红锥优树二代家系抗逆性苗期选择研究

申文辉 谭长强 劳庆祥 郝海坤 曹艳云 郑 威 黄志玲

( 1. 广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2. 中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 崇左 532600)

林木在生长过程中受到基因及环境共同影响，其遗传和表型参数处于一个动态的变化过程。早期选择是对被选林木最快速的遗传评定方法，是以数量遗传学中的间接选择原理为基础的林木选育方法，是利用林木幼龄期性状与成熟期性状相关的一种选择方法[1]。在生长表型方面，前人通过研究杉木（Cunninghamia lanceolata）[2]、落叶松（Larix gmelinii）[3]、北美鹅掌楸（Liriodendron tulipifera）[4]、红锥（Castanopsis hystrix）[5]等表明林木早期选择是可行的，并取得了良好效果。在体内生长和内含物方面的早期选择应用研究中，冯玉龙等[6]指出不同种源长白落叶松（Larix olgensis）的生长与过氧化物酶等几种酶活力有密切的相关性；高红霞等[7]认为抗旱指标可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸可作为红砂早期选择的指标，并应用于其他灌木选育中。同样，徐永杰等[8]通过主成分和聚类综合分析研究认为，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量可作为油桐（Vernicia fordii）抗性家系筛选重要指标；而相关研究表明POD、过氧化氢酶（CAT）和SOD在植物的抗虫防御过程中起到了重要的保护作用[9]。因此可通过研究红锥苗期抗性生理指标，来筛选具有抗性能力的红锥优良家系具有现实可行性。

红锥为壳斗科（Fagaceae）栲属（Castanopsis）的常绿乔木，生长快，适应性强，是优质珍贵用材树种[10]。目前，仅广西红锥造林面积已达15000 hm2以上，随着国家乡土珍贵树种木材储备计划的实施、市场对高档珍贵用材的需求的增长以及天然林的禁伐，红锥人工造林的区域将进一步扩大。同时，随着世界环境的不断恶化，极端环境的频繁出现，对林木耐抗能力提出了更高的挑战。而目前，对红锥的遗传改良研究多集中在红锥优树一代家系生长性状、光合等方面[5，11-12]，有关红锥抗性优良家系选择的研究尚未见研究。本研究结合内含物进行红锥优树二代家系抗逆性的苗期选择，将为进一步红锥的选育和推广提供科学依据。

1 试验地概况

试验地在广西林科院科研试验基地(108°20′E，22°55′N)，海拔约80 m，属湿润的亚热带季风气候。年均气温21.7 ℃，1月平均气温12.8 ℃，极端最低气温-1.5 ℃，7 — 8月平均气温28. 2 ℃，极端最高气温39. 4 ℃，10 ℃积温为7200 ℃，日照时数1550 h以上，全年几乎无霜；干湿季节明显，年均降雨量1300 mm，降雨主要集中在4—9月。土壤为赤红壤，pH值为5.6，肥力中等，土壤经风干、粉碎、过筛备用。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

于2016年11—12月从2002年建立的广西凭祥的红锥优树子代测定林中选择29株子代优树进行分株采种，29株优树种子编号及最初来源分别为 广 西 浦 北 （ A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、A8、A9、A10）、博白（B1、B2、B3、B4、B5）、凭祥（P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7）、东兰（D1、D2、D3）、容县（R1、R2、R3、R4）等 5 个种源地。

2.2 试验方法

将29个优树的种子沤晒去壳后，筛选健壮饱满种子，然后将所有种子撒于沙床中催芽，待当60%～70%的种子胚芽出土时即可开始移植，选取长出胚芽或叶子的小苗进行移植至规格为18 cm×18 cm的育苗袋中，基质为黄心土。育苗采取相同的水肥、杀虫等管理措施。每个家系苗木随机选择30株挂牌测定，于2018年1月，测定其苗高、地径生长情况。同时，选择每个家系苗高、地径平均值附近的5株进行生理指标的测定，每株选取3片无病虫害、刚成熟而未老化的叶片，每个指标3次重复。采用蒽酮比色法[13]测定可溶性糖含量；采用蒽酮比色法[14-15]测定淀粉含量；采用考马斯亮蓝G-250法[16]测定可溶性蛋白质含量；采用硫代巴比妥酸法[17]测定MDA含量；采用酸性茚三酮法[18]测定游离脯氨酸含量。采用愈创木酚比色法[18]测定POD活性。采用NBT光化还原法[18]测定SOD活性。

2.3 数据分析

利用WPS以及DPS7.05对试验数据进行整理及统计分析。不同红锥家系综合评价用隶属函数法，其公式为：

若所测指标与家系的抗逆性呈正相关，则采用公式（1）计算隶属函数值；若测定指标与家系的抗逆性呈负相关则用公式（2）计算隶属函数值。确定不同指标的权重，权重确定采用标准差系数法。按公式（3）计算标准差系数，再按公式（4）计算各指标的权重。

最后，按公式（5）计算不同家系各指标的综合评价值（D），以来衡量不同红锥优树二代苗木的优劣状况。

3 结果与分析

3.1 家系苗高地径比较

从表1 可知，29个红锥二代家系间1年生苗高、地径均表现出显著差异（P＜0.05）。苗高为36.5～74.8 cm，变异系数为14.72%；地径为5.03～8.58 mm，变异系数为10.51%。红锥优树二代家系苗高前 10 名的分别为 B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和 R3，地径前 5 名的分别为 B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2。

表1 不同红锥二代家系苗生长差异Table 1 Growth differences in 2nd superior families of C. hystrix

3.2 家系抗性生理比较

从表2可知，29个红锥优树二代家系间可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、游离脯氨酸、MDA含量以及POD、SOD活性差异均达到了显著水平（P＜0.05），说明不同红锥优树二代家系之间的抗性生理特性差异较大。其中可溶性糖含量变化为3.37%～5.84%，变异系数为12.53%，其中A10家系可溶性糖含量最高，显著高于其他家系（P＜0.05）；其次为 B1、P3、A3、R3、P2、D1和 A5家系，七者之间无显著差异；最低的为 P7、B4、R1、A1、R4、D3、A7、A2和A8，该9个家系之间无显著差异，均值为3.52，其中最低的为A8家系，其值为3.37。淀粉含量变化为2.01%～4.09%，变异系数为14.23%，其中B4家系叶片淀粉含量最高，其次为A8、B3家系，三者之间无显著差异，均值为3.99；最低的为P7家系，其值为2.01，比29个家系均值（3.24%）低38.1%。可溶性蛋白含量变化为20.4～38.1 mg/g，变异系数为13.89%，其中P4家系叶片可溶性蛋白含量显著高于其他28个家系（P＜0.05）；其次为P2、P5、D3、A5和A8家系，五者之间无显著差异；最低的为R4家系，其值为20.4 mg/g，比29个家系均值（28.3 mg/g）低27.9%。脯氨酸含量变化为2.66～5.04 μg/g，变异系数为14.68%，其中R1、D1家系叶片脯氨酸含量最高，均值为5.00 μg/g，比29个家系均值（3.69 μg/g）高35.5%；其次为A10、D3和A5家系，三者之间无显著差异；最低的为A8家系，其值为2.66 μg/g，比29个家系均值低27.8%。MDA含量变化为15.6～87.5 μmol/g，变异系数为49.89%，其中B1家系显著高于其他28个家系（P＜0.05），高出29个家系平均值（31.7 μmol/g）的176.0%；其次为A4、P5和P6家系，三者之间无显著差异。最低的为B5、A9、A7、P3、R4和A3家系，六者之间无显著差异，均值为17.7 μmol/g，比29个家系均值低44.2%。POD活性变化为12.3～88.0 μ/(g·min)，变异系数为 52.97%，其中 A5、A10家系叶片POD活性最高，两者之间无显著差异，均值为 87.9 μ/(g·min)，比 29 个家系均值（39.9 μ/(g·min)）高120.2%；最低的为R2、D3和A6家系，三者均值为 14.6 μ/(g·min)，比 29个家系均值低63.5%。SOD活性变化为53.2～82.9 U/g，变异系数为11.58%，其中A3、R1、A1和P6家系叶片SOD活性最高，四者之间无显著差异，均值为80.8 U/g，比29个家系均值（67.1 U/g）高20.5%；最低的为 R2、A4、A8、D1、B4和 P2家系，六者均值为54.9，比29个家系均值低18.2%。

3.3 红锥二代家系苗期抗性生理综合评价

对红锥二代家系苗期抗性生理进行综合评价的结果表明（表3）：29个红锥二代家系苗期抗性生理表现由高到低分别为A10＞A5＞P3＞R1＞B2＞P7＞A7＞B3＞P2＞B5＞A9＞P4＞A3＞D1＞P1＞B4＞R3＞D3＞R4＞A1＞A6＞A8＞P6＞P5＞R2＞A2＞A4＞D2＞B1家系。

表3 不同红锥二代家系苗抗性生理指标综合评价Table 3 Comprehensive evaluation of resistance physiological indexes of 2nd superior families of C. hystrix

4 结论与讨论

植物抗性能力是基因调控的表达以及长期与复杂的生态环境相互作用的结果。植物在某一性状上存在着基因型差异，那么这种差异必定会体现在相应的生理生物标记上[19-20]。可溶性糖、可溶性蛋白质、游离脯氨酸作为细胞质重要的渗透调节物质，它们的大量积累有助于降低逆境对植物的伤害[21-22]。MDA是膜脂过氧化的最终产物，可抑制保护酶活性，降低抗氧化物含量，从而加剧膜脂过氧化，其质量摩尔浓度与植物抗寒性呈负相关，即MDA含量低则受伤害程度低[23]。MDA含量在一定程度上可反应了红锥二代优良家系的抗逆性，如弱抗家系B1的MDA含量高达87.51 μmol/g。但MDA决不是判断植物抗性的唯一指标，本研究中涉及到的2种抗性保护酶，即SOD、POD，是清除O2-和H2O2的酶[24]，很大程度上也反应植物的抗逆性，因此要进行抗性评价需要综合考虑与抗性有关的多种因素来综合分析。而本研究得出红锥二代家系苗木可溶性糖含量、可溶性淀粉含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、MDA含量、POD活性和SOD活性等7个抗逆性指标家系之间均存在显著差异，说明进行红锥家系选择利用和遗传改良具有生理依据，有望取得积极效果。

本试验采用多个性状的综合选择较优的综合指数选择法，对可溶性糖含量、可溶性淀粉含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、MDA含量、POD活性和SOD活性这7个生理指标进行综合评价，筛选出抗逆性综合评价前10位的红锥二代优良家系为 A10、A5、P3、R1、B2、P7、A7、B3、P2、B5和A9。而红锥为用材林，以生长作为选育的总体目标不能忽略，因此进一步通过结合苗高（排名前10 位的家系B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和R3）、地径（排名前10位的家系B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2） 均 处 于 前10位的家系，选出P3、B2、A7、B5等4个红锥抗性优良家系。

目前，在林木遗传改良中直接采用抗逆性生理指标进行抗性优良品种筛选，还处于起步阶段[7，25]。本研究采用7个渗透调节物质生理指标在红锥生长早期进行家系抗性能力评价，其结果能否在成年期表现出密切的关联程度还有待进一步验证。在今后的研究中，将与其他抗性指标（如叶绿素、光合、荧光指标等）评价结果进行对比和优化，并结合造林试验，制定红锥的中长期、多世代遗传改良育种计划，通过多年度、多立地和多区域的重复试验，探讨早期选择结果的可靠性，并进行优良家系的再次选择，以期获得红锥速生抗逆性强的优良品种。