桉树种间杂交可配性及可利用组合分析

王楚彪，卢万鸿，林彦，罗建中

桉树种间杂交可配性及可利用组合分析

王楚彪1,2，卢万鸿1，林彦1，罗建中1＊

(1.国家林业和草原局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；2.南京林业大学，江苏 南京 210037)

为明晰桉树各树种间杂交可行性，确定适合国内使用的桉树杂交亲本和杂交组合，本研究基于我国已有的桉树树种特性，在保证其他条件一致的情况下，4 a间通过在华南地区对选定的母本和父本进行人工控制授粉，持续跟踪坐果情况并收获果实，使用一般线性模型、相关分析等方法分析各树种间、各父母本间、各组合间杂交可行性和成功率。本研究共进行杂交控制授粉701个组合，参与杂交的母本有6个树种，父本有10个树种，共授粉花蕾26 018朵，其中收到果实的组合占53.50%，杂交成功率是22.70%；年份间的杂交成功率差异显著；母本间的杂交成功率差异极显著，杂交成功率与授粉的花蕾数不全为正相关，相关系数在0.4 ~ 0.8之间。细叶桉、尾叶桉、韦塔桉为母本的杂交成功率较高，其中细叶桉达到35.99%，按杂交成功率划分可将各母本归为2个子集；父本方面，巨桉杂交成功率达到38.86%，其次是粗皮桉，横脉组做父本杂交成功率较高；不同组之间，横脉组内杂交成功率较高，窿缘组内杂交成功率低，与亲缘关系不成正比，横脉组与窿缘组之间杂交成功率高。尾叶桉、细叶桉是优良母本，巨桉、粗皮桉是优良父本。细叶桉× 巨桉、细叶桉×尾叶桉等组合可重点用于台风区，尾叶桉× 粗皮桉、尾叶桉× 巨桉等组合可重点用于非台风区。

桉树；杂交育种；控制授粉；杂交成功率；杂交组合

杂交育种是林木遗传改良的重要方法，该方法在我国主要种植树种如杨树()、松树()、桉树()、杉木()的改良中均取得了重要成果。桉树是我国重要的多用途树种，其人工林面积达546.74万公顷[1]。桉树种间杂交一直是桉树育种的关键领域[2]且已应用了几十年[3]。最早的桉树人工林种子来源于桉树天然林的自然杂交[4]，随后研究者采种建立早期种子园，但这种选育往往在较窄的遗传基础上进行，之后有目的的桉树杂交很快开展起来[5-6]。起初人工控制的杂交主要在蓝桉组(Section)、窿缘桉组(Section)、横脉组(Section)中进行。含有巨尾桉(×)、巨赤桉(×)、粗皮桉()、细叶桉()的杂交组合在商业上应用较多[7]。研究发现，有两点对桉树杂交育种的成功起到重要作用，一是亲本的遗传多样性，二是有完善的扩繁体系[2]，即杂交种优势可通过营养繁殖保存和利用[8]。之后科研人员相继开展了桉树杂交相关研究[9-13]和桉树杂交种性状等方面的研究[14]。

自20世纪80年代起，王豁然等研究人员进行了桉树引种工作[15]，而开始大规模桉树杂交育种始于“中澳合作东门项目”。桉树杂交亲本和子代[16-17]及育种群体方面[18]的研究在我国相继开展，并取得了相应的成果。以往的研究发现亲本的选择和杂交组合的选配对桉树杂交育种起关键作用，但之前未全面收集国内常用桉树种的杂交材料，我国还未进行过大规模的杂交制种试验。为了探索适合我国使用的桉树杂交亲本和杂交组合，本研究进行了连续4 a的大规模桉树杂交制种工作，分析了各桉树树种间的亲和特征和各亲本间杂交可配性，选择适合我国使用的桉树杂交组合，以期为桉树优良杂交亲本的选配提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省湛江市遂溪县岭北镇南方国家级林木种苗示范基地(21°30′ N，111°38′ E)。属北热带湿润大区，为海洋性季风气候，年均温23.1℃，极端低温1.4 ~ 3.6℃ ,极端高温37.2 ~ 38.8℃，年平均降水量1 567 mm，夏季潮湿，冬季干旱。属台地及低丘陵缓坡地形，土壤为玄武岩风化发育的砖红壤，pH值在5.4 ~ 5.7之间。夏秋两季常有台风。

1.2 试验材料

为研究各桉树树种的亲和力，所选父母本来源于多个树种。母本有尾叶桉()、韦塔桉()、细叶桉、粗皮桉等，父本有巨桉()、尾叶桉、粗皮桉、赤桉()、细叶桉、邓恩桉()等。母本保存在试验地内；父本花粉来自我国桉树适生区即华南地区。参与杂交的各亲本单株数量见表1。

1.3 试验方法

在2013、2016、2017、2018年的7－10月进行控制授粉，这4个年份的气候条件基本一致，杂交试验场地、试验条件、试验流程等均一致。每个母本有选择性地重复15 ~ 30个杂交组合，每个杂交组合授粉的花蕾数不少于30。

控制授粉采用目前桉树杂交授粉主流方法，即“人工诱导雌蕊先熟法”(AIP)[10]，在花蕾蒴盖未脱落之前削去蒴盖尖，以损伤柱头使其分泌黏液，之后授粉和使用硫酸纸袋套袋。于授粉后的10 ~ 13 d去除套袋，并初步统计留存的花蕾数。翌年的3－4月采摘果实，自然阴干，统计数量。

1.4 数据处理

采用STATISTICA8.0、SPSS19.0、Microsoft Excel2010软件对数据进行处理和分析。

表1 各年度参与杂交的各树种单株数量

2 结果与分析

2.1 各年度杂交成功率分析

2.1.1 杂交总体情况分析

以每年授粉的所有花蕾数为基数，统计每年收到的果实数量以统计杂交成功率(表2)。4 a累计桉树杂交授粉组合数为701个，可收获种子的组合达53.50%；累计授粉的花蕾为26 018朵，平均杂交成功率为22.70%，以2016年的杂交成功率最高、2018年的最低。

表2 各年度杂交成功率统计

注：杂交成功率/%=(收获果实数/授粉花蕾数) ×100%

图1 所有组合收果情况分析

图1呈现了701个组合授粉时的花蕾数、解袋时(授粉之后10 ~ 13 d)的花蕾数和最终收获的果实数(坐果数)之间的关系。通过分析，授粉花蕾数与解袋时花蕾数相关系数=0.533 2；解袋时花蕾数与坐果数相关系数=0.559 3，可见3组数据呈正相关。3组数据都基本是正态分布，各组合授粉花蕾数多集中在20 ~ 60个，解袋时的花蕾数集中在15 ~ 50个，而各组合坐果数集中在5 ~ 20个。图中部分点比较离散，反映部分组合所收获的果实不会因为增加授粉的花蕾数而增加，组合间的成功率显现出差异，说明影响杂交成功率的主要因素是亲缘关系，亲缘关系较远的杂交组合总体成功率较低。

2.1.2 按年度分析杂交情况

一般情况下，授粉时花蕾数越多，解袋时剩下的花蕾数就更多，最终收获的果实也多，在图2的趋势线中可得到相应验证。2016年的杂交成功率最高，但其相关性并非为最高，说明2016年总体杂交成功率高，但是内部各组合差异较大。解袋时花蕾数和授粉花蕾数的比值以2016年的最高，达85.29%，说明该年度的各杂交组合在解袋时被授粉花蕾基本保留在枝头，该比值在2017年、2018年只有60%左右。

2.2 各母本、父本杂交情况分析

2.2.1 各母本杂交情况

由图3可知，各母本授粉成功率差异极显著(<0.01)，韦塔桉(W)、细叶桉(T)、尾叶桉(U)作为母本的平均杂交成功率均在20%以上，其中细叶桉平均杂交成功率最高，达35.99%，而尾叶桉杂交成功率跨度较大，说明尾叶桉各组合杂交成功率差异较大。赤桉(C)和粗皮桉(P)做母本授粉成功率相对较低，粗皮桉作母本在实际授粉工作中成功率一直都较低；赤桉的授粉成功率最低，说明以赤桉作母本制作杂交种较困难。

图2 各年度授粉成功率情况

注：Bud1：Bud2表示授粉花蕾数和解袋时花蕾数之比；Capsule：Bud1表示授粉花蕾数与收到的果实之比

图3 各母本杂交成功率比较

注：各母本代号W=韦塔桉，T=细叶桉，U=尾叶桉，C=赤桉，P=粗皮桉，Du=邓恩桉

对各母本杂交成功率采用LSD检验进行多重比较可知(表3)，不同母本杂交成功率两两比较结果各不相同，其中粗皮桉(P)、赤桉(C)分别和尾叶桉(U)、韦塔桉(W)和细叶桉(T)杂交成功率差异均极显著，基本上可以分成2个组，一组是尾叶桉、韦塔桉、细叶桉，其杂交成功率较高；另一组是粗皮桉、赤桉，其杂交成功率较低，而邓恩桉(Du)的杂交成功率中等。细叶桉和尾叶桉杂交成功率差异极显著，这一方面是由于两者的杂交成功率有一定差异，另一方面是由于尾叶桉杂交成功率分布比较离散。各母本收果数与授粉时的花蕾数基本成正相关，而韦塔桉作母本时相关系数最低。综合分析，可知尾叶桉、赤桉作母本，杂交成功率与其他母本差异显著，处在较高水平。

注：*表示所在行的2个母本(母本I和母本J)杂交成功率均值差异显著(<0.05)

2.2.2 各父本杂交情况

对各父本杂交成功率进行分析可知(图4)，巨桉(G)作为父本，其杂交成功率最高，平均成功率达38.86%。粗皮桉(P)、韦塔桉(W)、尾叶桉(U)作父本，成功率均达20%以上。尾叶桉(U)、巨桉(G)是这4 a进行桉树杂交的主力父本，为杂交工作提供了主要的种子来源。尾叶桉、巨桉的值偏离平均值较多，说明它们在与不同母本杂交过程中，成功率差异很大，这对研究桉树不同杂交组合成功率具有重要意义。以邓恩桉(Du)为父本的组合杂交成功率最低，仅为5.84%。各父本的授粉成功率差异极显著(<0.01)。

桉树在属之下分组，粗皮桉、巨桉、尾叶桉、韦塔桉在横脉组，赤桉、细叶桉、隆缘桉、布拉斯桉在隆缘组，邓恩桉、本沁桉在蓝桉组。本研究结果表明，横脉组作为父本杂交成功率普遍较高，而蓝桉组作父本杂交成功率较低。

图4 各父本杂交成功率比较

注：父本代号G=巨桉，U=尾叶桉，P=粗皮桉，C=赤桉，T=细叶桉，W=韦塔桉，Du=邓恩桉，Bm=本沁桉，Br=布拉斯桉，Ex=窿缘桉

2.2.3 母本、父本影响的综合分析

综合考虑母本和父本对杂交成功率的影响，多因子的一般线性模型分析得出母本× 父本的交互影响下授粉成功率差异极显著(<0.01)。由表4可知，粗皮桉(P)、赤桉(C)作母本时，杂交成功率普遍不高；尾叶桉(U)和巨桉(G)作母本时，杂交成功率普遍较高；韦塔桉(W)作母本时杂交成功率差异较大。无论哪个树种作母本，巨桉、粗皮桉作父本时杂交成功率均较高。

由表5可知，横脉组内杂交成功率较高，达26.11%，隆缘组内杂交成功率较低，仅有7.37%，赤桉、细叶桉、隆缘桉三者之间的杂交成功率不高。组间杂交，窿缘组与横脉组之间杂交成功率较高，以窿缘组为母本的成功率达30.65%，以横脉组为母本的成功率达14.94%，2组之间的亲缘关系较近。蓝桉组与其他两个组杂交成功率均不高。

表5 组内和组间杂交情况分析

注：Ex是窿缘组，Ma是蓝桉组，Tr是横脉组

表4 综合考虑母本和父本杂交成功率情况

2.3 可重点利用杂交组合

细叶桉× 巨桉、细叶桉× 粗皮桉的成功率均在50%以上，尾叶桉× 巨桉、尾叶桉× 韦塔桉、细叶桉× 尾叶桉的成功率基本在40%以上，尾叶桉× 粗皮桉也有较高成功率。

我国种植桉树的区域较多为台风区，在长达5 ~ 8 a的种植周期中有较大概率会遇到强台风，因此抗风品种的选择尤为重要。多年的研究证明，细叶桉× 巨桉、细叶桉× 粗皮桉、细叶桉× 尾叶桉的抗风性能优于其他组合，往后可重点研究此类组合在台风区的使用。在我国没有或较少受台风影响的地区，可种植尾叶桉× 巨桉、尾叶桉× 粗皮桉，这类组合已被证明有明显的生长量优势，可以充分发挥桉树的生长潜力。而在干旱区或者盐碱区，需要使用含有细叶桉或赤桉的组合，其具有较好抗性。

3 讨论

3.1 杂交成功率与亲缘关系

总体而言，亲缘关系越近，授粉成功率越高，但也有例外，如王利民[19]在大花蕙兰杂交中得出“随着亲本遗传距离的增加，杂交成功率有下降趋势”的结果。桉树杂交中部分树种作母本与其他任何树种杂交成功率均不高，这些树种可能由于自身生理结构特点，难以作为母本，在一定程度上存在生殖隔离现象。部分树种难以作父本，可能是这些树种产生的花粉量较少，或者花粉质量不高。

有部分杂交组合未收获果实。它们多是在解袋之后一段时间内落果的，结合实际授粉工作，可能是花粉没有萌发或者花粉活力不足导致授精未成功，母树通过自身调节将未授粉成功的蒴果自行脱落。

3.2 各亲本的特点

尾叶桉作母本其总体杂交成功率均较高，尾叶桉有生长迅速等特点，可作为杂交的主要母本；细叶桉亦是优良的杂交母本，具有优良的抗风性能。由于桉树的主要种植区在南方，常受到台风侵害，因此抗风性是重要的选育性状，细叶桉在这方面有明显优势。粗皮桉作为父本授粉成功率较高，同时具有生长迅速的优点，是优良的父本。尾叶桉× 粗皮桉可作为非台风区主要的组合进行杂交改良，组配优良杂种。尾叶桉×细叶桉或细叶桉作母本的组合杂交成功率也较高，是台风区可重点开发的杂交组合。尾叶桉× 巨桉对干形的改良明显但不抗风，由于其平均生长量高，因此该组合在桉树种植中得到广泛推广。上述组合可作为今后桉树杂交育种工作的重点，而粗皮桉作为母本和父本，其杂交成功率存在显著差异，原因有待进一步研究。

研究表明，亲本来源含有赤桉、细叶桉的杂交种抗性较好，在抗风方面有优良表现；含有尾叶桉、巨桉、粗皮桉的杂交种生长量优良；巨桉对杂交种的干型起改良效果。桉树杂交工作的主要任务是发现并利用杂种优势，该优势可在生长量或抗性上表现出来。经过多年的杂交试验和子代测定研究发现，适合国内使用的杂交材料主要是尾叶桉、巨桉、粗皮桉、赤桉、细叶桉等。

3.3 组内和组间杂交

本研究亲本来源于桉树双蒴盖亚属不同组，横脉组总体花粉量丰富，作父本杂交成功率较高。横脉组内杂交成功率较高，但窿缘组内杂交成功率不高，这与其亲缘关系远近不完全成正比。组间方面，横脉组与隆缘组杂交，无论母本为哪方，均能保持一定成功率，2组之间基本没有明显的生殖隔离，可进行充分杂交，发挥其杂种优势。

4 结论

细叶桉、韦塔桉、尾叶桉作为母本的杂交成功率较高，巨桉、粗皮桉作父本杂交成功率较高。横脉组内杂交成功率较高，而窿缘组内杂交成功率不高。横脉组与窿缘组杂交成功率保持较高水平，蓝桉组与这2个组杂交成功率均不高。细叶桉× 巨桉、细叶桉× 粗皮桉、细叶桉× 尾叶桉组合可重点用于台风区种植，尾叶桉× 巨桉、尾叶桉× 粗皮桉组合可重点用于非台风区种植。

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Cross Compatibility of Interspecific Hybrid Combinations ofand Analyses of Existing Hybrid Combinations

WANG Chubiao1,2, LU Wanhong1, LIN Yan1, LUO Jianzhong1

(1.)

This study aimed to clarify affinities among various species ofand determine their suitability for use as hybrid parents for domestic use in China. Based on genetic relationships between variousspecies and the characteristics of each species, we carried out controlled pollinations among selected parents in South China over a 4 year period. From these pollinations, seed conditions and harvested seed numbers were assessed to enable analyses of inter-species, inter-parent and other cross combinations using general linear models and related analyses. A total of 701 combinations of controlled pollinations were carried out in this study with 6 female parent species and 10 male parent species. From these pollinations, seeds were obtained from 53.50% of the flowers pollinated with an overall hybridization success rate of 22.70%. Analysis based on the combinations of received seeds showed significant differences in the hybridization success rate among years and among female parents. Even so, hybridization success rate was not positively related to the number of flowers pollinated with correlation coefficients varying between 0.4 and 0.8, The hybridization success rate was higher whenand/orwere used as female parents, withproviding the highest success rate at 35.99%. Based on hybridization success rates, female parents can be classified into 2 subsets. When used as male parents, the hybridization success rate ofwas highest at 38.86%, withsecond highest. Species from Sectiongenerally had a higher success rate as male parents than species from other Sections. When hybridization success was examined on the basis of section, the hybridization success rate of species from Sectionwas higher than for species from Sectionbut not proportional to the closeness of the genetic relationships among the species being hybridized. Even so, the overall hybridization success rate of species from both Sectionand Sectionwas relatively high withandproving good as female parents. Meanwhile,proved good as male parents. Other studies have shown that×and×can be used in typhoon susceptible areas, while×and×can be used in regions not overly susceptible to typhoons.

; cross breeding; control pollination; hybridization success rate; hybrid combination

10.13987/j.cnki.askj.2020.01.001

S722.3

A

中国林业科学研究院基本科研业务费专项资助(CAFYBB2017MB028)；广东省林业科技创新项目(2017KJCX031，2019KJCX014)

王楚彪(1982－ )，男，助理研究员，从事林木遗传育种研究，E-mail:scauwcb@163.com

罗建中(1969－ )，男，博士，研究员，从事林木遗传育种研究，E-mail: luojz69@hotmail.com