鄧樂(lè)平 黃 婷 王 哲 吳惠姍 李曉華 廖仿炎 李義良 郭文冰 趙奮成

（1.臺(tái)山市紅嶺種子園，廣東 臺(tái)山 529223；2.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520）

遺傳測(cè)定是林木改良工作的中心環(huán)節(jié)，通過(guò)開(kāi)展遺傳測(cè)定評(píng)價(jià)親本的育種價(jià)值、選擇新一輪的育種親本、估計(jì)遺傳參數(shù)和驗(yàn)證或預(yù)估遺傳增益[1-2]。林木育種中子代測(cè)定的交配設(shè)計(jì)種類(lèi)多樣，每種設(shè)計(jì)各有利弊，其中，自由授粉交配設(shè)計(jì)雖然存在父本來(lái)源不清、不能估計(jì)特殊配合力信息等方面的不足，但該方法具有技術(shù)簡(jiǎn)單易行、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠提供母本的一般配合力信息，為種子園的去劣疏伐提供依據(jù)[1]，因而在多個(gè)樹(shù)種的改良活動(dòng)中受到廣泛應(yīng)用，我國(guó)的杉木（Cunninghamia lanceolata）、馬尾松（Pinus massoniana）、火炬松（P.taeda）等樹(shù)種均有關(guān)于利用自由授粉子代開(kāi)展遺傳測(cè)定的研究報(bào)道[3-6]。

濕地松（P.elliottii）原產(chǎn)美國(guó)東南部，具有適應(yīng)性強(qiáng)、早期速生、樹(shù)干通直、松脂產(chǎn)量高質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是重要的建筑材、紙漿材和產(chǎn)脂樹(shù)種，在世界上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)均有引種[7-8]。濕地松于1930 年代引入我國(guó)，在我國(guó)南部低山丘陵、沿海地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)良，目前是我國(guó)南方省區(qū)主要的商品林樹(shù)種。我國(guó)開(kāi)展?jié)竦厮闪挤N選育始于1964 年[7,9]，經(jīng)過(guò)幾代人的努力，在廣東省臺(tái)山縣（市）建起國(guó)內(nèi)的第一個(gè)濕地松初級(jí)種子園、一代種子園、改良種子園、精選種子園和二代種子園。其中，濕地松改良種子園生產(chǎn)區(qū)建于1988—1997年，面積52 hm2，建園無(wú)性系147 個(gè)。建園材料來(lái)源廣泛，包括美國(guó)佐治亞州濕地松種子園的優(yōu)良無(wú)性系、臺(tái)山濕地松初級(jí)種子園中經(jīng)過(guò)子代測(cè)定后向選擇的優(yōu)良無(wú)性系、子代測(cè)定林和種源試驗(yàn)林中前向選擇的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系。由于多數(shù)建園無(wú)性系的遺傳品質(zhì)尚未驗(yàn)證，因此，項(xiàng)目組在該種子園中多批次采收無(wú)性系的自由授粉種子并開(kāi)展多地點(diǎn)遺傳測(cè)定。本文報(bào)道早期營(yíng)建的1 塊測(cè)定林的測(cè)定結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

參試材料為28 個(gè)濕地松自由授粉家系。其中，9 個(gè)來(lái)自臺(tái)山濕地松一代種子園，19 個(gè)來(lái)自臺(tái)山濕地松改良種子園。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)林營(yíng)建在臺(tái)山市紅嶺種子園試驗(yàn)區(qū)內(nèi)。該園地處22°11′N(xiāo)，112°49′E，屬南亞熱帶海洋性氣候，年均溫21.8 ℃，年降水量1 940 mm，平均海拔30 m。土壤為花崗巖發(fā)育的酸性磚紅壤，pH值5.0～5.5，土層80～100 cm。自然條件適合濕地松生長(zhǎng)發(fā)育、開(kāi)花結(jié)實(shí)。該林地前茬為桉樹(shù)，但土壤肥力較低。

1.3 田間設(shè)計(jì)

上述家系種子于1999 年12 月育苗。2000 年6 月造林，株行距3 m×3 m。測(cè)定林采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)，8 次重復(fù)，5 株單行小區(qū)。試驗(yàn)區(qū)四周種植2 行保護(hù)行。

1.4 生長(zhǎng)量調(diào)查

分別于造林后第2、3、4、13、14、15、18年對(duì)測(cè)定林開(kāi)展年度生長(zhǎng)量調(diào)查，測(cè)量每木的樹(shù)高(ht，單位為m)和胸徑(dbh，單位為cm)，并計(jì)算單株材積(vol，單位為m3)。材積計(jì)算式為：vol=f×π×ht×dbh2/4 。式中，π 為圓周率；f 為形數(shù)，取0.5。

考慮到本文的主要目的是評(píng)價(jià)參試家系的遺傳品質(zhì)和選擇新一代的育種材料，將僅利用第4、13、18 年的調(diào)查數(shù)據(jù)作分析。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SAS 統(tǒng)計(jì)分析軟件MIXED 過(guò)程對(duì)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)作方差分析[10]，估計(jì)改良種子園和一代種子園子代的生長(zhǎng)性狀平均值（lsmean）并作差異顯著性比較。單株數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的線性模型為：yijkl=μ+bi+gj+f(g)k(j)+(bg)ij+(bf(g))ik(j)+eijkl，式 中yijkl為單株觀測(cè)值，μ為群體平均值，bi為區(qū)組效應(yīng)，gj為種子園效應(yīng)，f(g)k(j)為種子園內(nèi)家系效應(yīng)，(bg)ij為區(qū)組與種子園的互作效應(yīng)，(bf(g))ik(j)為區(qū)組與種子園內(nèi)家系的互作效應(yīng)，eijkl為誤差效應(yīng)。其中，種子園、種子園內(nèi)家系為固定效應(yīng)，其它因素為隨機(jī)效應(yīng)。

采用Asreml 統(tǒng)計(jì)軟件BLUP 方法估計(jì)濕地松改良種子園19 個(gè)家系的母本育種值和子代個(gè)體育種值[11-12]。

采用SAS 統(tǒng)計(jì)分析軟件CORR 過(guò)程的pearson 方法計(jì)算母本育種值的年度相關(guān)系數(shù)[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地松子代測(cè)定林的總體生長(zhǎng)表現(xiàn)

表1 列出測(cè)定林3 個(gè)測(cè)定年齡的生長(zhǎng)量。由表1 可見(jiàn)，林分保存率（sur）在4 a 生時(shí)為97.40%，到13 a 生時(shí)仍然高達(dá)92.60%，到18 a生時(shí)林分的保存率僅為52.9%。測(cè)定林4 a 生時(shí)平均樹(shù)高4.20 m，平均胸徑6.76 cm，年平均樹(shù)高1.05 m、胸徑1.67 cm；到13 a 生時(shí)，林分平均樹(shù)高為10.53 m、平均胸徑14.91 cm，4～13 a 生間的年均樹(shù)高、胸徑分別為0.70 m、0.91 cm；到18 a生時(shí)，樹(shù)高、胸徑年生長(zhǎng)量下降更為明顯，甚至出現(xiàn)單位面積蓄積量小于13 a 生時(shí)的情況。保存率和生長(zhǎng)量下降雖然與樹(shù)種自身的生物學(xué)特性有關(guān)，但與2014—2018 年間該測(cè)定林作生產(chǎn)性的松脂采割有更大的關(guān)系。

表1 濕地松子代測(cè)定林3 個(gè)年齡的生長(zhǎng)表現(xiàn)Table 1 The growth performance of progeny test forest of slash pine in three different years

2.2 濕地松改良種子園無(wú)性系的現(xiàn)實(shí)增益

根據(jù)參試家系的來(lái)源背景，把來(lái)自濕地松一代種子園的9 個(gè)自由授粉家系歸為一代種子園子代群體，把來(lái)自改良種子園的19 個(gè)自由授粉家系歸為改良種子園子代群體，對(duì)3 個(gè)年份試驗(yàn)數(shù)據(jù)作方差分析，結(jié)果顯示2 個(gè)種子園間生長(zhǎng)量存在顯著甚至極顯著的差異（4、13 a 生時(shí)，F(xiàn)=20.99～33.80，P＜0.000 1；18 a 生時(shí)，F(xiàn)=5.15～7.45，P=0.006 8～0.024 2）。改良種子園子代生長(zhǎng)量顯著大于一代種子園子代（表2），在4、13、18 a 時(shí)，改良種子園子代相對(duì)于一代種子園的單株材積現(xiàn)實(shí)增益分別為25.66%、22.68%和15.08%。說(shuō)明改良種子園子代生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)是穩(wěn)定的，也說(shuō)明建園無(wú)性系選擇有效。

表2 濕地松改良種子園子代與一代種子園子代3 個(gè)年齡的生長(zhǎng)差異比較Table 2 Comparison of growth differences between the progeny of slash pine in the improved seed orchard and the firstgeneration seed orchard in three different years

2.3 濕地松改良種子園19 個(gè)無(wú)性系的遺傳評(píng)價(jià)

利用BLUP 估計(jì)了來(lái)自改良種子園的19 個(gè)自由授粉參試家系的母本無(wú)性系的生長(zhǎng)性狀育種值（表3），19 個(gè)無(wú)性系的育種值差異明顯，在4 a 生時(shí)，樹(shù)高性狀的育種值介于-0.81～1.39 m 之間，13 a 生時(shí)介于-2.19～1.70 m 之間，18 a 生時(shí)介于-1.95～1.59 m 之間。胸徑、單株材積的育種值也顯示出大的變異范圍。由表中還可見(jiàn)，總體上，母本無(wú)性系在3 個(gè)年齡的育種值的排序基本一致。4 a 生樹(shù)高育種值與13 a、18 a 生的育種值相關(guān)系數(shù)分別為0.835 3、0.740 7，4 a 生單株材積育種值與13、18 a 生時(shí)的單株材積育種值的相關(guān)系數(shù)分別為0.956 9、0.918 5（表4），均達(dá)到極顯著水平。說(shuō)明濕地松無(wú)性系生長(zhǎng)性狀的育種值在早、中、后期是相對(duì)穩(wěn)定的。

表3 濕地松改良種子園19 個(gè)母本無(wú)性系3 個(gè)年齡的生長(zhǎng)性狀育種值Table 3 The breeding values of 19 clones of improved slash pine seed orchard at 3 ages in the improved seed orchard

表4 濕地松改良種子園19 個(gè)母本無(wú)性系3 個(gè)年齡生長(zhǎng)性狀育種值間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between breeding values of growth traits of 19 maternal clones in 3 observation years

改良種子園中，7 個(gè)從美國(guó)引進(jìn)的無(wú)性系的育種值差異很大，育種值較大的無(wú)性系分別為C09、C12、C13，其中無(wú)性系C09 的生長(zhǎng)表現(xiàn)尤為突出，在參試的19 個(gè)無(wú)性系中育種值最大，其18 a生時(shí)的單株材積育種值為0.186 1 m3，比群體平均值大107.89%。另外4 個(gè)無(wú)性系的育種值較小，其中無(wú)性系C15 的單株材積育種值為-0.092 6 m3，在參試的19 個(gè)無(wú)性系中最小。說(shuō)明直接從國(guó)外種子園引進(jìn)無(wú)性系有一定的效果，但也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要作測(cè)定、比較。

來(lái)自臺(tái)山濕地松一代種子園的6 個(gè)無(wú)性系（后向選擇）中，C16 的育種值最大，其18 a 生時(shí)的單株材積育種值為0.116 5 m3，比群體平均大67.55%。其他5 個(gè)處于中等偏小水平。顯示選擇群體遺傳品質(zhì)不高或選擇的準(zhǔn)確性偏低。

早期子代測(cè)定林中選擇的4 個(gè)優(yōu)樹(shù)無(wú)性系（前向選擇）中，C16 的子代C16-4 的單株材積育種值最大，18 a 生時(shí)為0.061 9 m3，比群體平均大35.88%；C16-1 的育種值略低于群體平均，C19-2和C25 的育種值更小。比較母本無(wú)性系C16、C19與子代無(wú)性系C16-1、C16-4、C19-2 的育種值可以發(fā)現(xiàn)，育種值大的母本，其子代的育種值也較大，此外，子代的育種值低于母本的育種值。

選自種源試驗(yàn)林的2 個(gè)優(yōu)樹(shù)無(wú)性系，其生長(zhǎng)性狀育種值在參試的19 個(gè)無(wú)性系中處于中等或中上水平，其中，無(wú)性系C26 的育種值較大，其在18 a 生時(shí)的單株材積育種值為0.050 5 m3，比群體平均值大29.28%。

2.4 新一代育種資源選擇

利用Asreml 軟件估計(jì)來(lái)自濕地松改良種子園19 個(gè)無(wú)性系的自由授粉子代的樹(shù)高、胸徑、單株材積育種值，按入選率為3%的比例選擇生長(zhǎng)表現(xiàn)優(yōu)良的個(gè)體，預(yù)期選擇優(yōu)樹(shù)15 株。在評(píng)選優(yōu)良單株中，本文采用了2 種選擇模式，模式一：是根據(jù)單株育種值排序，選擇單株材積育種值最大的15 株樹(shù)木；模式二：首先選擇生長(zhǎng)量大于群體平均值的家系，然后在每個(gè)入選家系內(nèi)選擇2～3株育種值最大的個(gè)體，共選擇優(yōu)良單株15 株。2種選擇模式的評(píng)選結(jié)果列于表5。由表5 可見(jiàn)，2種選擇模式共選擇優(yōu)樹(shù)17 株，其中有13 株優(yōu)樹(shù)在2 種選擇模式中同時(shí)入選，均來(lái)自6 個(gè)優(yōu)良家系。模式一入選的15 株優(yōu)樹(shù)中，由于對(duì)家系內(nèi)的單株選擇數(shù)量沒(méi)有約束，因此，家系F09 內(nèi)入選數(shù)量達(dá)5 株，而家系F16-4、F26 的入選優(yōu)樹(shù)僅各有1 株。模式一的入選優(yōu)樹(shù)的樹(shù)高、胸徑、單株材積育種值分別介于0.40～1.71 m、6.28～9.71 cm、0.161 6～0.276 9 m3，平均值分別為1.06 m、8.01 cm、0.215 4 m3。模式二的入選優(yōu)樹(shù)的樹(shù)高、胸徑、單株材積育種值分別介于0.40～1.71 m、4.53～9.76 cm、0.114 9～0.276 9 m3，平均值分別為1.06 m、7.90 cm、0.209 1 m3。顯示這2 種模式的選擇效果近似?？紤]到育種群體遺傳多樣性的需要，采用模式二評(píng)選優(yōu)樹(shù)比較合適。

表5 入選濕地松優(yōu)樹(shù)18 a 生時(shí)的生長(zhǎng)性狀育種值Table 5 The breeding value of the growth traits of the selected slash pine plus trees at the age of 18

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與一代種子園的子代比較，改良種子園19 個(gè)無(wú)性系的子代在3 個(gè)測(cè)定年齡都表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，在4、13、18 a 生時(shí)的單株材積現(xiàn)實(shí)增益介于15.08%～ 25.66%，該結(jié)果與改良種子園的預(yù)期材積增益接近[9]，由于這19 個(gè)無(wú)性系的分株數(shù)量占了整個(gè)濕地松改良種子園的62.79%，其平均表現(xiàn)基本反映了該種子園的總體水平，因此，本結(jié)果也表明濕地松改良種子園的遺傳品質(zhì)達(dá)到了預(yù)期效果。

參試的改良種子園19 個(gè)家系的母本無(wú)性系中，生長(zhǎng)性狀育種值較大的無(wú)性系有6 個(gè)，其中，3 個(gè)為直接從美國(guó)濕地松種子園引進(jìn)的無(wú)性系C09、C12、C13，1 個(gè)為臺(tái)山濕地松初級(jí)種子園的優(yōu)良無(wú)性系C16，1 個(gè)為該優(yōu)良無(wú)性系的自由授粉子代C16-4，1 個(gè)為1 濕地松種源試驗(yàn)林的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系C26。前5 個(gè)無(wú)性系遺傳品質(zhì)在其他試驗(yàn)中同樣表現(xiàn)優(yōu)良[14-16]，因此，可以繼續(xù)作為新一輪的育種親本甚至是核心育種親本。有多個(gè)研究表明，火炬松、濕地松、濕加松等樹(shù)種的子代測(cè)定具有良好的早晚相關(guān)，開(kāi)展早期選擇是有效的[17-19]。本研究結(jié)果顯示，19 個(gè)無(wú)性系的4、13、18 a 生的生長(zhǎng)性狀育種值存在極顯著的正相關(guān)，尤以13 a 生與18 a 生的育種值相關(guān)性更為密切，再次證實(shí)南方松樹(shù)開(kāi)展早期選擇是可靠的。

林木的多世代輪回選擇育種中，優(yōu)樹(shù)選擇是重要的育種活動(dòng)之一，隨著林木育種進(jìn)入高世代，育種群體將主要由來(lái)自遺傳測(cè)定林的優(yōu)樹(shù)無(wú)性系組成。在高世代育種親本的選擇，要兼顧選擇增益與遺傳多樣性，為了避免出現(xiàn)入選優(yōu)樹(shù)僅選自某些優(yōu)良家系的情況，通常設(shè)定入選家系內(nèi)優(yōu)良個(gè)體的入選比例或數(shù)量[20]?；谶@方面的考慮，本文設(shè)定了整個(gè)測(cè)定林中優(yōu)樹(shù)入選率為3%、每個(gè)入選家系內(nèi)選擇2～3 株的限制，根據(jù)單株材積育種值從6 個(gè)家系中共選擇出優(yōu)良個(gè)體15 株。我國(guó)現(xiàn)階段濕地松的重要經(jīng)濟(jì)性狀主要是材積、松脂產(chǎn)量、木材密度，本文僅針對(duì)生長(zhǎng)性狀評(píng)選優(yōu)良個(gè)體，后期還要評(píng)價(jià)其松脂產(chǎn)量和木材密度，為不同的育種目標(biāo)提供合適的育種親本。由于濕地松生長(zhǎng)性狀與松脂產(chǎn)量或木材密度的遺傳相關(guān)性不高[21-23]，甚至負(fù)相關(guān)[24]，這15 個(gè)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)突出的個(gè)體中，一些個(gè)體將可能因其他性狀未能達(dá)標(biāo)而被淘汰。

普遍認(rèn)為，林木存在自交或近交不育和衰退的可能性[1]。因此，在制訂林木高世代育種策略中，強(qiáng)調(diào)采用雙親譜系清楚的交配設(shè)計(jì)[25]，而不提倡父系來(lái)源不清的自由授粉或多系授粉交配設(shè)計(jì)。現(xiàn)在，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展和完善，育種親本間遺傳關(guān)系的鑒別成為了可能[26-28]，有人提出從自由授粉子代、多系授粉子代中選擇優(yōu)良個(gè)體作為育種親本的設(shè)想[29-30]，并付諸實(shí)踐[28-31]。本研究從自由授粉子代測(cè)定林中根據(jù)生長(zhǎng)性狀育種值選擇出一批優(yōu)良個(gè)體，下一步要通過(guò)分子標(biāo)記手段，確定入選優(yōu)樹(shù)的譜系關(guān)系、遺傳距離等，為設(shè)計(jì)新的交配組合，以及種子園無(wú)性系排列提供科學(xué)依據(jù)。

松材線蟲(chóng)病是全球森林生態(tài)系統(tǒng)中最具危險(xiǎn)性、毀滅性的病害之一，全國(guó)因松材線蟲(chóng)病損失的松樹(shù)累計(jì)仍達(dá)數(shù)十億株，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失上千億元。危害對(duì)象包括馬尾松、黑松（Pinus thunbergii）、紅松（P.koraiensis）、落葉松（Larix olgensis）等松樹(shù)種類(lèi)，疫情直接威脅我國(guó)近9 億畝松林資源安全[32]。據(jù)報(bào)道，廣東發(fā)生松材線蟲(chóng)病的情況也不容樂(lè)觀[33-34]，但濕地松林分感病率相對(duì)較低[34]。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)[35-36]，原產(chǎn)于美國(guó)的濕地松、火炬松對(duì)松材線蟲(chóng)病具有較高的抗性。因此，可以利用我國(guó)現(xiàn)有的濕地松、火炬松育種資源，與國(guó)內(nèi)的其他松樹(shù)開(kāi)展雜交育種，選育出抗松材線蟲(chóng)病的新品系，提升我國(guó)松樹(shù)人工林的綜合效益。