鄧樂平 黃 婷 王 哲 吳惠姍 李曉華 廖仿炎 李義良 郭文冰 趙奮成

（1.臺山市紅嶺種子園，廣東 臺山 529223；2.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520）

遺傳測定是林木改良工作的中心環(huán)節(jié)，通過開展遺傳測定評價親本的育種價值、選擇新一輪的育種親本、估計遺傳參數(shù)和驗證或預估遺傳增益[1-2]。林木育種中子代測定的交配設(shè)計種類多樣，每種設(shè)計各有利弊，其中，自由授粉交配設(shè)計雖然存在父本來源不清、不能估計特殊配合力信息等方面的不足，但該方法具有技術(shù)簡單易行、成本低等優(yōu)點，能夠提供母本的一般配合力信息，為種子園的去劣疏伐提供依據(jù)[1]，因而在多個樹種的改良活動中受到廣泛應用，我國的杉木（Cunninghamia lanceolata）、馬尾松（Pinus massoniana）、火炬松（P.taeda）等樹種均有關(guān)于利用自由授粉子代開展遺傳測定的研究報道[3-6]。

濕地松（P.elliottii）原產(chǎn)美國東南部，具有適應性強、早期速生、樹干通直、松脂產(chǎn)量高質(zhì)量好等優(yōu)點，是重要的建筑材、紙漿材和產(chǎn)脂樹種，在世界上多個國家和地區(qū)均有引種[7-8]。濕地松于1930 年代引入我國，在我國南部低山丘陵、沿海地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)良，目前是我國南方省區(qū)主要的商品林樹種。我國開展?jié)竦厮闪挤N選育始于1964 年[7,9]，經(jīng)過幾代人的努力，在廣東省臺山縣（市）建起國內(nèi)的第一個濕地松初級種子園、一代種子園、改良種子園、精選種子園和二代種子園。其中，濕地松改良種子園生產(chǎn)區(qū)建于1988—1997年，面積52 hm2，建園無性系147 個。建園材料來源廣泛，包括美國佐治亞州濕地松種子園的優(yōu)良無性系、臺山濕地松初級種子園中經(jīng)過子代測定后向選擇的優(yōu)良無性系、子代測定林和種源試驗林中前向選擇的優(yōu)樹無性系。由于多數(shù)建園無性系的遺傳品質(zhì)尚未驗證，因此，項目組在該種子園中多批次采收無性系的自由授粉種子并開展多地點遺傳測定。本文報道早期營建的1 塊測定林的測定結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料來源

參試材料為28 個濕地松自由授粉家系。其中，9 個來自臺山濕地松一代種子園，19 個來自臺山濕地松改良種子園。

1.2 試驗地點

試驗林營建在臺山市紅嶺種子園試驗區(qū)內(nèi)。該園地處22°11′N，112°49′E，屬南亞熱帶海洋性氣候，年均溫21.8 ℃，年降水量1 940 mm，平均海拔30 m。土壤為花崗巖發(fā)育的酸性磚紅壤，pH值5.0～5.5，土層80～100 cm。自然條件適合濕地松生長發(fā)育、開花結(jié)實。該林地前茬為桉樹，但土壤肥力較低。

1.3 田間設(shè)計

上述家系種子于1999 年12 月育苗。2000 年6 月造林，株行距3 m×3 m。測定林采用隨機完全區(qū)組設(shè)計，8 次重復，5 株單行小區(qū)。試驗區(qū)四周種植2 行保護行。

1.4 生長量調(diào)查

分別于造林后第2、3、4、13、14、15、18年對測定林開展年度生長量調(diào)查，測量每木的樹高(ht，單位為m)和胸徑(dbh，單位為cm)，并計算單株材積(vol，單位為m3)。材積計算式為：vol=f×π×ht×dbh2/4 。式中，π 為圓周率；f 為形數(shù)，取0.5。

考慮到本文的主要目的是評價參試家系的遺傳品質(zhì)和選擇新一代的育種材料，將僅利用第4、13、18 年的調(diào)查數(shù)據(jù)作分析。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SAS 統(tǒng)計分析軟件MIXED 過程對生長數(shù)據(jù)作方差分析[10]，估計改良種子園和一代種子園子代的生長性狀平均值（lsmean）并作差異顯著性比較。單株數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的線性模型為：yijkl=μ+bi+gj+f(g)k(j)+(bg)ij+(bf(g))ik(j)+eijkl，式 中yijkl為單株觀測值，μ為群體平均值，bi為區(qū)組效應，gj為種子園效應，f(g)k(j)為種子園內(nèi)家系效應，(bg)ij為區(qū)組與種子園的互作效應，(bf(g))ik(j)為區(qū)組與種子園內(nèi)家系的互作效應，eijkl為誤差效應。其中，種子園、種子園內(nèi)家系為固定效應，其它因素為隨機效應。

采用Asreml 統(tǒng)計軟件BLUP 方法估計濕地松改良種子園19 個家系的母本育種值和子代個體育種值[11-12]。

采用SAS 統(tǒng)計分析軟件CORR 過程的pearson 方法計算母本育種值的年度相關(guān)系數(shù)[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地松子代測定林的總體生長表現(xiàn)

表1 列出測定林3 個測定年齡的生長量。由表1 可見，林分保存率（sur）在4 a 生時為97.40%，到13 a 生時仍然高達92.60%，到18 a生時林分的保存率僅為52.9%。測定林4 a 生時平均樹高4.20 m，平均胸徑6.76 cm，年平均樹高1.05 m、胸徑1.67 cm；到13 a 生時，林分平均樹高為10.53 m、平均胸徑14.91 cm，4～13 a 生間的年均樹高、胸徑分別為0.70 m、0.91 cm；到18 a生時，樹高、胸徑年生長量下降更為明顯，甚至出現(xiàn)單位面積蓄積量小于13 a 生時的情況。保存率和生長量下降雖然與樹種自身的生物學特性有關(guān)，但與2014—2018 年間該測定林作生產(chǎn)性的松脂采割有更大的關(guān)系。

表1 濕地松子代測定林3 個年齡的生長表現(xiàn)Table 1 The growth performance of progeny test forest of slash pine in three different years

2.2 濕地松改良種子園無性系的現(xiàn)實增益

根據(jù)參試家系的來源背景，把來自濕地松一代種子園的9 個自由授粉家系歸為一代種子園子代群體，把來自改良種子園的19 個自由授粉家系歸為改良種子園子代群體，對3 個年份試驗數(shù)據(jù)作方差分析，結(jié)果顯示2 個種子園間生長量存在顯著甚至極顯著的差異（4、13 a 生時，F(xiàn)=20.99～33.80，P＜0.000 1；18 a 生時，F(xiàn)=5.15～7.45，P=0.006 8～0.024 2）。改良種子園子代生長量顯著大于一代種子園子代（表2），在4、13、18 a 時，改良種子園子代相對于一代種子園的單株材積現(xiàn)實增益分別為25.66%、22.68%和15.08%。說明改良種子園子代生長優(yōu)勢的表現(xiàn)是穩(wěn)定的，也說明建園無性系選擇有效。

表2 濕地松改良種子園子代與一代種子園子代3 個年齡的生長差異比較Table 2 Comparison of growth differences between the progeny of slash pine in the improved seed orchard and the firstgeneration seed orchard in three different years

2.3 濕地松改良種子園19 個無性系的遺傳評價

利用BLUP 估計了來自改良種子園的19 個自由授粉參試家系的母本無性系的生長性狀育種值（表3），19 個無性系的育種值差異明顯，在4 a 生時，樹高性狀的育種值介于-0.81～1.39 m 之間，13 a 生時介于-2.19～1.70 m 之間，18 a 生時介于-1.95～1.59 m 之間。胸徑、單株材積的育種值也顯示出大的變異范圍。由表中還可見，總體上，母本無性系在3 個年齡的育種值的排序基本一致。4 a 生樹高育種值與13 a、18 a 生的育種值相關(guān)系數(shù)分別為0.835 3、0.740 7，4 a 生單株材積育種值與13、18 a 生時的單株材積育種值的相關(guān)系數(shù)分別為0.956 9、0.918 5（表4），均達到極顯著水平。說明濕地松無性系生長性狀的育種值在早、中、后期是相對穩(wěn)定的。

表3 濕地松改良種子園19 個母本無性系3 個年齡的生長性狀育種值Table 3 The breeding values of 19 clones of improved slash pine seed orchard at 3 ages in the improved seed orchard

表4 濕地松改良種子園19 個母本無性系3 個年齡生長性狀育種值間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between breeding values of growth traits of 19 maternal clones in 3 observation years

改良種子園中，7 個從美國引進的無性系的育種值差異很大，育種值較大的無性系分別為C09、C12、C13，其中無性系C09 的生長表現(xiàn)尤為突出，在參試的19 個無性系中育種值最大，其18 a生時的單株材積育種值為0.186 1 m3，比群體平均值大107.89%。另外4 個無性系的育種值較小，其中無性系C15 的單株材積育種值為-0.092 6 m3，在參試的19 個無性系中最小。說明直接從國外種子園引進無性系有一定的效果，但也存在一定的風險，需要作測定、比較。

來自臺山濕地松一代種子園的6 個無性系（后向選擇）中，C16 的育種值最大，其18 a 生時的單株材積育種值為0.116 5 m3，比群體平均大67.55%。其他5 個處于中等偏小水平。顯示選擇群體遺傳品質(zhì)不高或選擇的準確性偏低。

早期子代測定林中選擇的4 個優(yōu)樹無性系（前向選擇）中，C16 的子代C16-4 的單株材積育種值最大，18 a 生時為0.061 9 m3，比群體平均大35.88%；C16-1 的育種值略低于群體平均，C19-2和C25 的育種值更小。比較母本無性系C16、C19與子代無性系C16-1、C16-4、C19-2 的育種值可以發(fā)現(xiàn)，育種值大的母本，其子代的育種值也較大，此外，子代的育種值低于母本的育種值。

選自種源試驗林的2 個優(yōu)樹無性系，其生長性狀育種值在參試的19 個無性系中處于中等或中上水平，其中，無性系C26 的育種值較大，其在18 a 生時的單株材積育種值為0.050 5 m3，比群體平均值大29.28%。

2.4 新一代育種資源選擇

利用Asreml 軟件估計來自濕地松改良種子園19 個無性系的自由授粉子代的樹高、胸徑、單株材積育種值，按入選率為3%的比例選擇生長表現(xiàn)優(yōu)良的個體，預期選擇優(yōu)樹15 株。在評選優(yōu)良單株中，本文采用了2 種選擇模式，模式一：是根據(jù)單株育種值排序，選擇單株材積育種值最大的15 株樹木；模式二：首先選擇生長量大于群體平均值的家系，然后在每個入選家系內(nèi)選擇2～3株育種值最大的個體，共選擇優(yōu)良單株15 株。2種選擇模式的評選結(jié)果列于表5。由表5 可見，2種選擇模式共選擇優(yōu)樹17 株，其中有13 株優(yōu)樹在2 種選擇模式中同時入選，均來自6 個優(yōu)良家系。模式一入選的15 株優(yōu)樹中，由于對家系內(nèi)的單株選擇數(shù)量沒有約束，因此，家系F09 內(nèi)入選數(shù)量達5 株，而家系F16-4、F26 的入選優(yōu)樹僅各有1 株。模式一的入選優(yōu)樹的樹高、胸徑、單株材積育種值分別介于0.40～1.71 m、6.28～9.71 cm、0.161 6～0.276 9 m3，平均值分別為1.06 m、8.01 cm、0.215 4 m3。模式二的入選優(yōu)樹的樹高、胸徑、單株材積育種值分別介于0.40～1.71 m、4.53～9.76 cm、0.114 9～0.276 9 m3，平均值分別為1.06 m、7.90 cm、0.209 1 m3。顯示這2 種模式的選擇效果近似?？紤]到育種群體遺傳多樣性的需要，采用模式二評選優(yōu)樹比較合適。

表5 入選濕地松優(yōu)樹18 a 生時的生長性狀育種值Table 5 The breeding value of the growth traits of the selected slash pine plus trees at the age of 18

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果顯示，與一代種子園的子代比較，改良種子園19 個無性系的子代在3 個測定年齡都表現(xiàn)出明顯的生長優(yōu)勢，在4、13、18 a 生時的單株材積現(xiàn)實增益介于15.08%～ 25.66%，該結(jié)果與改良種子園的預期材積增益接近[9]，由于這19 個無性系的分株數(shù)量占了整個濕地松改良種子園的62.79%，其平均表現(xiàn)基本反映了該種子園的總體水平，因此，本結(jié)果也表明濕地松改良種子園的遺傳品質(zhì)達到了預期效果。

參試的改良種子園19 個家系的母本無性系中，生長性狀育種值較大的無性系有6 個，其中，3 個為直接從美國濕地松種子園引進的無性系C09、C12、C13，1 個為臺山濕地松初級種子園的優(yōu)良無性系C16，1 個為該優(yōu)良無性系的自由授粉子代C16-4，1 個為1 濕地松種源試驗林的優(yōu)樹無性系C26。前5 個無性系遺傳品質(zhì)在其他試驗中同樣表現(xiàn)優(yōu)良[14-16]，因此，可以繼續(xù)作為新一輪的育種親本甚至是核心育種親本。有多個研究表明，火炬松、濕地松、濕加松等樹種的子代測定具有良好的早晚相關(guān)，開展早期選擇是有效的[17-19]。本研究結(jié)果顯示，19 個無性系的4、13、18 a 生的生長性狀育種值存在極顯著的正相關(guān)，尤以13 a 生與18 a 生的育種值相關(guān)性更為密切，再次證實南方松樹開展早期選擇是可靠的。

林木的多世代輪回選擇育種中，優(yōu)樹選擇是重要的育種活動之一，隨著林木育種進入高世代，育種群體將主要由來自遺傳測定林的優(yōu)樹無性系組成。在高世代育種親本的選擇，要兼顧選擇增益與遺傳多樣性，為了避免出現(xiàn)入選優(yōu)樹僅選自某些優(yōu)良家系的情況，通常設(shè)定入選家系內(nèi)優(yōu)良個體的入選比例或數(shù)量[20]?；谶@方面的考慮，本文設(shè)定了整個測定林中優(yōu)樹入選率為3%、每個入選家系內(nèi)選擇2～3 株的限制，根據(jù)單株材積育種值從6 個家系中共選擇出優(yōu)良個體15 株。我國現(xiàn)階段濕地松的重要經(jīng)濟性狀主要是材積、松脂產(chǎn)量、木材密度，本文僅針對生長性狀評選優(yōu)良個體，后期還要評價其松脂產(chǎn)量和木材密度，為不同的育種目標提供合適的育種親本。由于濕地松生長性狀與松脂產(chǎn)量或木材密度的遺傳相關(guān)性不高[21-23]，甚至負相關(guān)[24]，這15 個生長優(yōu)勢突出的個體中，一些個體將可能因其他性狀未能達標而被淘汰。

普遍認為，林木存在自交或近交不育和衰退的可能性[1]。因此，在制訂林木高世代育種策略中，強調(diào)采用雙親譜系清楚的交配設(shè)計[25]，而不提倡父系來源不清的自由授粉或多系授粉交配設(shè)計。現(xiàn)在，隨著分子標記技術(shù)的發(fā)展和完善，育種親本間遺傳關(guān)系的鑒別成為了可能[26-28]，有人提出從自由授粉子代、多系授粉子代中選擇優(yōu)良個體作為育種親本的設(shè)想[29-30]，并付諸實踐[28-31]。本研究從自由授粉子代測定林中根據(jù)生長性狀育種值選擇出一批優(yōu)良個體，下一步要通過分子標記手段，確定入選優(yōu)樹的譜系關(guān)系、遺傳距離等，為設(shè)計新的交配組合，以及種子園無性系排列提供科學依據(jù)。

松材線蟲病是全球森林生態(tài)系統(tǒng)中最具危險性、毀滅性的病害之一，全國因松材線蟲病損失的松樹累計仍達數(shù)十億株，造成的直接經(jīng)濟損失和生態(tài)服務價值損失上千億元。危害對象包括馬尾松、黑松（Pinus thunbergii）、紅松（P.koraiensis）、落葉松（Larix olgensis）等松樹種類，疫情直接威脅我國近9 億畝松林資源安全[32]。據(jù)報道，廣東發(fā)生松材線蟲病的情況也不容樂觀[33-34]，但濕地松林分感病率相對較低[34]。同時，研究也發(fā)現(xiàn)[35-36]，原產(chǎn)于美國的濕地松、火炬松對松材線蟲病具有較高的抗性。因此，可以利用我國現(xiàn)有的濕地松、火炬松育種資源，與國內(nèi)的其他松樹開展雜交育種，選育出抗松材線蟲病的新品系，提升我國松樹人工林的綜合效益。