長白落葉松變異分析及優(yōu)良家系早期選擇

唐 杰，曹振宇，侯 丹，張含國*

(1.鶴崗市林木良種繁育中心，黑龍江 鶴崗 154101；2.東北林業(yè)大學林木遺傳育種國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150040)

落葉松(Larix)屬松科落葉松屬，其適應(yīng)性強、生長迅速、木材堅實耐腐、抗壓強度大、工藝價值較高，是我國東北地區(qū)主要造林樹種之一[1～4]。長白落葉松(LarixolgensisHenry)的分布以吉林省長白山地區(qū)為中心，南起遼寧省寬甸縣，北到黑龍江省穆棱與雞西交界，西至松遼平原的東緣，東達日本海岸[5～6]。

長白落葉松在許多地方長勢良好，但不同品系的長白落葉松生長差異較為明顯[7]，因此，對長白落葉松進行遺傳改良顯得頗為重要。本研究以黑龍江省鶴崗市良繁中心來源于渤海、錯海、鶴崗及林口4個種子園的4～6年生時的長白落葉松自由授粉家系子代林為研究對象，對其樹高性狀(以5年生時、6年生時樹高為主)進行變異分析、方差分析、多重比較、年生長量分析及遺傳參數(shù)估計等，旨在篩選出生長迅速、穩(wěn)定、遺傳增益大的家系，為長白落葉松育種策略的制定及優(yōu)良家系早期選擇等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地區(qū)自然條件

鶴崗市林木良種繁育中心位于黑龍江省東北部，地理坐標為東經(jīng)130°13′59″，北緯47°24′25″，西與伊春林業(yè)局相鄰，北與鶴北林業(yè)局相銜接，坐落于小興安嶺東麓低山丘陵與松花江下游平原交界處。地處中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均溫4.7 ℃，年最高溫37 ℃，極端低溫-40 ℃，≥10 ℃積溫為2216.5 ℃，年均降水量667.2 mm，無霜期125 d～135 d，年日照總時數(shù)為 2 354.5 d。土壤以暗棕壤為主，局部地區(qū)為白漿土，土層厚度20 cm～45 cm，pH值6.5～7.6。

1.2 試驗林概況

試驗林位于鶴崗市紅旗林場53林班6小班，種子來源于黑龍江省渤海種子園、錯海種子園、鶴崗種子園及林口青山種子園的自由授粉家系，共84個處理，其中，BS、NB為渤海種子園家系21個，CH為錯海種子園家系22個，HG為鶴崗種子園家系15個，LK為林口青山種子園家系20個，日5×長77-3、日5×長78-3及興9×日76-2為雜種落葉松，小北湖和白刀山為長白落葉松種源，并設(shè)置1個當?shù)貙φ铡?013年播種，2014年移植，2015年4月底定植，用當?shù)厣a(chǎn)造林苗作對照(CK)，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，4行8株小區(qū)，重復4次，株行距1.5 m×2.0 m。

1.3 試驗方法

于2016年、2017年及2018年秋季落葉松當年停止生長后，用米尺和塔尺測量樹高，讀至cm。數(shù)據(jù)分析采用Minitab 16.0統(tǒng)計分析軟件，主要包括變異分析、方差分析、多重比較等。

家系遺傳力和遺傳增益[8]，模型如下：

h2=1 -1/F

(1)

R=iσph2

(2)

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 長白落葉松樹高變異分析

2.1.1 長白落葉松樹高總體變異分析

長白落葉松總體變異分析見表1。長白落葉松樹高性狀存在豐富的變異，變異系數(shù)幅度為26.81%～35.66%，平均變異系數(shù)為30.31%。

表1 長白落葉松樹高變異分析

Tab.1 Genetic variation of height ofLarixolgensis

性狀均值/m均值標準誤標準差變異系數(shù)/%最小值/m最大值/m4年生樹高0.55 0.002 0.15 26.81 0.11 1.29 5年生樹高0.80 0.002 0.23 28.46 0.20 2.05 6年生樹高1.12 0.004 0.40 35.66 0.21 2.96

2.1.2 長白落葉松不同來源家系樹高變異分析

對來源于渤海、錯海、鶴崗及林口4個種子園的長白落葉松家系進行變異分析，具體見表2。來源于渤海種子園家系的3個年度樹高平均變異系數(shù)為30.50%，4、5、6年生時變異依次比對照大5.58%、12.89%、7.64%，樹高依次比對照大4.07%、8.89%及18.05%；來源于錯海種子園家系的樹高平均變異為30.47%，4、5、6年生時變異依次比對照大9.95%、11.57%、5.20%，樹高依次比對照大-0.07%、3.68%及14.30%；來源于鶴崗種子園家系的樹高平均變異為28.97%， 4、5、6年生時變異依次比對照大-0.04%、7.32%、2.41%，樹高依次比對照大12.12%、13.75%及15.81%；來源于林口種子園家系的樹高平均變異為30.12%， 4、5、6年生時變異比對照大12.92%、7.83%、2.82%，樹高依次比對照大0.62%、7.96%及15.91%。

表2 長白落葉松不同來源家系樹高變異分析

Tab.2 Genetic variation of height in families ofLarixolgensisfrom different sources

來源性狀均值/m均值標準誤標準差變異系數(shù)/%最小值/m最大值/m渤海4年生樹高0.55 0.003 0.14 25.90 0.12 1.19 5年生樹高0.81 0.005 0.24 28.99 0.20 2.05 6年生樹高1.16 0.009 0.42 36.62 0.34 2.83 平均0.84 0.006 0.27 30.50 0.22 2.02 錯海4年生樹高0.53 0.003 0.14 26.97 0.12 1.15 5年生樹高0.77 0.005 0.22 28.65 0.20 1.82 6年生樹高1.12 0.008 0.40 35.79 0.19 2.96 平均0.81 0.005 0.26 30.47 0.17 1.98 鶴崗4年生樹高0.60 0.004 0.15 24.52 0.13 1.18 5年生樹高0.85 0.006 0.23 27.56 0.20 1.85 6年生樹高1.13 0.011 0.39 34.84 0.35 2.74 平均0.86 0.007 0.26 28.97 0.23 1.92 林口4年生樹高0.54 0.003 0.15 27.70 0.11 1.29 5年生樹高0.81 0.005 0.22 27.69 0.20 1.90 6年生樹高1.13 0.009 0.40 34.98 0.40 2.92 平均0.83 0.006 0.26 30.12 0.24 2.04 對照4年生樹高0.53 0.015 0.13 24.53 0.21 0.81 5年生樹高0.75 0.021 0.19 25.68 0.30 1.20 6年生樹高0.98 0.037 0.33 34.02 0.45 1.98 平均0.750.0240.2228.080.321.33

總之，來源于4個種子園的長白落葉松家系其變異系數(shù)隨著樹齡的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢，且3年的平均變異系數(shù)表現(xiàn)為：鶴崗<林口<錯海<渤海。

2.1.3 長白落葉松家系樹高變異分析

對84個處理3個年度的樹高進行了變異分析，且下面只對變異系數(shù)排前10位及末10位的家系予以說明，具體見表3.

4、5、6年生時變異系數(shù)大小排前10位家系的平均變異系數(shù)依次為30.62%、31.84%、39.51%，依次比對照大24.81%、23.99%、16.15%，樹高均值依次為0.53m、0.78m、1.10m，依次比對照大-0.50%、5.13%、12.05%，3個年度變異大且穩(wěn)定的家系有CH268、CH98、NB206。

4、5、6年生時變異系數(shù)大小在末10位家系的平均變異系數(shù)依次為21.66%、22.96%、27.67%，依次比對照小11.72%、10.60%、18.68%，樹高均值依次為0.61m、0.77m、1.13m，依次比對照大15.06%、3.02%、15.66%，3個年度變異小且穩(wěn)定的家系為HG5。

表3 長白落葉松家系樹高變異分析

Tab.3 Genetic variation of height in families of Larix olgensis

注：上表只列出了3個年度變異系數(shù)大小排在前10位及末10位的家系。

2.2 長白落葉松樹高方差分析

2.2.1 長白落葉松家系樹高方差分析

對84個處理長白落葉松樹高進行方差分析，具體見表4。 3個年度樹高在區(qū)組水平上差異不顯著，在家系水平上皆達到極顯著水平。4年生時、5年生時、6年生時樹高的遺傳力依次為86.0%、92.6%、93.4%。10%入選率時，遺傳增益依次為42.51%、46.84%、58.94%，20%入選率時，遺傳增益依次為33.32%、36.70%、46.19%。

2.2.2 4個種子園間樹高總體方差分析

來源于4個種子園的長白落葉松家系樹高的總體差異分析，具體見表5。4、5年生來源于4個種子園的長白落葉松家系樹高差異極顯著，樹高皆表現(xiàn)為：鶴崗>渤海>林口>錯海；6年生時差異顯著，樹高表現(xiàn)為：渤海>林口>鶴崗>錯海。

表4 長白落葉松家系樹高方差分析

Tab.4 Variance analysis of height in families of Larix olgensis

注：**表示差異極顯著。

表5 長白落葉松4個種子園間樹高總體方差分析

Tab.5 Total Variance analysis of height among four Seed Orchards of Larix olgensis

注：*表示差異顯著；**表示差異極顯著。

2.2.3 單個種子園家系樹高方差分析

為研究來源于不同種子園家系內(nèi)部的差異，對此做了方差分析，具體見表6。在家系水平上，來源于4個種子園的家系樹高在3個年度皆達到差異極顯著水平。4年生時，來源于渤海、錯海、鶴崗、林口種子園的家系樹高遺傳力依次為67.6%、82.3%、87.8%、75.1%，10%入選率時，遺傳增益依次為36.43%、41.84%、39.29%、41.06%，20%入選率時，遺傳增益依次為28.54%、32.79%、30.79%、32.17%；5年生時，來源于渤海、錯海、鶴崗、林口種子園的家系樹高遺傳力依次為91.8%、92.7%、93.0%、89.6%，10%入選率時，遺傳增益依次為47.51%、47.18%、45.44%、44.82%，20%入選率時，遺傳增益依次為37.23%、36.97%、35.61%、35.12%；6年生時，來源于渤海、錯海、鶴崗、林口種子園的家系樹高遺傳力依次為93.0%、92.6%、91.3%、94.4%，10%入選率時，遺傳增益依次為60.40%、58.91%、56.92%、58.12%，20%入選率時，遺傳增益依次為47.33%、46.16%、44.61%、45.54%。

表6 長白落葉松單個種子園家系樹高方差分析

Tab.6 Variance analysis height in families of Larix olgensis within every seed orchard

注：**表示差異極顯著。

2.3 長白落葉松優(yōu)良家系選擇

2.3.1 長白落葉松多重比較

3個年度樹高方差分析結(jié)果表明，84個處理的4、5、6年生樹高皆達到極顯著差異，為研究家系間的具體差異，對4、5、6年生樹高分別做了多重比較，具體見表7。表7中只列出了各年度樹高排在前20%的17個生長良好的家系，并以此分析。

4年生時樹高為0.57 m～0.66 m，平均樹高為0.61 m，比對照大13.99%，變異系數(shù)為19.33%～30.92%，平均變異為24.10%，比對照小1.76%；5年生時樹高為0.87 m～0.95 m，平均樹高為0.91 m，比對照大21.40%，變異系數(shù)為23.84%～31.10%，平均變異為26.54%，比對照大3.36%；6年生時樹高為1.26 m～1.42 m，平均樹高為1.32 m，比對照大35.26%，變異系數(shù)為26.81%～36.88%，平均變異為31.83%，比對照小6.45%。

表7 長白落葉松家系多重比較

Tab.7 Multiple comparison by height in families of Larix olgensis

注：上表中只列出了各年度排在前20%(17個)的家系；單元格表示 樹高均值/m (變異系數(shù)/%) 分組；同列無共享字母間差異顯著。

2.3.2 長白落葉松樹高年增長量分析

長白落葉松家系2017及2018年度樹高生長量見表8。

由表8可知，2017年樹高生長量為0.12 m～0.39 m，平均為0.25 m，2018年樹高生長量為0.18 m～0.63 m，平均為0.32 m。兩個年度樹高生長量較大的家系為BS54、BS542、CH4、HG28及LK299，此5個家系2017年度樹高生長量為0.33 m～0.39 m，平均為0.36 m，比對照大69.65%；2018年度樹高生長量為0.36 m～0.53 m，平均為0.43 m，比對照大83.51%。

來源于渤海、錯海、鶴崗及林口種子園的家系2017年度樹高增長量均值依次為0.26 m、0.24 m、0.24 m及0.27 m，依次比對照多20.48%、14.47%、14.99%及25.91%；2018年度樹高增長量均值依次為0.33 m、0.34 m、0.28 m及0.33 m，依次比對照多43.67%、45.95%、21.24%及39.82%。

2.3.3 長白落葉松優(yōu)良家系早期選擇

結(jié)合5年生、6年生樹高多重比較結(jié)果與2017及2018年兩個年度樹高生長量，選擇出生長良好、生長快且穩(wěn)定的家系為BS54、BS542、CH4、HG28及LK299，此 5個優(yōu)良家系變異系數(shù)皆較大，適于無性繁殖，同時，按6年生時樹高計，相對于對照依次可獲得43.96%、32.73%、29.24%、34.35%、43.00%的現(xiàn)實增益。

3 討論與結(jié)論

遺傳變異是生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)發(fā)生改變且能遺傳給后代的變異，其導致了生物在群體、個體、組織和細胞水平及分子水平上的遺傳多樣性[9]。4～6年生時長白落葉松樹高性狀存在豐富的變異[10]，變異系數(shù)為26.81%～35.66%，平均變異為30.31%，來源于4個種子園的家系在4、5、6年生時的平均變異系數(shù)依次為26.27%、28.22%、35.56%，依次比對照變異大7.09%、9.89%、4.53%，且變異系數(shù)隨著樹齡的增大呈現(xiàn)增大的趨勢。對于生長良好且變異系數(shù)大的家系，適于無性繁殖，而生長良好且變異系數(shù)小的家系，適于有性繁殖。

3個年度樹高在家系水平上皆達到差異極顯著水平，樹高遺傳力平均為90.7%，10%入選率時，遺傳增益平均為49.43%，20%入選率時，遺傳增益平均為38.74%，遺傳力受到材料本身、環(huán)境及樹齡等因素的影響，如張含國[11]等在研究9年生長白落葉松自由授粉家系時，遺傳力為66%，于秉君等在研究5年生長白落葉松時也得到樹高遺傳力比較大的結(jié)論[12]。遺傳增益不僅與材料本身、環(huán)境、樹齡有關(guān)，還與入選率有關(guān)，如楊書文[13]等在研究10年生長白落葉松子代測定林時，樹高遺傳增益為12.2%。4年生時、5年生時來源于4個種子園的長白落葉松家系樹高差異極顯著，樹高皆表現(xiàn)為：鶴崗>渤海>林口>錯海，6年生時差異顯著，樹高表現(xiàn)為：渤海>林口>鶴崗>錯海，這說明隨著樹齡的增大，來源于渤海和林口種子園的家系在樹高生長上的優(yōu)勢逐漸表現(xiàn)出來。6年生時，渤海、錯海、鶴崗、林口家系樹高遺傳力依次為93.0%、92.6%、91.3%、94.4%，10%入選率時，遺傳增益依次為60.40%、58.91%、56.92%、58.12%，20%入選率時，遺傳增益依次為47.33%、46.16%、44.61%、45.54%。

表8 長白落葉松樹高年生長量分析

Tab.8 Annual growth of height of Larix olgensis

84個處理中，最終選擇出了的5個優(yōu)良家系，依次為BS54、BS542、CH4、HG28及LK299，可依次可獲得43.96%、32.73%、29.24%、34.35%、43.00%的現(xiàn)實增益。