白桦四倍体与二倍体杂交的亲本配合力分析.pdf
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1、doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220704白桦四倍体与二倍体杂交的亲本配合力分析*董琳琳1张国成2刘立辉3计家宝1白向东1顾宸瑞1姜静1刘桂丰1(1.东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室哈尔滨 150040;2.永吉县国有林总场吉林 132100;3.永吉县西阳苗圃吉林 132100)摘要:【目的】基于白桦四倍体与二倍体杂交产生的子代(三倍体)测定分析结果,选出生长与材质性状兼优的杂交优势亲本及组合,为种子园的亲本选配提供理论依据。【方法】以白桦测交系交配设计获得的 40 个杂交组合 10 年生杂种试验林为研究对象,测定各杂交组合的生长、材性和保存率等性状,利
2、用 SPSS22.0、WinNC等软件对各性状进行方差、配合力及效应值分析,采用隶属函数法并结合主成分分析综合评价各性状,选择杂交优势亲本及组合。【结果】1)不同亲本杂交组合间的生长、材性和保存率等性状方差分析显示(除木材密度和保存率性状外),7 个性状的组合间方差、配合力方差均达显著或极显著水平;7 个性状的变异系数在 6.34%55.29%之间,广义遗传力和狭义遗传力分别在 38.83%73.72%和 22.23%68.48%之间,其中部分性状家系间变异较大、遗传能力较强。2)树高、胸径、材积、木质素含量和纤维长宽比 5 个性状的一般配合力(GCA)效应以及特殊配合力(SCA)效应差异均达
3、显著或极显著水平。双亲的加性效应对胸径、材积等生长性状以及纤维素、半纤维素、纤维长宽比等材质性状具有明显影响,母本的加性效应远大于父本,且占主导地位,各性状中母本的方差分量在 43.11%94.15%之间,父本在 04.86%之间。由特殊配合力效应分析发现,SCA 仅对木质素含量和树高的控制较强,分别为 52.03%和 44.55%。3)根据亲本及杂交组合间各性状配合力效应值,采用隶属函数并结合主成分分析对各亲本及组合进行综合评价发现,父本 F4、F7 和 F10 为优异父本,Q19 和 Q103 为生长或木材纤维性状的优异母本,其中 Q103 的材积遗传增益达 8.60%。选择 Q33F1、
4、Q103F10、Q13F12 和 Q19F11 为生长或纤维性状的优异杂交组合,其中 Q33F1 和 Q103F10 组合的材积遗传增益分别为 16.33%和 15.62%。【结论】白桦母本加性效应为本研究性状表现的主要贡献者;依据白桦三倍体家系生长、材性的各配合力效应值,最终选出优异父本 3 个(F4、F7 和 F10)、母本 2 个(Q19 和 Q103),优良杂交组合 4 个(Q33F1、Q103F10、Q13F12 和 Q19F11)。关键词:白桦;三倍体;测交系交配设计;配合力分析中图分类号:S792.15文献标识码:A文章编号:10017488(2023)09007510Paren
5、tal Combining Ability for Growth and Wood Property of Hybrids between Tetraploid andDiploid Betula platyphyllaDong Linlin1Zhang Guocheng2Liu Lihui3Ji Jiabao1Bai Xiangdong1Gu Chenrui1Jiang Jing1Liu Guifeng1(1.State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding,Northeast Forestry UniversityHarbin 15004
6、0;2.Yongji County State-Owned Forest FarmJilin 132100;3.Xiyang Nursery in Yongji CountyJilin 132100)Abstract:【Objective】Based on the field trial on the triploid progeny produced from crossing between tetraploid and diploidbirches,several superior parents and their combinations were selected with exc
7、ellent growth and wood properties.This study aimsto provide a scientific basis for parent selection in establishing birch seed orchards.【Method】This experiment was conducted ina field trial forest of 10-year-old progeny of 40 full-sib families derived from different parental combinations.Tree height
8、(H),diameter at breast height(DBH),single tree volume,wood basic density,cellulose content,hemicellulose content,lignin content,fiber aspect ratio traits and retention rate of planted trees were measured respectively.SPSS 22.0 and WinNCII were used analyzevariance,general combining ability(GCA)and s
9、pecific combining ability(SCA)of each trait.Membership function and principalcomponent analysis(PCA)were also used to identify the best overall performance of parental combinations.【Result】1)Exceptthe traits of wood basic density and tree retention rate,the variance of parental combination,GCA and S
10、CA of remaining seventraits reached significant or extremely significant levels.The coefficient of variation of the seven traits ranged from 6.34%to 收稿日期:20221020;修回日期:20230403。基金项目:“十四五”国家重点研发计划项目(2021YFD2200105)。*刘桂丰为通讯作者。第 59 卷 第 9 期林业科学 Vol.59,No.92 0 2 3 年 9 月SCIENTIA SILVAE SINICAESept.,2 0 2
11、355.29%,and the broad-sense and narrow-sense heritability were between 38.83%73.72%and 22.23%68.48%,respectively.Some traits had significant variation and strong genetic ability among families,indicating that the selection opportunities wereexpected in this study.2)Further analysis on the seven trai
12、ts showed that the differences in the GCA and SCA effects of treeheight,DBH,volume,lignin content and fiber length/width reached significant or extremely significant levels.The additive effectof parents was significant on traits of DBH,volume,cellulose hemicellulose content and fiber length/width ra
13、tio.By comparing theadditive effect of maternal parent and paternal parent,it was found that the maternal parent had much greater effect on the observedtraits than the paternal parent effect.The variance component of maternal parent was 43.11%94.15%,while that of paternal parentwas 04.86%.It was fou
14、nd that the lignin content and tree height traits were strong controlled by SCA effect only,whichaccounted for 52.03%and 44.55%,respectively.3)Based on the combined analysis of membership function and PCA with GCAand SCA effect,F4,F7 and F10 were selected as superior male parents and Q19 with Q103 a
15、s superior female parents for growthor wood fiber traits,of which the volume genetic gain of Q103 reached 8.60%.Q33F1,Q103F10,Q13F12 and Q19F11 wereselected as superior parental combinations,of which the volume genetic gain of Q33F1 and Q103F10 were 16.33%and 15.62%,respectively.【Conclusion】The main
16、 contributor to the performance of traits in this study is the additive effect of birch maternalparents.Based on growth and wood property measurements of birch triploid families and statistical analysis,three excellent maleparents,two female and four superior parental combinations have finally been
17、selected.This study provides a scientific basis forthe establishing next generation birch seed orchard.Key words:birch;triploid;tester mating design;combining ability analysis 在林木传统育种方法中,杂交育种是最有成效的一种,目前生产上广泛推广的很多林木优良品种均是采 用 该 方 法 获 得 的(Bai et al.,2019;Brennan et al.,2020)。通过杂交创造优良家系和新品种的先决条件是科学选配亲本组
18、合,研究并了解不同亲本在各杂交组合中的实际表现已成为杂交育种的关键环节(张爱民,1994)。亲本组合能力主要通过杂种子代重要目标 性 状 计 算 亲 本 的 一 般 配 合 力(general combiningability,GCA)和特殊配合力(specific combining ability,SCA),依据 2 种配合力分析,既可评价种子园亲本,也可作为留优去劣的依据,为高世代遗传改良提供理论依据(刘青华等,2011)。白桦(Betula platyphylla)具有生长速度快、适应性强、材质细致、颜色洁白等特点,是生产单板类人造板材及纸浆材的重要用材树种之一(杨传平等,2004)。
19、第九次全国森林资源清查结果显示,白桦蓄积达10.33 亿 m3,位列乔木树种的第二名(张建龙,2019),但该树种几乎为天然林,木材产量和质量尚需提高。国家早在 20 个世纪 90 年代将白桦列为科技攻关树种,相继开展了选择育种、杂交育种、倍性育种、基因工程育种以及培育技术等研究(宁坤等,2015;李贵雨等,2016;Yang et al.,2000;王成等,2011;Huang et al.,2014;Yang et al.,2015;Zhang et al.,2015;Li et al.,2016),其中,白桦倍性育种始于 2004 年,在优良四倍体选择的基础上,将其与二倍体定植于温室大棚
20、内,营建了三倍体制种园(Mu et al.,2012a;刘宇,2016;刘福妹等,2013),随着园中母树陆续开花结实,先后开展多次四倍体与二倍体的杂交,也对其子代即三倍体家系进行了测定和评价(Mu et al.,2012b;刘超逸等,2017;刘宇等,2014;2015)。2010、2011 年按测交系交配设计,开展不同倍性亲本间杂交,并分别营建了三倍体家系试验林,前期针对部分家系的苗高和地径生长量进行亲本一般配合力和特殊配合力效应值分析,初步选出具有较强优势的四倍体母本及杂交组合(Xu et al.,2016;林琳等,2012)。目前,上述家系试验林树龄已达10 年,其生长和木材性状表现稳
21、定,苗期选出的亲本及杂交组合如今表现尚不知晓。鉴于此,本研究以2011 年杂交子代试验林为对象,调查其生长性状和保存率,测定其主要材质性状,根据各性状的配合力效应值再次评价杂交亲本及组合的优劣,以期为后续三倍体制种园的改建或重建提供依据。1材料与方法 1.1试验材料与设计2011 年,以 4 株白桦四倍体为母本、10 株白桦二倍体为父本,按测交系交配设计进行控制授粉杂交;2012 年早春,在塑料棚内分家系育苗,共获得 40 个家系苗木;2013 年,送往黑龙江省尚志市帽儿山镇东北林业大学实验林场进行造林试验。试验按照完全随机区组设计,设 4 个区组,区组内各小区分别定植不同家系子代 20 株,
22、双行排列,株行距 2 m 2 m。林场地理坐标为 12754E、4538N,年均温 2.4,年降水76林业科学59 卷 量 700 mm,无 霜 期 120 天,土 壤 类 型 为 暗 棕 壤。1.2性状调查与统计分析方法 1.2.1生长性状调查2021 年秋季进行每木调查,采用塔尺和胸径尺测量树高和胸径,单株材积根据白桦二元材积表公式 V=0.000 051 935 163 D1.858 688 4 H1.003 894 1计算(宁坤等,2015),家系保存率按各区组内各家系的实际保存株数计算。1.2.2主要材质性状测定1)取材:在试验林区组中取材,依据每个家系的树高、胸径均值各选取10 株
23、平均木,分别在树干南侧 1.5 m 高处截取基部直径约 2 cm、长度 20 cm 的一段侧枝带回实验室,将 10株平均木的侧枝按 3、3、4 株的比例分为 3 组(3 次重复)。采用壁纸刀去树皮后分别从侧枝基部起截取长约 4 cm 木段用于纤维长、宽测定;截取中间 10 cm 木段用于纤维素、半纤维素及木质素含量测定;截取上部 4 cm 木段用于木材密度测定。2)纤维长、宽测定:参考穆怀志等(2009)研究方法,材料离析后利用 ZEISS 光学显微镜进行测量。首先,将木芯由髓心向外切削 3 mm 宽木片,劈成火柴杆粗细的细条,用体积分数 10%的硝酸和质量分数10%的铬酸等体积混合浸泡材料,
24、浸泡 4 h 后用清水清洗数次,用蓝色试纸检查确认酸液彻底清洗干净,接着用吸管吸取少量材料均匀分散于载玻片上,覆上盖玻片,在 ZEISS 光学显微镜(10)下分别测量纤维长、宽。每个家系共测定 100 条纤维。3)纤维素、半纤维素和木质素含量测定:采用硫酸蒽酮比色法测定纤维素含量,采用盐酸水解法测定半纤维素含量,采用浓硫酸法测定木质素含量(金冬雪,2021)。1.2.3数据统计分析采用 SPSS 22.0 软件对杂交组合间各性状进行方差分析,单位为百分数的性状在方差分析前进行反正弦转换;依据线性回归分析模型,利用 WinNC(童春发等,2013;2014)软件对各性状进行亲本配合力分析,其中配
25、合力方差分析采用模型(固定模型),遗传方差分量和遗传力采用模型(随机模型)(表 1);应用隶属函数法对杂交亲本进行多性状综合评价和选择;测定入选优良杂交亲本及组合的遗传增益。表 1配合力方差分析模型Tab.1Analysis of variance model of combining ability变异来源Source of variation自由度 DF均方MS期望均方 Expected mean square模型 Model I模型 Model 母本一般配合力GCA of female parentsn11MF2e+bn2 2F2e+b2MF+bn2 2F父本一般配合力GCA of ma
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