 89(6): 981-990.

[16] 蘇曉華, 張綺紋. 世界楊樹雜交育種親本利用的進(jìn)展及對策[J]. 世界林業(yè)研究, 1992, 5(2): 29-35.

[17] 孔紅嶺. 楊樹無性品種速生機(jī)理及早期選擇的研究[D]. 泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008.

[18] 牛正田. 黑楊派無性系苗期產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳變異[D]. 北京: 中國林業(yè)科學(xué)研究院, 2007.