韶關103個尾葉桉無性系早期生長和耐寒性的遺傳分析*

呂中躍 楊曉慧 廖煥琴 陳新宇徐 放 張衛(wèi)華 潘 文 楊會肖

（1. 韶關市國有九曲水林場，廣東 韶關 512600；2. 廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東廣州 510520）

桉樹屬桃金娘科桉屬、杯果木屬和傘房屬樹種的統(tǒng)稱，桉樹及其雜交種在全球熱帶、亞熱帶地區(qū)廣泛引種栽培，其人工林栽培面積約占世界人工林面積的23%[1]。據(jù)第九次森林資源清查，我國桉樹人工林面積已達547×105hm2，僅占我國人工林面積的6.87%，但年木材產(chǎn)量卻超過了5×108m3，成為全國商品用材的最大來源，桉樹木材生產(chǎn)在保障我國木材安全及戰(zhàn)略儲備中上發(fā)揮了巨大作用。寒害天氣能夠?qū)е妈駱浔粌鏊溃o桉樹木材生產(chǎn)帶來損失。國內(nèi)外對桉樹早期生長和耐寒性研究主要集中在種源家系選擇[2-6]。何旭東等[2]通過對57 個尾葉桉Eucalyptus urophylla×細葉桉E.tereticornis種間雜種的生長和耐寒性進行分析，評選出11 個優(yōu)良雜種和12 株優(yōu)良雜種單株。翁啟杰等[3]對尾葉桉×鄧恩桉E. dunnii群體進行研究，認為雜種桉的耐寒性基本不受加性基因控制，生長受中等程度的遺傳控制。VOLKER 等[6]對亮果桉E. nitens和藍桉E. globulus的雜種類型和性狀進行遺傳參數(shù)評估，認為種內(nèi)雜種生長性狀表現(xiàn)出中等遺傳力水平，種間雜種幼齡期易感染病害以及后期死亡率較高。.

尾葉桉原產(chǎn)印度尼西亞及附近島嶼[7]，是熱帶地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)良的速生樹種，同時也是桉樹雜交育種中重要的親本樹種。由于尾葉桉生長量和木材密度較其他桉屬物種更大，其遺傳改良對推動桉樹育種至關重要。目前造林使用的主要品種仍為20 年前通過表型選擇的方法篩選出的品種，急需選育出新良種以保證速生林生產(chǎn)的需求，而關于尾葉桉親本耐寒性改良的報道較少。因此，本文以2019 年在韶關地區(qū)建立的尾葉桉無性系測定林為研究對象，對尾葉桉早期生長和耐寒指標進行遺傳參數(shù)估算，初步評選出在韶關地區(qū)早期生長表現(xiàn)優(yōu)良、耐寒性高的優(yōu)良無性系，為尾葉桉造林良種選育及親本遺傳改良提供材料和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在廣東省韶關市湞江區(qū)韶關林場（113°60′45″E，24°91′75″N）。土壤類型為紅壤，年均氣溫20.3 ℃，年均日照時數(shù)1 858 h，無霜期為305 d。多年平均降雨量為1 537.4 mm，降水主要集中在4—7 月，屬亞熱帶季風氣候。前茬為松樹人工林，機械整地備耕。

1.2 試驗材料

參試尾葉桉無性系組培苗共有103 個（包括對照DH3229 和GL9），均來自廣東省林業(yè)科學研究院所屬尾葉桉種質(zhì)資源庫內(nèi)選育的優(yōu)良親本經(jīng)組培無性系化的材料。

1.3 試驗方法

2019 年5 月營建尾葉桉無性系測定林，試驗設計采用隨機完全區(qū)組，6 株行式小區(qū)，5 次重復，株行距2 m×3 m。造林前每穴施復混肥1 kg。造林當年追復合肥2 次，第2 年追肥1 次，各施復合肥0.25 kg。

1.4 生長和耐寒表型觀測

2019 年12 月和2020 年11 月對試驗林7 月生樹高和18 月生胸徑進行每木調(diào)查，于2021 年2月調(diào)查凍害（2021 年1 月7 日氣溫低至0 ℃，連續(xù)5 d 持續(xù)低溫，出現(xiàn)霜凍情況）。尾葉桉凍害狀況（CD）分為5 個等級：“4”全株葉片受凍，“3”葉片枯死占全株75%，“2” 葉片枯死占全株50%，“1” 葉片枯死占全株25%，“0” 全株及葉片未受凍害。采用測量桿測量7 月生的樹高（H7），采用胸徑尺量取胸高（1.3 m）位置的直徑（D18）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)一元胸徑材積方程計算單株材積（V，m3）[8]，18 月生材積公式為V18= 0.017 9×D2.468907

根據(jù)桉樹青枯病等級與抗性指數(shù)計算耐寒性指數(shù)[9]，公式為C18= 1-CD/ 4。

統(tǒng)計分析利用R 進行基本描述和多重比較[10]，利用ASReml 軟件進行遺傳參數(shù)估算和基因型值預測[11]。遺傳參數(shù)估算包括無性系和單株重復力、遺傳和表型相關等[12-13]。

單性狀分析使用混合線性模型：

重復力是指同一基因型的個體在不同時間或不同地點的表型持續(xù)穩(wěn)定程度，其作為一個重要的遺傳參數(shù)，已在動植物育種中廣泛應用并取得了明顯的經(jīng)濟效益[12]。

無性系重復力公式[12]：

表型相關公式[12]：

根據(jù)各無性系樹高（H7）、胸徑（D18）和耐寒性指數(shù)（C18）的預測基因型值，計算預測單株樹高、胸徑值與真實值之間的相關性。采用選擇指數(shù)法（I）對重要性狀進行加權計算綜合評定值Wi，Wi的權重系數(shù)比例為H7∶D18∶C18=2 ∶2 ∶6，選擇早期生長和耐寒性均比對照優(yōu)良的無性系。

2 結果與分析

2.1 尾葉桉無性系的早期生長和耐寒性表現(xiàn)

尾葉桉各無性系在韶關地區(qū)的生長和耐寒性H7、D18、V18和C18平均值分別為2.40 m、5.40 cm、1.30 m3和0.37，表型變異系數(shù)分別為41.66%、30.42%、61.06% 和81.08%（表1），說明尾葉桉103 個無性系早期生長和耐寒性指標存在顯著差異。進一步對生長和耐寒性性狀進行多重比較（表2），可知，對照DH3229 和GL9 在韶關試驗地表現(xiàn)為中等水平。尾葉桉各無性系樹高、胸徑和材積有顯著差異，生長性狀中材積的多重級數(shù)最多，樹高的多重級數(shù)最少。尾葉桉無性系UA117、UA120、LDUC1、ZQUA9 和ZQUA22 的H7、D18和V18生長均較好（表2），其中H7平均值是總體平均值的135.83%、132.08%、118.75%、118.75%和118.75%，D18平均值是總體平均值的129.62%、133.33%、112.96%、116.67%和116.67%，V18平均值是總體平均值的180.00%、185.38%、128.46%、141.54%和132.31%。由此可知，UA117、UA120、LDUC1、ZQUA9 和ZQUA22的生長和耐寒性早期表現(xiàn)均較優(yōu)。

表1 韶關地區(qū)尾葉桉無性系早期生長和耐寒變異Table 1 Variation of growth and cold tolerance of E. urophylla in Shaoguan

表2 尾葉桉無性系生長和耐寒性性狀多重比較Table2 Duncan multiple comparison for growth traits and cold tolerance of E. urophylla in Shaoguan

2.2 尾葉桉不同性狀的重復力估算

對尾葉桉生長（樹高、胸徑和材積）和耐寒性指數(shù)進行方差分析及遺傳參數(shù)估算（表3），可知，各無性系在區(qū)組方差達到了顯著或極顯著水平。尾葉桉不同性狀在無性系間的方差達到了極顯著水平，方差分量介于0.05～1.01 之間，剩余誤差方差分量介于0.02～3.94 之間。H7、D18、V18和C18無性系重復力分別為0.45、0.48、0.56 和0.94，單株重復力分別為0.14、0.16、0.21 和0.78，說明尾葉桉無性系的大部分性狀不僅受中等遺傳影響，還受到環(huán)境因子的影響。C18的單株重復力高達0.78，受較高程度的加性遺傳控制。由此可見，尾葉桉生長和耐寒性指數(shù)性狀在無性系間方差分量都達到了極顯著的水平，估算的重復力符合預期生長，尾葉桉無性系生長性狀和耐寒性受中等或較高遺傳控制的程度。

表3 尾葉桉生長和耐寒性狀遺傳參數(shù)估算Table 3 Genetic parameter estimates of E. urophylla growth and cold tolerance traits

注：-省去中間的字母，同列不同小寫字母表示無性系間在 P＜ 0.05 水平差異顯著。Note: -It means to leave out the middle lowercase letters, and the different lowercase letters at columns indicates difference among different clones at P＜0.05 level.

2.3 尾葉桉不同性狀間相關估算

對韶關地區(qū)103 個尾葉桉無性系的生長和耐寒性指數(shù)進行遺傳和表型相關分析，結果表明，7月生樹高（H7）、18 月生胸徑（D18）和材積（V18）三者之間的表型和遺傳相關都達到了極顯著水平（表4）。其中，H7與D18、D18與V18以及H7與V18三者之間的表型相關系數(shù)分別為0.79、0.96和0.77，加性遺傳相關系數(shù)分別為0.86、0.99 和0.83，表明H7、D18和V18間存在極強的正遺傳相關。值得注意的是，C18與H7、D18與V18間的表型和加性遺傳相關系數(shù)與標準誤大小相似，且表型和遺傳相關系數(shù)呈現(xiàn)異號，這可能由于尾葉桉生長與抗寒性指數(shù)的遺傳基礎不同。

表4 尾葉桉不同性狀間表型和遺傳相關估算Table 4 Phenotypic and additive genetic correlations among different traits of E. urophylla

2.4 尾葉桉各無性系綜合選擇

尾葉桉為短輪伐紙漿材樹種，因此優(yōu)良無性系選擇主要以木材收獲量為主。基于BLUP 法預測的尾葉桉無性系H7、D18和V18的基因型值與實際測量值具有顯著的相關關系，且相關系數(shù)均大于0.96（圖1）。以20%無性系入選率，選出H7、D18、C18和綜合指數(shù)（Wi）均優(yōu)良無性系（表5）。根據(jù)H7基因型值評選的優(yōu)良無性系為UA117、ZQUC107、UA120、UA123、ZQUD1、LDUC23、ZQUA9、ZQUA14、ZQUA40、LDUC26、ZQUA22、LDUC1、ZQUA44、ZQUC97、ZQUC17、ZQUB39、ZQUC14 和LDUD98，其樹高平均值與對照（DH3229）相比高出0.50 m，達20.66%。根據(jù)D18基因型值評選的優(yōu)良無性系為UA120、UA117、ZQUA14、ZQUB44、ZQUA9、ZQUB39、ZQUA40、ZQUA22、UA123、LDUC23、ZQUA34、ZQUA20、LDUC1、ZQUD8、ZQUA44、ZQUC15，其胸徑平均值與對照（DH3229）相比高出1.23 cm，達23.52%。根據(jù)C18基因型值評選的優(yōu)良無性系為LDUC24，其耐寒性指數(shù)平均值與對照（DH3229）相比高出0.11，達37.93%。綜合評選按照7 月生樹高（H7）、18 月生胸徑（D18）和18 月生耐寒性指數(shù)（C18）的權重比2 ∶2 ∶6進行， 綜合評選的優(yōu)良無性系為ZQUA9、ZQUA22、ZQUA44、LDUB94、ZQUC14、ZQUC17、ZQUA34、LDUC1 和ZQUD1，其生長和耐寒性都較優(yōu)。入選無性系的H7、D18和C18的均值比對照（DH3229）分別高出0.32 m，0.68 cm和0.39，達13.18%、13.01%和136.27%。無性系UA117 和UA120 生長性狀較好，而耐寒性較差。作為對照的DH3229 和GL9，其生長量均處于平均水平，但DH3229 的耐寒性指數(shù)較高。

圖1 預測的生長和耐寒性指數(shù)與實際指標之間的相關性Fig. 1 Pearson correlation between predicted and original values of E. urophylla clones in Shaoguan

表5 尾葉桉優(yōu)良無性系生長表現(xiàn)和基因型值比較Table5 Comparison of growth performance and genotype value for different traits in E. urophylla

3 結論與討論

本研究以韶關地區(qū)103 個尾葉桉無性系為材料，對無性系H7、D18、V18和C18的遺傳變異進行評價。由于林木無性系具有不同的基因型，且受材料本身來源和選育水平的影響，不同無性系間的生長存在較大差別[13]。韶關地區(qū)103 個尾葉桉無性系生長和耐寒性性狀在區(qū)組、無性系間達到了顯著或極顯著差異。這與已有報道樹高、胸徑和材積等生長性狀在無性系間的差異顯著結果一致[14-18]，表明尾葉桉無性系存在較好的選擇潛力。重復力指同一基因型的生物個體在不同地點或時間的表型持續(xù)穩(wěn)定程度，是一個重要的遺傳參數(shù)，已在動植物育種中廣泛應用并取得了顯著的經(jīng)濟效益[12]。重復力越大，說明性狀的遺傳效應越強。陳升侃等[15]通過對22 個無性生長性狀進行遺傳分析，得出桉樹無性系各生長性狀的重復力在0.86～0.94 之間。楊漢波等[19]通過對6 年生的引種桉樹種源生長性狀進行分析，得出不同桉樹樹種的單株遺傳力在0.70～0.94 之間。翁啟杰等[3]通過對尾葉桉×鄧恩桉E. dunnii雜種的生長和耐寒性分析得出雜種桉樹耐寒性的狹義遺傳力較低。而本研究的尾葉桉無性系生長和耐寒性指數(shù)的無性系重復力在0.45～0.94 之間，單株重復力在0.14～0.78 之間，說明生長性狀和耐寒性受中等程度遺傳，再次驗證韶關地區(qū)103 個尾葉桉無性系選育的有效性。

本研究的尾葉桉無性系樹高、胸徑和材積性狀間的兩兩相關呈顯著或極顯著相關，相同年齡的胸徑和材積表型和遺傳相關系數(shù)均較高，分別為0.96 和0.99，這與已研究報道的材積與胸徑相關性結果一致[16-17]。翁啟杰等[3]通過對雜種桉相關性分析，得出8 月生耐寒性指數(shù)和20 月生樹高之間的加性遺傳相關為負值，而本研究中尾葉桉耐寒性指數(shù)與生長性狀的表型和遺傳相關系數(shù)均較小，且未達到顯著水平，表明在實際育種中，生長和抗寒性可以獨立選擇。

評選出生長快、又兼具耐性強的優(yōu)良無性系是林木良種選育中一項重要的工作?；诨蛐椭翟u選是從遺傳本質(zhì)上解析無性系間的差別，基因型綜合選擇指數(shù)法是根據(jù)選育目標將所要選擇的性狀按其相對重要性、遺傳力、經(jīng)濟價值和相互之間的遺傳相關關系進行適當加權后合并成一個綜合指數(shù)，簡化了選擇方法，提高了選擇效率[20]。本研究基于不同性狀綜合評選出生長和耐寒性都較優(yōu)的無性系ZQUA9、ZQUA22、ZQUA44、LDUB94、ZQUC14、ZQUC17、ZQUA34、LDUC1 和ZQUD1。已有研究表明尾葉桉純種不耐寒[3]，而本研究無性系LDUB94、LDUC24、ZQUB16 和ZQUC29 的耐寒性指數(shù)都高于雜種耐寒性（DH3229 和GL9），這些無性系可以為耐寒親本選擇提供材料。