申文輝 譚長強 勞慶祥 郝海坤 曹艷云 鄭 威 黃志玲

( 1. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530002；2. 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 崇左 532600)

林木在生長過程中受到基因及環(huán)境共同影響，其遺傳和表型參數(shù)處于一個動態(tài)的變化過程。早期選擇是對被選林木最快速的遺傳評定方法，是以數(shù)量遺傳學中的間接選擇原理為基礎的林木選育方法，是利用林木幼齡期性狀與成熟期性狀相關的一種選擇方法[1]。在生長表型方面，前人通過研究杉木（Cunninghamia lanceolata）[2]、落葉松（Larix gmelinii）[3]、北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）[4]、紅錐（Castanopsis hystrix）[5]等表明林木早期選擇是可行的，并取得了良好效果。在體內(nèi)生長和內(nèi)含物方面的早期選擇應用研究中，馮玉龍等[6]指出不同種源長白落葉松（Larix olgensis）的生長與過氧化物酶等幾種酶活力有密切的相關性；高紅霞等[7]認為抗旱指標可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸可作為紅砂早期選擇的指標，并應用于其他灌木選育中。同樣，徐永杰等[8]通過主成分和聚類綜合分析研究認為，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量可作為油桐（Vernicia fordii）抗性家系篩選重要指標；而相關研究表明POD、過氧化氫酶（CAT）和SOD在植物的抗蟲防御過程中起到了重要的保護作用[9]。因此可通過研究紅錐苗期抗性生理指標，來篩選具有抗性能力的紅錐優(yōu)良家系具有現(xiàn)實可行性。

紅錐為殼斗科（Fagaceae）栲屬（Castanopsis）的常綠喬木，生長快，適應性強，是優(yōu)質(zhì)珍貴用材樹種[10]。目前，僅廣西紅錐造林面積已達15000 hm2以上，隨著國家鄉(xiāng)土珍貴樹種木材儲備計劃的實施、市場對高檔珍貴用材的需求的增長以及天然林的禁伐，紅錐人工造林的區(qū)域?qū)⑦M一步擴大。同時，隨著世界環(huán)境的不斷惡化，極端環(huán)境的頻繁出現(xiàn)，對林木耐抗能力提出了更高的挑戰(zhàn)。而目前，對紅錐的遺傳改良研究多集中在紅錐優(yōu)樹一代家系生長性狀、光合等方面[5，11-12]，有關紅錐抗性優(yōu)良家系選擇的研究尚未見研究。本研究結合內(nèi)含物進行紅錐優(yōu)樹二代家系抗逆性的苗期選擇，將為進一步紅錐的選育和推廣提供科學依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地在廣西林科院科研試驗基地(108°20′E，22°55′N)，海拔約80 m，屬濕潤的亞熱帶季風氣候。年均氣溫21.7 ℃，1月平均氣溫12.8 ℃，極端最低氣溫-1.5 ℃，7 — 8月平均氣溫28. 2 ℃，極端最高氣溫39. 4 ℃，10 ℃積溫為7200 ℃，日照時數(shù)1550 h以上，全年幾乎無霜；干濕季節(jié)明顯，年均降雨量1300 mm，降雨主要集中在4—9月。土壤為赤紅壤，pH值為5.6，肥力中等，土壤經(jīng)風干、粉碎、過篩備用。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

于2016年11—12月從2002年建立的廣西憑祥的紅錐優(yōu)樹子代測定林中選擇29株子代優(yōu)樹進行分株采種，29株優(yōu)樹種子編號及最初來源分別為 廣 西 浦 北 （ A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、A8、A9、A10）、博白（B1、B2、B3、B4、B5）、憑祥（P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7）、東蘭（D1、D2、D3）、容縣（R1、R2、R3、R4）等 5 個種源地。

2.2 試驗方法

將29個優(yōu)樹的種子漚曬去殼后，篩選健壯飽滿種子，然后將所有種子撒于沙床中催芽，待當60%～70%的種子胚芽出土時即可開始移植，選取長出胚芽或葉子的小苗進行移植至規(guī)格為18 cm×18 cm的育苗袋中，基質(zhì)為黃心土。育苗采取相同的水肥、殺蟲等管理措施。每個家系苗木隨機選擇30株掛牌測定，于2018年1月，測定其苗高、地徑生長情況。同時，選擇每個家系苗高、地徑平均值附近的5株進行生理指標的測定，每株選取3片無病蟲害、剛成熟而未老化的葉片，每個指標3次重復。采用蒽酮比色法[13]測定可溶性糖含量；采用蒽酮比色法[14-15]測定淀粉含量；采用考馬斯亮藍G-250法[16]測定可溶性蛋白質(zhì)含量；采用硫代巴比妥酸法[17]測定MDA含量；采用酸性茚三酮法[18]測定游離脯氨酸含量。采用愈創(chuàng)木酚比色法[18]測定POD活性。采用NBT光化還原法[18]測定SOD活性。

2.3 數(shù)據(jù)分析

利用WPS以及DPS7.05對試驗數(shù)據(jù)進行整理及統(tǒng)計分析。不同紅錐家系綜合評價用隸屬函數(shù)法，其公式為：

若所測指標與家系的抗逆性呈正相關，則采用公式（1）計算隸屬函數(shù)值；若測定指標與家系的抗逆性呈負相關則用公式（2）計算隸屬函數(shù)值。確定不同指標的權重，權重確定采用標準差系數(shù)法。按公式（3）計算標準差系數(shù)，再按公式（4）計算各指標的權重。

最后，按公式（5）計算不同家系各指標的綜合評價值（D），以來衡量不同紅錐優(yōu)樹二代苗木的優(yōu)劣狀況。

3 結果與分析

3.1 家系苗高地徑比較

從表1 可知，29個紅錐二代家系間1年生苗高、地徑均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。苗高為36.5～74.8 cm，變異系數(shù)為14.72%；地徑為5.03～8.58 mm，變異系數(shù)為10.51%。紅錐優(yōu)樹二代家系苗高前 10 名的分別為 B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和 R3，地徑前 5 名的分別為 B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2。

表1 不同紅錐二代家系苗生長差異Table 1 Growth differences in 2nd superior families of C. hystrix

3.2 家系抗性生理比較

從表2可知，29個紅錐優(yōu)樹二代家系間可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、游離脯氨酸、MDA含量以及POD、SOD活性差異均達到了顯著水平（P＜0.05），說明不同紅錐優(yōu)樹二代家系之間的抗性生理特性差異較大。其中可溶性糖含量變化為3.37%～5.84%，變異系數(shù)為12.53%，其中A10家系可溶性糖含量最高，顯著高于其他家系（P＜0.05）；其次為 B1、P3、A3、R3、P2、D1和 A5家系，七者之間無顯著差異；最低的為 P7、B4、R1、A1、R4、D3、A7、A2和A8，該9個家系之間無顯著差異，均值為3.52，其中最低的為A8家系，其值為3.37。淀粉含量變化為2.01%～4.09%，變異系數(shù)為14.23%，其中B4家系葉片淀粉含量最高，其次為A8、B3家系，三者之間無顯著差異，均值為3.99；最低的為P7家系，其值為2.01，比29個家系均值（3.24%）低38.1%?？扇苄缘鞍缀孔兓癁?0.4～38.1 mg/g，變異系數(shù)為13.89%，其中P4家系葉片可溶性蛋白含量顯著高于其他28個家系（P＜0.05）；其次為P2、P5、D3、A5和A8家系，五者之間無顯著差異；最低的為R4家系，其值為20.4 mg/g，比29個家系均值（28.3 mg/g）低27.9%。脯氨酸含量變化為2.66～5.04 μg/g，變異系數(shù)為14.68%，其中R1、D1家系葉片脯氨酸含量最高，均值為5.00 μg/g，比29個家系均值（3.69 μg/g）高35.5%；其次為A10、D3和A5家系，三者之間無顯著差異；最低的為A8家系，其值為2.66 μg/g，比29個家系均值低27.8%。MDA含量變化為15.6～87.5 μmol/g，變異系數(shù)為49.89%，其中B1家系顯著高于其他28個家系（P＜0.05），高出29個家系平均值（31.7 μmol/g）的176.0%；其次為A4、P5和P6家系，三者之間無顯著差異。最低的為B5、A9、A7、P3、R4和A3家系，六者之間無顯著差異，均值為17.7 μmol/g，比29個家系均值低44.2%。POD活性變化為12.3～88.0 μ/(g·min)，變異系數(shù)為 52.97%，其中 A5、A10家系葉片POD活性最高，兩者之間無顯著差異，均值為 87.9 μ/(g·min)，比 29 個家系均值（39.9 μ/(g·min)）高120.2%；最低的為R2、D3和A6家系，三者均值為 14.6 μ/(g·min)，比 29個家系均值低63.5%。SOD活性變化為53.2～82.9 U/g，變異系數(shù)為11.58%，其中A3、R1、A1和P6家系葉片SOD活性最高，四者之間無顯著差異，均值為80.8 U/g，比29個家系均值（67.1 U/g）高20.5%；最低的為 R2、A4、A8、D1、B4和 P2家系，六者均值為54.9，比29個家系均值低18.2%。

3.3 紅錐二代家系苗期抗性生理綜合評價

對紅錐二代家系苗期抗性生理進行綜合評價的結果表明（表3）：29個紅錐二代家系苗期抗性生理表現(xiàn)由高到低分別為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 不同紅錐二代家系苗抗性生理指標綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of resistance physiological indexes of 2nd superior families of C. hystrix

4 結論與討論

植物抗性能力是基因調(diào)控的表達以及長期與復雜的生態(tài)環(huán)境相互作用的結果。植物在某一性狀上存在著基因型差異，那么這種差異必定會體現(xiàn)在相應的生理生物標記上[19-20]?？扇苄蕴?、可溶性蛋白質(zhì)、游離脯氨酸作為細胞質(zhì)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它們的大量積累有助于降低逆境對植物的傷害[21-22]。MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，可抑制保護酶活性，降低抗氧化物含量，從而加劇膜脂過氧化，其質(zhì)量摩爾濃度與植物抗寒性呈負相關，即MDA含量低則受傷害程度低[23]。MDA含量在一定程度上可反應了紅錐二代優(yōu)良家系的抗逆性，如弱抗家系B1的MDA含量高達87.51 μmol/g。但MDA決不是判斷植物抗性的唯一指標，本研究中涉及到的2種抗性保護酶，即SOD、POD，是清除O2-和H2O2的酶[24]，很大程度上也反應植物的抗逆性，因此要進行抗性評價需要綜合考慮與抗性有關的多種因素來綜合分析。而本研究得出紅錐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個抗逆性指標家系之間均存在顯著差異，說明進行紅錐家系選擇利用和遺傳改良具有生理依據(jù)，有望取得積極效果。

本試驗采用多個性狀的綜合選擇較優(yōu)的綜合指數(shù)選擇法，對可溶性糖含量、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活性這7個生理指標進行綜合評價，篩選出抗逆性綜合評價前10位的紅錐二代優(yōu)良家系為 A10、A5、P3、R1、B2、P7、A7、B3、P2、B5和A9。而紅錐為用材林，以生長作為選育的總體目標不能忽略，因此進一步通過結合苗高（排名前10 位的家系B2、A7、B5、A8、P3、B4、A6、R4、D2和R3）、地徑（排名前10位的家系B2、A7、B5、P3、P2、A3、R4、D2、A6和 A2） 均 處 于 前10位的家系，選出P3、B2、A7、B5等4個紅錐抗性優(yōu)良家系。

目前，在林木遺傳改良中直接采用抗逆性生理指標進行抗性優(yōu)良品種篩選，還處于起步階段[7，25]。本研究采用7個滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)生理指標在紅錐生長早期進行家系抗性能力評價，其結果能否在成年期表現(xiàn)出密切的關聯(lián)程度還有待進一步驗證。在今后的研究中，將與其他抗性指標（如葉綠素、光合、熒光指標等）評價結果進行對比和優(yōu)化，并結合造林試驗，制定紅錐的中長期、多世代遺傳改良育種計劃，通過多年度、多立地和多區(qū)域的重復試驗，探討早期選擇結果的可靠性，并進行優(yōu)良家系的再次選擇，以期獲得紅錐速生抗逆性強的優(yōu)良品種。