辽宁杨与青杨派树种杂交子代的苗期性状分析

刘 巍 蔄胜军 杨振学

(1. 辽宁省杨树研究所，辽宁 营口 115213；2. 灯塔市野生动物保护站，辽宁 辽阳 111300)

自1946年叶培忠首次开展杨树 (Populus) 杂交试验以来，我国林木育种工作者广泛开展了杨树杂交育种工作，培育出许多优良品种[1]，杨树派间杂交以黑杨派与青杨派杂种优势显著[2]。我国育种学家利用黑杨派的速生、干直、抗病虫，青杨派的易生根、耐寒、耐旱等特点，开展多个组合的杂交试验，获得许多优良无性系，如中黑防1号、2号 (Populusdeltoides×P.cathayana‘Zhongheifang 1/2’)[3]、拟青 × 山海关 (P.pseudo-cathayana×P.deltoidescv. ‘Shanhaiguan’)[4]、中金3号 (P.deltoidescv. ‘Lux’ ×P.cathayana)[5]等。近年来关于黑杨派与青杨派的杂交试验主要有丹红杨 (P.deltoidescv.‘Danhong’)×小叶杨 (P.simonii)[6]、欧美杨108 (P.×euramericanacv. Guariento)× 藏川杨 (P.szechuanicavar.tibetica)[7]、川杨 (P.szechuanica)× 美洲黑杨 (P.deltoides)、青杨 (P.cathayana)× 美洲黑杨[8]等。我国拥有丰富的乡土青杨派基因资源，主要分布在东北、西北及西南地区，但对乡土杨树种质资源的保存和研究还不够。为选育适应辽宁省不同生态气候类型的杨树新品种，本试验以辽宁杨 (P.×Liaoningensis)、小青杨 (P.pseudo-simonii)、青杨、甜杨 (P.suaveolens) 和N001 (P.×deltoidescl. ‘N001’) 为亲本进行人工杂交，并对杂交无性系苗期生长性状进行研究，为下一步优良品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于辽宁省盖州市杨树研究所 (北纬40°24′，东经122°15′)，年均气温8.2 ℃，极端最高气温35.6 ℃，极端最低气温-26.5 ℃，无霜期170～186 d，年均降水量690 mm，全年日照时数2 761 h。

1.2 试验材料

于2010—2011年连续2年以辽宁杨、小青杨、青杨、甜杨和N001为亲本，进行室内切枝土培生根人工授粉杂交。其中，辽宁杨为美洲黑杨鲁克斯杨 (P.×deltoidescv. ‘Lux’) 和山海关杨 (P. ×deltoidescv. ‘Shanhaiguan’) 通过室内切枝水培杂交培育出的抗病速生新杂交种；小青杨是我国北方地区重要的乡土青杨派树种之一，花枝采自辽宁阜新；青杨是我国特有青杨派树种，分布广，易产生天然杂种，花枝采自辽宁宽甸；甜杨属青杨派树种，主要分布于内蒙古东部及黑龙江大兴安岭，花枝采自黑龙江加格达奇；N001为辽宁省杨树研究所引种的美洲黑杨无性系。杂交组合为辽宁杨 × 小青杨 (LX)；辽宁杨 × N001 (LD)；青杨 × 辽宁杨 (CL)；甜杨 × 辽宁杨 (TL)。从杂交无性系中选择具有代表性的部分无性系进行苗期性状测定，主要有LX-6， LD-3， CL-2、CL-3、CL-9和CL-12， TL-4和TL-13，辽宁杨为亲本，中绥12为CK。

1.3 试验方法

1.3.1雌花枝土培生根及杂交

将采集的雌花枝剪成长度70～90 cm，下端直径1.5～2.5 cm，植于花盆中。低温库室温控制在 (3 ± 0.5) ℃，水槽采用加热棒加热，上面盖保温板，水浴温度控制在 (24 ± 0.5) ℃。经过25 d加热生根处理后，移入日光温室培养。当花序完全伸长、柱头发亮时，采用毛笔轻弹法按不同组合进行隔离授粉。在蒴果变黄或开裂时，用半透明的羊皮纸套袋，飞絮后收集种子。播种土壤需高温灭菌，采用128孔规格穴盘播种。

1.3.2苗期生长测定

于2015年秋季，采用1年生根桩造林法营造无性系比较试验林，根桩高20～25 cm，根径1.5 cm以上，试验林按完全随机区组设计，3次重复，每次重复10株，株行距0.5 m × 6 m。于翌年4月30日开始，每隔15 d用测高尺和游标卡尺测量树高和地径，直到9月27日苗木基本停止生长时结束。2017年秋季停止生长后测量2年生苗木总生长量。

1.3.3物候期观测

从春季苗木芽萌动开始，在春季和秋季每天上午10:00—11:00时观测1次。观测内容包括：芽开放期、展叶盛期、封顶期、叶黄盛期和落叶盛期。盛期以开始超过观测株物候相的1/2作为标志[9-11]。

2 结果与分析

2.1 花枝土培生根人工杂交结果

由表1可知，4个杂交组合共获得种子10 115粒，获得幼苗6 676株，出苗率66%。其中LD与TL获得种子数最多，均超过4 000粒；LD与CL播种出苗率较高，分别为80.42%和80.35%。可见，花枝生根后可以通过根系从土壤中吸收足够营养，满足花芽生长发育和种子成熟过程中所需的养分，解决了雌花枝特别是美洲黑杨雌花枝坐果期间因养分不足而造成的果穗脱落、种子小且不成熟的问题，杂交效果理想。土培生根花枝还可以保留较多的果穗，获得的种子数量较多，子代可选择性大大提高。

表1 人工杂交结果Table 1 Artificial hybridization results

2.2 不同杂交组合子代苗期生长规律及遗传分析

2.2.1树高年生长规律及遗传分析

由图1可知，1年生树高生长量最大的是LX-6，为331 cm，最小的是TL-13，为189.5 cm。除TL-13树高净生长最大值出现在6月末至7月中旬，其他无性系树高净生长均出现在7月中下旬。各无性系树高生长基本符合S型生长规律，都呈现慢-快-慢的生长趋势，这与周永学等[12]、杨斌[13]、孙明高等[14]的研究结果相同。10个无性系均从5月30日左右树高生长开始进入速生期，TL-13速生期在7月末左右结束，其他无性系均在8月中下旬速生期结束。LX-6在速生期内树高净生长量最大，为245.91 cm，占全年生长量的74.41%；其次是CL-2，净生长量为227 cm，占全年生长量78.55%。TL-13在7月末以后基本停止生长，其他无性系在8月末以后基本停止生长。各无性系间树高生长差异达极显著水平 (P< 0.01)。试验无性系中，LX-6杂交优势明显，生根特性偏父本类型，生根速度快，栽植后缓苗期较短，从4月30日调查开始高生长速度最快，且速生期持续时间长；LD-3为美洲黑杨种内杂交种，生根所需积温较高，生根晚，须根量少，缓苗期较长，前期生长速度较慢，但明显好于母本辽宁杨；TL的2个无性系分化明显，生长差异较大，2个无性系生根特性偏母本甜杨，生根速度较快，缓苗期短，前期高生长速度较快，TL-4高生长仅次于LX-6，而TL-13在7月中旬以后高生长速度缓慢，8月上旬以后由于封顶，高生长停止。各无性系生长期持续的长短和树高生长量具有一定的差异，究其原因可能是杂交亲本青杨派树种特性差异较大，材料采集地理位置相差较远，杂交种表现出不同的生长特性。

图11年生苗树高年生长曲线
Fig.1 Growth curve of 1-year-old seedling height

2.2.2地径年生长规律及遗传分析

由图2可知，地径生长曲线同样符合S型生长规律，曲线形态同树高生长曲线相似，各无性系地径生长速生期同苗高一致。CL-2速生期地径净生长量为1.92 cm，占全年生长量的70.59%；其次是LX-6，净生长量1.83 cm，占全年生长量65.12%。LX-6地径年生长量最大，为2.81 cm，其次是CL-2为2.72 cm，TL-13最小为1.84 cm。各无性系间地径年生长量存在极显著差异 (P< 0.01)。不同杂交组合的无性系在生长期持续的长短和地径生长量差别很大，可能是由于不同亲本间遗传基础差异较大，子代的表现具有一定的差异和分化。苗木进入速生期后，生长迅速，其生长量决定着整个生长期苗木的生长量，且杨树属喜水、喜肥树种，因此，在苗木进入速生期后，在管理上应最大限度地满足苗木对水分和养分的需求。

图21年生地径年生长曲线
Fig.2 Growth curve of 1-year-old seedling ground diameter

2.3 不同杂交组合子代生长量比较及遗传分析

由表2可知，各无性系树高和地径生长量在1年生时存在较大的差异，LX-6生长量最大，TL-13最小，LX-6树高和地径分别是TL-13的1.74倍和1.53倍。树高变异系数超过10%的有6个无性系，最高为辽宁杨16.91%；地径变异系数超过10%的有7个无性系，CK最高，为21.84%，说明无性系内个体间差异性较明显；CL-9和LD-3树高和地径变异系数均较小，说明这2个无性系1年生生长均匀，个体间差异较小。LX-6树高超亲优势最大为54.67%，其次是TL-4，为37.38%，最小是TL-13，为-11.21%，树高超亲优势顺序LX-6 > TL-4 > CL-2 > CL-9 > CL-12 > LD-3 > CL-3 > TL-13，LX-6超CK为41.45%。地径生长量超亲优势最大是LX-6，为41.21%，其次是CL-2，为36.68%，超亲优势顺序LX-6 > CL-2 > LD-3 > CL-9 > CL-12 > TL-4 > CL-3 > TL-13，超CK最高是LX-6为36.41%。从杂交亲本来看，美洲黑杨与青杨派树种杂交子代分化明显，以辽宁杨为母本的杂交子代很好的遗传了美洲黑杨速生的特性，杂交优势最为明显。以青杨派树种为母本，辽宁杨为父本杂交子代有一定分化，如CL-2、CL-9和CL-12生长量相近，杂交优势明显，而CL-3生长量要明显低于以上3个无性系；TL分化更为明显，生长差异很大，如TL-4树高生长量仅次于LX-6，超亲优势明显，而TL-13生长量最小，超亲优势为负值。

由表3可知，2年生树高平均值351 cm，平均变异系数10.94%。LX-6树高生长量最大，为415 cm，其次是LD-3，为398 cm，TL-13最小，为237 cm，LX-6是TL-13的1.75倍，各无性系树高生长量顺序LX-6 > LD-3 > CL-2 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-4 > 辽宁杨 > CK > TL-13；LX-6和LD-3树高生长变异系数仅为2.34%和2.71%，说明这2个无性系树高生长个体差异很小。LX-6胸径生长量最大，为2.83 cm，其次是LD-3，为2.65 cm，TL-13最小，为1.26 cm，LX-6胸径生长量是TL-13的2.25倍；胸径生长平均变异系数远高于树高生长平均变异系数。各无性系树高生长超亲优势顺序LX-6 > LD-3 > CL-2 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-4 > TL-13，胸径生长超亲优势顺序LX-6 > LD-3 > CL-2 > TL-4 > CL-12 > CL-9 > CL-3 > TL-13，其中LX-6树高和胸径超亲优势均最高，分别为22.06%和42.93%，超CK分别为35.18%和48.17%。2年生各无性系间树高和胸径生长量的差异均达极显著水平(P< 0.01)。从杂交组合来看，以辽宁杨为母本的杂交子代更好的遗传了美洲黑杨速生的特性，如LX-6超亲优势最为明显；LD-3因其为美洲黑杨种内杂交种，生根能力较弱，生根慢，须根量少，缓苗时间长，1年生时生长量较小，但在2年生时根系发育完全，生长速度加快，生长量仅次于LX-6，超亲优势明显；TL-13主要遗传了母本特性，生长期短，生长速度慢，2年生时与其它无性系生长量差距较1年生时加大。

表2 1年生苗生长量比较分析Table 2 Comparative analysis of 1-year-old seedling growth

表3 2年生苗生长量比较分析Table 3 Comparative analysis of 2-year-old seedling growth

综合1年生、2年生无性系生长比较分析表明，试验无性系中，除TL-13外，其余无性系均具有一定的超亲优势，其中以辽宁杨为母本的杂交无性系LX-6和LD-3在速生性方面具有明显优势，超亲优势和超CK明显；以青杨派树种为母本，辽宁杨为父本的杂交子代具有一定分化，其中以TL的2个无性系分化最为明显，这也为适合不同地区无性系的选择提供筛选空间。从变异系数来看，TL平均变异系数最大14.38%，其次是CL，平均变异系数为12.57%，为无性系内个体选择提供筛选空间。第2年高生长增幅除辽宁杨、LD-3和CL-2外，其它无性系高生长增幅均未达到100 cm，高生长量较小，这可能与2017年天气少雨干旱有关。

2.4 物候期差异比较及遗传分析

由表4可知，不同无性系间物候期存在较大差异。各无性系生长期前2个物候期早晚差异较小，分别为8 d和5 d，芽开放期最早的是CL-2，出现在4月4日，最晚的是辽宁杨，出现在4月12日。生长期后3个物候期早晚差异较大，TL-13在8月5日就开始封顶，辽宁杨封顶期出现在9月12日，极差达38 d；叶黄盛期和落叶盛期极差分别为24 d和29 d，LD-3和辽宁杨落叶盛期最晚，出现在10月30日。从生长期来看，CL-2的生长期最长为204 d，其次是LD-3为202 d，TL-13的生长期最短为179 d。从标准偏差来看，以封顶期最大11.29，说明不同无性系在此时差别最为明显，其次是落叶盛期8.70；芽开放期和展叶盛期标准偏差最小分别为2.72和1.52。可见，各无性系生长期长短的影响因素主要是后期物候期的差异。试验中，LD-3遗传了美洲黑杨生长期长的特性，落叶期晚，生长期长，物候期与母本辽宁杨及其相似。CL杂交无性系出现明显分化，其中CL-2生长期偏父本类型，CL-9和CL-12属中间类型，与CK相似，而CL-3为偏母本类型。TL的2个无性系遗传了母本甜杨生长期短的特性，在10个试验无性系中生长期最短，在区域栽培试验中，可适当向北推移。

表4 10个无性系物候期观测Table 4 Phenological observation of 10 clones

3 结论与讨论

杨树杂交育种是杨树改良的最主要途径，生产中推广应用的杨树大多数良种都是通过该途径选育出来的[15-16]，切枝水培杂交是室内杂交普遍采用的方法[2]。以速生著称的美洲黑杨，由于花枝生根晚，在水培杂交中存在果穗易脱落，即使得到种子，量小且不成熟，育种效率很低。本试验采用雌花枝土培加温生根后人工控制授粉杂交方法，能够解决雌花枝在种子成熟过程中落果和种子不成熟的问题，从而获得大量杂交子代，可选择性大大提高，4个杂交组合共获得种子10 115粒，获得幼苗6 676株，出苗率66%。

无性系1年生树高和地径年生长进程均符合S型生长曲线，无性系间生长量存在极显著差异 (P<0.01)。从1年生无性系生长量来看，LX-6树高和地径生长量均最大，分别为331 cm和2.81 cm，超亲优势分别为54.67%和41.42%，超CK分别为41.45%和36.41%；TL-13生长量最小，超亲优势为负值。2年生LX-6的生长量同样排在第1位，树高和胸径超亲优势分别为22.06%和42.93%，超CK分别为35.18%和48.17%；LD-3第2年生长量增加幅度较大，生长量仅次于LX-6。从变异系数来看，个别无性系内不同个体间也存在较大的变异，2年生总体变异系数要大于1年生。本试验中，以青杨派树种为母本，辽宁杨为父本的杂交子代生长量具有明显分化，其中以TL无性系分化最为明显，这也为适合不同地区无性系的选择提供筛选空间。

树木生长的早晚差别直接体现在物候期的差异上[9]。本试验中不同无性系间物候期存在较大差异，以封顶期极差最大为38 d，展叶盛期极差最小为5 d；CL-2生长期天数最长为204 d，TL-13最短为179 d；封顶期标准偏差最大11.29，其次为落叶盛期8.70，芽开放期和展叶盛期标准偏差最小。各无性系生长期长短的影响因素主要是后期物候期的差异，这与孔红岭[17]、牛正田[18]研究结果相同。本试验中，CL无性系在生长期上具有一定的分化，CL-2与CL-3生长期相差16 d；TL无性系TL-4与TL-13分化也很明显，TL-13生长量超亲本和CK均为负值，但其封顶非常早，生长期最短，属于偏母本类型的杂交种，在抗寒性方面可能具有一定的优势，在区域栽培试验中，可考虑适当向北推移。

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