马尾松半同胞子代林材性变异研究

杨雪梅 陈庭巧 赵 杨

(1. 贵州大学林学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州大学贵州省森林资源与环境研究中心，贵州 贵阳 550025)

马尾松 (Pinusmassoniana) 是我国南方分布面积最大、数量最多的造林树种，其木材物理力学性质的诸多指标均优于杉木 (Cunninghamialanceolata)、红松 (Pinuskoraiensis) 等树种[1]，具有纤维素含量高、纤维细长、柔软、材质易解等特点，是优良的制浆造纸原料[2]。国内关于木材材性研究开始于20世纪90年代，主要从种源[3-4]、家系[5-8]、无性系[9]、个体[10-12]等层次对其木材材性进行探索，其中以不同种源不同家系的木材密度方面的研究最多也最为深入。马尾松在材性方面也进行了多层次、多方面的研究，并取得了丰硕的成果[13-14]，但针对不同家系不同植株间的遗传变异，同时进行纵向和径向的研究较少。为了丰富马尾松的材性研究，本研究以贵州省都匀种子园9个马尾松半同胞家系为对象，对其子代不同高度、不同径向的木材进行基本密度、纤维素、综纤维、1%NaOH 抽提物、灰分等研究分析，揭示马尾松材性性状的株内径向和纵向变异规律，以期为贵州省马尾松材性遗传改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 取样方法及样品处理

研究样品采自贵州都匀马鞍山马尾松国家良种基地，为子代测定林半同胞家系。对贵州都匀种子园子代测定林中9个马尾松半同胞家系植株进行取样，选择其中一个小区，每个家系随机选择2～3株，伐倒样木，然后分别从基部到树梢上、中、下部位处各取一节10 cm厚的木段 (尽量避开节疤处)，用记号笔和标签纸在圆盘上注明家系号和取样高度；将所采样品带回实验室后，将每个高度的圆盘分为径向外层、中层、内层，待测完基本密度后将样品进行烘干，然后置入粉碎机中进行粉碎，用40目的网筛过筛后，每个样品设3次重复放入自封袋中进行封存，贴标签待用。

1.2 测定方法

1.2.1木材密度测定

木材密度测定按照AS1301.IS-79标准进行；采用排水法测定体积。

1.2.2化学成分的测定

测定的木材化学成分主要包括灰分、1%NaOH抽出物、纤维素。1) 纤维素含量：采用硝酸-乙醇法进行测定[11]。2) 1%NaOH抽出物含量:测定方法参见GB/T 2677.6—1994 《造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》。3) 灰分含量：测定方法参见GB/T 2677.3—1993。

1.3 分析方法

利用Excel 2007和SPSS 17.0对测定数据进行分析。分别对参试家系各性状进行方差分析、Duncan多重比较和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 家系间材性的遗传变异

对马尾松9个家系的木材基本密度、纤维素、灰分以及1%NaOH抽出物含量的进行测定，结果见表1。

表1 马尾松材性性状变异分析Table 1 Variation analysis of wood properties of P.massoniana

注：*表示差异显著。

由表1可知，4个性状中变异系数最大的是灰分，为0.451 6%，其次分别是1%NaOH抽出物 > 基本密度 > 纤维素，纤维素含量变异系数最小，为0.100 7%，说明马尾松家系间纤维素含量较为稳定，而灰分含量变异潜力大，可作为材性改良的指标之一。此外，对马尾松的4个指标进行方差分析，发现不同家系间马尾松基本密度和1%NaOH抽出物存在显著性差异，其余指标差异不显著。

2.2 木材基本密度和化学成分的变异

2.2.1纵向变异

马尾松基本密度介于0.314 9～0.765 7 g/cm3，不同家系马尾松基本密度和化学成分纵向变化趋势见图1。

从图1可知，家系间基本密度的纵向表现出不同的变化规律，参试的9个家系可分为3个类型：1) 木材基本密度在树干基部最高，随着树干高度的增加基本密度含量逐渐减少，包含黄16、黄34和开1参试家系；2) 表现为树干中部基本密度最低，基部和树梢位置基本密度较大，呈 “V” 型，包含剑15、福5、岑14、余24；3) 变化趋势与a型恰好相反，基本密度随着树干高度增加而增加，包括三穗2、32。

由图1还可知，树干纵向灰分含量主呈为 “V” 型，具体表现为树梢 > 基部 > 中部，参试家系中有5个属于此类型 (黄16、三穗2、 剑15、32、开1和余24)；而黄34和岑14灰分含量呈 “Λ” 型，表现为中部 > 树梢 > 基部；福5变化趋势较为特殊，其灰分含量随着树干高度的增加而增加。1%NaOH抽出物含量变化趋势较为复杂，主要类型有 “Λ” 型，即中部含量最高，包括4个家系 (剑15、福5、岑14和开1)；其次是 “V” 型，表表现出中部1%NaOH抽出物含量最低，有3个参试家系属于此类型；另外2个家系也呈现出2种不同的变化趋势，黄34的1%NaOH抽出物含量随着树高的增加而增加，32刚好相反随着树高的增加含量降低。纤维素含量表现为 “Λ” 型、递增以及递减3种类型，主要变化类型是 “Λ” 型包含5个参试家系。

图1不同家系马尾松基本密度和化学成分纵向变化趋势
Fig.1 Vertical variation trend of wood basic density and chemical composition

从差异分析来看 (表2)，树梢部分灰分含量最高且纤维素含量最低，分别为0.43%和44.36%，与中部和基部均有显著性差异，其他性状差异不显著。

2.2.2径向变异

不同家系马尾松基本密度和化学成分径向变化趋势见图2。

表2 马尾松材性性状纵向变化差异分析Table 2 Difference analysis of longitudinal variation of wood properties

注：不同小写字母表示差异显著。

图2不同家系马尾松基本密度和化学成分径向变化趋势
Fig.2 Radial variation trend of wood basic density and chemical composition

从图2可以看出，基本密度径向变化主要特征是从里向外逐渐增大，5个参试家系属于此类型；另一种是呈 “Λ” 型，即中间层基本密度最高，其中包含2个家系黄16和剑5；第3种是从里向外基本密度先减小随后增加，呈 “V” 型。木材化学组分径向变异多样，灰分含量主要变化特点是从里向外先减少随后增加，呈 “V” 型走向，有7个参试家系属于此类；另外2个家系灰分含量变化特征分别是从里向外逐渐递减 (岑14) 以及从外向里逐渐递减 (开1)，但是里层和中层的灰分含量平均值相差不大。1%NaOH抽出物变异多样性最大，分别是从中心向树皮方向含量递减或递增，以及中间低两边高呈 “V” 型，还有中间高两边低，呈 “Λ” 型，除了 “V” 型有3个家系外其余类型均是2个家系，说明1%NaOH抽出物含量在径向变异较大，难以找到相似的规律。纤维素含量径向变化趋势与1%NaOH抽出物相似，在径向上变异多样，有4种类型，但主要以 “Λ” 型为主，其中有5个参试家系属于此类。

从径向差异分析来看 (表3)，基本密度在里层和外层存在显著性差异，灰分含量中层分别与里层和外层有显著性差异，其余性状差异不显著。

表3 马尾松材性性状径向变化差异分析Table 3 Difference analysis of radial variation of wood properties

注：不同小写字母表示差异显著。

2.3 木材基本密度与化学成分的相关性

木材材性性状相关性分析对马尾松定向培育具有重要指导作用，通过基本密度对灰分、1%NaOH抽出物和纤维素进行相关性分析，为化学成分间接选择提供便利。马尾松基本密度与化学组分相关分析见表4。

表4 马尾松基本密度与化学成分的相关分析Table 4 Correlation analysis between wood basic density and chemical composition of P.massoniana

注：*表示差异显著。

从表4可知，基本密度与灰分呈显著正相关，相关系数为0.254，而与1%NaOH抽出物、纤维素呈不显著的负相关，说明通过基本密度可对灰分进行正向选择。

3 结论与讨论

木材基本密度在林业理论研究和实际生产中都有广泛的应用，常用于评价木材性质和筛选优良家系，是木材生产的重要参数指标。木材化学组分一定程度上决定了木材理化性质，最终直接影响了木材的材性和有效利用[15]。其中纤维素作为细胞壁的主要化学组分，其含量越高对制浆纸越有利，灰分和抽提物作为制浆残余物，其含量越低木材利用效益越高。大量研究表明，材性在林木种源、家系、无性系以及个体间等不同层次都存在不同的变异规律。因此，研究木材材性在家系水平上不同纵向和径向的变异规律，对马尾松木材评价和资源合理利用具有一定的指导作用。

本研究表明，灰分含量变异系数最高，为0.451 6%，其潜力最大可作为材性改良的指标之一，同时马尾松不同家系间只有基本密度和1%NaOH抽出物存在显著型差异。基本密度和4个化学组分的纵向和径向呈多样性变化，其中基本密度的变化规律基本与Johansson[16]总结的木材密度变化三大类型符合。虽然变化规律多样，但是有些变化规律包含的家系较多，因此根据其在9个参试家系中所占比例可划分出主要的变化类型。纵向上，树梢部分灰分含量最高而纤维素含量最低，且两者都与中部和基部的含量存在显著性差异，表明树梢部分木材不适合做纸浆用材，中部和基部较为适合。径向上可以看出，中层基本密度就是其平均密度，这与贾婕等[13]的研究结果相同，因此该研究的种子园内也可用中龄期的木材基本密度决定马尾松家系整体基本密度水平。中层灰分含量最低，占里层和外层的60%～70%，且与里层和外层均差异显著，其余指标差异不显著，而平均值较为接近，说明其均一性较好，因此灰分含量理论上可作为木材径向选材的主要指标。以上分析可以看出，无论是纵向还是径向灰分都是重要的参考指标，同时灰分与基本密度呈显著正相关，说明在该种子园内通过基本密度对灰分进行正向选择对研究木材株内变异有重要意义。马尾松良种选育和木材利用的实际生产过程中，木材产量是最重要最直接的参考指标，因此下一步研究应该加入木材生长性状，将理论研究进一步与实际生产联系起来。

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