洞庭湖区美洲黑杨湿心材化学特性及遗传变异

李永进，左海松，汤玉喜，吴 敏，唐 洁

(1．湖南省林业科学院，湖南长沙 410004; 2．湖南省林业厅，湖南长沙 410007)

杨树 (Populus spp.)是我国长江中下游平原湖区短周期工业原料林、生态防护林建设的重要树种之一，其生长速度快，分布范围广，蓄积量大，对改善生态环境和解决用材问题起着重要作用。杨树也是湖南省制浆造纸业的主要树种，但其木材中普遍存在湿心材，直接影响到出浆率以及印刷光泽度，这增加了木材加工利用的难度和企业生产成本，降低了木材的使用价值，因此，杨树湿心材问题的研究也日益显得重要［1－8］。我们对洞庭湖区美洲黑杨 (Populus deltoides)不同品种湿心材的化学特性及其遗传变异进行分析，以期为选育湿心材比例较低的优良美洲黑杨品种提供依据。

1 材料与方法

1.1 美洲黑杨湿心材与正常材的化学特性测定

选用美洲黑杨湘林、南林、中汉、I—69及中潜5个杨树品系为试验材料。灰分的测定方法依据GB/T 2677.3—93进行;1%氢氧化钠抽出物的测定方法依据GB/T 2677.5—93进行;木质素含量的测定方法依据GB/T 2677.8—94进行;多戊糖含量的测定方法 依据GB/T 2677.3—94进行。

1.2 湿心材的遗传分析

试验材料取自岳阳市君山区上反嘴的10年生美洲黑杨试验林，株行距5 m×6 m，4次重复。随机选取试验林中的湘林、中汉、中潜、1—69等12个品种各4株，用9 mm生长锥在1.3 m处按南北向钻取木芯。量取湿心材长度占整个木芯的比例，并测量取样单株的树高和胸径。

1.3 数据处理

采用Spss16.0及Excel软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 湿心材与正常材化学组分变化

湿心材是树木生长过程中的一种反常现象，但湿心材的存在对树木生长没有明显影响，病树可以继续活几十年，对木材强度也不造成严重损害［4］。目前，国内外对引起木材变色的原因说法不一，但木材的湿心材无论是微生物引起还是非微生物引起的，最后都会导致其木材组分的相应变化。5个不同品种化学组分的测试结果见表1。

从表1可以看出，各个品种湿心材中的灰分、1%氢氧化钠抽出物、酸不溶木素、多戊糖含量均高于正常材。

灰分主要是试材中经高温灼烧后留下的无机盐和金属氧化物所组成，这些无机盐是树木生长不可缺少的营养物质。在树木生长过程中，当木质部衰老时，活的细胞全部死亡，不再参与生理活动，在死亡的组织中往往积累大量的无机物。各个品种的湿心材中的灰分含量高于正常材，其中，I—69杨湿心材中的灰分比例最大，达到31.05%;其次是中汉17杨，为19.86%，而湘林—90杨湿心材中的灰分所占比例最小，仅为 1.32%;Hillis［8－10］、诸葛强等［11］认为湿心材中的灰分含量高于正常材，是杨树湿心材的化学特性。他们认为:木材中不同结构的化学组分具有不同的光化学性质，由于湿心材中较高含量的无机元素特别是一些金属元素与木材复杂的化学组份的结合效应及电子诱导作用，可能增加木材中许多化学组份对光的吸收，从而使心材的颜色加深。

1%氢氧化钠抽出物中主要为低分子量的碳水化合物，包括半纤维素和可降解的纤维素，这些抽出物可说明真菌腐朽或光、热、氧化腐朽程度，1%氢氧化钠抽出物越多说明腐朽或降解情况越严重。5个品种湿心材中的1%氢氧化钠抽出物含量均高于正常材且在不同品种内以及品种间存在较大差别，其中，中汉17杨、南林52杨的1%氢氧化钠抽出物含量平均值较高，为29.64%和25.45%，I—69、湘林—90木材中1%NaOH抽出物含量较低，分别为9.76%和12.37%，表明中汉17、南林52相对于其他3个品种来说，板材的耐水性较差，易腐朽，而I—69、湘林—90耐水性较好，不易腐朽。

胡景江等［13］研究发现，木质素是植物体内一种重要的物理抗菌物质，它能与经脯氨酸糖蛋白 (HRGP)一起作为结构屏障物，起加固细胞壁的作用，认为HRGP和木质素与杨树对溃疡病的抗性有关。5个品种湿心材中的酸不溶木素、多戊糖含量均高于正常材，虽然差别不大，但南林17、湘林—90正常材中的酸不溶木素相对较低，证明其对杨树溃疡病的抗性低于其他品种。

表1 湿心材与正常材中部分化学组分含量变化Tab.1 Content representation of the some chemical composition in wetwood and normal heartwood of 5 Populus deltoides varieties %

表2 5个美洲黑杨品种湿心材比例、胸径及灰分等提取物含量平均值Tab.2 The average value of the wetwood proportion，diameter and the content of the some chemical composition of 5 Populus deltoides varieties

2.2 湿心材比例与胸径、湿心材内部分化学组分含量的关系

树木湿心材与细胞腔和细胞壁中积累的提取物以及树木的边材转变为心材的过程中伴有的木质部薄壁细胞的衰变、细胞原生质体的分解和次生代谢物质产生物质的化学特性密切相关［11］。为了进一步弄清湿心材比例与胸径及灰分等化学组分之间的关系，对其进行相关分析表明 (见表3):12个品种湿心材比例与胸径、灰分、木质素和多戊糖呈不显著负相关，相关系数分别为 －0.328、 －0.110、 －0.588、 －0.589，与1%氢氧化钠抽出物含量呈不显著正相关，相关系数为0.105，表明对美洲黑杨的湿心材比例和胸径、木质素等指标可以独立进行选择;而张冬梅等［12］则认为毛白杨的湿心材比例与木质素含量呈不显著正相关，这可能与样品种类及数量有关，有待进一步研究。

表3 湿心材比例与胸径及灰分等因素的相关性Tab.3 The correlation among wedwood proportion，diameter and the content of the some chemical composition

2.3 美洲黑杨湿心材的遗传变异

杨树湿心材的遗传变异较为复杂，张冬梅等［12］认为毛白杨无性系湿心材与其本身固有的生理特性及结构有关，受其生长后期的环境因子影响相对较小，无性系间湿心材受中度遗传控制;诸葛强等［11］认为，美洲黑杨新无性系的湿心材产生与环境条件有一定的关系，但主要是受遗传控制的。从表4可以看出，美洲黑杨品种间的湿心材比例存在差别，湘林—90湿心材比例高达56.1%，其次是中汉17和I—69，分别为51.2%和50.9%，Y—706湿心材比例最小，为41.8%。据报道，山东省10种黑杨和3种白杨的湿心材比例为0.146 ～ 0.341［15］; 湖北鲁克斯杨 (P.deltoides Bartr.‘Lux’) 和 I－72杨 (P.×euram ericana(Dode)Guinier cv.‘San Marino’)的湿心材比例分别为0.533和0.556［14］;山东毛白杨 (P.tamentosa Carr) 无性系的平均湿心材比例为0.169［12］。湖北两个品种与洞庭湖区杨树湿心材比例相近，山东地区的杨树与洞庭湖区的差别较大，除品种因素外，可能土壤水分也有很大的影响，表明湿心材比例与土壤水分含量有一定关系［14］，这也与初步调查发现的沟渠边的杨树湿心材比例比农田林地里高的现象相吻合。

表4 12个美洲黑杨品种湿心材比例平均值、变幅和变异系数Tab.4 Average percentage，range and coefficient of wetwood proportion of 12 Populus deltoides varieties

各品种内湿心材比例的变异系数也存在差别，Y—706杨单株间变异系数最大，为0.320 1，A65/27杨单株间变异系数最小，为0.055，说明该品种的湿心材比例受外界因素的影响较少，容易受基因控制，受遗传外的因素影响小些。

对各个品种间及品种内的湿心材比例进行方差分析表明 (见表5):12个品种间湿心材比例在0.05水平上存在明显差异，品种内的湿心材比例差异不显著。对12品种湿心材比例进行遗传力估算表明，12个品种间湿心材比例的重复力为0.600 4，受中度遗传控制，表明美洲黑杨湿心材性状变异主要由品种或无性系的基因控制，因此通过选择有可能选育出湿心材百分率低的优良品种和无性系。

表5 12个美洲黑杨湿心材比例方差分析及遗传参数估计Tab.5 Variance analysis and genetic parameter estimation of wetwood proportion of 12 Populus deltoides varieties

3 结论与讨论

(1)5个美洲黑杨品种湿心材中灰分含量、1%氢氧化钠抽出物等均高于正常材;湿心材比例与胸径、灰分、木质素和多戊糖呈不显著负相关，相关系数分别为－0.328、 －0.110、 －0.588、 －0.589，与1%氢氧化钠抽出物含量呈不显著正相关，相关系数为0.105。说明林木改良时，湿心材比例和胸径、木质素等这些指标可以独立进行选择。

(2)12个品种间的湿心材比例及品种内的变异系数存在差别，除品种因素外，土壤水分是影响品种间和品种内湿心材比例的一个重要因素。

(3)12个美洲黑杨品种湿心材比例在0.05水平上存在明显差异，其湿心材的重复力为0.600 4，受中度遗传控制，表明美洲黑杨湿心材性状变异主要由品种或无性系的基因控制，因此通过选择有可能选育出湿心材百分率低的优良品种和无性系。12个品种内单株间湿心材比例差异不显著。

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