红锥家系木材密度等物理性状的遗传及变异性分析

蒋 燚 ，李志辉 ，朱积余 ，姜 英

红锥家系木材密度等物理性状的遗传及变异性分析

蒋 燚1，2，3，4，李志辉1，朱积余2，3，4，姜 英2，3，4

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙410004；2.广西林业科学研究院，广西 南宁530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁530002；4.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁530002）

对来自广西的5个种源地的32个红锥家系进行了木材的3个密度指标（基本密度、气干密度、全干密度）、含水率及木材干缩性的测定，结果表明：红锥家系的物理性质最为重要指标之基本密度、气干密度、全干密度的总体平均值分别为0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，按气干密度划分的5个分级, 红锥家系木材属中级；32个红锥家系木材的含水率、基本密度、气干密度、全干密度、体积吸胀率、体积气干缩率、体积全干缩率7个木材物理性质指标的方差分析，其性状指标均呈极显著差异，表明可用物理性质指标作红锥的选择；红锥木材的基本密度、气干密度和全干密度的遗传力分别为82.49%、76.49%和75.86%，稍加选择就可获得较大的增益；红锥木材密度指标与生长指标间绝大多数呈微弱负相关，表明生长与材性性状间呈现独立遗传，在遗传改良时建议分别对生长和材性性状进行独立的遗传改良。

红锥；家系；木材密度；遗传变异

红锥Castanopsis hystrix A.DC.，别名刺栲、栲树、小红栗栲、红栲、红锥栗、红锥栲等，为壳斗科Fagaceae刺栲属Castanopsis Spach常绿大乔木，产于广西、广东、福建南部、湖南南部、贵州西南部、云南南部、西藏东南部墨脱[1]，天然林中心分布区在广西、广东南部[2-3]；越南、老挝、缅甸、印度等国也有天然林分布[4]；是南亚热带季风常绿阔叶林的优势种或建群种[5-6]，是华南地区重要的乡土阔叶珍贵用材和高效多用途树种。红锥具有生长快、材质优、适应广、效益高等优良特性[7]，其木材坚硬耐腐，色泽、纹理美观，是高级家具、造船、车辆、工艺雕刻、建筑装修等优质用材；种子富含淀粉，可作饲料、酿酒；种实、壳斗含单宁，可制取栲胶；枝叶浓密,萌发力强，一次造林可采伐10次以上，经营上百年，经久不衰，且混生性能好,是与松、杉混交造林的最好伴生树种之一[8]，可作为用材和水源涵养林进行纯林种植，亦可作为残次林改造、生态公益林改造的混交造林树种进行推广[9]。

近年来，随着人们生活品质和文化水平大幅度提升，追求高档木质用品已经是一种时尚，致使珍贵木材实木制品的需求量不断增加，其珍贵用材的价格不断攀升，在我国，珍贵用材资源在很大程度上依赖于进口，急需大力开展珍贵树种的培育工作，特别是在以木材材性为培育目标的人工林定向培育工作更为重要。就木材性质的测定是一项工作量大且较为繁琐的工作，主要表现在测定的指标多、花费大等方面，由此，陈志林等和苌珊珊等分别对影响14个白榆无性系[10]和11个尾巨桉家系/无性系[11]木材性质的10余项测定指标进行了主成分分析，均得出木材密度是第一主成分中因子负荷量最大的指标，可以作为材性选种和材性定向培育的主要指标。成俊卿[12]也提到木材密度是木材性质中最为重要的指标之一，它不仅可以用来计算木材的重量，也可用来估计木材工艺性质和物理力学性质，对林木最终产品的质量和产量有较大影响，并具有遗传性[13]。因此，对来自广西的5个种源地的32个红锥家系进行了木材的3个密度指标（基本密度、气干密度、全干密度）、含水率及木材干缩性的测定，并分析其遗传和变异性，可为选育红锥优良家系提供依据。

1 材料与方法

1.1 试材来源

用于开展木材物理性质测定的材料来自广西凭祥市中国林科院热带林业试验中心伏波实验场伏波站（以下简称大青山伏波站）种植的10年生红锥家系试验林，32个家系，包括来自博白种源点4个、东兰种源点6个、浦北种源点10个、容县种源点9个、凭祥种源点3个。家系来源地及林分状况见表1。

表1 参试家系来源地及林分状况Table 1 Family source and stand conditions

1.2 试材采集

此项工作在2012年4月17日至19日完成，主要是结合该家系试验林间伐工作，并开展样木的采集。

1.2.1 全测林木和确定间伐林木

林木测定：主要测定指标有树高、胸径、冠幅、干形4个指标，用常规测树尺、测高杆全测4个重复中的所有林木，并当天汇总到原定植图。

间伐林木及采样木确定：以实际测定的数据绘制实测数据示意图，确定间伐的林木并标注在示意图上，将每个家系间伐木中胸径最大那株(基本为家系的平均木)选取用于木材取样的单株。本次共间伐361株（选取样木32株），保留661株（按初植密度1 312株保留50.38%，按现有株数1 022株保留64.68%）。

1.2.2 林木间伐和木材取样

林木间伐：在需要采伐具体林木上标注油漆，对用于木材采样的林木另作标注。在离地面15～20 cm处伐木，注意林木倒下方向和安全问题。伐倒木及时集材和处理。

木材取样：选取间伐家系中最大胸径单株取木材样品，共取样32株。第一步：标注。标注用于采样林木的南北方向和1.3 m处。第二步：伐木。在离地面10～15 cm处伐木。第三步：取样和测定。①伐根取样和测定：沿髓心取200 g以上木材一块，用备好的电子称马上称其质量，称重后密封在塑料袋中；②圆盘取样：以1.3 m线为中点，上下各取一个厚5 cm的圆盘，并标注有关信息。③木段取样：共取3段，包括0～1.3 m前面取样剩余的木段、1.3～3.3 m前面取样剩余的木段和3.3～5.3 m木段。采样的32株样木情况见表2。

表2 红锥家系样木†Table 2 Sample trees of C. pedigrees

1.3 试样制作和测定

试材的制作按《木材物理力学试材锯解及试样截取方法》（GB/T 1928-2009），木材含水率的测定按《木材含水率测定方法》（GB/T 1931-2009），木材密度的测定按《木材密度测定方法》（GB/T 1933-2009），木材体积率测定按《木材吸胀性测定方法》（GB/T 1934.2-2009），木材干缩性测定按《木材干缩性测定方法》（GB/T 1932-2009）[14]。

2 结果与分析

2.1 红锥家系木材物理性质测试结果

32个红锥家系木材物理性状指标测定数据见表3。

由表3可以看出，10年生32个红锥家系中，总体含水率为79.400%，总体变异系数为10.71，各家系含水率范围在66.688%～96.940%之间，各家系中含水率变异系数最小的是R3(0.02)，最大的是R2(9.32)，其范围对照其他人的测定结果属正常范围。

红锥家系的3个密度指标之基本密度、气干密度、全干密度的总体平均值分别为0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2。3个密度的极大值和极小值分别为：基本密度D2最大，为0.596 3 g/cm2，R12最小，为0.439 0 g/cm2；气干密度D2最大，为0.697 3 g/cm2，R12最小，为0.510 3 g/cm2；全干密度D2最大，为0.722 0 g/cm2，R12最小，为0.537 0 g/cm2。3个密度指标总体变异系数分别为8.84、10.39和10.10，各家系中3个密度变异系数的极大值和极小值分别为：基本密度R10最大，为14.24，R3最小为0.03；气干密度R10最大，为18.63，R3最小，为0.04；全干密度R10最大，为18.95，R3最小，为0.03。对照中国林科院木材工业研究所按气干密度划分的5个分级，红锥家系气干密度总体平均值为0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之间，属中级，对照陈利芳等2005年研究的广东高州16年生[15]红锥和陈晞2004年研究的福建华安25年生[16]红锥的密度相比较稍有偏低，与吕建雄等和中国林科院热林中心17年生[17]和22年生[18]红锥的非常接近。

总体平均体积吸胀率为4.960 2%，各家系体积吸胀率范围在3.678 3%～8.553 0%之间，家系平均含水率变异系数在0.08～56.36之间；总体平均体积气干缩率和全干缩率分别为12.245 1%和5.755 0%，各家系体积气干缩率和全干缩率变化范围分别在10.437 2%～13.821 8%和4.377 0%～

7.739 7%之间，家系体积气干缩率和全干缩率变异系数分别在0.10～25.18和0.14～30.92之间。

表3 红锥家系木材物理性质Table 3 Physical properties of C. hystrix wood

2.2 红锥家系木材密度方差分析

利用SPSS软件对32个红锥家系木材物理性质指标测定数据进行方差分析，计算结果见表4。

表4 红锥家系物理性质指标方差分析Table 4 Variance analysis of physical properties of C. hystrix wood

通过运用单因素方差分析方法对32个红锥家系木材的含水率、基本密度、气干密度、全干密度、体积吸胀率、体积气干缩率、体积全干缩率进行了方差分析，以上性状指标在0.01水平具有显著差异，表明可以用这些指标作红锥家系的选择。

2.3 红锥家系木材物理性质的遗传力估算

红锥家系木材物理性质性状的遗传力估算，按沈熙环提出的遗传力[19]公式计算：h2=1-1/F，F为物理性质性状方差分析的F值。按表3分析得到的数据，各指标遗传力估算如下：从以上性状指标的遗传力数据来看，红锥木材的各物理性质性状指标均具有较高的遗传力，这表明受到较高程度的遗传控制，通过选择会产生理想的结果，这些物理性质性状也是经过长期自然选择，存在丰富的遗传变异，稍加选择就可获得较大的增益。

2.4 红锥家系木材密度与生长性状的相关性分析

成俊卿提到木材密度是木材性质中最为重要的指标之一[12]，它不仅可以用来计算木材的重量，也可用来估计木材工艺性质和物理力学性质，因此，采用本次测定出的基本密度、气干密度、全干密度3个木材密度指标的平均值与参与测试的32株样木的平均树高、平均胸径、平均单株材积3个生长指标做相关性分析，结果见表5。

表5 红锥家系木材密度与与生长指标的相关性系数Table 5 Correlation coefficients between wood density and growth targets of C. hystrix

从表5可以看出，红锥木材密度指标与生长指标除基本密度与胸径和单株材积指标间呈正相关外，其它密度指标与生长指标间均呈负相关，但不管是正相关还是负相关，其相关性程度微弱，这就表明生长与材性性状间相互呈现独立遗传，在遗传改良时建议分别对生长和材性性状进行独立的遗传改良，也可按Valencia等对墨西哥展叶松半同胞子代幼林研究后，提出采用Kempthorne和Nordskog的约束选择指数[20]方法来避免木材密度带来的变化，可使生长量获得较大的提高。

3 小 结

(1) 红锥家系的物理性质最为重要指标之基本密度、气干密度、全干密度的总体平均值分别为：0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，对照中国林科院木材工业研究所按气干密度划分的5个分级，红锥家系气干密度总体平均值为0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之间，属中级，可以用于木材加工。

（2）对32个红锥家系木材的含水率、基本密度、气干密度、全干密度、体积吸胀率、体积气干缩率、体积全干缩率7个木材物理性质指标的方差分析，其性状指标均呈极显著差异，表明红锥的物理性质指标可以用做红锥的选择。

（3）红锥木材的各物理性质性状指标均具有较高的遗传力，范围在59.53%～91.08%之间，以体积吸胀率遗传力最小，为59.53%，而含水率遗传力最高，为91.08%，最为重要物理性质指标之基本密度、气干密度和全干密度的遗传力分别为：82.49%、76.49%和75.86%，性状指标较高的遗传力表明受到较高程度的遗传控制，通过选择会产生理想的结果，而这些物理性质性状也是经过长期自然选择，存在丰富的遗传变异，稍加选择就可获得较大的增益。

（4）红锥木材密度指标与生长指标间绝大多数呈微弱负相关，表明生长与材性性状间呈现独立遗传，在遗传改良时建议分别对生长和材性性状进行独立的遗传改良，也可按Valencia等提出采用Kempthorne和Nordskog的约束选择指数方法来避免木材密度带来的变化，可使生长量获得较大的提高。

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Analysis on genetic and variability of wood density and other physical properties of Castanopsis hystrix family

JIANG Yi1,2,3,4, LI Zhi-hui1, ZHU Ji-yu2,3,4, JIANG Ying2,3,4
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China ; 2. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China;4. Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China)

The physical properties of Castanopsis hystrix genealogy, i.e. the most important indicators, basic density, gas dry density,total dry density were determined, the population mean values respectively were: 0.511 6 g/cm2, 0.582 3 g/cm2and 0.610 9 g/cm2.According to the air dry density grading standards (five grades), red cone family wood belongs to intermediate grade. The character indexes among 32 Castanopsis hystrix species, such as moisture content of lumber, basic density, gas dry density, total dry density,volume imbibition rate, volume air drying shrinkage rate, volume full dry shrinkage, showed very significant differences, so the physical property indexes can be used to select fine strains. The basic density, gas dry density and all the dry density of genetic force were 82.49%, 76.49% and 75.86%, the selected tree species can obtain more property gains. Between Castanopsis hystrix wood density index and vast majority of growth indexes, there were weak negative correlation, this shows that wood growth and wood quality property presented independent genetic. Therefore, the genetic improvement should conduct from two aspects of wood growth property and wood quality property.

Castanopsis hystrix; genealogy; wood density; genetic variation

S722.3+1；S781.31

A

1673-923X(2012)11-0009-05

2012-10-04

广西科学研究与技术开发计划课题“红锥良种选育与丰产栽培模式研究”（桂科攻10100012-3）

蒋 燚(1968-)，男，广西灌阳人，教授级高级工程师，博士研究生，主要从事森林培育研究；E-mail:jy68@163.com

李志辉(1957-)，男，湖南安化人，教授，博士，博士生导师，主要从事森林培育教学和研究；E-mail:lzh1957@126.com

[本文编校：谢荣秀]