韶关103个尾叶桉无性系早期生长和耐寒性的遗传分析*

吕中跃 杨晓慧 廖焕琴 陈新宇徐 放 张卫华 潘 文 杨会肖

（1. 韶关市国有九曲水林场，广东 韶关 512600；2. 广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东广州 510520）

桉树属桃金娘科桉属、杯果木属和伞房属树种的统称，桉树及其杂交种在全球热带、亚热带地区广泛引种栽培，其人工林栽培面积约占世界人工林面积的23%[1]。据第九次森林资源清查，我国桉树人工林面积已达547×105hm2，仅占我国人工林面积的6.87%，但年木材产量却超过了5×108m3，成为全国商品用材的最大来源，桉树木材生产在保障我国木材安全及战略储备中上发挥了巨大作用。寒害天气能够导致桉树被冻死，给桉树木材生产带来损失。国内外对桉树早期生长和耐寒性研究主要集中在种源家系选择[2-6]。何旭东等[2]通过对57 个尾叶桉Eucalyptus urophylla×细叶桉E.tereticornis种间杂种的生长和耐寒性进行分析，评选出11 个优良杂种和12 株优良杂种单株。翁启杰等[3]对尾叶桉×邓恩桉E. dunnii群体进行研究，认为杂种桉的耐寒性基本不受加性基因控制，生长受中等程度的遗传控制。VOLKER 等[6]对亮果桉E. nitens和蓝桉E. globulus的杂种类型和性状进行遗传参数评估，认为种内杂种生长性状表现出中等遗传力水平，种间杂种幼龄期易感染病害以及后期死亡率较高。.

尾叶桉原产印度尼西亚及附近岛屿[7]，是热带地区表现优良的速生树种，同时也是桉树杂交育种中重要的亲本树种。由于尾叶桉生长量和木材密度较其他桉属物种更大，其遗传改良对推动桉树育种至关重要。目前造林使用的主要品种仍为20 年前通过表型选择的方法筛选出的品种，急需选育出新良种以保证速生林生产的需求，而关于尾叶桉亲本耐寒性改良的报道较少。因此，本文以2019 年在韶关地区建立的尾叶桉无性系测定林为研究对象，对尾叶桉早期生长和耐寒指标进行遗传参数估算，初步评选出在韶关地区早期生长表现优良、耐寒性高的优良无性系，为尾叶桉造林良种选育及亲本遗传改良提供材料和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在广东省韶关市浈江区韶关林场（113°60′45″E，24°91′75″N）。土壤类型为红壤，年均气温20.3 ℃，年均日照时数1 858 h，无霜期为305 d。多年平均降雨量为1 537.4 mm，降水主要集中在4—7 月，属亚热带季风气候。前茬为松树人工林，机械整地备耕。

1.2 试验材料

参试尾叶桉无性系组培苗共有103 个（包括对照DH3229 和GL9），均来自广东省林业科学研究院所属尾叶桉种质资源库内选育的优良亲本经组培无性系化的材料。

1.3 试验方法

2019 年5 月营建尾叶桉无性系测定林，试验设计采用随机完全区组，6 株行式小区，5 次重复，株行距2 m×3 m。造林前每穴施复混肥1 kg。造林当年追复合肥2 次，第2 年追肥1 次，各施复合肥0.25 kg。

1.4 生长和耐寒表型观测

2019 年12 月和2020 年11 月对试验林7 月生树高和18 月生胸径进行每木调查，于2021 年2月调查冻害（2021 年1 月7 日气温低至0 ℃，连续5 d 持续低温，出现霜冻情况）。尾叶桉冻害状况（CD）分为5 个等级：“4”全株叶片受冻，“3”叶片枯死占全株75%，“2” 叶片枯死占全株50%，“1” 叶片枯死占全株25%，“0” 全株及叶片未受冻害。采用测量杆测量7 月生的树高（H7），采用胸径尺量取胸高（1.3 m）位置的直径（D18）。

1.5 数据分析

根据一元胸径材积方程计算单株材积（V，m3）[8]，18 月生材积公式为V18= 0.017 9×D2.468907

根据桉树青枯病等级与抗性指数计算耐寒性指数[9]，公式为C18= 1-CD/ 4。

统计分析利用R 进行基本描述和多重比较[10]，利用ASReml 软件进行遗传参数估算和基因型值预测[11]。遗传参数估算包括无性系和单株重复力、遗传和表型相关等[12-13]。

单性状分析使用混合线性模型：

重复力是指同一基因型的个体在不同时间或不同地点的表型持续稳定程度，其作为一个重要的遗传参数，已在动植物育种中广泛应用并取得了明显的经济效益[12]。

无性系重复力公式[12]：

表型相关公式[12]：

根据各无性系树高（H7）、胸径（D18）和耐寒性指数（C18）的预测基因型值，计算预测单株树高、胸径值与真实值之间的相关性。采用选择指数法（I）对重要性状进行加权计算综合评定值Wi，Wi的权重系数比例为H7∶D18∶C18=2 ∶2 ∶6，选择早期生长和耐寒性均比对照优良的无性系。

2 结果与分析

2.1 尾叶桉无性系的早期生长和耐寒性表现

尾叶桉各无性系在韶关地区的生长和耐寒性H7、D18、V18和C18平均值分别为2.40 m、5.40 cm、1.30 m3和0.37，表型变异系数分别为41.66%、30.42%、61.06% 和81.08%（表1），说明尾叶桉103 个无性系早期生长和耐寒性指标存在显著差异。进一步对生长和耐寒性性状进行多重比较（表2），可知，对照DH3229 和GL9 在韶关试验地表现为中等水平。尾叶桉各无性系树高、胸径和材积有显著差异，生长性状中材积的多重级数最多，树高的多重级数最少。尾叶桉无性系UA117、UA120、LDUC1、ZQUA9 和ZQUA22 的H7、D18和V18生长均较好（表2），其中H7平均值是总体平均值的135.83%、132.08%、118.75%、118.75%和118.75%，D18平均值是总体平均值的129.62%、133.33%、112.96%、116.67%和116.67%，V18平均值是总体平均值的180.00%、185.38%、128.46%、141.54%和132.31%。由此可知，UA117、UA120、LDUC1、ZQUA9 和ZQUA22的生长和耐寒性早期表现均较优。

表1 韶关地区尾叶桉无性系早期生长和耐寒变异Table 1 Variation of growth and cold tolerance of E. urophylla in Shaoguan

表2 尾叶桉无性系生长和耐寒性性状多重比较Table2 Duncan multiple comparison for growth traits and cold tolerance of E. urophylla in Shaoguan

2.2 尾叶桉不同性状的重复力估算

对尾叶桉生长（树高、胸径和材积）和耐寒性指数进行方差分析及遗传参数估算（表3），可知，各无性系在区组方差达到了显著或极显著水平。尾叶桉不同性状在无性系间的方差达到了极显著水平，方差分量介于0.05～1.01 之间，剩余误差方差分量介于0.02～3.94 之间。H7、D18、V18和C18无性系重复力分别为0.45、0.48、0.56 和0.94，单株重复力分别为0.14、0.16、0.21 和0.78，说明尾叶桉无性系的大部分性状不仅受中等遗传影响，还受到环境因子的影响。C18的单株重复力高达0.78，受较高程度的加性遗传控制。由此可见，尾叶桉生长和耐寒性指数性状在无性系间方差分量都达到了极显著的水平，估算的重复力符合预期生长，尾叶桉无性系生长性状和耐寒性受中等或较高遗传控制的程度。

表3 尾叶桉生长和耐寒性状遗传参数估算Table 3 Genetic parameter estimates of E. urophylla growth and cold tolerance traits

注：-省去中间的字母，同列不同小写字母表示无性系间在 P＜ 0.05 水平差异显著。Note: -It means to leave out the middle lowercase letters, and the different lowercase letters at columns indicates difference among different clones at P＜0.05 level.

2.3 尾叶桉不同性状间相关估算

对韶关地区103 个尾叶桉无性系的生长和耐寒性指数进行遗传和表型相关分析，结果表明，7月生树高（H7）、18 月生胸径（D18）和材积（V18）三者之间的表型和遗传相关都达到了极显著水平（表4）。其中，H7与D18、D18与V18以及H7与V18三者之间的表型相关系数分别为0.79、0.96和0.77，加性遗传相关系数分别为0.86、0.99 和0.83，表明H7、D18和V18间存在极强的正遗传相关。值得注意的是，C18与H7、D18与V18间的表型和加性遗传相关系数与标准误大小相似，且表型和遗传相关系数呈现异号，这可能由于尾叶桉生长与抗寒性指数的遗传基础不同。

表4 尾叶桉不同性状间表型和遗传相关估算Table 4 Phenotypic and additive genetic correlations among different traits of E. urophylla

2.4 尾叶桉各无性系综合选择

尾叶桉为短轮伐纸浆材树种，因此优良无性系选择主要以木材收获量为主。基于BLUP 法预测的尾叶桉无性系H7、D18和V18的基因型值与实际测量值具有显著的相关关系，且相关系数均大于0.96（图1）。以20%无性系入选率，选出H7、D18、C18和综合指数（Wi）均优良无性系（表5）。根据H7基因型值评选的优良无性系为UA117、ZQUC107、UA120、UA123、ZQUD1、LDUC23、ZQUA9、ZQUA14、ZQUA40、LDUC26、ZQUA22、LDUC1、ZQUA44、ZQUC97、ZQUC17、ZQUB39、ZQUC14 和LDUD98，其树高平均值与对照（DH3229）相比高出0.50 m，达20.66%。根据D18基因型值评选的优良无性系为UA120、UA117、ZQUA14、ZQUB44、ZQUA9、ZQUB39、ZQUA40、ZQUA22、UA123、LDUC23、ZQUA34、ZQUA20、LDUC1、ZQUD8、ZQUA44、ZQUC15，其胸径平均值与对照（DH3229）相比高出1.23 cm，达23.52%。根据C18基因型值评选的优良无性系为LDUC24，其耐寒性指数平均值与对照（DH3229）相比高出0.11，达37.93%。综合评选按照7 月生树高（H7）、18 月生胸径（D18）和18 月生耐寒性指数（C18）的权重比2 ∶2 ∶6进行， 综合评选的优良无性系为ZQUA9、ZQUA22、ZQUA44、LDUB94、ZQUC14、ZQUC17、ZQUA34、LDUC1 和ZQUD1，其生长和耐寒性都较优。入选无性系的H7、D18和C18的均值比对照（DH3229）分别高出0.32 m，0.68 cm和0.39，达13.18%、13.01%和136.27%。无性系UA117 和UA120 生长性状较好，而耐寒性较差。作为对照的DH3229 和GL9，其生长量均处于平均水平，但DH3229 的耐寒性指数较高。

图1 预测的生长和耐寒性指数与实际指标之间的相关性Fig. 1 Pearson correlation between predicted and original values of E. urophylla clones in Shaoguan

表5 尾叶桉优良无性系生长表现和基因型值比较Table5 Comparison of growth performance and genotype value for different traits in E. urophylla

3 结论与讨论

本研究以韶关地区103 个尾叶桉无性系为材料，对无性系H7、D18、V18和C18的遗传变异进行评价。由于林木无性系具有不同的基因型，且受材料本身来源和选育水平的影响，不同无性系间的生长存在较大差别[13]。韶关地区103 个尾叶桉无性系生长和耐寒性性状在区组、无性系间达到了显著或极显著差异。这与已有报道树高、胸径和材积等生长性状在无性系间的差异显著结果一致[14-18]，表明尾叶桉无性系存在较好的选择潜力。重复力指同一基因型的生物个体在不同地点或时间的表型持续稳定程度，是一个重要的遗传参数，已在动植物育种中广泛应用并取得了显著的经济效益[12]。重复力越大，说明性状的遗传效应越强。陈升侃等[15]通过对22 个无性生长性状进行遗传分析，得出桉树无性系各生长性状的重复力在0.86～0.94 之间。杨汉波等[19]通过对6 年生的引种桉树种源生长性状进行分析，得出不同桉树树种的单株遗传力在0.70～0.94 之间。翁启杰等[3]通过对尾叶桉×邓恩桉E. dunnii杂种的生长和耐寒性分析得出杂种桉树耐寒性的狭义遗传力较低。而本研究的尾叶桉无性系生长和耐寒性指数的无性系重复力在0.45～0.94 之间，单株重复力在0.14～0.78 之间，说明生长性状和耐寒性受中等程度遗传，再次验证韶关地区103 个尾叶桉无性系选育的有效性。

本研究的尾叶桉无性系树高、胸径和材积性状间的两两相关呈显著或极显著相关，相同年龄的胸径和材积表型和遗传相关系数均较高，分别为0.96 和0.99，这与已研究报道的材积与胸径相关性结果一致[16-17]。翁启杰等[3]通过对杂种桉相关性分析，得出8 月生耐寒性指数和20 月生树高之间的加性遗传相关为负值，而本研究中尾叶桉耐寒性指数与生长性状的表型和遗传相关系数均较小，且未达到显著水平，表明在实际育种中，生长和抗寒性可以独立选择。

评选出生长快、又兼具耐性强的优良无性系是林木良种选育中一项重要的工作。基于基因型值评选是从遗传本质上解析无性系间的差别，基因型综合选择指数法是根据选育目标将所要选择的性状按其相对重要性、遗传力、经济价值和相互之间的遗传相关关系进行适当加权后合并成一个综合指数，简化了选择方法，提高了选择效率[20]。本研究基于不同性状综合评选出生长和耐寒性都较优的无性系ZQUA9、ZQUA22、ZQUA44、LDUB94、ZQUC14、ZQUC17、ZQUA34、LDUC1 和ZQUD1。已有研究表明尾叶桉纯种不耐寒[3]，而本研究无性系LDUB94、LDUC24、ZQUB16 和ZQUC29 的耐寒性指数都高于杂种耐寒性（DH3229 和GL9），这些无性系可以为耐寒亲本选择提供材料。