國(guó)增超，郭 煒，侯 靜，尹佟明，陳贏男

(南京林業(yè)大學(xué) 江蘇省楊樹(shù)品質(zhì)改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210037)

簸箕柳F1雜交群體材性性狀表型變異的研究

國(guó)增超，郭 煒，侯 靜，尹佟明，陳贏男

(南京林業(yè)大學(xué) 江蘇省楊樹(shù)品質(zhì)改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210037)

以簸箕柳F1雜交群體為材料，對(duì)132個(gè)子代的木材基本密度，木材纖維素、半纖維素及木素含量進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究結(jié)果表明：木材的纖維素平均含量為53.19%，變異范圍為47.91%～57.00%；木質(zhì)素平均含量為14.20%，變異范圍為12.28%～16.43%，半纖維素的平均含量為19.80%,變異范圍為16.52%～23.76%，木材基本密度為0.392 6 g/cm3，變異范圍為0.241 6 g/cm3～0.504 4 g/cm3。結(jié)果顯示上述性狀在雜交子代中有較大的變異幅度。對(duì)上述性狀的表型值進(jìn)行Anderson-Darling正態(tài)分布檢驗(yàn)，并利用BOX-COX公式對(duì)不符合正態(tài)分布的表型性狀進(jìn)行了正態(tài)轉(zhuǎn)換。結(jié)果顯示，所有性狀表型值均符合或可以轉(zhuǎn)換為正態(tài)分布，可以作為典型的數(shù)量性狀做進(jìn)一步的數(shù)量性狀遺傳位點(diǎn)定位分析。另外，研究結(jié)果還顯示簸箕柳木材中，半纖維素含量與纖維素及木質(zhì)素含量之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；木材基本密度與纖維素含量呈極顯著正相關(guān),而與半纖維素含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

簸箕柳；F1雜交群體; 基本密度；纖維素；半纖維素；木質(zhì)素

木材是一種重要的可再生和持續(xù)利用的資源，不僅提供了重要的工業(yè)用材，也是生物能源物質(zhì)及其它許多化學(xué)產(chǎn)品的重要原料。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是木材的主要化學(xué)成分。纖維素和半纖維素為多糖類(lèi)物質(zhì)，占木材干重的65%～75%，對(duì)生物能源轉(zhuǎn)化和制漿造紙過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。木質(zhì)素是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的具三維結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物。它在自然界中不單獨(dú)存在，而是與纖維素、半纖維素結(jié)合在一起。木質(zhì)素的含量影響著木材的結(jié)構(gòu)和功能，增加木質(zhì)素含量會(huì)提高木材的硬度和耐用性，然而，在生物能源轉(zhuǎn)化及制漿造紙過(guò)程中，木質(zhì)素卻是需要被去除的成份，木質(zhì)素含量高會(huì)增加能耗，并在處理過(guò)程中帶來(lái)污染[1-2]。因此木材主要化學(xué)成分含量對(duì)木材的用途有著重要影響。對(duì)決定木材化學(xué)成分含量的遺傳基礎(chǔ)展開(kāi)研究，是木材品質(zhì)改良的一個(gè)重要內(nèi)容。

林木數(shù)量性狀基因定位是林木遺傳育種研究過(guò)程中的一個(gè)重要方面，利用與目標(biāo)性狀緊密連鎖的遺傳標(biāo)記，對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇，可實(shí)現(xiàn)早期選擇提高育種效率，對(duì)加快林木重要性狀遺傳改良具有重要意義[3-4]。木材密度及其化學(xué)組分含量直接關(guān)系到木材品質(zhì)的好壞以及經(jīng)濟(jì)效益的高低，是衡量木材質(zhì)量及確定木材用途的重要指標(biāo)[5-6]。目前有多種間接方法可以對(duì)木材化學(xué)組分含量進(jìn)行快速測(cè)定，但都需要利用直接測(cè)定法對(duì)部分樣品進(jìn)行定量，在繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行其它樣品化學(xué)組分的含量預(yù)測(cè)，往往測(cè)定結(jié)果誤差較大。1963年，Van Soest等人發(fā)明的范式纖維測(cè)定法能分別測(cè)出纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素的真實(shí)含量。在測(cè)定過(guò)程中，樣品的纖維素幾乎沒(méi)有損失,并且與常規(guī)方法相比,避免了堿處理過(guò)程中導(dǎo)致測(cè)定值變異性大、重現(xiàn)性差的缺點(diǎn)[7-8]。雖然這一方法比較費(fèi)時(shí)、耗力，但測(cè)定的是相關(guān)化學(xué)組分的真實(shí)含量。與間接測(cè)定法相比，范式法是測(cè)定木材化學(xué)組分含量的更為可靠方法。

以往開(kāi)展的木材分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究主要以草本植物為主[9-10]，以木本植物為材料開(kāi)展的研究相對(duì)較少。然而木材是木本植物所特有的，針對(duì)木材開(kāi)展的遺傳基礎(chǔ)研究需要以木本植物做為研究對(duì)象[1]。由于大部分木本植物的生長(zhǎng)周期長(zhǎng),個(gè)體高大，雜交困難，難以開(kāi)展大規(guī)模的田間實(shí)驗(yàn)[11]，因而限制了以木本植物材料開(kāi)展木材性狀遺傳解析研究的進(jìn)展。簸箕柳為原產(chǎn)我國(guó)的小灌木，一般雜交當(dāng)年即可開(kāi)花，世代周期短，容易雜交，同時(shí)個(gè)體較小，容易對(duì)大的雜交群體開(kāi)展大規(guī)模田間實(shí)驗(yàn)[12]，從而提高木材性狀遺傳解析的準(zhǔn)確性。簸箕柳是發(fā)現(xiàn)控制木材性狀主效遺傳位點(diǎn)的理想材料。本文以簸箕柳F1雜交子代為實(shí)驗(yàn)材料，應(yīng)用范式測(cè)定法對(duì)木材化學(xué)成分中的纖維素、半纖維素及木素含量進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)利用排水法對(duì)雜交子代的木材基本密度進(jìn)行了測(cè)定。本研究旨在揭示上述性狀的表型變異情況，并為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)性狀的遺傳解析提供表型數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及樣品制備

供試材料雜交親本2009年采自于江蘇新沂。2010年采用切枝雜交構(gòu)建了F1代群體，共獲得742株雜交子代，種植于江蘇泗洪陳?ài)琢謭?chǎng)。本研究隨機(jī)選取了其中的132個(gè)個(gè)體進(jìn)行了木材基本密度及木材纖維素、半纖維素及木素含量測(cè)定。材料取樣從植株基部截取5 cm左右的小木段進(jìn)行基本密度的測(cè)定。將其余部分于103±2℃條件下干燥至恒重后切成小木條，混合后置于微型植物粉碎機(jī)中粉碎，過(guò)18目篩,放于自封袋中保存，備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 木材基本密度的測(cè)定

采用排水法對(duì)木材的基本密度進(jìn)行測(cè)定[13]。將試樣在蒸餾水中浸泡至飽和，測(cè)定出飽和水體積后，再將試樣烘至恒重作為樣品絕對(duì)干重。按公式：ρy=m0/Vmax計(jì)算，其中ρy為木材基本密度(g/cm3)；m0為木材絕干時(shí)的質(zhì)量(g)；Vmax為試樣飽和水分時(shí)的體積（cm3）。

1.2.2 木材化學(xué)成分的測(cè)定

將前述粉碎過(guò)篩后的木粉充分混勻后, 準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g（精確至0.000 1 g）樣品，采用Van Soest測(cè)定法利用FIWE6型纖維測(cè)定儀對(duì)樣品的纖維素、半纖維素及木素含量進(jìn)行測(cè)定[14-16]。樣品置于已稱(chēng)重的玻璃坩堝中，將100 mL中性洗滌劑、0.5 g亞硫酸鈉和3～5滴正辛醇加入坩堝。在中性洗滌劑作用下加熱至沸騰后回流60分鐘，用沸水清洗3次并用丙酮清洗2次后過(guò)濾，將剩余的殘?jiān)?05℃烘箱中干燥至恒重，放干燥器中冷卻30 min，稱(chēng)重，得到中性洗滌纖維的重量。然后將上述殘?jiān)谒嵝韵礈靹┑淖饔孟录尤?～5滴正辛醇按與上述同樣的方法進(jìn)行處理后，對(duì)所剩殘?jiān)M(jìn)行稱(chēng)重,得到酸性洗滌纖維的重量。在室溫下將30 mL的72%硫酸加入到上述殘?jiān)?，進(jìn)行冷抽提3小時(shí)。用開(kāi)水過(guò)濾并清洗4次，在105℃下干燥至恒重，放干燥器中冷卻30 min，稱(chēng)重，得到酸性洗滌木質(zhì)素的重量，然后放入馬氟爐在550℃條件下灰化2.5小時(shí)，待溫度降至200℃以下時(shí)取出坩堝，置干燥器中冷卻至室溫后稱(chēng)重得到酸不溶灰分的重量。用以下公式計(jì)算不同化學(xué)組分的含量：

式中：NDF為中性洗滌纖維的含量，ADF為酸性洗滌纖維的含量，ADL為酸性洗滌木質(zhì)素的含量，AIA為酸不溶灰分的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 木材基本密度及不同化學(xué)組分含量變異分析

在林木遺傳育種的過(guò)程中，材性性狀是重要的改良目標(biāo)，對(duì)材性變異的研究是進(jìn)行材性改良的重要基礎(chǔ)和先決條件。本研究對(duì)測(cè)定的木材密度及化學(xué)成分含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，各性狀的平均值、變異系數(shù)等列于表1。從表中可以看出，雜交群體個(gè)體間各性狀的變異情況，如纖維素含量的變異幅度為47.91%～57.00%,極差為9.09%；半纖維素含量的變異幅度16.52%～23.76%,極差為7.24%；木質(zhì)素含量的變異幅度12.28%～16.43%,其極差為4.15%。物理性狀木材密度的變異幅度為0.2416 g/cm3～0.5044 g/cm3，其極差為0.2628 g/cm3。所測(cè)性狀的平均數(shù)和中位數(shù)都非常接近，說(shuō)明表型數(shù)據(jù)可能呈正態(tài)分布。

2.2 性狀正態(tài)分布檢驗(yàn)及相關(guān)分析

數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布,對(duì)于選用合適的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)量性狀基因位點(diǎn)遺傳解析有顯著影響[17-18]。本研究對(duì)性狀表型值的分布特征進(jìn)行Anderson-Darling正態(tài)分布檢驗(yàn)[19-20]。從正態(tài)概率圖來(lái)看（圖1），基本密度與半纖維素的AD值都小于判定閾值0.751，服從正態(tài)分布；纖維素與木質(zhì)素含量的AD值都大于判定閾值0.751, 不符合正態(tài)分布，我們進(jìn)一步對(duì)這兩個(gè)性狀進(jìn)行了Box-Cox正態(tài)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，經(jīng)正態(tài)轉(zhuǎn)換后，纖維素及木質(zhì)素含量的AD值都小于判定閾值0.751，所以這兩個(gè)性狀的表型值都可以轉(zhuǎn)換為正態(tài)分布。

表1 簸箕柳F1群體木材化學(xué)成分及基本密度變異分析Table 1 Variance analysis of wood chemical components and basic density for progeny of a F1 pedigree of Salix suchowensis

圖1 F1群體材性性狀的正態(tài)概率Fig.1 Normal probability of wood characteristics for progeny of a F1 pedigree

根據(jù)性狀之間的相關(guān)關(guān)系，可明確對(duì)目標(biāo)性狀有影響的其它性狀[21]，我們對(duì)上述性狀展開(kāi)了相關(guān)分析，各性狀之間的相關(guān)系數(shù)如表2所示。從表中可以看出，木材半纖維素含量與纖維素及木質(zhì)素含量之間為極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；木材基本密度與纖維素含量為極顯著正相關(guān),與半纖維素含量為顯著負(fù)相關(guān)，而與木質(zhì)素含量的相關(guān)不顯著。因此，簸箕柳木材基本密度主要受纖維素與半纖維素含量的影響。在實(shí)踐中，我們可以通過(guò)檢測(cè)木材密度來(lái)選擇纖維素含量較高的簸箕柳新品系。

3 討 論

圖2 Box-Cox轉(zhuǎn)換后性狀正態(tài)概率Fig.2 Normal probability of wood characteristics after the Box-Cox transformation

表2 各材性性狀間的相關(guān)分析?Table 2 Correlation analysis between characteristics of wood

材性是林木育種的重要改良目標(biāo)之一。林木生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，早、晚材變化大，很難進(jìn)行材性性狀的遺傳解析研究[22-23]。而簸箕柳世代周期短，是開(kāi)展材性性狀遺傳解析的理想材料。木材基本密度和木材主要化學(xué)組分含量是影響材性和木材用途的主要指標(biāo)[24]。本文利用排水法和范氏測(cè)定法對(duì)簸箕柳全同胞F1雜交群體的132株個(gè)體的上述指標(biāo)分別進(jìn)行了測(cè)定，我們的研究結(jié)果可以很好的反映上述表型性狀在雜交子代中的變異情況。表型性狀的分布檢驗(yàn)顯示，上述性狀都符合或可以轉(zhuǎn)換為正態(tài)分布，可以作為典型的數(shù)量性狀開(kāi)展QTL定位分析[25-26]。目前關(guān)于木材形成遺傳機(jī)制的研究，都是采用草本植物的研究結(jié)果，然后在木本植物中對(duì)相關(guān)基因開(kāi)展同源克隆，并研究它們對(duì)木本植物木材形成的影響[27-29]。由于木材是木本植物所特有的，上述研究策略存在固有的缺點(diǎn)，無(wú)法取得原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。如果我們以木本植物為研究對(duì)象，在發(fā)現(xiàn)并克隆影響木材材性主效基因的基礎(chǔ)上開(kāi)展進(jìn)一步的研究，有望在木材形成遺傳機(jī)制研究方面取得突破性進(jìn)展。本研究首次利用直接測(cè)定法對(duì)木本植物雜交群體的大量子代進(jìn)行了主要化學(xué)組分含量測(cè)定，為在簸箕柳中定位控制上述性狀的遺傳位點(diǎn)提供了表型數(shù)據(jù)信息，也為將來(lái)開(kāi)展相關(guān)基因克隆提供了重要的前期基礎(chǔ)。

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Phenotypic variation of wood properties in a F1pedigree of Salix suchowensis

GUO Zeng-chao, GUO Wei, HOU Jing, YIN Tong-ming, CHEN Ying-nan
(Jiangsu Key Lab. Poplar Germplasm Enhancement and Variety Improvement, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China)

By taking a F1pedigree of Salix suchowensis as the tested materials, the basic density and chemical compositions (content of cellulose, hemicellulose and lignin) of 132 progeny in a F1pedigree of Salix suchowensis were measured, and the measured data were statistically analyzed. The results show that the average content of cellulose, hemicellulose and lignin were 53.19%, 19.80% and 14.20%respectively and their variation ranges were 47.91%～57.00%, 12.28%～16.43%, and 16.52%～23.76% respectively; the basic wood density was 0.392 6 g/cm3, ranging from 0.241 6 g/cm3to 0.504 4 g/cm3, the wood properties stated clearly that the aforementioned traits varied with a larger variation range among the progeny of the F1pedigree of Salix suchowensis; the phenotypic values above wood properties were tested by Anderson-Darling distribution function, and the phenotypic data of the above traits that didn’t meet the normal distribution were transformed with BOX-COX function formulae; all phenotypic data could be transformed into normal distribution,therefore, these traits are appropriated for quantitative trait loci analysis. In addition, the correlation analysis among the above traits show that the the hemicellulose content was negatively correlated with cellulose and lignin contents, whereas the basic wood density was positively correlated with the cellulose content, and was negatively correlated with the hemicellulose content.

Salix suchowensis; F1pedigree; basic density; cellulose; hemicellulose; lignin

S781.4

A

1673-923X(2014)02-0062-04

2013-05-09

林業(yè)公益性行業(yè)重大科研專(zhuān)項(xiàng)（201304102)及973項(xiàng)目（2012CB114505）

國(guó)增超（1987-），男，山東壽光人，碩士，主要從事木材材性的研究； E-mail: rmcqh242526@163.com

尹佟明，教授，博士，研究方向：林木遺傳育種

[本文編校：吳 彬]