马尾松无性系苗期生长性状遗传多样性分析

王 胤 姚瑞玲

(广西壮族自治区林业科学研究院，南宁 530002)

马尾松 (Pinusmassoniana) 是我国南方主要的造林树种，对气候和环境的适应性较强，在广西、福建、云南、贵州、四川、浙江等全国17个省区均有引种栽培，广泛应用于建筑、造纸、化工和医药等领域，不但是优良的建筑用材，同时也是优良的造纸及人造纤维板原料，此外，其松脂还可用于生产松香、松节油等化工产品，在我国国民经济建设中发挥重要作用。多年来，我国对马尾松进行了系统和全面的研究，在遗传育种、森林培育等领域均取得了丰硕成果[1-3]，筛选出了大批优良种源和优良家系应用于生产造林[4]，但由于其育种周期和生长发育周期较长，遗传改良过程进展缓慢。国内很多学者开展了大量马尾松苗期研究工作，期望通过苗期测定来进行育种效果评价和开展初步选择[5-10]，以提升马尾松遗传改良工作效率，但以往研究大多数建立在种源或家系水平，涉及马尾松无性系特别是组培无性系苗期生长性状差异方面的研究较少。笔者通过多年深入研究，攻克了马尾松组培生根困难的难题并实现上山造林[11-15]，建立了马尾松组培无性系。本试验以0.5年生马尾松组培无性系苗木为研究对象，分析其苗期生长差异，旨在为早期选育马尾松优良无性系提供研究基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源及试验方法

在广西壮族自治区国有派阳山林场和宁明县桐棉乡国家优良地理种源桐棉种源优良林分内，按照优势木对比法，选择干形通直、无病虫害、生长良好的优势木共10株，分别编号采集穗条带回实验室培育组培苗。2017年7月，使用规格和育苗基质一致的无纺布育苗袋，分别在10个无性系组培苗中，选择培育时间和生长状况基本一致的幼苗，从实验室移植到育苗大棚内开展试验。试验期内所有苗木日常管护与常规生产相同。

试验在广西壮族自治区林业科学研究院生物技术研究所苗圃育苗大棚中进行，采用完全随机区组设计，10个无性系，每个无性系4次重复，每重复15株，于2017年12月底进行苗高、地径生长指标测定。使用电子游标卡尺测量地径，钢卷尺测量苗高。

1.2 数据处理方法

1.2.1方差分析

各性状采用SPSS 18.0统计分析软件和Excel软件进行数据分析处理，无性系间的多重比较采用Duncan法进行检验。在方差分析的基础上，估算苗高和地径的重复力、变异系数、遗传方差、选择指数等遗传参数，并对表现优良的无性系进行苗期遗传增益估算。无性系性状方差分析模型为

gij=μ+αi+βj+eij

(1)

式中：μ为平均值，ai为无性系效应，βj为重复效应，eij为随机误差。

1.2.2遗传参数及选择指数

遗传参数和选择指数的计算按下列公式[16-18]：

无性系重复力：

(2)

式中：F为方差分析的F值。

表型变异系数：

(3)

遗传变异系数：

(4)

(5)

(6)

式中：R为重复力，S为选择差。

选择指数 (加权系数法)：

(7)

2 结果与分析

2.1 无性系苗期生长性状

马尾松无性系苗木苗期生长性状见表1，PC2、PC3、PC4、PC7等4个无性系苗高介于22.1～24.2 cm之间，均大于群体平均值，分别超过群体平均值5.7%～15.8%，其中，以无性系PC2苗高生长量最大；地径生长则以PC2和PC6最大，PC4和PC7次之，分别超过群体平均值2.9%～11.8%。标准差在一定程度上反映了苗木的整齐程度，由表1可知，PC1、PC5、PC6、PC7、PC8和PC9等6个无性系苗高标准差较小，说明这些无性系苗木生长高度较为均匀，苗相整齐；而地径则以PC2、PC3和PC5等3个无性系标准差较小，介于0.43～0.54之间，其余无性系均在0.6以上。

表1 无性系苗期生长性状差异及多重比较Table 1 Difference and multiple comparisons of growth characters in seedling stage of P.massoniana clones

注：数值为平均值 ± 标准差，小写表示差异显著 (P< 0.05)，大写表示差异极显著 (P< 0.01)。

2.2 遗传方差分析及遗传参数估算

对10个马尾松无性系的苗高和地径生长性状进行了方差分析 (表2) 和主要遗传参数估算 (表3)。从表2～3可以看出，无性系之间无论是苗高还是地径都存在极显著差异 (P< 0.01)，且2个性状的变异幅度均较大，最大值分别超过最小值392.8%和380.9%，同一无性系重复之间差异不显著。为进一步了解无性系之间的差异，在10个无性系间进行了多重比较，用新复极差法 (Duncan) 在α=0.05和α=0.01两个水平下分别进行检验 (表1)。表1结果显示，无性系间苗高和地径生长存在不同程度的变异，10个无性系两两间苗高、地径分别有74%、50%存在显著差异 (P< 0.05)，52%、42%存在极显著差异 (P< 0.01)，这为优良无性系的选择提供了可能。

从表3可以看出：苗高、地径两性状重复力较大，均在0.9以上，且苗高重复力大于地径；苗高和地径的遗传方差均远大于环境方差，其在表型方差中所占比例分别为96.0%和91.0%，表明生长性状主要受遗传控制，环境因素导致的差异较小；苗高表型变异系数和遗传变异系数均大于地径，苗高的选择潜力优于地径。

变异是选择的基础。从上述分析可知，参试马尾松无性系之间存在着广泛的遗传变异，表型性状的变异为优良基因型的选择提供了可能，由于所测性状受明显的遗传控制，因此在苗期进行选择可获得良好的效果。苗高重复力和遗传变异系数均大于地径，使用苗高进行选择可能将会比使用地径产生更为明显的效果。

表2 马尾松无性系生长性状方差分析Table 2 Variance analysis in growth characters of P.massoniana clones

注：**表示差异达极显著水平 (P< 0.01)。

表3 马尾松无性系生长性状主要遗传参数估算Table 3 Estimation of main genetic parameters for growth characters of P.massoniana clones

2.3 优良无性系初步选择及遗传增益

对10个参试马尾松无性系，采用简单加权法，利用各性状重复力、生长指标和经济权重，构建不同无性系选择指数 (表4)，根据选择指数大小进行筛选，指数值I大者入选。考虑到本研究中无性系苗高的重复力大于地径，加之在一般苗期试验中，苗高生长量可能比地径生长量更为重要[19]，因此苗高和地径的加权系数分别设置为0.64和0.36。从表4可看出，PC2、PC4、PC6、PC7等4个无性系的I值都在0.97以上，均高于无性系群体平均值0.942，其中，以排名第1和第2的PC2和PC7 表现最为突出，2个无性系I值均大于1.0，分别超出平均值14.3%和10.9%。其余6个参试无性系I值则普遍低于群体平均值，其中尤以PC8排名最低，其I值仅达到群体平均值的82.3%。

表4 马尾松无性系综合评价及排序Table 4 Comprehensive evaluation and ranking of P.massoniana clones

按20%的入选率，从10个马尾松无性系中选择出2个优良无性系 (表5)，即PC2和PC7，二者之间苗高、地径生长经多重比较无显著差异，与其他无性系相比，入选的2个无性系表现出明显的速生优势。从表5可知，入选无性系的平均苗高为24.0 cm，平均地径为3.7 mm，与10个马尾松无性系的群体平均值相比，入选无性系苗高、地径的遗传增益分别为13.33%～15.16%、5.04%～10.35%，平均遗传增益分别为14.24%、7.70%；现实增益分别为13.88%～15.79%、5.57%～11.44%，平均现实增益分别为14.83%、8.50%。

表5 入选无性系的生长性状及遗传增益Table 5 Growth characters and genetic gain of the selected clones

无性系苗高/cm地径/mm遗传增益/%苗高地径现实增益/%苗高地径PC224.23.815.16 10.3515.79 11.44 PC723.83.613.33 5.04 13.88 5.57 平均24.03.714.24 7.70 14.83 8.50

3 结论与讨论

大多数林木具有生长和育种周期长的特点，如何缩短其育种周期，加速育种进程，提升遗传改良工作效率和人工林生产力是大家普遍关注的问题，而无性快繁正是加速林木良种繁育进程和提升林分单位面积生产力的有效手段[20]。马尾松作为我国南方主要用材树种之一，具有丰富的自然资源，运用无性快繁特别是组织培养技术，培育和筛选优良无性系对种质资源进行高效利用，是改善马尾松发展现状和提高生产力水平的有效途径。从以往研究来看，林木优良种质资源 (种源、家系、无性系) 的选择及评价过程包括苗期和造林2个阶段[21-22]，根据苗期测定结果对种质资源进行生长性状的评价，开展优良种源、家系和无性系的早期选择是非常必要和有效的，可大大降低造林期选择的工作强度[22-28]。本试验对相同培育条件下0.5年生马尾松组培无性系苗木的苗高、地径生长进行了遗传变异分析，研究结果显示，参试10个马尾松无性系间苗高和地径生长差异达到极显著水平 (P< 0.01)，苗高、地径的重复力分别达到0.96、0.91，遗传方差在表型方差中所占比例分别达到96.0%和91.0%，表明马尾松无性系间具有丰富的遗传变异和选择潜力，苗期生长性状主要受遗传控制，对苗期各性状进行测定和分析，可以达到优良无性系初步选择的预期目的。通过构建选择指数，按20%的入选率，初步选择出的2个优良无性系，其苗高、地径生长平均值均明显优于无性系群体平均值。

苗高和地径是反映苗木质量最直观的指标，通过苗木质量指标可在一定程度上预测其造林后的生长表现[15]，加上考虑到生长量是用材树种选择的重要指标，因此，本试验以苗高和地径2个生长性状进行优良无性系选择。必须要说明的是，苗高和地径并不是苗期选择的唯一指标，仅使用其进行选择并不全面，此外，在构建选择指数时，苗高和地径的权重系数值分配是否合理，亦需要后续深入研究。本试验测定仅在苗期阶段小范围内进行，所用苗木培育时间和试验时间较短，马尾松组培无性系苗期各性状的综合表现只能反映特定时期无性系苗木的生长状况，至于苗期优良无性系选择的可靠性，尚需通过幼成生长性状之间的相关关系加以论证，或后续多年、多区域的重复试验进行验证。此外，本试验仅对马尾松同一种源内无性系之间的生长性状差异进行了分析，今后将针对不同种源无性系生长、适应性和抗性等多个性状开展研究和进行综合分析评价，以期为马尾松高产、优质、多抗无性系选育和人工林高效培育提供试验依据。