王楚彪，盧萬鴻，林彥，羅建中

桉樹種間雜交可配性及可利用組合分析

王楚彪1,2，盧萬鴻1，林彥1，羅建中1＊

(1.國家林業(yè)和草原局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022；2.南京林業(yè)大學，江蘇 南京 210037)

為明晰桉樹各樹種間雜交可行性，確定適合國內(nèi)使用的桉樹雜交親本和雜交組合，本研究基于我國已有的桉樹樹種特性，在保證其他條件一致的情況下，4 a間通過在華南地區(qū)對選定的母本和父本進行人工控制授粉，持續(xù)跟蹤坐果情況并收獲果實，使用一般線性模型、相關分析等方法分析各樹種間、各父母本間、各組合間雜交可行性和成功率。本研究共進行雜交控制授粉701個組合，參與雜交的母本有6個樹種，父本有10個樹種，共授粉花蕾26 018朵，其中收到果實的組合占53.50%，雜交成功率是22.70%；年份間的雜交成功率差異顯著；母本間的雜交成功率差異極顯著，雜交成功率與授粉的花蕾數(shù)不全為正相關，相關系數(shù)在0.4 ~ 0.8之間。細葉桉、尾葉桉、韋塔桉為母本的雜交成功率較高，其中細葉桉達到35.99%，按雜交成功率劃分可將各母本歸為2個子集；父本方面，巨桉雜交成功率達到38.86%，其次是粗皮桉，橫脈組做父本雜交成功率較高；不同組之間，橫脈組內(nèi)雜交成功率較高，窿緣組內(nèi)雜交成功率低，與親緣關系不成正比，橫脈組與窿緣組之間雜交成功率高。尾葉桉、細葉桉是優(yōu)良母本，巨桉、粗皮桉是優(yōu)良父本。細葉桉× 巨桉、細葉桉×尾葉桉等組合可重點用于臺風區(qū)，尾葉桉× 粗皮桉、尾葉桉× 巨桉等組合可重點用于非臺風區(qū)。

桉樹；雜交育種；控制授粉；雜交成功率；雜交組合

雜交育種是林木遺傳改良的重要方法，該方法在我國主要種植樹種如楊樹()、松樹()、桉樹()、杉木()的改良中均取得了重要成果。桉樹是我國重要的多用途樹種，其人工林面積達546.74萬公頃[1]。桉樹種間雜交一直是桉樹育種的關鍵領域[2]且已應用了幾十年[3]。最早的桉樹人工林種子來源于桉樹天然林的自然雜交[4]，隨后研究者采種建立早期種子園，但這種選育往往在較窄的遺傳基礎上進行，之后有目的的桉樹雜交很快開展起來[5-6]。起初人工控制的雜交主要在藍桉組(Section)、窿緣桉組(Section)、橫脈組(Section)中進行。含有巨尾桉(×)、巨赤桉(×)、粗皮桉()、細葉桉()的雜交組合在商業(yè)上應用較多[7]。研究發(fā)現(xiàn)，有兩點對桉樹雜交育種的成功起到重要作用，一是親本的遺傳多樣性，二是有完善的擴繁體系[2]，即雜交種優(yōu)勢可通過營養(yǎng)繁殖保存和利用[8]。之后科研人員相繼開展了桉樹雜交相關研究[9-13]和桉樹雜交種性狀等方面的研究[14]。

自20世紀80年代起，王豁然等研究人員進行了桉樹引種工作[15]，而開始大規(guī)模桉樹雜交育種始于“中澳合作東門項目”。桉樹雜交親本和子代[16-17]及育種群體方面[18]的研究在我國相繼開展，并取得了相應的成果。以往的研究發(fā)現(xiàn)親本的選擇和雜交組合的選配對桉樹雜交育種起關鍵作用，但之前未全面收集國內(nèi)常用桉樹種的雜交材料，我國還未進行過大規(guī)模的雜交制種試驗。為了探索適合我國使用的桉樹雜交親本和雜交組合，本研究進行了連續(xù)4 a的大規(guī)模桉樹雜交制種工作，分析了各桉樹樹種間的親和特征和各親本間雜交可配性，選擇適合我國使用的桉樹雜交組合，以期為桉樹優(yōu)良雜交親本的選配提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省湛江市遂溪縣嶺北鎮(zhèn)南方國家級林木種苗示范基地(21°30′ N，111°38′ E)。屬北熱帶濕潤大區(qū)，為海洋性季風氣候，年均溫23.1℃，極端低溫1.4 ~ 3.6℃ ,極端高溫37.2 ~ 38.8℃，年平均降水量1 567 mm，夏季潮濕，冬季干旱。屬臺地及低丘陵緩坡地形，土壤為玄武巖風化發(fā)育的磚紅壤，pH值在5.4 ~ 5.7之間。夏秋兩季常有臺風。

1.2 試驗材料

為研究各桉樹樹種的親和力，所選父母本來源于多個樹種。母本有尾葉桉()、韋塔桉()、細葉桉、粗皮桉等，父本有巨桉()、尾葉桉、粗皮桉、赤桉()、細葉桉、鄧恩桉()等。母本保存在試驗地內(nèi)；父本花粉來自我國桉樹適生區(qū)即華南地區(qū)。參與雜交的各親本單株數(shù)量見表1。

1.3 試驗方法

在2013、2016、2017、2018年的7－10月進行控制授粉，這4個年份的氣候條件基本一致，雜交試驗場地、試驗條件、試驗流程等均一致。每個母本有選擇性地重復15 ~ 30個雜交組合，每個雜交組合授粉的花蕾數(shù)不少于30。

控制授粉采用目前桉樹雜交授粉主流方法，即“人工誘導雌蕊先熟法”(AIP)[10]，在花蕾蒴蓋未脫落之前削去蒴蓋尖，以損傷柱頭使其分泌黏液，之后授粉和使用硫酸紙袋套袋。于授粉后的10 ~ 13 d去除套袋，并初步統(tǒng)計留存的花蕾數(shù)。翌年的3－4月采摘果實，自然陰干，統(tǒng)計數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用STATISTICA8.0、SPSS19.0、Microsoft Excel2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。

表1 各年度參與雜交的各樹種單株數(shù)量

2 結果與分析

2.1 各年度雜交成功率分析

2.1.1 雜交總體情況分析

以每年授粉的所有花蕾數(shù)為基數(shù)，統(tǒng)計每年收到的果實數(shù)量以統(tǒng)計雜交成功率(表2)。4 a累計桉樹雜交授粉組合數(shù)為701個，可收獲種子的組合達53.50%；累計授粉的花蕾為26 018朵，平均雜交成功率為22.70%，以2016年的雜交成功率最高、2018年的最低。

表2 各年度雜交成功率統(tǒng)計

注：雜交成功率/%=(收獲果實數(shù)/授粉花蕾數(shù)) ×100%

圖1 所有組合收果情況分析

圖1呈現(xiàn)了701個組合授粉時的花蕾數(shù)、解袋時(授粉之后10 ~ 13 d)的花蕾數(shù)和最終收獲的果實數(shù)(坐果數(shù))之間的關系。通過分析，授粉花蕾數(shù)與解袋時花蕾數(shù)相關系數(shù)=0.533 2；解袋時花蕾數(shù)與坐果數(shù)相關系數(shù)=0.559 3，可見3組數(shù)據(jù)呈正相關。3組數(shù)據(jù)都基本是正態(tài)分布，各組合授粉花蕾數(shù)多集中在20 ~ 60個，解袋時的花蕾數(shù)集中在15 ~ 50個，而各組合坐果數(shù)集中在5 ~ 20個。圖中部分點比較離散，反映部分組合所收獲的果實不會因為增加授粉的花蕾數(shù)而增加，組合間的成功率顯現(xiàn)出差異，說明影響雜交成功率的主要因素是親緣關系，親緣關系較遠的雜交組合總體成功率較低。

2.1.2 按年度分析雜交情況

一般情況下，授粉時花蕾數(shù)越多，解袋時剩下的花蕾數(shù)就更多，最終收獲的果實也多，在圖2的趨勢線中可得到相應驗證。2016年的雜交成功率最高，但其相關性并非為最高，說明2016年總體雜交成功率高，但是內(nèi)部各組合差異較大。解袋時花蕾數(shù)和授粉花蕾數(shù)的比值以2016年的最高，達85.29%，說明該年度的各雜交組合在解袋時被授粉花蕾基本保留在枝頭，該比值在2017年、2018年只有60%左右。

2.2 各母本、父本雜交情況分析

2.2.1 各母本雜交情況

由圖3可知，各母本授粉成功率差異極顯著(<0.01)，韋塔桉(W)、細葉桉(T)、尾葉桉(U)作為母本的平均雜交成功率均在20%以上，其中細葉桉平均雜交成功率最高，達35.99%，而尾葉桉雜交成功率跨度較大，說明尾葉桉各組合雜交成功率差異較大。赤桉(C)和粗皮桉(P)做母本授粉成功率相對較低，粗皮桉作母本在實際授粉工作中成功率一直都較低；赤桉的授粉成功率最低，說明以赤桉作母本制作雜交種較困難。

圖2 各年度授粉成功率情況

注：Bud1：Bud2表示授粉花蕾數(shù)和解袋時花蕾數(shù)之比；Capsule：Bud1表示授粉花蕾數(shù)與收到的果實之比

圖3 各母本雜交成功率比較

注：各母本代號W=韋塔桉，T=細葉桉，U=尾葉桉，C=赤桉，P=粗皮桉，Du=鄧恩桉

對各母本雜交成功率采用LSD檢驗進行多重比較可知(表3)，不同母本雜交成功率兩兩比較結果各不相同，其中粗皮桉(P)、赤桉(C)分別和尾葉桉(U)、韋塔桉(W)和細葉桉(T)雜交成功率差異均極顯著，基本上可以分成2個組，一組是尾葉桉、韋塔桉、細葉桉，其雜交成功率較高；另一組是粗皮桉、赤桉，其雜交成功率較低，而鄧恩桉(Du)的雜交成功率中等。細葉桉和尾葉桉雜交成功率差異極顯著，這一方面是由于兩者的雜交成功率有一定差異，另一方面是由于尾葉桉雜交成功率分布比較離散。各母本收果數(shù)與授粉時的花蕾數(shù)基本成正相關，而韋塔桉作母本時相關系數(shù)最低。綜合分析，可知尾葉桉、赤桉作母本，雜交成功率與其他母本差異顯著，處在較高水平。

注：*表示所在行的2個母本(母本I和母本J)雜交成功率均值差異顯著(<0.05)

2.2.2 各父本雜交情況

對各父本雜交成功率進行分析可知(圖4)，巨桉(G)作為父本，其雜交成功率最高，平均成功率達38.86%。粗皮桉(P)、韋塔桉(W)、尾葉桉(U)作父本，成功率均達20%以上。尾葉桉(U)、巨桉(G)是這4 a進行桉樹雜交的主力父本，為雜交工作提供了主要的種子來源。尾葉桉、巨桉的值偏離平均值較多，說明它們在與不同母本雜交過程中，成功率差異很大，這對研究桉樹不同雜交組合成功率具有重要意義。以鄧恩桉(Du)為父本的組合雜交成功率最低，僅為5.84%。各父本的授粉成功率差異極顯著(<0.01)。

桉樹在屬之下分組，粗皮桉、巨桉、尾葉桉、韋塔桉在橫脈組，赤桉、細葉桉、隆緣桉、布拉斯桉在隆緣組，鄧恩桉、本沁桉在藍桉組。本研究結果表明，橫脈組作為父本雜交成功率普遍較高，而藍桉組作父本雜交成功率較低。

圖4 各父本雜交成功率比較

注：父本代號G=巨桉，U=尾葉桉，P=粗皮桉，C=赤桉，T=細葉桉，W=韋塔桉，Du=鄧恩桉，Bm=本沁桉，Br=布拉斯桉，Ex=窿緣桉

2.2.3 母本、父本影響的綜合分析

綜合考慮母本和父本對雜交成功率的影響，多因子的一般線性模型分析得出母本× 父本的交互影響下授粉成功率差異極顯著(<0.01)。由表4可知，粗皮桉(P)、赤桉(C)作母本時，雜交成功率普遍不高；尾葉桉(U)和巨桉(G)作母本時，雜交成功率普遍較高；韋塔桉(W)作母本時雜交成功率差異較大。無論哪個樹種作母本，巨桉、粗皮桉作父本時雜交成功率均較高。

由表5可知，橫脈組內(nèi)雜交成功率較高，達26.11%，隆緣組內(nèi)雜交成功率較低，僅有7.37%，赤桉、細葉桉、隆緣桉三者之間的雜交成功率不高。組間雜交，窿緣組與橫脈組之間雜交成功率較高，以窿緣組為母本的成功率達30.65%，以橫脈組為母本的成功率達14.94%，2組之間的親緣關系較近。藍桉組與其他兩個組雜交成功率均不高。

表5 組內(nèi)和組間雜交情況分析

注：Ex是窿緣組，Ma是藍桉組，Tr是橫脈組

表4 綜合考慮母本和父本雜交成功率情況

2.3 可重點利用雜交組合

細葉桉× 巨桉、細葉桉× 粗皮桉的成功率均在50%以上，尾葉桉× 巨桉、尾葉桉× 韋塔桉、細葉桉× 尾葉桉的成功率基本在40%以上，尾葉桉× 粗皮桉也有較高成功率。

我國種植桉樹的區(qū)域較多為臺風區(qū)，在長達5 ~ 8 a的種植周期中有較大概率會遇到強臺風，因此抗風品種的選擇尤為重要。多年的研究證明，細葉桉× 巨桉、細葉桉× 粗皮桉、細葉桉× 尾葉桉的抗風性能優(yōu)于其他組合，往后可重點研究此類組合在臺風區(qū)的使用。在我國沒有或較少受臺風影響的地區(qū)，可種植尾葉桉× 巨桉、尾葉桉× 粗皮桉，這類組合已被證明有明顯的生長量優(yōu)勢，可以充分發(fā)揮桉樹的生長潛力。而在干旱區(qū)或者鹽堿區(qū)，需要使用含有細葉桉或赤桉的組合，其具有較好抗性。

3 討論

3.1 雜交成功率與親緣關系

總體而言，親緣關系越近，授粉成功率越高，但也有例外，如王利民[19]在大花蕙蘭雜交中得出“隨著親本遺傳距離的增加，雜交成功率有下降趨勢”的結果。桉樹雜交中部分樹種作母本與其他任何樹種雜交成功率均不高，這些樹種可能由于自身生理結構特點，難以作為母本，在一定程度上存在生殖隔離現(xiàn)象。部分樹種難以作父本，可能是這些樹種產(chǎn)生的花粉量較少，或者花粉質(zhì)量不高。

有部分雜交組合未收獲果實。它們多是在解袋之后一段時間內(nèi)落果的，結合實際授粉工作，可能是花粉沒有萌發(fā)或者花粉活力不足導致授精未成功，母樹通過自身調(diào)節(jié)將未授粉成功的蒴果自行脫落。

3.2 各親本的特點

尾葉桉作母本其總體雜交成功率均較高，尾葉桉有生長迅速等特點，可作為雜交的主要母本；細葉桉亦是優(yōu)良的雜交母本，具有優(yōu)良的抗風性能。由于桉樹的主要種植區(qū)在南方，常受到臺風侵害，因此抗風性是重要的選育性狀，細葉桉在這方面有明顯優(yōu)勢。粗皮桉作為父本授粉成功率較高，同時具有生長迅速的優(yōu)點，是優(yōu)良的父本。尾葉桉× 粗皮桉可作為非臺風區(qū)主要的組合進行雜交改良，組配優(yōu)良雜種。尾葉桉×細葉桉或細葉桉作母本的組合雜交成功率也較高，是臺風區(qū)可重點開發(fā)的雜交組合。尾葉桉× 巨桉對干形的改良明顯但不抗風，由于其平均生長量高，因此該組合在桉樹種植中得到廣泛推廣。上述組合可作為今后桉樹雜交育種工作的重點，而粗皮桉作為母本和父本，其雜交成功率存在顯著差異，原因有待進一步研究。

研究表明，親本來源含有赤桉、細葉桉的雜交種抗性較好，在抗風方面有優(yōu)良表現(xiàn)；含有尾葉桉、巨桉、粗皮桉的雜交種生長量優(yōu)良；巨桉對雜交種的干型起改良效果。桉樹雜交工作的主要任務是發(fā)現(xiàn)并利用雜種優(yōu)勢，該優(yōu)勢可在生長量或抗性上表現(xiàn)出來。經(jīng)過多年的雜交試驗和子代測定研究發(fā)現(xiàn)，適合國內(nèi)使用的雜交材料主要是尾葉桉、巨桉、粗皮桉、赤桉、細葉桉等。

3.3 組內(nèi)和組間雜交

本研究親本來源于桉樹雙蒴蓋亞屬不同組，橫脈組總體花粉量豐富，作父本雜交成功率較高。橫脈組內(nèi)雜交成功率較高，但窿緣組內(nèi)雜交成功率不高，這與其親緣關系遠近不完全成正比。組間方面，橫脈組與隆緣組雜交，無論母本為哪方，均能保持一定成功率，2組之間基本沒有明顯的生殖隔離，可進行充分雜交，發(fā)揮其雜種優(yōu)勢。

4 結論

細葉桉、韋塔桉、尾葉桉作為母本的雜交成功率較高，巨桉、粗皮桉作父本雜交成功率較高。橫脈組內(nèi)雜交成功率較高，而窿緣組內(nèi)雜交成功率不高。橫脈組與窿緣組雜交成功率保持較高水平，藍桉組與這2個組雜交成功率均不高。細葉桉× 巨桉、細葉桉× 粗皮桉、細葉桉× 尾葉桉組合可重點用于臺風區(qū)種植，尾葉桉× 巨桉、尾葉桉× 粗皮桉組合可重點用于非臺風區(qū)種植。

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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

中國林業(yè)科學研究院基本科研業(yè)務費專項資助(CAFYBB2017MB028)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項目(2017KJCX031，2019KJCX014)

王楚彪(1982－ )，男，助理研究員，從事林木遺傳育種研究，E-mail:scauwcb@163.com

羅建中(1969－ )，男，博士，研究員，從事林木遺傳育種研究，E-mail: luojz69@hotmail.com