陳偉，孟夢，李江，劉永剛，馮弦

(云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201)

思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)是我國特有的一個速生針葉樹種，主要分布于云南南部，具有速生、適應(yīng)性強、材性優(yōu)良、松脂產(chǎn)量高等特點，圍繞思茅松已形成涵蓋林化、林紙、林板、林下經(jīng)濟等門類較全的林產(chǎn)業(yè)體系[1-2]。前期思茅松的研究主要服務(wù)于產(chǎn)業(yè)需求，圍繞苗木培育[3]、空間配置[4]、病蟲害防治[5]及科學(xué)經(jīng)營[6]等人工林培育技術(shù)開展，在遺傳改良方面起步較晚，20世紀90年代建成了第一個無性系初級種子園，但長期停滯于一代改良階段[7]，相較于進入第三代遺傳改良的杉木(Cunninghamialanceolata)[8-9]和全面進入第二代遺傳改良的馬尾松(Pinusmasonnianna)[10-11]等針葉樹種，具有較大的差距，已成為制約思茅松下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個重要因素。

常規(guī)的林木遺傳改良是一個長周期的過程，遺傳測定是其中的核心工作[12-13]。在一個林木育種計劃中，加性方差、遺傳力、遺傳相關(guān)、育種值等各種遺傳參數(shù)的精準估算是科學(xué)制定育種策略的重要依據(jù)[14]。子代測定是林木育種中使用較多的一種遺傳測定方法[15]，其中，半同胞子代測定在林木遺傳改良早期階段使用較多，在初級種子園經(jīng)營管理、二代種質(zhì)創(chuàng)制親本選擇及二代育種材料來源方面都發(fā)揮著巨大的貢獻。測定是為了更好地選擇，基于育種值的選擇以基因型進行性狀的選擇，能夠極大地提高選擇的效率和精確度，育種值無法直接觀測，需要通過表型性狀信息進行估算，育種值估算方法的不同可能導(dǎo)致預(yù)測精度的差異[16]。育種值估算的方法有很多[16]，從早期的小區(qū)平均值法，到20世紀中葉的選擇指數(shù)法，到現(xiàn)在使用較為廣泛的最佳線性預(yù)測法(BLP)和最佳線性無偏預(yù)測法(BLUP)，因地制宜的選擇評估方法有利于準確預(yù)估育種值。在針葉樹種遺傳改良實踐中，BLUP方法應(yīng)用較廣，該方法在群體規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)不平衡等條件下仍然能夠較為準確地估算育種值，其方法的可靠性在日本落葉松(Larixkaempferi)育種值的估算中得到了很好的驗證[16]?？茖W(xué)估算育種值、基于育種值開展性狀的選擇對于思茅松遺傳改良工作具有重要的意義。

應(yīng)用好前期試驗數(shù)據(jù)，科學(xué)制定長期的育種策略，是推動林木遺傳改良快速發(fā)展的關(guān)鍵工作[13，17]。思茅松一代改良材料的廣泛應(yīng)用，積累了大量的表型數(shù)據(jù)，如何利用好這些數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析，對前期遺傳改良的成效進行評估，更好地制定出針對思茅松樹種特性和現(xiàn)有基礎(chǔ)的長期育種策略，是當前思茅松遺傳改良工作中亟待解決的科學(xué)問題?；诖?，對2000年定植的思茅松半同胞子代測定林數(shù)據(jù)進行分析，科學(xué)評估參試材料及其親本的遺傳特性，基于育種值開展優(yōu)良遺傳材料的選擇，以期更好地服務(wù)于思茅松高世代遺傳改良工作。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于云南省普洱市思茅區(qū)南屏鎮(zhèn)(22°40′～22°44′N、100°50′～100°58′E)，氣候類型為南亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕季分明，具有優(yōu)越的水熱條件，年均氣溫 17.7 ℃，≥10 ℃ 有效積溫6 253.5 ℃，無霜期長達350 d，年均降水量 1 547 mm，年平均相對濕度 82%[18]，適宜發(fā)展熱區(qū)人工林。土壤類型為赤紅壤，地帶性的原生植被為季風(fēng)常綠闊葉林。造林前植被類型是以思茅松為主要成分的針闊混交林，主要喬灌木樹種有西南木荷(Schimawallichii)、麻櫟(Quercusacutissima)、云南黃杞(Engelhardiaspicata)、紅皮水錦樹(Wendlandiatinctoria)、西南山茶(Camelliareticulata)，草本植物主要有紫莖澤蘭(Ageratinaadenophora)、山紅稗(Carexbaccans)、野拔子(Elsholtziarugulosa)等。

1.2 試驗林設(shè)置情況

試驗林共40個家系參與測定，其中32個來源于西雙版納傣族自治州景洪市普文鎮(zhèn)思茅松無性系種子園，為普文測定點初步選出的優(yōu)良家系，8個為新測定的家系，其母本優(yōu)樹采用5株優(yōu)勢木對比樹法在普洱市和西雙版納州思茅松天然林中選出，以1個當?shù)厣唐贩N作對照。塑料容器育苗，選擇“百日苗”中的一級苗造林，隨機完全區(qū)組設(shè)計，5次重復(fù)，6株方形小區(qū)，株行距2 m×3 m，在試驗區(qū)的四周各設(shè)置一行保護帶，定植穴規(guī)格40 cm×40 cm×40 cm，每株底肥施復(fù)全肥150 g，定植當年9月和11月各除草一次，以后每年除草2次，連續(xù)撫育3年。

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析方法

1.3.1 表型數(shù)據(jù)測定

定植當年測定試驗林的保存率和生長情況，2006年對試驗林進行生長性狀調(diào)查，2022年再對試驗林開展調(diào)查，受前期自然災(zāi)害和人為因素的影響，試驗林保存率低于40%，缺數(shù)據(jù)不平衡較為嚴重，無統(tǒng)計價值，故僅以6 a生的數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析。

數(shù)據(jù)測定時，樹高數(shù)據(jù)采用激光測高儀測量，胸徑數(shù)據(jù)采用胸徑尺測定，單株材積按原林業(yè)部頒布的標準[19]公式①計算：

V=0.000 051 577 714D1.985 218×H0.920 350 96

①

1.3.2 遺傳參數(shù)估計

采用單株線性隨機效應(yīng)模型和限制性最大似然估計方法估算隨機效應(yīng)中的方差分量[20]。

y=μ+Xb+Z1f+Z2fb+e

②

②式中：y為觀測值向量，μ為家系性狀觀測值的平均值，b為固定的區(qū)組效應(yīng)，f為隨機的家系效應(yīng)向量，fb為家系與區(qū)組互作效應(yīng)向量，e為隨機的殘差，X、Z1、Z2分別為相對應(yīng)效應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣[14]。

利用似然比檢驗各方差組分的統(tǒng)計顯著性，利用泰勒級數(shù)展開法計算遺傳參數(shù)的標準誤[20]。

③

④

⑤

⑥

遺傳增益[21]：

⑦

表型相關(guān)系數(shù)(rp)，遺傳相關(guān)系(rg)數(shù)按公式⑧、⑨計算：

⑧

⑨

育種值通過BLUP法進行估算[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel進行數(shù)據(jù)的錄入和轉(zhuǎn)換，方差分析、遺傳參數(shù)和育種值的估算采用R軟件和ASReml-R包進行分析[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 半同胞家系間生長性狀的差異性分析

對參試的思茅松半同胞家系子代生長性狀進行統(tǒng)計(表1)，6 a生植株家系樹高、枝下高、胸徑和材積的平均值分別為6.16 m、1.78 m、9.00 cm和23.26 ×10-3m3，在生長性狀的變異性方面，材積的變異系數(shù)最大，達到了41.70%，枝下高和胸徑次之，樹高相對較小，但也超過了15%，觀測的4個表型性狀豐富的變異適宜開展遺傳分析和選擇。進一步的方差分析顯示，樹高、胸徑和材積在不同家系間的差異達到了極顯著的水平(P<0.01)。

表1 思茅松半同胞家系生長性狀的描述性統(tǒng)計

2.2 生長性狀的遺傳參數(shù)估算

對參試的思茅松半同胞家系子代生長性狀數(shù)據(jù)進行正態(tài)性分析，樹高、胸徑和材積數(shù)據(jù)的殘差值均符合正態(tài)性(圖1)，適宜使用線性隨機效應(yīng)模型進行后續(xù)分析。利用限制性最大似然估計方法對3個生長性狀中隨機效應(yīng)的方差分量進行估算(表2)。

圖1 子代生長性狀數(shù)據(jù)的正態(tài)分布

表2 半同胞家系生長性狀遺傳參數(shù)估算

樹高的表型變異系數(shù)和遺傳變異系數(shù)分別為15.29%和10.03%，胸徑的表型變異系數(shù)和遺傳變異系數(shù)均比樹高大，說明思茅松在幼齡林時其徑向生長的遺傳變異程度較高生長更大，差異更為豐富，開展胸徑選擇的價值相對于樹高也更大；單株材積性狀的遺傳變異較樹高和胸徑大，其表型變異系數(shù)和遺傳變異系數(shù)分別達到了41.73%和20.82%，是胸徑表型變異系數(shù)和遺傳變異系數(shù)的2.06倍和1.85倍。遺傳變異幅度越大，選擇潛力越大[12]，材積性狀更適宜作為遺傳選擇的性狀。

在遺傳力方面，樹高、枝下高、胸徑和材積的家系遺傳力均超過了0.4，分別達到了0.521、0.564、0.540和0.504，按遺傳力高低評判標準[12]，4個性狀的家系遺傳力均屬于高遺傳力，受較強的遺傳控制；樹高性狀的單株遺傳力0.430，屬于高遺傳力；枝下高、胸徑和材積的單株遺傳力分別為0.270、0.311和0.249，屬于中等遺傳力。

思茅松4個生長性狀在不同選擇強度下的遺傳增益(表3)顯示，生長性狀隨著選擇強度的降低，其遺傳增益相應(yīng)降低，樹高性狀在5%、10%和20%入選率條件下，遺傳增益分別可達到14.91%、12.66%和10.13%；鑒于較高的遺傳力，枝下高、胸徑性狀在入選率降低到20% 的情況下，遺傳增益仍然可以大于10%；而以材積作為生長性狀的主要選擇指標進行選擇，可獲得較好的遺傳增益，5%入選率的遺傳增益可達到30.47%，降低到20%的入選率后仍然可以獲得大于20.71%的遺傳增益，選擇效益較好。

表3 不同選擇強度下的遺傳增益

基于生長性狀的加性遺傳方差、兩兩性狀的協(xié)方差和誤差方差計算出了樹高、枝下高、胸徑和材積性狀間的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)關(guān)系(表4)。在遺傳相關(guān)關(guān)系上，4個性狀間均具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，而以材積與胸徑間遺傳相關(guān)系數(shù)最大，達到了0.981，材積與枝下高的遺傳相關(guān)系數(shù)最低，僅0.146；表型相關(guān)方面，4個性狀間也具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)在0.341～0.957之間，以材積與胸徑性狀間最大。

表4 不同生長性狀相關(guān)分析

2.3 優(yōu)良家系的選擇

鑒于材積性狀具有較高的遺傳變異系數(shù)和遺傳力，以材積性狀指標開展優(yōu)良家系的后向選擇，對40個參試家系材積性狀的均值、變異系數(shù)進行統(tǒng)計，采用BLUP(最佳線性無偏預(yù)測)法完成參試家系的育種值估算(表5)。思茅松不同家系6 a生植株材積均值的變幅為10.95×10-3～28.43×10-3m3，變異系數(shù)的變幅6.54%～83.30%，家系間和家系內(nèi)部都具有較大的變異幅度，其中有33個家系的材積均值超過了對照(20.45×10-3m3)。育種值是選擇育種中的重要參數(shù)[24]，以材積育種值為選擇指標，對參試家系的育種值進行排序，按10%的入選率，選擇出4個優(yōu)良家系，分別為06號、24號、35號和21號，入選家系材積均值較對照高30.93%～39.07%。

表5 半同胞家系材積變異與育種值估計

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

6 a生思茅松的樹高、胸徑和材積家系遺傳力均超過0.5，數(shù)值上與趙文書等[25]估算的遺傳力有差異，這與遺傳力為估算值有關(guān)，遺傳參數(shù)的估算不僅與測定材料自身的變異特性有關(guān)，還受試驗設(shè)計、立地條件、試驗林的管理、測定年齡及估算方法等許多因子的影響，是與特定群體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的一個動態(tài)函數(shù)[26]，但從遺傳力的強度劃分上，兩次估算出的6 a生思茅松3個性狀的遺傳力均屬于高遺傳力性狀，在幼齡林階段受到較高程度的遺傳控制，但其遺傳力是否會隨著林齡的增長而變化，尚有待進行連續(xù)觀測。

當兩個性狀存在相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)趨近于1時，間接選擇的效果能接近于直接選擇[12]。本研究在6 a生思茅松生長性狀中，胸徑和材積的遺傳相關(guān)性達到了極顯著，胸徑和樹高的遺傳相關(guān)性也達極顯著，這為間接選擇提供了可能。對于進入中齡林以后的思茅松測定林，當樹高指標不易獲得或是難以準確獲得時，可以用胸徑指標替代材積指標對材積進行間接選擇。

遺傳變異和選擇是林木育種的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。基于遺傳測定結(jié)果進行科學(xué)的選擇有利于最大程度的挖掘優(yōu)質(zhì)的遺傳材料。育種值是選擇育種中的重要參數(shù)，它是性狀表型值中遺傳效應(yīng)的加性效應(yīng)部分，它剔除了環(huán)境的影響，反映遺傳效應(yīng)的大小[12，16]。本研究基于BLUP法進行育種值估算與選擇，發(fā)現(xiàn)參試家系按表型數(shù)據(jù)均值進行的排序與按育種值進行排序存在差異，說明環(huán)境效應(yīng)對參試家系表型數(shù)據(jù)具有較大的影響，相較于以往研究中以表型數(shù)據(jù)進行的選擇，剔除環(huán)境效應(yīng)的選擇更為必要，以育種值進行思茅松遺傳材料的選擇能更好反映參試材料的遺傳效應(yīng)，有利于提高思茅松遺傳選擇的精確度。此外，研究基于育種值選出的思茅松優(yōu)良家系，還可用于指導(dǎo)種子園進行選擇性采種，在生產(chǎn)用種需求不大情況下，選擇性的采種用種能夠最大程度的提高遺傳增益。

在考慮經(jīng)濟和時間價值的前提下，采伐年齡的 25%～50%常被引用作為最佳選擇年齡[27]?；? a生半同胞子代測定林生長數(shù)據(jù)選出的優(yōu)良家系，可用于經(jīng)營目標為10-15 a的短周期工業(yè)原料林的建設(shè)。由于該子測林在后期保存率低，無科學(xué)統(tǒng)計的意義，按目前的標準，該子測林暫不能有效支撐優(yōu)良家系的決選工作。早期選擇是縮短林木育種周期的重要手段[28]。在針葉樹種方面，基于長期子測林數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，火炬松(Pinustaeda)材積最佳的早期選擇年齡為6 a[29]；趙奮成等[28]認為濕加松雜種(Pinuselliottii×P.caribaea)為選擇優(yōu)良家系作當代利用，最佳選擇年齡為3～4 a。速生的松樹開展早期選擇具有可行性，思茅松同樣具有速生特性，6 a生數(shù)據(jù)是否為可用于開展早期選擇，思茅松最佳選擇年齡是多少，有待其他子測林長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的支持，也是思茅松長期育種需要進一步完善的方向。

3.2 結(jié)論

6 a生思茅松半同胞家系子代測定林，樹高、枝下高、胸徑和材積性狀在不同家系間具有顯著的差異，樹高、枝下高、胸徑和材積4個生長性狀受中等以上的遺傳控制，單株遺傳力分別為0.430、0.270、0.311和0.249，材積性狀的遺傳變異系數(shù)相對較高，適宜作為家系選擇的主要性狀，在20%的入選率條件下，材積性狀仍然可以獲得大于20%的遺傳增益，基于材積育種值后向選擇出4個優(yōu)良家系，入選的優(yōu)良家系的材積均值較對照高30.93%～39.07%。