短枝木麻黄半同胞家系苗期遗传变异及选择.pdf
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1、热带作物学报 2023,44(8):15961604 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-06-21;修回日期 2022-09-06 基金项目 福建省属公益类科研院所基本科研专项(No.2021R1010007);中央引导地方科技发展专项(No.2021L3017);福建省林业种苗科技攻关七期项目(No.ZMGG-0704)。作者简介 徐惠昌(1998),男,硕士研究生,研究方向:沿海防护林与森林培育。*通信作者(Corresponding author):尤龙辉(YOU Longhui),E-mail:。短枝木麻黄半同胞家系苗期遗传变异及选
2、择 徐惠昌1,2,聂 森1,余锦林1,2,尤龙辉3*,叶功富1,张航晓2,程分生1,2,苏亲桂4 1.福建省林业科学研究院,福建福州 350012;2.福建农林大学林学院,福建福州 350002;3.福州市林业局,福建福州 350007;4.福建省惠安赤湖国有防护林场,福建泉州 362131 摘 要:为探究短枝木麻黄半同胞家系苗期生长与分枝性状遗传变异规律,初步筛选优良种质,以 40 个短枝木麻黄半同胞家系 1 年生幼苗为材料,对其苗高、地径、干重、根冠比、侧枝数、侧枝角和侧枝长等 7 个性状进行遗传分析;通过聚类分析和布雷金多性状综合评价法,进行优良家系选择。结果表明,短枝木麻黄半同胞家系苗
3、期生长与分枝性状变异丰富,7 个性状在家系间差异均达到极显著水平;各性状家系遗传力变化范围为 0.360.83,受中度或强度遗传控制。以 10%入选率,选出 4 个优良家系,分别为 3-265、5-373、1-266 和 2-343 家系,入选家系苗高、地径、干重、侧枝数和侧枝长的现实增益分别为 21.14%、19.10%、41.83%、19.97%和 18.88%,遗传增益分别是 17.55%、15.66%、29.70%、15.57%和 15.10%,选择效果较为显著。短枝木麻黄幼苗在家系间具有很大的选育潜能,本研究选择出的优良家系既丰富了短枝木麻黄优良种质资源,也为后续短枝木麻黄遗传改良和
4、林分营建提供了较好的种质材料。关键词:短枝木麻黄;半同胞家系;遗传变异;苗期选择 中图分类号:S722.5 文献标识码:A Genetic Variation and Selection of Casuarina equisetifolia Half-sib Families at Seedling Stage XU Huichang1,2,NIE Sen1,YU Jinlin1,2,YOU Longhui3*,YE Gongfu1,ZHANG Hangxiao2,CHENG Fensheng1,2,SU Qingui4 1.Fujian Academy of Forestry Science
5、s,Fuzhou,Fujian 350012,China;2.Forestry College,Fujian Agriculture and Forestry Uni-versity,Fuzhou,Fujian 350002,China;3.Fuzhou Forestry Administration,Fuzhou,Fujian 350007,China;4.Chihu State-owned Protective Forestry Farm in Huian County,Quanzhou,Fujian 362131,China Abstract:In order to explore th
6、e growth and branching genetic variation of Casuarina equisetifolia half-sib families at seedling stage,the annual seedlings of 40 half-sib C.equisetifolia families were used as the materials.Genetic analysis was carried out on seven traits:seedling height,ground diameter,dry weight,root shoot ratio
7、,number of lateral branches,angle of lateral branch,and length of lateral branch.At the same time,cluster analysis and multi-trait com-prehensive evaluation method were used to select excellent families.The results showed that the growth and branching traits of C.equisetifolia half-sib families at s
8、eedling stage varied widely,and the differences of the seven traits among families reached extremely significant level.The family heritability of the growth and branching traits ranged from 0.36 to 0.83,which were controlled by moderate or strong inheritance.Four excellent families,3-265,5-373,1-266
9、 and 2-343,were selected at a 10%selection rate.The real gains of seedling height,ground diameter,dry weight,number of lateral branches and length of lateral branches of the selected families was 21.14%,19.10%,41.83%,19.97%and 18.88%,respectively.The genetic gains were 17.55%,15.66%,29.70%,15.57%and
10、 15.10%,respectively.The effect of 第 8 期 徐惠昌等:短枝木麻黄半同胞家系苗期遗传变异及选择 1597 selection work was remarkable.C.equisetifolia seedlings have great breeding potential among families.The excellent families selected in this study not only enrich the excellent germplasm resources of C.equisetifolia,but provide b
11、etter germplasm materials for the subsequent genetic improvement and forest construction of C.equisetifolia.Keywords:Casuarina equisetifolia;half-sib family;genetic variation;seedling selection DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.08.009 短枝木麻黄生长迅速,具有良好的抗风沙、耐旱及耐盐碱等特性,是我国东南沿海沙地最重要的生态防护树种之一1-2。20 世纪 80 年代
12、营造的木麻黄防护林,因林分逐渐衰退更新,而被短枝木麻黄优良无性系惠 1、闽平 2 号、木麻黄粤501 等无性系所替代,但是由于无性系品种来源单一、种质资源贫乏、遗传基础狭窄,导致林分抗性下降、易感病虫害等问题逐渐凸显,木麻黄防护林生态防护功能不断下降3-4。因此,木麻黄实生种子苗所具有的生长期长、根系发达、抗性强等优点得到相关研究者、林业生产和管理单位重新审视和重视。“有性选育,无性利用”是木麻黄遗传改良的指导方针5-6。我国自 20 世纪 80 年代中期,以中澳、中法等国际合作项目为契机,先后引进短枝木麻黄不同地区国际种源 73 个7,并于福建、广东和海南等地建立了多个种源试验点,从而揭开了
13、国内短枝木麻黄种源试验的序幕,并对其遗传变异规律进行了较为全面、系统的研究,选育出了多用途的优良种源2。但是,关于短枝木麻黄优良家系遗传选育的研究却较为滞后。傅玉狮8于 1996 年,通过对 34 个短枝木麻黄半同胞家系的 11 年生子代测定林进行分析,结果表明其生长和抗性性状遗传变异丰富,并筛选出 8 个速生丰产的优良家系,其在一定程度上丰富了短枝木麻黄优良种质资源。然而,此后关于短枝木麻黄家系遗传改良育种工作的研究鲜有报道。亚群体层次(如家系层次)遗传改良相较于群体层次,可以消除后者对有益配子不平衡的负面效应,并避免加性基因方差的下降,提高子代育种值,林业发达国家在采用现代苗木生产技术的同
14、时,也正从种源层次的苗木培育逐步转为家系层次育种,以充分发挥亚群体层次遗传改良的潜在效益9。鉴于良种选育和苗木培育对发掘变异、研究变异、利用变异的要求,我国林木育种工作者对红皮云杉10、云南松11等树种进行了大量研究,并证实在苗期进行遗传改良选择,在提高林木良种选育效率、加速育种进程的同时,还可获得较高的增益。故本研究以 40 个短枝木麻黄半同胞家系 1 年生幼苗为研究对象,结合前人对短枝木麻黄的相关研究2,12,观测分析其苗期苗高、地径、干重、根冠比、侧枝数、侧枝角及侧枝长等生长与分枝性状的遗传变异,探寻短枝木麻黄家系层次的苗期遗传变异规律,以期为后续木麻黄科树种更好地开展家系层次遗传改良工
15、作提供参考依据。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试验地点 试验地位于福建省惠安赤湖国有 防 护 林 场 后 山 工 业 区(1185429E,245445N),平均海拔约 12 m。属南亚热带海洋性季风气候,干湿季明显,夏季多台风,秋冬盛行东北风,该区域年均气温为 20.7,年均降雨量 1029.0 mm,年均蒸发量达 2056.7 mm。试验地设在林场场部苗圃,基质土壤类型为沙壤土,肥力较低,日照充足。1.1.2 试验材料 2019 年 8 月,对短枝木麻黄国际种源试验林(5 年生)的表型性状进行观测分析,筛选出树高、胸径生长势及健康状况良好的优良母株进行采种、保存。2021 年
16、3 月取出种子,于林场苗圃进行播种育苗,共计培育 40 个短枝木麻黄半同胞家系(表 1)。2021 年 5 月,当幼苗长至 10 cm 左右时,按照完全随机区组设计,采用双列 10 株小区排列方式,将幼苗移栽至塑料营养钵(规格为 8 cm15 cm),一株一钵,基质为沙壤土,共 4 个区组(重复)。适时进行浇水、除草等常规育苗管理。1.2 试验指标观测 2022 年 3 月对短枝木麻黄 40 个半同胞家系幼苗的生长和分枝性状进行测定。测定指标包括苗高(SH)、地径(GD)、干重(WD)、根冠比(R/S)、侧枝数(LBN)、侧枝角(LBA)、侧枝长(LBL)等 7 个指标。其中苗高、地径分别采用
17、卷尺和电子游标卡尺进行测量;侧枝角和侧枝长则采用量角器和直尺进行测量。根据测量结果,1598 热带作物学报 第 44 卷 表 1 母株基本情况及种子来源 Tab.1 Basic situation of mother plant and seed source 母株种子来源 Seed source of mother plant 编号 No.家系 Family 树高 Tree hight/m 胸径 DBH/cm 地区 Region 经度 Longitude 纬度 Latitude 1 1-129 10.6 9.4 越南 Vietnam 10620E 1606N 2 1-130 9.7 8.7
18、越南 Vietnam 10620E 1606N 3 1-195 11.8 8.9 中国 China 11102E 2125N 4 1-205 10.3 8.9 中国 China 11059E 1958N 5 1-211 11.8 11.0 中国 China 11059E 1958N 6 1-266 10.7 9.5 泰国 Thailand 9827E 921N 7 1-301 11.3 10.1 泰国 Thailand 10037E 733N 8 1-32 9.2 9.5 印度 India 7920E 915N 9 1-30 9.8 8.5 印度 India 7920E 915N 10 2-1
19、94 9.2 9.1 中国 China 11102E 2125N 11 2-208 10.0 8.5 中国 China 11059E 1958N 12 2-32 11.2 8.5 印度 India 7920E 915N 13 2-343 11.8 9.8 贝宁 Benin 213E 624N 14 2-402 9.7 7.5 中国 China 10900E 2135N 15 3-210 11.0 9.2 中国 China 11059E 1958N 16 3-224 9.9 8.3 中国 China 11806E 2424N 17 3-24 10.5 8.3 印度 India 8606E 202
20、0N 18 3-265 11.9 10.7 泰国 Thailand 9827E 921N 19 3-52 10.3 9.5 印度 India 7920E 915N 20 3-80 11.7 10.7 印度 India 7920E 915N 21 3-78 9.7 8.5 印度 India 7920E 915N 22 4-128 9.6 8.5 越南 Vietnam 10620E 1606N 23 4-213 10.9 10.0 中国 China 11059E 1958N 24 4-383 8.9 10.1 所罗门 Solomon 15708E 807S 25 4-389 10.9 8.5 所罗
21、门 Solomon 15654E 807S 26 4-440 11.1 8.5 泰国 Thailand 10037E 733N 27 4-66 10.0 10.4 印度 India 7920E 915N 28 5-373 8.5 9.5 所罗门 Solomon 15708E 807S 29 5-218 9.9 8.3 中国 China 11059E 1958N 30 5-398 8.5 8.7 中国 China 10900E 2135N 31 5-335 9.3 8.6 贝宁 Benin 213E 624N 32 5-80 8.1 8.5 印度 India 7920E 915N 33 6-20
22、3 9.7 11.0 中国 China 11102E 2125N 34 6-205 9.8 8.9 中国 China 11059E 1958N 35 6-207 9.7 10.5 中国 China 11102E 2125N 36 6-216 9.5 9.5 中国 China 11059E 1958N 37 6-339 10.6 11.2 贝宁 Benin 213E 624N 38 6-341 10.4 9.5 贝宁 Benin 213E 624N 39 6-394 9.9 8.8 中国 China 10900E 2135N 40 6-445 11.6 11.0 泰国 Thailand 1003
23、7E 733N 计算各区组每个家系平均苗高和平均地径;各区组每个家系再随机选取 4 株幼苗,清理根部泥土后,分根、茎、小枝带回实验室,置于鼓风干燥箱中,105 烘至恒重并称重,计算根冠比=地下部分干重/地上部分干重。1.3 数据处理 采用 Excel 2020 和 SPSS 25.0 软件进行数据整理和统计分析;使用 R语言程序包“Halfsib MS”计算遗传参数13;利用 Origin 2021 进行聚类分析和增益柱状图的绘制。第 8 期 徐惠昌等:短枝木麻黄半同胞家系苗期遗传变异及选择 1599 1.3.1 生长与分枝性状遗传力、遗传变异系数、相关系数和增益的数学模型14-15 家系遗传
24、力22222/ffffbehbbn 式中,b 为区组数,n 为每家系定植株数,2f为家系方差分量,2fb为家系与区组互作方差分量,2e为误差方差分量。遗传变异系数CVGC=f/X100%式中,f为性状家系方差分量的平方根,X表示性状的平均值。表型相关系数22,PP xyPxPyCovx y 遗传相关系数22,GG xyGxGyCovx y 式中,,PCovx y为性状 x 与性状 y 间的表型协方差,2Px为性状 x 的表型方差分量,2Py为性状 y的表型方差分量;,GCovx y为性状 x 与性状 y 间的遗传协方差,2Gx为性状 x 的遗传方差分量,2Gy为性状 y 的遗传方差分量。现实增
25、益/rGS x100%遗传增益2/gGShx100%式中,S代表选择差,2h为遗传力,x 指代某一性状的均值。1.3.2 短枝木麻黄优良家系的选择 通过聚类分析和布雷金多性状综合评价法开展优良家系的综合选择。布雷金多性状综合评价法数学模型为16:1niija 式中,/iijjmaxa,ij为第i家系第j性状的平均值,jmax为所有家系第j性状的最优值。2 结果与分析 2.1 生长与分枝性状变异 由表2可知,7个苗期性状变异系数为18.40%86.06%,表明参试群体生长与分枝性状分化较明显。方差分析结果则显示,40个短枝木麻黄半同胞家系间苗期各生长和分枝性状差异均极显著(P0.01,下同),且
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