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        廣西香椿半同胞家系子代測(cè)定及早期選擇

        2023-06-29 01:17:00舒應(yīng)東蒙蘭楊吳遠(yuǎn)媚潘濤羅筱娥潘永光
        熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年4期
        關(guān)鍵詞:樹(shù)高遺傳力材積

        舒應(yīng)東 蒙蘭楊 吳遠(yuǎn)媚 潘濤 羅筱娥 潘永光

        (南寧市林業(yè)科學(xué)研究所 廣西南寧 530107)

        香椿(Toona sinensis)為楝科(Meliaceae)香椿屬落葉喬木,為我國(guó)特有珍貴速生用材樹(shù)種,具有樹(shù)干通直、生長(zhǎng)迅速、木材花紋美麗和芳香耐腐等特點(diǎn),有“中國(guó)桃花心木”之稱(chēng),多用于家具、裝修和車(chē)船制造等領(lǐng)域[1-3]。目前有關(guān)香椿優(yōu)良家系或無(wú)性系的選擇研究主要在四川[4-7]、福建[8-10]和河南[11-12]等地,廣西還未見(jiàn)報(bào)道。廣西各地均有香椿分布,但缺乏良種,材用良種選育工作還處于起步階段[13-16]。為此,南寧市林業(yè)科學(xué)研究所自2018 年以來(lái)在廣西南寧市、河池市和百色市等地開(kāi)展香椿種質(zhì)資源調(diào)查及材用優(yōu)樹(shù)選擇工作,收集了馬山縣、隆安縣和德保縣等種源的優(yōu)樹(shù)種子。本研究以廣西10 個(gè)種源的33 個(gè)香椿優(yōu)樹(shù)的半同胞子代為研究材料,營(yíng)建子代測(cè)定林,造林后連續(xù)2 年測(cè)定樹(shù)高、胸徑并計(jì)算材積,用來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)性狀分析、遺傳參數(shù)估算、變異系數(shù)和遺傳增益計(jì)算,以期篩選出早期優(yōu)良家系,為廣西香椿的良種選育奠定基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 試材于2018 年10 月至12 月采用3 株優(yōu)勢(shì)木對(duì)比法在廣西區(qū)內(nèi)開(kāi)展香椿材用選優(yōu)工作,選擇馬山縣、隆安縣和德??h等10 個(gè)種源的33株優(yōu)樹(shù)(表1),采集優(yōu)樹(shù)種子繁育家系苗木營(yíng)建的子代測(cè)定林。2019 年1 月將33 個(gè)家系的香椿種子放在沙床上催芽,2019 年2 月將已長(zhǎng)出2片真葉的幼苗轉(zhuǎn)移到育苗杯(規(guī)格為寬13 cm,高15 cm),育苗基質(zhì)為97%泥土+3%過(guò)磷酸鈣[有效磷(P2O5)≥12%],2019 年10 月?tīng)I(yíng)建子代測(cè)定林。

        表1 香椿種源和家系

        1.1.2 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)地位于南寧市林業(yè)科學(xué)研究所(E107°59′,N23°10′),屬石灰?guī)r峰林間緩丘寬谷臺(tái)地地貌,海拔100~159 m,屬低山和丘陵地帶,坡度在5~15°,地勢(shì)平坦。氣候?yàn)楸睙釒П本壖撅L(fēng)氣候,四季溫和,冬暖夏涼,年平均氣溫21.5℃,≥10℃的年平均積溫7 697.8℃。1月份最冷,月平均溫度為12.3℃,極端最低氣溫為-3℃;7 月份最熱,平均氣溫28.2℃,極端最高溫度40.6℃。年平均降雨量1 250 mm,雨季多在4—8 月,年均蒸發(fā)量1 613.8 mm,年平均相對(duì)濕度79.0%,有霜日年平均3~5 d。

        土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育成的中至厚層赤紅壤,有機(jī)質(zhì)0.499%~3.146%,pH 4.5~5.5,速效氮7.5~70 mg/kg,速效鉀40~55 mg/kg,全氮0.036%~0.147%,土質(zhì)粘性小,土壤保水性差、滲透強(qiáng),比較干旱[17]。

        1.2 方法

        1.2.1 試驗(yàn)林營(yíng)建子代測(cè)定林位于南寧市林業(yè)科學(xué)研究所第2 林班,地勢(shì)平坦,面積2.3 hm2。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)造林,每個(gè)重復(fù)設(shè)置33 個(gè)種植小區(qū),每個(gè)種植小區(qū)安排一個(gè)家系單行種植20 株,設(shè)置4 個(gè)重復(fù)。種植株行距3 m×2 m,試驗(yàn)林每重復(fù)間設(shè)1 行保護(hù)行。

        造林地前期為柑橘林,于2019 年6 月份完成林地清理工作(包括對(duì)林地雜灌進(jìn)行砍除,煉山清理,中耕機(jī)一犁一耙)。按長(zhǎng)寬深為40 cm×40 cm×40 cm 的規(guī)格挖坎,每坎施放0.5 kg 過(guò)磷酸鈣后拌土回坎。

        2019 年10 月挑選33 個(gè)香椿家系生長(zhǎng)良好、無(wú)病蟲(chóng)害和長(zhǎng)勢(shì)均勻的子代苗80 株,用于營(yíng)建子代測(cè)定林。苗木造林前在容器袋中下部沿3 個(gè)不同方向縱切約5 cm 的切口。造林時(shí)首先把坎內(nèi)的回填土挖出約1/2,再把容器苗垂直放入種植坎內(nèi),容器口與種植坎口持平或略低;然后回土填入種植坎,沿容器外圍踩緊填土,最后覆蓋一層松土(略高于苗木容器1~2 cm),做成中間低四周高的定植樹(shù)盆,以便澆水、撒施肥料[18-19];植苗后立即澆足定根水。

        造林后根據(jù)雜草的生長(zhǎng)情況,每年對(duì)全林地割除雜草3 次,每年5 月開(kāi)溝施復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)1 次,施0.5 kg/株。定期或不定期觀察植株生長(zhǎng)情況,防病蟲(chóng)害及人畜破壞。

        1.2.2 數(shù)據(jù)收集于2020、2021 年12 月分別對(duì)子代測(cè)定林的每株家系苗木進(jìn)行一次生長(zhǎng)量測(cè)定,測(cè)定的指標(biāo)有胸徑和樹(shù)高,其中胸徑使用鋼圍尺測(cè)量,樹(shù)高使用測(cè)桿測(cè)量。香椿單株材積采用V=0.000 052 764 291D1.882161H1.0093166公式計(jì)算,其中D為胸徑、H為樹(shù)高[8,11]。

        1.2.3 數(shù)據(jù)分析使用Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和整理,使用Origin Pro 8 軟件制圖。采用SAS 8.1進(jìn)行方差分析和方差分量估算[20]。

        性狀分析使用混合線性模型Yijk=U+Bi+Fj+BFij+Eijk,其中Yijk為第i個(gè)區(qū)組第j個(gè)家系第k個(gè)單株觀測(cè)值;U為群體平均效應(yīng);Bi為第i個(gè)區(qū)組效應(yīng);Fj為第j家系效應(yīng);BFij為第i家系和第j區(qū)組的互作效應(yīng);Eijk為機(jī)誤。其中區(qū)組為固定效應(yīng),其余為隨機(jī)效應(yīng)[21-22]。

        單株遺傳力為hs2=4σF2/(σE2+σ2FB+σF2),家系遺傳力為hs2=σF2/(σE2/(nhb)+σ2FB/b+σF2),其中σF2為家系方差分量,σE2為誤差方差分量,σ2FB為家系和區(qū)組互作的方差分量,nh為小區(qū)調(diào)和平均數(shù),b為區(qū)組數(shù)[20]。

        表型變異系數(shù)為CVp=σp/x×100%,遺傳變異系數(shù)為其中σp為性狀的表型標(biāo)準(zhǔn)差,σg2為遺傳方差分量,x為性狀的群體均值[21]。

        現(xiàn)實(shí)增益遺傳為G=(Xi-x)/x×100%,遺傳增益為ΔG=(Xi-X)hs2/x×100%,其中Xi為入選家均值[23]。

        采用綜合育種值評(píng)選法評(píng)選香椿優(yōu)良家系,育種值為Z=x+hs2(Xi-x)[23-24]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 香椿家系生長(zhǎng)性狀變異

        香椿家系間造林1、2 a 的樹(shù)高、胸徑和材積都存在極顯著差異(p<0.01)(表2)。造林1 a樹(shù)高、胸徑和材積的均值分別為3.59 m、4.49 cm和 0.003 581 m3,最大家系分別是最小家系的1.52、1.32 和2.28 倍;造林2 a 樹(shù)高、胸徑和材積的均值分別為7.03 m、7.68 cm 和0.018 672 m3,最大家系分別是最小家系的1.36、1.21 和1.86 倍。這說(shuō)明不同香椿家系間的生長(zhǎng)存在較大的差異,為優(yōu)良家系的選擇提供了基礎(chǔ)。本研究中香椿造林2 a 的樹(shù)高、胸徑和材積均值分別是造林1 a 的1.96、1.71 和5.21 倍,說(shuō)明材積的增長(zhǎng)率最大,其次為樹(shù)高,再次為胸徑。

        通過(guò)統(tǒng)計(jì)生長(zhǎng)性狀方差分量百分比(表3)可知,造林1 a 香椿生長(zhǎng)性狀的家系效應(yīng)平均占比為10.94%,其中樹(shù)高12.60%、胸徑8.93%、材積11.30%;造林2 年香椿生長(zhǎng)性狀的家系效應(yīng)平均占比為10.76%,其中樹(shù)高15.06%、胸徑6.88%、材積10.35%;造林1、2 a 年,家系效應(yīng)均表現(xiàn)為樹(shù)高>材積>胸徑。

        表3 香椿家系性狀方差分量百分比和變異系數(shù) 單位:%

        造林1 a 香椿的樹(shù)高、胸徑和材積的表型變異系數(shù)分別為21.35%、22.21%和52.65%,遺傳變異系數(shù)分別為7.64%、6.50%和17.24%;造林2 a香椿的樹(shù)高、胸徑和材積的表型變異系數(shù)分別為18.55%、17.51%和45.15%,遺傳變異系數(shù)分別為6.83%、4.31%和13.31%。造林1、2 a 香椿樹(shù)高、胸徑和材積的表型變異系數(shù)均大于遺傳變異系數(shù),這有利于香椿速生優(yōu)良家系的選擇。材積的變異系數(shù)均遠(yuǎn)大于樹(shù)高和胸徑,說(shuō)明材積的性狀最不穩(wěn)定,選擇的潛力最大;而樹(shù)高、胸徑的性狀較穩(wěn)定,但選擇的潛力較小。

        2.2 香椿家系生長(zhǎng)性狀的遺傳力

        由圖1 可知,造林1 a 香椿的樹(shù)高、胸徑和材積的單株遺傳力分別為0.50、0.36 和0.45,家系遺傳力分別為0.82、0.80 和0.82;造林2 a 的樹(shù)高、胸徑和材積的單株遺傳力分別為0.60、0.28和0.41,家系遺傳力分別為0.84、0.74 和0.79。香椿的單株遺傳力受中度遺傳控制,家系遺傳力受高度遺傳控制,家系遺傳控制強(qiáng)于單株遺傳控制,這為香椿優(yōu)良家系的選擇提供了可能。

        圖1 香椿樹(shù)高、胸徑和材積的遺傳力

        2.3 香椿優(yōu)良家系選擇

        采用育種值評(píng)估法以20%的入選率分別對(duì)造林1、2 a 的香椿進(jìn)行優(yōu)良家系選擇,分別選出了7 個(gè)家系(表4、5),其中家系13、15、6、16、26 重復(fù)入選,重復(fù)入選率為71.43%,說(shuō)明這5 個(gè)家系造林1、2 a 的生長(zhǎng)量均較大,因而初步定為優(yōu)良家系。入選的優(yōu)良家系造林1 a 的胸徑、樹(shù)高、材積平均值分別為4.91 cm、4.05 m 和0.004 63 m3,造林2 a 的胸徑、樹(shù)高和材積平均值分別為8.21 cm、7.53 m 和0.022 4 m3。造林1、2 a 最好的家系均為13,造林1 a 的胸徑、樹(shù)高、材積平均值分別為4.94 cm、4.35 m 和0.005 13 m3,造林2 年的胸徑、樹(shù)高、材積平均值分別為8.33 cm、8.06 m和0.024 6 m3。

        表4 造林1 a 香椿優(yōu)良家系綜合性狀育種值分析

        表5 造林2 a 香椿優(yōu)良家系綜合性狀育種值分析

        2.4 香椿優(yōu)良家系遺傳增益

        由表6 可知,入選的5 個(gè)香椿優(yōu)良家系造林第1 年胸徑、樹(shù)高和材積的現(xiàn)實(shí)遺傳增益均值分別為9.27%、12.87%和29.34%,遺傳增益均值分別為7.60%、10.30%和24.06%。家系26 胸徑的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為11.58%和9.50%;家系13 樹(shù)高的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為21.17%和16.94%;家系13 材積的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為43.23%和35.45%?,F(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益均表現(xiàn)為材積>樹(shù)高>胸徑。

        由表7 可知,入選的5 個(gè)香椿優(yōu)良家系造林第2 年胸徑、樹(shù)高和材積的現(xiàn)實(shí)遺傳增益均值分別為6.90%、7.17%和19.90%,遺傳增益均值分別為5.80%、5.31%和15.72%。家系13、15 胸徑的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為8.46%和7.11%;家系13 樹(shù)高的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為14.65%和10.84%;家系13 材積的現(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益最大,分別為31.79%和25.12%?,F(xiàn)實(shí)遺傳增益和遺傳增益均表現(xiàn)為材積>樹(shù)高≈胸徑。

        3 討論與結(jié)論

        選用廣西33 個(gè)香椿優(yōu)樹(shù)的半同胞子代在廣西南寧市營(yíng)建試驗(yàn)林,結(jié)果表明,不同家系間造林1、2 a 的樹(shù)高、胸徑和材積都存在極顯著差異,與代銳等[6]和肖興翠等[7]研究結(jié)論一致;香椿造林1 年的生長(zhǎng)指標(biāo)優(yōu)于張海燕等[9]研究中香椿造林4 a 的生長(zhǎng)指標(biāo),造林2 a 的生長(zhǎng)指標(biāo)優(yōu)于代銳等[6]和胡繼文等[11]研究中香椿造林3 a 的生長(zhǎng)指標(biāo),可能原因?yàn)閺V西氣候土壤等條件更有利于香椿速生。香椿造林1~2 a,材積的增長(zhǎng)率最大,其次為樹(shù)高,再次為胸徑;家系效應(yīng)均表現(xiàn)為樹(shù)高>材積>胸徑,與木荷的一致[21]。本研究中,香椿造林1、2 a 樹(shù)高、胸徑、材積的表型變異系數(shù)與代銳等[6]和肖興翠等[7]相似;表型變異系數(shù)均大于遺傳變異系數(shù),與歐陽(yáng)天林等[21]對(duì)木荷家系的研究一致,這有利于香椿優(yōu)良家系的選擇;材積的表型變異系數(shù)和遺傳變異系數(shù)均大于樹(shù)高和胸徑,而遺傳變異系數(shù)高往往帶來(lái)較大的選擇響應(yīng)[25],說(shuō)明材積選擇的潛力最大。

        本研究中,香椿造林1、2 a 樹(shù)高、胸徑和材積的單株遺傳力在 0.28~0.60,家系遺傳力在0.74~0.84,家系遺傳力大于單株遺傳力,這與在木荷[21]、樟樹(shù)家系[26]上的研究結(jié)果相似,說(shuō)明香椿的樹(shù)高、胸徑和材積受到較強(qiáng)的遺傳控制,這有利于香椿優(yōu)良家系的選擇。

        本研究采用育種值評(píng)估法最終以15%的入選率,選出造林1 和2 a 重復(fù)入選的5 個(gè)優(yōu)良家系,分別為13、15、6、16、26,其中家系13 的表現(xiàn)最好,生長(zhǎng)指標(biāo)(除第一年胸徑外)的遺傳增益均排在第一。優(yōu)良家系造林1 年的胸徑、樹(shù)高、材積的遺傳增益均值分別為 7.60%、10.30%、24.06%,造林2 年的的胸徑、樹(shù)高、材積的遺傳增益均值分別為5.80%、5.31%、15.72%,說(shuō)明優(yōu)良家系具有良好的遺傳改良潛力。本研究選出的香椿優(yōu)良家系生長(zhǎng)性狀的遺傳增益均值低于代銳等[6]和肖興翠等[7]的,其原因?yàn)楸狙芯恐袃?yōu)良家系的入選率較大,導(dǎo)致選擇差較小,遺傳增益較小。

        本研究中的試驗(yàn)林尚處于幼齡階段,早期選擇可能存在不穩(wěn)定性,需繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)林進(jìn)行觀測(cè),才能做出更全面的評(píng)價(jià)研究。

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