陽江地區(qū)尾葉桉早期生長性狀遺傳參數(shù)估算

楊會肖，廖煥琴，楊曉慧，徐 放，張衛(wèi)華，陳新宇，潘 文

(廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520)

尾葉桉Eucalyptusurophylla是桃金娘科Mytaceae桉屬Eucalyptus下的雙蒴蓋亞屬Symphyomyrtus橫脈組Transversaria植物，天然分布于印度尼西亞以及附近的7個島嶼[1]。分布范圍7°30′～10°05′ S，110°40′～150°19′E，海拔 9～3 000 m，是海拔分布最廣的樹種[2]。目前，已有巴西、美國、中國、越南、印度、南非、剛果等30多個國家引種了尾葉桉[3]。我國自1985年起，已對尾葉桉30多個種源750個家系進行了引種與遺傳改良研究，取得了顯著的成績[4-5]。

國內(nèi)外對桉樹不同種源、家系、無性系和雜交子代的遺傳變異規(guī)律以及選擇已有大量研究[6-14]。齊杰等[6]通過對親本和子代的葉片形態(tài)進行研究，揭示了雜交種親本和子代間的遺傳變異規(guī)律。Kien等[1]和Quang等[7]對尾葉桉生長和干形性狀的遺傳控制規(guī)律以及木材成分與生長的關(guān)系進行了研究。Wu等[8]對尾葉桉雜種子代無性系的干形分枝特性、材質(zhì)性狀和生長性狀的遺傳變異規(guī)律進行了報道。陸釗華等[9]開展桉樹無性系的遺傳變異分析，并進行多性狀綜合選擇研究，制定了尾葉桉無性系短期育種計劃與長期育種策略。崔之益等[10]對廣東、廣西6個試驗點的10個無性系的抗風(fēng)性、抗病性進行了研究，選擇出一系列適宜當(dāng)?shù)厣L的無性系。李光友等[11]對福建南部山區(qū)的36個無性系進行選擇，發(fā)現(xiàn)18個無性系優(yōu)于對照。解懿妮等[12]對雷州半島的21個桉樹無性系生長、形態(tài)及抗風(fēng)等性狀進行研究，初步選出生長、形態(tài)和抗風(fēng)性能表現(xiàn)良好的桉樹無性系。盧萬鴻等[13]對15個桉樹新無性系在5種立地條件下的生長性狀的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)進行了初步研究，發(fā)現(xiàn)無性系、立地及無性系與立地互作水平均存在顯著的差異。

桉樹現(xiàn)已成為我國華南地區(qū)重要的速生樹種，在南方林木生長中占據(jù)了重要的位置，種植面積超過567萬hm2，年產(chǎn)木材超過3 000萬m3，占全國木材產(chǎn)量的30%，具有重要的經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益[14]。為了測定不同來源材料目的性狀在同一地區(qū)的表現(xiàn)優(yōu)劣性，確定某一性狀的選擇有效性，或某些性狀是否具有同時選擇的可能性，并獲得相應(yīng)的遺傳增益，本研究以76份尾葉桉無性系為研究對象，分3次營建無性系測定林。從2015—2019年連續(xù)觀測其生長性狀，并對該表型性狀進行方差分析和遺傳參數(shù)估算，根據(jù)無性系基因型值對尾葉桉優(yōu)良無性系進行篩選，估算入選優(yōu)良無性系的遺傳增益，以期為尾葉桉無性系早期選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

陽江林場寶山分場位于廣東省陽江市陽東縣，北緯 22°7′257″，東經(jīng) 112°19′91″，屬于水域亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，季風(fēng)影響較大，夏季高溫多雨，冬季溫暖干燥。年降雨量達 1 550～1 750 mm，年平均氣溫25.2 ℃，極端最高氣溫38.5 ℃，極端最低氣溫4.2 ℃。試驗地海拔150 m以下，坡向是由東南至西北的連續(xù)山地，土層深厚，土壤肥沃，為磚紅壤。試驗林地備耕前種植的是松樹和相思林。試驗林1和2位于吉富漁場工業(yè)區(qū)，試驗林3位于那塵工業(yè)區(qū)。

1.2 試驗材料與設(shè)計

試驗林建于2015—2017年春季或秋季，參試的尾葉桉無性系共有76個，來自廣東省林業(yè)科學(xué)研究院種質(zhì)資源庫。

試驗采用隨機完全區(qū)組設(shè)計，每個試驗地的參試無性系為18～30個不等，5株行式小區(qū)，6次重復(fù)，株行距 2 m×3 m(表 1)，為控制每個試驗地的環(huán)境誤差，每個試驗林地都包含作為對照(CK)的商業(yè)樹種3 229和廣林9。造林時每穴施雞糞有機復(fù)混肥1 kg或有機肥1 kg。第1年施復(fù)合肥2次，第2年追肥1次，各施復(fù)合肥0.25 kg。造林后2年內(nèi)，于每年春末夏初和秋季進行1～2次撫育，并松土擴穴。2015年造林的試驗地僅在造林當(dāng)年和第2年生長季節(jié)末進行樹高測量，胸徑在第2、3和5年生時進行每木測量；2017年造林的試驗地僅在當(dāng)年測量樹高，在第2和3年生時分別測量樹高和胸徑。

表 1 3個尾葉桉試驗林的基本信息Table 1 Basic information of three test fields for Eucalyptus urophylla

1.3 統(tǒng)計分析方法

利用Excel對原始數(shù)據(jù)進行整理，采用R軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析[15]，使用ASReml 4.0軟件對分3次營建的尾葉桉無性系試驗林的樹高和胸徑進行遺傳參數(shù)估算[16]，遺傳參數(shù)主要包括表型變異系數(shù)、遺傳和環(huán)境方差分量、重復(fù)力、遺傳和表型相關(guān)等。

每塊試驗林最佳混合線性模型如下：

Yijk=u+Bi+Cj+eijk,

其中，Yijk表示某塊試驗地第i個區(qū)組內(nèi)第j個無性系的第k個(樹高和胸徑)單株觀測值，u為總體平均值，Bi表示第i個區(qū)組 (i=1，2，···，6)的固定效應(yīng)，Cj表示第j個無性系的隨機效應(yīng)，eijk表示隨機誤差。根據(jù)續(xù)九如[17]和劉天頤等[18]報道中的公式對每個個體不同性狀的基因型值和遺傳增益進行估算。

無性系重復(fù)力(R)計算公式[19-20]：

性狀平均值及其分布范圍決定了其方差的大小[21]。遺傳變異系數(shù)用來比較不同性狀的相對遺傳方差，其計算公式為：

不同性狀間的表型和遺傳相關(guān)公式：

其中，r為表型或遺傳相關(guān)系數(shù)，為第1個性狀的表型或加性遺傳方差，表示第2個性狀的表型或加性遺傳方差，cov1,2表示2個性狀之間的表型或加性遺傳協(xié)方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 尾葉桉無性系遺傳參數(shù)估算

對76個無性系的生長指標(biāo)進行變異分析，從表2中可以看出，尾葉桉無性系1年生、2年生和3年生的樹高平均值分別為0.62、4.30和5.50 m，變異系數(shù)介于25%～62%。無性系在2年生、3年生和5年生的平均胸徑分別為4.1、6.6和8.8 cm，變異系數(shù)介于27%～53%。生長性狀的變異系數(shù)在前2年較大，表明生長性狀在幼年期較不穩(wěn)定；在3年生時，樹高的變異系數(shù)下降速度比胸徑變異系數(shù)快，且3年生和5年生的胸徑變異系數(shù)差異不大，表明胸徑的變異在3年生后基本穩(wěn)定。

不同試驗林的尾葉桉生長性狀方差分析、方差分量和單株重復(fù)力見表3。尾葉桉試驗林的生長性狀方差分析結(jié)果表明，大多數(shù)年份內(nèi)的樹高和胸徑在區(qū)組間的差異達到了顯著或極顯著的水平，區(qū)組中的小區(qū)內(nèi)方差分析基本不顯著，因此在最佳混合線性模型中忽略小區(qū)效應(yīng)。不同試驗林方差分量分析結(jié)果表明，樹高和胸徑在不同時間的遺傳和環(huán)境方差分量都達到了顯著或極顯著水平，遺傳方差分量介于0.10～22.61，環(huán)境方差分量介于0.18～45.86，單株重復(fù)力介于0.10～0.42。從3個試驗地的方差分量結(jié)果來看，隨著樹齡的增加，相應(yīng)性狀的遺傳和環(huán)境方差都相應(yīng)地增加。

表 2 3個試驗林內(nèi)尾葉桉無性系的生長變異情況Table 2 Variation of growth traits of Eucalyptus urophylla in three test fields

表 3 3個試驗林內(nèi)尾葉桉生長性狀的遺傳參數(shù)估算1)Table 3 Genetic parameter estimates of Eucalyptus urophylla growth traits in three test fields

2.2 尾葉桉無性系不同性狀間的相關(guān)性分析

不同試驗林地內(nèi)尾葉桉樹高和胸徑之間的遺傳和表型相關(guān)性分析見表4?？傮w上，試驗林內(nèi)不同年齡尾葉桉的樹高和胸徑之間均存在較強的正遺傳相關(guān)，且相同年齡內(nèi)的樹高和胸徑間遺傳相關(guān)系數(shù)較大，介于0.88～0.97之間。在第1塊試驗林中，除1年生樹高與其他性狀表型和遺傳相關(guān)系數(shù)較低外，其他性狀間的表型和遺傳相關(guān)系數(shù)都介于0.52～0.97之間，且所有性狀的表型和遺傳方差都達到了顯著或極顯著的水平。在第2塊試驗林地中，樹高和胸徑的表型和遺傳相關(guān)系數(shù)介于0.40～0.99之間。在第3塊試驗林地中，除1年生樹高與其他性狀的表型和遺傳相關(guān)系數(shù)較低外，其他性狀間的表型和遺傳相關(guān)系數(shù)都介于0.40～0.93之間。綜上所述，除了1年生樹高外，其他不同年齡尾葉桉的樹高與胸徑間的遺傳相關(guān)系數(shù)都達到中等及較高的值(0.40～0.98)，樹高和胸徑在2年生的遺傳相關(guān)系數(shù)較高，但隨著尾葉桉試驗林樹齡的增加，相關(guān)系數(shù)有所降低。

表 4 各試驗地不同林齡尾葉桉樹高和胸徑的相關(guān)性分析1)Table 4 Correlation analysis between tree height and diameter at breast height of different age Eucalyptus urophylla in different test fields

2.3 優(yōu)良無性系選擇

以基因型選擇代替表型選擇，在林木遺傳改良中尤其在高世代育種中將極大地提高選擇的準(zhǔn)確性。第1塊試驗林地中，無性系3229的生長表現(xiàn)和基因型值優(yōu)于廣林9，第2和第3塊試驗林地中，廣林9的生長表現(xiàn)和基因型值都優(yōu)于3229。因此，第1塊試驗林地以無性系3229為對照，第2、3塊試驗林地以無性系廣林9為對照，根據(jù)不同年齡預(yù)測的樹高和胸徑基因型值，結(jié)合樹高和胸徑的生長表現(xiàn)，以20%的無性系入選率為依據(jù)，從3塊試驗林地共選出15個優(yōu)良無性系(表5)。從第1塊試驗林地中選擇出6個優(yōu)良無性系(ZQUB29、ZQUA34、ZQUC33、LDUB66、ZQUD10 和 ZQUA33)，入選無性系3年生和5年生胸徑比對照（無性系3229）分別增加0.43和0.27 cm，遺傳增益分別達5.30%和2.76%；從第2塊試驗林地中選擇出5個優(yōu)良無性系 (ZQUA15、ZQUA33、UB31、LDUA29和ZQUA10)，入選無性系3年生和5年生胸徑比對照（無性系廣林9）分別增加0.77和1.03 cm，遺傳增益達9.41%和10.60%；從第3塊試驗林地中選擇出4個優(yōu)良無性系(ZQUC23、ZQUB28、ZQUA9和ZQUA35)，這些入選無性系3年生胸徑比對照（無性系廣林9）增加0.61 cm，遺傳增益達10.62%。為了消除不同試驗林地之間的環(huán)境差異，驗證所選的優(yōu)良無性系在陽江地區(qū)的整體表現(xiàn)，對3個試驗林地校正后的樹高和胸徑性狀進行了基因型值預(yù)測，結(jié)果見表5。優(yōu)良無性系LDUB66、ZQUD10和ZQUA10的3年生胸徑基因型值在同一試驗林地內(nèi)較低，但隨著樹齡的增加，5年生時有所增加，生長表現(xiàn)較好，表明這3個無性系隨著年齡的增加長勢逐漸增強。第2塊試驗地中優(yōu)良無性系LDUA29的3年生胸徑基因型值遠高于對照廣林9，但隨著樹齡的增加，5年生時胸徑基因型值逐漸下降及生長表現(xiàn)不佳，表明該無性系隨著年齡的增加長勢逐漸減弱。優(yōu)良無性系ZQUB29、ZQUA34、ZQUC33、ZQUA15和ZQUA33在所有年齡的預(yù)測基因型值和生長表現(xiàn)都較好，表明這些無性系可能在整個輪伐期長勢都較穩(wěn)定。

表 5 尾葉桉優(yōu)良無性系生長性狀及基因型預(yù)測值1)Table 5 Growth performance and predicted genotype values for growth traits of excellent clones of Eucalyptus urophylla

3 討論與結(jié)論

3.1 遺傳材料差異

本研究76個尾葉桉無性系1年生、2年生和3年生樹高的變異范圍分別為0.03～2.60、0.10～9.80和1.00～8.70 m，胸徑2年生、3年生和5年生的變異范圍分別為 0.1～9.7、1.0～12.0和 1.2～16.0 cm。尾葉桉無性系在1～2年生時樹高和胸徑的平均變異系數(shù)在50%以上，3～5年生時生長性狀的平均變異系數(shù)在27%左右，表明尾葉桉生長性狀的變異系數(shù)隨樹齡的增長而呈下降趨勢，尾葉桉處于穩(wěn)定生長階段。

方差分析結(jié)果表明，大多數(shù)年份內(nèi)尾葉桉無性系樹高和胸徑的區(qū)組方差達到了顯著或極顯著水平。方差分量分析結(jié)果表明，尾葉桉無性系胸徑和樹高的遺傳和環(huán)境方差分量都達到顯著或極顯著水平；除第3塊試驗地中2年生和3年生樹高、胸徑重復(fù)力較低外，其他地塊不同年齡的樹高、胸徑的重復(fù)力達到了較高的水平，且重復(fù)力的研究結(jié)果與其他文章報道的大致相同[9, 11-12]。不同試驗林地內(nèi)不同年齡尾葉桉的樹高和胸徑之間均存在較強的正遺傳相關(guān)，且相同年齡內(nèi)的樹高和胸徑間遺傳相關(guān)系數(shù)較大?？傮w來看，樹高和胸徑在1～2年生時的表型和遺傳相關(guān)系數(shù)較小，而3～5年生時表型和遺傳相關(guān)系數(shù)較大。這可能由于有些無性系在1年生和2年生時以高生長為主，有些無性系以徑生長為主，直至3～5年生時高生長和徑生長才比較平穩(wěn)，且樹高與胸徑存在顯著或極顯著的表型和遺傳相關(guān)關(guān)系。因此，尾葉桉優(yōu)良無性系選擇需在3年生以上時進行才有意義。另外，由于尾葉桉為速生樹種，只測量胸徑性狀即可滿足研究精確度的要求。

此外，本研究僅根據(jù)不同年齡的生長性狀進行了初步分析選擇，今后還需對木材材性和形質(zhì)性狀進行測定和評價，以實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的尾葉桉推廣生產(chǎn)目標(biāo)。

3.2 不同造林時間的影響

在不同試驗林地中，在不同年齡階段樹高和胸徑的遺傳方差都達到了顯著或極顯著水平。其中，不同年齡段的樹高遺傳方差隨樹齡的增加而增大，而胸徑遺傳方差則相反。結(jié)合樹高和胸徑的生長表現(xiàn)，本研究以20%的無性系入選率，在3年生以上的試驗林中開展優(yōu)良無性系選擇，從76個無性系中選擇15個優(yōu)良無性系。其中，優(yōu)良無性系ZQUB29、ZQUA34、ZQUC33、ZQUA15和 ZQUA33在所有年齡內(nèi)生長均表現(xiàn)較好。綜上所述，在尾葉桉無性系測定中，鑒于不同造林時間與尾葉桉生長性狀存在顯著相關(guān)性效應(yīng)，為了增加育種的遺傳增益，今后需要將無性系的增殖代數(shù)、造林時間和造林次數(shù)考慮進混合線性模型中，以獲得最優(yōu)良的無性系，關(guān)于這方面的研究進展有待后續(xù)報道。