尾巨桉雜種F1代紙漿材材質(zhì)性狀和化學(xué)組分遺傳分析

（中國林業(yè)科學(xué)研究院 a.熱帶林業(yè)研究所；b.熱帶林業(yè)研究國家林業(yè)和草原局重點實驗室，廣東 廣州 510520）

隨著我國木材加工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)對木材資源的需求增多，而材種供需的不平衡使國內(nèi)每年需要進(jìn)口大量原木、鋸材和紙漿。預(yù)計到2020年，我國的紙漿需要量將達(dá)11 000 萬t，國內(nèi)紙漿生產(chǎn)總量為8 000 萬t 左右，進(jìn)口紙漿消耗量預(yù)計會達(dá)到3 000 萬t，是2012年進(jìn)口紙漿量的2 倍[1]。桉樹人工林作為我國南方主要的工業(yè)用材林之一，為了填補(bǔ)國內(nèi)木材供應(yīng)缺口，選育速生、優(yōu)質(zhì)的桉樹良種仍是桉樹改良育種的首要目標(biāo)。

材質(zhì)性狀中木材基本密度、纖維長寬比及化學(xué)組分的纖維素含量和木質(zhì)素含量是制漿的重要性狀[2]。桉樹木材基本密度影響制漿的產(chǎn)量[3]；纖維長寬比較大的木材決定紙品的質(zhì)量；化學(xué)組分中纖維素含量影響紙漿得率，木質(zhì)素含量的高低決定了化學(xué)藥品使用量和污染負(fù)荷。有研究表明木材基本密度[3-4]、纖維特性[5]和木材化學(xué)組分[6]在不同樹種間、同一樹種不同種源和家系間存在顯著的遺傳差異，這為材質(zhì)性狀的遺傳改良提供了較大空間。然而有關(guān)桉屬種間雜交育種、雜種F1子代達(dá)到成熟時其材質(zhì)遺傳變異規(guī)律的研究較少且報道不多。同時，桉樹雜交制種常因親本樹花期不遇等限制，交配設(shè)計多數(shù)采用了不完全的交配設(shè)計[7-8]，導(dǎo)致F1子代測定對雜種性狀的遺傳分析不夠深入。

本研究以尾葉桉×巨桉雜種F1子代為材料，采用完整析因交配產(chǎn)生的36 個雜種子代，分析其木材基本密度、纖維特性和化學(xué)組分的遺傳變異和雙親效應(yīng)，評選優(yōu)良雜種，為今后尾葉桉、巨桉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)雜交育種的親本選配和新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗設(shè)計

試驗林位于廣東省江門市新會區(qū)羅坑鎮(zhèn)（112°52′E，22°22′N），屬南亞熱帶季風(fēng)氣候并伴有臺風(fēng)，該地為低山丘陵的崩崗地，坡向為西南坡，坡度5°～10°。2005年8—10月，以尾葉桉為母本、巨桉為父本，采用6×6 析因交配設(shè)計獲得36 個組合雜種（表1）。于2007年4月造林，試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，以尾葉桉自由授粉家系作為對照，單行5 株小區(qū)處理，6 次重復(fù)。母本尾葉桉來自中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所建立的2.5 代核心育種群體優(yōu)良無性系，父本巨桉的花粉收集于福建漳州引種種源/家系試驗林的優(yōu)良單株。

表1 尾葉桉與巨桉6×6 交配設(shè)計的交配列陣Table 1 Reciprocal crosses design among six Eucalyptus urophylla and six E.grandis parents

1.2 材質(zhì)性狀及化學(xué)組分的測定

124 個月（10.3年生）時，5 株小區(qū)中選取2株平均木，沿南北方向在胸徑處用內(nèi)徑5 mm 的生長錐鉆取木芯。測定木材基本密度和纖維特性等材性指標(biāo)。木材基本密度采用排水法測定，木芯經(jīng)過離析后，采用纖維質(zhì)量分析儀（FQA-code IDAO2）測定纖維長和纖維寬。在6 個重復(fù)中選擇4 個重復(fù)的樣品測定木材的化學(xué)組分。在樣木朝南1.3 m 處取木質(zhì)部3 cm 深處木塊，經(jīng)過打磨至均勻的木材粉末，將粉末過篩，取過40 目不過60 目中間試材為樣品，經(jīng)丙酮抽提后取絕干樣品0.1 g，加入1.5 mL 72%硫酸（H2SO4），充分?jǐn)嚢韬蠹尤?6 mL 的去離子水，放置高壓滅菌鍋120 min，使用G3 坩堝進(jìn)行抽濾，并將坩堝放置105 ℃烘箱烘6 h，烘干坩堝前后質(zhì)量差為不溶木素的含量，抽濾得到的溶液使用紫外分光光度計測量酸溶木素含量，剩余溶液使用5 mol/L 的NaOH 調(diào)至中性，使用戴安離子色譜ICS3000 型測量糖類含量，纖維素含量可以用聚葡萄糖的量代表，半纖維素含量為聚阿拉伯糖、聚半乳糖、聚木糖以及聚甘露糖4 種聚糖的總量[9-10]。

1.3 統(tǒng)計分析及遺傳參數(shù)估算

采用單地點混合線性模型對各性狀進(jìn)行限制性最大似然法分析：

式中：Yijk為i母本和j父本的子代在k區(qū)組內(nèi)的觀測值；μ為總體平均值；Fi為母本i的效應(yīng)值，E(Fi)=0，Var(Fi)=σ2f；Mj為父本j的效應(yīng)值，E(Mj)=0，Var(Mj)=σ2m；(FM)ij為母本i和父本j的交互效應(yīng)值，E((FM)ij)=0，Var((FM)ij)=σ2fm；Bk為區(qū)組k的固定效應(yīng)值，E(Bk)=0，Var(Bk)=σ2B；公式中eijk是區(qū)組k內(nèi)母本i和父本j的小區(qū)平均值的隨機(jī)誤差。

母本效應(yīng)(σ2f)、父本效應(yīng)(σ2m)、加性遺傳方差(σ2A)、顯性方差(σ2D)、加性方差(σ2A)、遺傳方差(σ2G)、母本的單株狹義遺傳力(h2f)、父本的單株狹義遺傳力(h2m)、單株狹義遺傳力(h2)、父本家系遺傳力(h2mF)、母本家系遺傳力、雜種家系遺傳力計算公式參考文獻(xiàn)[11]。

雜交力的估算通過以下模型進(jìn)行分析：Ygk=μ+gi+gj+sij；親本Pi的一般雜交力：親本Pj的一般雜交力：親本Pij的特殊雜交力：式中Pi表示母本i；Pj代表父本j；gi和gj代表親本的一般雜交力效應(yīng)；Sij代表特殊雜交力效應(yīng)。

雜種性狀間的遺傳相關(guān)系數(shù)(rG)和表型相關(guān)系數(shù)(rP)的估算參考朱映安等[11]的計算方法，公式如下：

應(yīng)用R 語言對材質(zhì)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行F 檢驗，采用ASReml-R[12]軟件對尾葉桉與巨桉雜種子代的材質(zhì)性狀進(jìn)行遺傳參數(shù)估算。

1.4 綜合指數(shù)的選擇

采用選擇指數(shù)公式：

式中：Ii是雜種聚合性狀指標(biāo)值[13-14]，并采用等權(quán)法進(jìn)行估算；wn為第n個性狀的權(quán)重；h2n為第n性狀的遺傳力；pn為第n個性狀的表型值。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜種及對照的材性和化學(xué)組分描述性統(tǒng)計分析

尾葉桉×巨桉雜種材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的統(tǒng)計均值見表2。由表2可知，雜種除木材基本密度和木質(zhì)素含量的平均值均小于母本尾葉桉半同胞子代（對照），其纖維長、纖維寬、纖維長寬比、纖維素含量以及半纖維素含量均大于對照，因木質(zhì)素含量為負(fù)向選擇指標(biāo)，統(tǒng)計結(jié)果表明雜種除木材基本密度略低母本對照外，其他材質(zhì)和化學(xué)組分均優(yōu)于對照。表明通過尾葉桉和巨桉進(jìn)行種間雜交育種，可為纖維長和木材化學(xué)組分提供一定的改良成效。

表2 雜種F1 材質(zhì)性狀和木材化學(xué)組分的表現(xiàn)Table 2 Performance of different progenies over wood traits and chemical composition

2.2 材質(zhì)性狀的差異性分析

表3方差分析結(jié)果表明，纖維寬在組合和父本間均達(dá)到了顯著差異（P＜0.05），其他性狀在組合和父本間的差異均不顯著。木材基本密度、纖維長、纖維寬、纖維素含量以及木質(zhì)素含量在母本間達(dá)到了顯著或極顯著差異（P＜0.01），且木材基本密度、木質(zhì)素含量和半纖維素含量在區(qū)組間呈極顯著差異。表明試驗地不同重復(fù)間立地差異對材質(zhì)性狀有一定影響，這也表明需要進(jìn)一步安排多個地點試驗。

2.3 遺傳方差分量及遺傳力

雜種材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的方差分量、遺傳變異系數(shù)及遺傳力（表4）顯示，木材基本密度、纖維長、纖維寬、纖維素和半纖維素含量的母本加性方差（σ2Af）高于父本加性方差（σ2Am），木質(zhì)素含量的母本加性方差低于父本加性方差。除木材基本密度外，其他材質(zhì)性狀和化學(xué)組分均以加性效應(yīng)占主導(dǎo)地位。雜種材質(zhì)性狀和化學(xué)組分母本加性變異系數(shù)普遍高于父本加性變異系數(shù)，加性變異系數(shù)普遍高于顯性變異系數(shù)。

表3 尾巨桉雜種F1 代的材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的方差分析?Table 3 Variance analysis of F1 hybrids from Eucalyptus urophylla×E.grandis for wood traits and chemical composition

表4 尾巨桉雜種F1 材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的方差分量、遺傳變異系數(shù)及遺傳力?Table 4 Components of genetic variance, genetic variance coefficient and heritability for wood traits and chemical composition of F1 hybrids from Eucalyptus urophylla×E.grandis

雜種材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的單株遺傳力小于家系遺傳力（h2＜h2F）。雜種材質(zhì)性狀和木材化學(xué)組分的雜種家系遺傳力范圍分別為0.367～0.788 和0.418～0.807，呈高度-中度遺傳控制；其單株遺傳力的范圍分別為0.032～0.187和0.039～0.208，呈中度-低度遺傳控制；材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的母本遺傳力均高于父本遺傳力，呈現(xiàn)h2f＜h2＜h2m以及h2fF＜h2mF＜h2F的趨勢；表明雜種材質(zhì)性狀的母本遺傳效應(yīng)高于父本。

2.4 材質(zhì)指標(biāo)的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)分析

雜種材質(zhì)指標(biāo)的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)分析結(jié)果見表5，由表5可知?；久芏扰c纖維特性均呈遺傳負(fù)相關(guān)，并與纖維寬、纖維長寬比呈極顯著的表型正相關(guān)；基本密度與化學(xué)組分均呈遺傳負(fù)相關(guān)，并與木質(zhì)素含量呈顯著的表型正相關(guān)。纖維長寬比與化學(xué)組分中纖維素含量呈遺傳正相關(guān)，與半纖維含量和木質(zhì)素含量呈遺傳負(fù)相關(guān)，并與化學(xué)組分呈不顯著表型相關(guān)。

2.5 優(yōu)良親本評選

估算出材質(zhì)性狀和化學(xué)組分的一般雜交力（GHA）（表6），不同性狀指標(biāo)，其父母本的一般雜交力表現(xiàn)不一致，BD 的母本U2、U21、DU1 的GHA 為正值，以U21 為最高；父本G5、G10、G19 的GHA 均為正值，G10 最高；FL 的母本U2、U15、U21、DU1 的GHA 為正值，以U21為最高；父本G8、G9、G10 的GHA 均為正值，G9 最高；FW 的母本U21、DU1 的GHA 為 正值，以DU1 為最高；父本G5、G10、G19、G24的GHA 均為正值，以G5 為最高；C 的母本U2、U8、U15、U55、DU1 的GHA 為正值，U8 最高；父本G9、G24 的GHA 均為正值，G9 最高；HC的母本U2、U8、U55、DU1 的GHA 為正值，以U8 為最高；父本G8、G10、G19 的GHA 均為正值，G19 最高；L 是負(fù)向選擇指標(biāo)，L 的母本U15、U21、DU1 的GHA 為負(fù)值，以U21 為最低；父本G5、G8、G19 的GHA 均為負(fù)值，G5 最低。

表5 尾巨桉雜種F1 材質(zhì)指標(biāo)和化學(xué)組分間的遺傳、表型相關(guān)系數(shù)?Table 5 Genetic and phenotypic correlations (rA) for wood traits and chemical composition of F1 hybrids from Eucalyptus urophylla×E.grandis

表6 尾巨桉雜種F1 材質(zhì)材性和木材化學(xué)組分一般雜交力?Table 6 General hybridizing abilities (GHA) from F1 hybrids for the wood traits and chemical composition

2.6 優(yōu)良雜種選擇

采用多性狀綜合指數(shù)選擇，主要結(jié)合木材基本密度、纖維特性和化學(xué)組分，構(gòu)建雜種聚合性狀指數(shù)選擇模型：I=0.053BD+0.026FL+0.062FW+0.027(FL/FW)+0.065C+0.087HC-0.017L。通過計算，雜種的平均指數(shù)值I0=4.064，標(biāo)準(zhǔn)差為0.127，以I0加一個標(biāo)準(zhǔn)差為基準(zhǔn)篩選雜種組合，選擇標(biāo)準(zhǔn)為：I＞I0+δ。選擇結(jié)果如表7所示，共有6 個優(yōu)良雜種入選，入選雜種基本密度、纖維寬、纖維素含量及木質(zhì)素含量的平均表現(xiàn)均優(yōu)于總體雜種均值，其他性狀的入選雜種表現(xiàn)略低于總體均值。在入選雜種中有2 個來自母本U8，有2 個來自母本DU1，2 個來自父本G5，2 個來自父本G9，母本U8、父本G5、父本G9 在各個性狀的GHA 表型不一致，穩(wěn)定性較差，故選擇DU1 為優(yōu)良母本。

表7 尾巨桉雜種選優(yōu)Table 7 Superior F1 hybrids from chemical composition Eucalyptus urophylla×E.grandis

3 討 論

前人研究結(jié)果表明，桉樹材質(zhì)性狀的加/顯性效應(yīng)比值在不同研究中結(jié)果不一[11,15-19]。Volker等[17]以6年生藍(lán)桉、亮果桉及其雜交種為研究材料，木材基本密度顯性效應(yīng)與加性效應(yīng)比值近似于零，但加性效應(yīng)高于顯性效應(yīng)，認(rèn)為加性方差為遺傳方差的主要貢獻(xiàn)者。朱映安等[11]采用完整的尾葉桉與赤桉析因交配設(shè)計雜種子代的材質(zhì)分析，其研究所用親本材料的母本與本研究母本是同一批次授粉材料，而父本卻是遺傳背景不同的赤桉，其尾赤桉雜種木材基本密度與纖維長的母本效應(yīng)低于父本效應(yīng)，纖維寬的母本效應(yīng)高于父本效應(yīng)，本研究結(jié)果與其不一致；但雜種木材基本密度的加性效應(yīng)小于顯性效應(yīng)，且兩者相差較小，本研究結(jié)果與其一致，其可能原因是雜種母本經(jīng)過2.5 代生長性狀選擇和父本材料不同，導(dǎo)致雜種子代的材質(zhì)性狀加性遺傳變異或狹義遺傳力變小。陳升侃等[19]研究成果表明，尾細(xì)桉雜種的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的顯性效應(yīng)在單點和跨地點的狹義遺傳力小，本研究結(jié)果與其結(jié)果不一致，原因可能是種間雜交因父母本選配、測定林樹齡和地點的不同，影響了顯性方差與加性方差的比值[8,18-20]。同時，尾細(xì)桉雜種的木材基本密度加性效應(yīng)高于顯性效應(yīng)，本研究結(jié)果也與其相反。目前，不同桉樹及其雜種的材質(zhì)性狀和化學(xué)組分間相關(guān)關(guān)系沒有一致的結(jié)論，這可能是因樹種、樹齡和環(huán)境之間的差異引起。此外本研究結(jié)果來自單點雜種測定林，對材質(zhì)性狀和化學(xué)組分分析存在一定的影響和局限性，今后尚需開展多地點測定及取樣分析。

4 結(jié) 論

尾巨桉雜種F1材質(zhì)及化學(xué)組分的遺傳測定結(jié)果表明，雜種木材基本密度、纖維長、纖維寬、纖維素含量、半纖維素含量的母本效應(yīng)均高于父本效應(yīng)；除基本密度外，其余的加性效應(yīng)占主導(dǎo)作用。雜種化學(xué)組分加性效應(yīng)高于顯性效應(yīng)，木素含量父本效應(yīng)高于母本。結(jié)合GHA、SHA 和綜合指數(shù)選擇法，篩選出1 個優(yōu)良母本DU1，6 個優(yōu)良雜種分別為U8G5、U8G9、U15G5、U55G19、DU1G9 和DU1G24。