紅錐優(yōu)樹二代家系抗逆性苗期選擇研究

申文輝 譚長強(qiáng) 勞慶祥 郝海坤 曹艷云 鄭 威 黃志玲

( 1. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 崇左 532600)

林木在生長過程中受到基因及環(huán)境共同影響，其遺傳和表型參數(shù)處于一個(gè)動態(tài)的變化過程。早期選擇是對被選林木最快速的遺傳評定方法，是以數(shù)量遺傳學(xué)中的間接選擇原理為基礎(chǔ)的林木選育方法，是利用林木幼齡期性狀與成熟期性狀相關(guān)的一種選擇方法[1]。在生長表型方面，前人通過研究杉木（Cunninghamia lanceolata）[2]、落葉松（Larix gmelinii）[3]、北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）[4]、紅錐（Castanopsis hystrix）[5]等表明林木早期選擇是可行的，并取得了良好效果。在體內(nèi)生長和內(nèi)含物方面的早期選擇應(yīng)用研究中，馮玉龍等[6]指出不同種源長白落葉松（Larix olgensis）的生長與過氧化物酶等幾種酶活力有密切的相關(guān)性；高紅霞等[7]認(rèn)為抗旱指標(biāo)可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸可作為紅砂早期選擇的指標(biāo)，并應(yīng)用于其他灌木選育中。同樣，徐永杰等[8]通過主成分和聚類綜合分析研究認(rèn)為，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量可作為油桐（Vernicia fordii）抗性家系篩選重要指標(biāo)；而相關(guān)研究表明POD、過氧化氫酶（CAT）和SOD在植物的抗蟲防御過程中起到了重要的保護(hù)作用[9]。因此可通過研究紅錐苗期抗性生理指標(biāo)，來篩選具有抗性能力的紅錐優(yōu)良家系具有現(xiàn)實(shí)可行性。

紅錐為殼斗科（Fagaceae）栲屬（Castanopsis）的常綠喬木，生長快，適應(yīng)性強(qiáng)，是優(yōu)質(zhì)珍貴用材樹種[10]。目前，僅廣西紅錐造林面積已達(dá)15000 hm2以上，隨著國家鄉(xiāng)土珍貴樹種木材儲備計(jì)劃的實(shí)施、市場對高檔珍貴用材的需求的增長以及天然林的禁伐，紅錐人工造林的區(qū)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)，隨著世界環(huán)境的不斷惡化，極端環(huán)境的頻繁出現(xiàn)，對林木耐抗能力提出了更高的挑戰(zhàn)。而目前，對紅錐的遺傳改良研究多集中在紅錐優(yōu)樹一代家系生長性狀、光合等方面[5，11-12]，有關(guān)紅錐抗性優(yōu)良家系選擇的研究尚未見研究。本研究結(jié)合內(nèi)含物進(jìn)行紅錐優(yōu)樹二代家系抗逆性的苗期選擇，將為進(jìn)一步紅錐的選育和推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在廣西林科院科研試驗(yàn)基地(108°20′E，22°55′N)，海拔約80 m，屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候。年均氣溫21.7 ℃，1月平均氣溫12.8 ℃，極端最低氣溫-1.5 ℃，7 — 8月平均氣溫28. 2 ℃，極端最高氣溫39. 4 ℃，10 ℃積溫為7200 ℃，日照時(shí)數(shù)1550 h以上，全年幾乎無霜；干濕季節(jié)明顯，年均降雨量1300 mm，降雨主要集中在4—9月。土壤為赤紅壤，pH值為5.6，肥力中等，土壤經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過篩備用。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料

于2016年11—12月從2002年建立的廣西憑祥的紅錐優(yōu)樹子代測定林中選擇29株子代優(yōu)樹進(jìn)行分株采種，29株優(yōu)樹種子編號及最初來源分別為 廣 西 浦 北 （ A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、A8、A9、A10）、博白（B1、B2、B3、B4、B5）、憑祥（P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7）、東蘭（D1、D2、D3）、容縣（R1、R2、R3、R4）等 5 個(gè)種源地。

2.2 試驗(yàn)方法

將29個(gè)優(yōu)樹的種子漚曬去殼后，篩選健壯飽滿種子，然后將所有種子撒于沙床中催芽，待當(dāng)60%～70%的種子胚芽出土?xí)r即可開始移植，選取長出胚芽或葉子的小苗進(jìn)行移植至規(guī)格為18 cm×18 cm的育苗袋中，基質(zhì)為黃心土。育苗采取相同的水肥、殺蟲等管理措施。每個(gè)家系苗木隨機(jī)選擇30株掛牌測定，于2018年1月，測定其苗高、地徑生長情況。同時(shí)，選擇每個(gè)家系苗高、地徑平均值附近的5株進(jìn)行生理指標(biāo)的測定，每株選取3片無病蟲害、剛成熟而未老化的葉片，每個(gè)指標(biāo)3次重復(fù)。采用蒽酮比色法[13]測定可溶性糖含量；采用蒽酮比色法[14-15]測定淀粉含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[16]測定可溶性蛋白質(zhì)含量；采用硫代巴比妥酸法[17]測定MDA含量；采用酸性茚三酮法[18]測定游離脯氨酸含量。采用愈創(chuàng)木酚比色法[18]測定POD活性。采用NBT光化還原法[18]測定SOD活性。

2.3 數(shù)據(jù)分析

利用WPS以及DPS7.05對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計(jì)分析。不同紅錐家系綜合評價(jià)用隸屬函數(shù)法，其公式為：

若所測指標(biāo)與家系的抗逆性呈正相關(guān)，則采用公式（1）計(jì)算隸屬函數(shù)值；若測定指標(biāo)與家系的抗逆性呈負(fù)相關(guān)則用公式（2）計(jì)算隸屬函數(shù)值。確定不同指標(biāo)的權(quán)重，權(quán)重確定采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法。按公式（3）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，再按公式（4）計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。

最后，按公式（5）計(jì)算不同家系各指標(biāo)的綜合評價(jià)值（D），以來衡量不同紅錐優(yōu)樹二代苗木的優(yōu)劣狀況。

3 結(jié)果與分析

3.1 家系苗高地徑比較

從表1 可知，29個(gè)紅錐二代家系間1年生苗高、地徑均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。苗高為36.5～74.8 cm，變異系數(shù)為14.72%；地徑為5.03～8.58 mm，變異系數(shù)為10.51%。紅錐優(yōu)樹二代家系苗高前 10 名的分別為 B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和 R3，地徑前 5 名的分別為 B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2。

表1 不同紅錐二代家系苗生長差異Table 1 Growth differences in 2nd superior families of C. hystrix

3.2 家系抗性生理比較

從表2可知，29個(gè)紅錐優(yōu)樹二代家系間可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、游離脯氨酸、MDA含量以及POD、SOD活性差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），說明不同紅錐優(yōu)樹二代家系之間的抗性生理特性差異較大。其中可溶性糖含量變化為3.37%～5.84%，變異系數(shù)為12.53%，其中A10家系可溶性糖含量最高，顯著高于其他家系（P＜0.05）；其次為 B1、P3、A3、R3、P2、D1和 A5家系，七者之間無顯著差異；最低的為 P7、B4、R1、A1、R4、D3、A7、A2和A8，該9個(gè)家系之間無顯著差異，均值為3.52，其中最低的為A8家系，其值為3.37。淀粉含量變化為2.01%～4.09%，變異系數(shù)為14.23%，其中B4家系葉片淀粉含量最高，其次為A8、B3家系，三者之間無顯著差異，均值為3.99；最低的為P7家系，其值為2.01，比29個(gè)家系均值（3.24%）低38.1%?？扇苄缘鞍缀孔兓癁?0.4～38.1 mg/g，變異系數(shù)為13.89%，其中P4家系葉片可溶性蛋白含量顯著高于其他28個(gè)家系（P＜0.05）；其次為P2、P5、D3、A5和A8家系，五者之間無顯著差異；最低的為R4家系，其值為20.4 mg/g，比29個(gè)家系均值（28.3 mg/g）低27.9%。脯氨酸含量變化為2.66～5.04 μg/g，變異系數(shù)為14.68%，其中R1、D1家系葉片脯氨酸含量最高，均值為5.00 μg/g，比29個(gè)家系均值（3.69 μg/g）高35.5%；其次為A10、D3和A5家系，三者之間無顯著差異；最低的為A8家系，其值為2.66 μg/g，比29個(gè)家系均值低27.8%。MDA含量變化為15.6～87.5 μmol/g，變異系數(shù)為49.89%，其中B1家系顯著高于其他28個(gè)家系（P＜0.05），高出29個(gè)家系平均值（31.7 μmol/g）的176.0%；其次為A4、P5和P6家系，三者之間無顯著差異。最低的為B5、A9、A7、P3、R4和A3家系，六者之間無顯著差異，均值為17.7 μmol/g，比29個(gè)家系均值低44.2%。POD活性變化為12.3～88.0 μ/(g·min)，變異系數(shù)為 52.97%，其中 A5、A10家系葉片POD活性最高，兩者之間無顯著差異，均值為 87.9 μ/(g·min)，比 29 個(gè)家系均值（39.9 μ/(g·min)）高120.2%；最低的為R2、D3和A6家系，三者均值為 14.6 μ/(g·min)，比 29個(gè)家系均值低63.5%。SOD活性變化為53.2～82.9 U/g，變異系數(shù)為11.58%，其中A3、R1、A1和P6家系葉片SOD活性最高，四者之間無顯著差異，均值為80.8 U/g，比29個(gè)家系均值（67.1 U/g）高20.5%；最低的為 R2、A4、A8、D1、B4和 P2家系，六者均值為54.9，比29個(gè)家系均值低18.2%。

3.3 紅錐二代家系苗期抗性生理綜合評價(jià)

對紅錐二代家系苗期抗性生理進(jìn)行綜合評價(jià)的結(jié)果表明（表3）：29個(gè)紅錐二代家系苗期抗性生理表現(xiàn)由高到低分別為A10＞A5＞P3＞R1＞B2＞P7＞A7＞B3＞P2＞B5＞A9＞P4＞A3＞D1＞P1＞B4＞R3＞D3＞R4＞A1＞A6＞A8＞P6＞P5＞R2＞A2＞A4＞D2＞B1家系。

表3 不同紅錐二代家系苗抗性生理指標(biāo)綜合評價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of resistance physiological indexes of 2nd superior families of C. hystrix

4 結(jié)論與討論

植物抗性能力是基因調(diào)控的表達(dá)以及長期與復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境相互作用的結(jié)果。植物在某一性狀上存在著基因型差異，那么這種差異必定會體現(xiàn)在相應(yīng)的生理生物標(biāo)記上[19-20]?？扇苄蕴?、可溶性蛋白質(zhì)、游離脯氨酸作為細(xì)胞質(zhì)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它們的大量積累有助于降低逆境對植物的傷害[21-22]。MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，可抑制保護(hù)酶活性，降低抗氧化物含量，從而加劇膜脂過氧化，其質(zhì)量摩爾濃度與植物抗寒性呈負(fù)相關(guān)，即MDA含量低則受傷害程度低[23]。MDA含量在一定程度上可反應(yīng)了紅錐二代優(yōu)良家系的抗逆性，如弱抗家系B1的MDA含量高達(dá)87.51 μmol/g。但MDA決不是判斷植物抗性的唯一指標(biāo)，本研究中涉及到的2種抗性保護(hù)酶，即SOD、POD，是清除O2-和H2O2的酶[24]，很大程度上也反應(yīng)植物的抗逆性，因此要進(jìn)行抗性評價(jià)需要綜合考慮與抗性有關(guān)的多種因素來綜合分析。而本研究得出紅錐二代家系苗木可溶性糖含量、可溶性淀粉含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、MDA含量、POD活性和SOD活性等7個(gè)抗逆性指標(biāo)家系之間均存在顯著差異，說明進(jìn)行紅錐家系選擇利用和遺傳改良具有生理依據(jù)，有望取得積極效果。

本試驗(yàn)采用多個(gè)性狀的綜合選擇較優(yōu)的綜合指數(shù)選擇法，對可溶性糖含量、可溶性淀粉含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、MDA含量、POD活性和SOD活性這7個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出抗逆性綜合評價(jià)前10位的紅錐二代優(yōu)良家系為 A10、A5、P3、R1、B2、P7、A7、B3、P2、B5和A9。而紅錐為用材林，以生長作為選育的總體目標(biāo)不能忽略，因此進(jìn)一步通過結(jié)合苗高（排名前10 位的家系B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和R3）、地徑（排名前10位的家系B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2） 均 處 于 前10位的家系，選出P3、B2、A7、B5等4個(gè)紅錐抗性優(yōu)良家系。

目前，在林木遺傳改良中直接采用抗逆性生理指標(biāo)進(jìn)行抗性優(yōu)良品種篩選，還處于起步階段[7，25]。本研究采用7個(gè)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)生理指標(biāo)在紅錐生長早期進(jìn)行家系抗性能力評價(jià)，其結(jié)果能否在成年期表現(xiàn)出密切的關(guān)聯(lián)程度還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。在今后的研究中，將與其他抗性指標(biāo)（如葉綠素、光合、熒光指標(biāo)等）評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比和優(yōu)化，并結(jié)合造林試驗(yàn)，制定紅錐的中長期、多世代遺傳改良育種計(jì)劃，通過多年度、多立地和多區(qū)域的重復(fù)試驗(yàn)，探討早期選擇結(jié)果的可靠性，并進(jìn)行優(yōu)良家系的再次選擇，以期獲得紅錐速生抗逆性強(qiáng)的優(yōu)良品種。