桉樹無性系生長遺傳分析與選擇

陳升侃，李昌榮，許翠娟，鄧紫宇，郭東強，唐慶蘭，任世奇，盧翠香，劉 媛，伍 琪，陳健波

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院 a.國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育實驗室；b.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.國有高峰林場，廣西 南寧 530002）

桉樹是桃金娘科Myrtaceae 桉屬Eucalyptus、杯果木屬Angophora和傘房屬Corymbia樹種的統(tǒng)稱，共800 多種，除少數(shù)樹種外均天然分布于澳大利亞[1]。桉樹用途廣泛，可作為人造板、包裝、建筑、礦井支柱、家具等用材，對生物質(zhì)能源以及桉油的生產(chǎn)均有重要的價值，并為全世界的紙漿產(chǎn)業(yè)提供了最大的原料來源[2]。桉樹適應性較強，并且生長速度較快，在熱帶、亞熱帶地區(qū)已被廣泛種植，全球桉樹人工林面積已經(jīng)超過2 100萬hm2[3]。桉樹也是中國三大主要人工林樹種之一，到2015年止，我國桉樹人工林面積已達450萬hm2，對林業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的作用。

目前，絕大部分桉樹人工林的栽培品種是種間雜種，并以雜種無性系為主，如巨桉Eucalyptus grandis、尾葉桉E.urophylla、赤桉E.camaldulensis以及細葉桉E.tereticornis間的雜交種占據(jù)了中國絕大部分的短周期桉樹人工林[4]，并且，少數(shù)幾個雜種無性系占據(jù)了桉樹人工林面積的90%左右[5-6]。桉樹人工林亟需發(fā)展補充更多優(yōu)良無性系，以增加品種多樣性，降低大規(guī)模病蟲害的風險，確保林業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。優(yōu)良無性系的選育和推廣對桉樹產(chǎn)業(yè)具有至關重要的作用。

桉樹育種首先是選擇優(yōu)良種源及優(yōu)良單株，運用無性繁殖技術(shù)，使優(yōu)良材料無性系化，獲得優(yōu)良純種無性系，初步改良育種群體。在此基礎上，通過雜交育種，從雜交組合中選擇優(yōu)良單株繁育成無性系，并通過遺傳測定選擇出穩(wěn)定優(yōu)良的雜種無性系[7]。優(yōu)良純種和雜種無性系的培育可為林業(yè)生產(chǎn)提供更多的選擇，提高人工林品種多樣性。

前人對桉樹無性系選育的研究較多，如李昌榮等[8]對21 個尾巨桉雜種無性系的生長、性質(zhì)和材性相關的性狀進行了綜合評價，最終選出4 個適合進行中大徑材培育的無性系；解懿妮等[9]對粵西21 個桉樹無性系的生長、形態(tài)及抗風等性狀進行了遺傳變異分析和綜合選擇，選擇出3 個在生長、形態(tài)和抗風性能均表現(xiàn)優(yōu)良的無性系；肖玉菲等[10]對4 個桉樹無性系的莖部差異進行了研究，為更好地開發(fā)利用桉樹提供基礎。同樣，其他樹種在無性系選育方面的研究同樣較多，如龔發(fā)萍等[11]對橄欖Phyllanthus emblica優(yōu)樹無性系進行了早期測定和選擇；夏玉潔等[12]對22 個山核桃Carya cathayensis無性系的樹體性狀進行了比較和選擇。本研究通過已獲得的22 個純種和雜種無性系進行生長對比試驗，評估其遺傳參數(shù)，篩選優(yōu)良無性系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與大田設計

試驗材料共22 個無性系（表1），其中尾葉桉純種無性系7 個，尾葉桉×巨桉無性系8 個，尾葉桉×細葉桉無性系4 個，細葉桉×尾葉桉無性系、巨桉×尾葉桉無性系（廣林9 號，GL9）和雷林1 號無性系各1 個，以GL9 為對照無性系。于2010年6月在廣西壯族自治區(qū)南寧市隆安縣南寧市林科所（108°00′E，23°10′N）建立試驗林，試驗地海拔高110～150 m，年均氣溫21.5 ℃，平均有霜期3～5 d，年均降水量1 220 mm，土壤為第四紀紅土發(fā)育而成的中至重壤質(zhì)赤紅壤，厚度＞1 m。試驗采用隨機區(qū)組設計，4 個區(qū)組，每個區(qū)組20 株（4 行×5 株），株行距2 m×3 m。

表1 參試無性系Table 1 Testing clones

1.2 性狀觀測

觀測每株活立木的胸徑（D,cm）和樹高（H,m），胸徑利用胸徑尺在林齡為2、2.5 和6年生時進行測量（分別記為D2.0、D2.5和D6.0，林齡為0.5年生時由于胸徑較小，未進行測量），樹高利用Vertex III 測高器（瑞典Haglof）在林齡為0.5、2 和2.5年生時進行測量（分別記為H0.5、H2.0和H2.5，林齡為6年生時受臺風危害，故只測定胸徑），2 和2.5年生時單株材積記為V2和V2.5。

1.3 統(tǒng)計分析

單株材積采用廣西林業(yè)勘測設計院研制的速生桉單株材積計算公式[13]進行計算，公式如下：

式（1）中，C0=0.000 109 154 15，C1=1.878 923 7，C2=0.005 691 855 03，C3=0.652 598 05，C4=0.007 847 350 7。

利用SAS 軟件對各性狀的平均值和變異系數(shù)進行計算，并進行方差分析和多重比較，方差分析采用一般線性模型進行，模型如下：

式（2）中：Yij為第i個無性系第j個區(qū)組的觀察值；μ為總體平均值；Ci為無性系隨機效應；CB(ij)為無性系×區(qū)組互作隨機效應；Bj為第j區(qū)組的固定效應；Eij為隨機誤差。

利用SAS 中VARCOMP 程序計算方差分量，并參考林木無性系測驗中重復力估算方法[14]進一步計算各性狀的重復力，無性系重復力計算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 總體生長分析

所有無性系的最大值、平均值、標準差和變異系數(shù)如表2所示，林齡在2.5年生時樹高、胸徑和單株材積的平均值分別達到17.7 m、11.8 cm和9.96×10-2m3，最大值達到23.7 m、23.0 cm 和22.96×10-2m3，林齡在6年生時胸徑平均值達到14.3 cm，表明無性系的總體生長情況良好。樹高、胸徑和單株材積的標準差隨著林齡的增長而增大，表明林分隨著林齡的增長生長性狀分化變大，樹高的變異系數(shù)范圍在13%～22%，胸徑的變異系數(shù)范圍在13%～20%，單株材積的變異系數(shù)范圍在32%～37%。

表2 無性系生長情況Table 2 Growth of clones

2.2 各無性系的差異性分析和多重比較

對22 個桉樹無性系的樹高、胸徑和單株材積進行方差分析，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，樹高0.5年生到2.5年生時區(qū)組間的差異達到顯著或極顯著 水 平（P＜0.05、P＜0.01 或P＜0.001），而區(qū)組間胸徑的差異只在6年生時達到顯著水平（P＜0.05），表明環(huán)境對樹高的影響大于對胸徑的影響。林齡在0.5年生至6年生時，無性系在樹高、胸徑和單株材積均達到極顯著差異水平（P＜0.001），表明各無性系的生長存在較大的差異，可對無性系進行選擇，并需進一步進行無性系的多重比較。

對2.5年生時各無性系的樹高、胸徑和單株材積進行多重比較，結(jié)果如表3所示。樹高H2.5大于對照無性系GL9 的無性系有H12 和H13，其均值分別達到19.2 和18.8 m，但與GL9 差異不顯著。胸徑D2.5大于DL9 的無性系有P6 和H12，其中P6 顯著大于GL9，平均值達到14.1 cm。單株材積V2.5大于GL9 的無性系有P6、H12 和H20，其中P6 和H12 顯著大于GL9，平均值分別達到13.54×10-2和12.97×10-2m3。

2.3 各性狀遺傳參數(shù)分析

各性狀方差組分、遺傳變異系數(shù)和無性系重復力的估算結(jié)果見表5。結(jié)果表明，樹高的遺傳變異系數(shù)范圍在5.99%～13.20%，胸徑的遺傳變異系數(shù)范圍在6.12%～7.74%，單株材積的遺傳變異系數(shù)大于樹高和胸徑的遺傳變異系數(shù)，2年生和2.5年生時分別為16.40%和15.27%。樹高、胸徑和單株材積的遺傳變異系數(shù)均小于表型變異系數(shù)，表明無性系生長性狀除了受遺傳效應的作用，還受到環(huán)境的影響。各生長性狀的重復力均較高，在86.30%～93.90%之間，表明無性系生長性狀受遺傳效應和固定環(huán)境效應控制較強，而受隨機環(huán)境因素的影響較弱，無性系生長性狀的遺傳穩(wěn)定性較高。

表3 生長性狀方差分析?Table 3 Variance analysis for growth traits

表4 2.5年生桉樹無性系生長性狀多重比較?Table 4 Duncan multiple comparison of growth traits of Eucalyptus clones at 2.5 years old

表5 各性狀遺傳參數(shù)估算結(jié)果Table 5 Genetic parameter estimation for all traits

2.4 優(yōu)良無性系選擇

根據(jù)2.5年生時無性系的生長情況，無性系H12 的樹高、胸徑和單株材積均大于對照無性系GL9，且樹高和單株材積與GL9 的差異顯著。無性系P6 胸徑和單株材積均顯著大于對照無性系GL9，其樹高雖小于GL9 但差異并不顯著。因此，選擇無性系H12 和P6 為優(yōu)良無性系。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

分析表明，無性系的總體生長情況在不受臺風影響的前提下生長較好。通過方差分析表明，各無性系間的生長存在極顯著的差異，需進一步對各無性系的生長進行多重比較，結(jié)果表明無性系H12 的樹高、胸徑和單株材積均顯著大于對照無性系GL9，無性系P6 胸徑和單株材積均顯著大于對照無性系GL9，其樹高雖小于GL9 但差異并不顯著，故選擇H12 和P6 為優(yōu)良無性系。無性系遺傳分析表明各生長性狀的重復力均較高，在86.30%～93.90%之間，受到遺傳效應和固定環(huán)境效應控制較強，無性系生長性狀具有較高的遺傳穩(wěn)定性。

3.2 討 論

不同無性系來源的材料基礎不同，具有不同的基因型，并且無性系的選育背景及水平均有差別，這些因素對無性系的生長具有很大的影響[15]。通過對22 個純種和雜種無性系生長的研究表明，無性系間的樹高、胸徑和單株材積均存在極顯著的差異，這與之前對巨桉、赤桉、尾葉桉、細葉桉、鄧恩桉、尾巨桉、巨尾桉、巨赤桉等純種及雜種無性系樹高、胸徑和單株材積的研究結(jié)果一致[8-9,16-17]，說明桉樹純種和雜種無性系均存在良好的選擇潛力，可選出生長較好的優(yōu)良無性系。

重復力是遺傳育種中的一個重要參數(shù)，在林木無性系育種中的應用潛力非常大[18]。生物數(shù)量性狀的表型值是基因型值和環(huán)境效益共同作用的結(jié)果，環(huán)境效應可進一步分為固定環(huán)境效應和隨機環(huán)境效應。而重復力大小反映的是遺傳效應和固定環(huán)境效應的大小，重復力越大，說明性狀受到遺傳和固定環(huán)境因素的控制較強，受隨機環(huán)境影響較弱[19]。本研究中桉樹無性系各生長性狀的重復力在86.30%～93.90%之間，生長性狀受到較強的遺傳效應和固定環(huán)境效應控制，具有較高的遺傳穩(wěn)定性。此前的研究中，盧國桓等得到尾葉桉無性系生長性狀的無性系重復力為93.66%至94.32%[20]，李昌榮等得到尾巨桉無性系生長性狀的無性系重復力為83.95%～91.66%[11]，陸釗華等對93 個尾葉桉無性系研究得到的生長性狀無性系重復力均在90%以上[21]，本研究結(jié)果與此前較多桉樹無性系研究的結(jié)果一致，再次證明了桉樹無性系選育的有效性。

林木生長周期長，為縮短育種周期和加速育種進程，可對林木進行早期選擇，而早期選擇的首要問題就是確定選擇時間。Kien 等對赤桉無性系的研究中發(fā)現(xiàn)，在2 個不同地點樹高、胸徑2年生時與5年生時的遺傳相關系數(shù)為0.84 到0.89[22]；Yang 等在研究尾細桉無性系生長性狀早晚相關中發(fā)現(xiàn)，樹高和胸徑在2.5年生之后的林齡與8年生林齡的遺傳相關系數(shù)均較高且較穩(wěn)定[23]，表明2.5年生時已經(jīng)可以進行生長性狀的早期選擇。解懿妮等對33 個月齡的無性系進行早期選擇，選出了生長、形態(tài)和坑風性能在雷州地區(qū)表現(xiàn)均優(yōu)良的無性系[9]；郭洪英等從2年生桉樹無性系選擇出了一批優(yōu)勢無性系[17]。本研究利用2.5年生無性系的生長性狀數(shù)據(jù)進行優(yōu)良無性系的選擇，選擇出了2 個胸徑和單株材積均顯著大于對照的優(yōu)良無性系。同時，在進行早期選擇的時候需結(jié)合更多的性狀進行選擇，如抗風性、抗病性等性狀，以提高對后期可能會遇到臺風、病蟲害等情況的抵抗能力。

本研究僅在一個地點展開試驗，并且無性系數(shù)量只有22 個，今后可進一步在多個地點展開規(guī)模更大、無性系數(shù)量更多的試驗，進一步驗證所選無性系的優(yōu)良性和穩(wěn)定性；同時，針對現(xiàn)階段桉樹人工林中常見的幾種病害，開展無性系的抗病性研究，篩選出抗病性高、生長優(yōu)良的桉樹無性系。