民权县刺槐美国种源林遗传变异的研究

赵 渺

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

1 引言

刺槐的原产地为美国的阿巴拉契亚山脉和欧扎克高原[1～3]，刺槐具有生长速度快、材性好、木材热值高等特点，同时具有生长迅速和耐干旱瘠薄的特性，是重要的水土保持树种和优秀的绿化树种[4～7]。经过上百年的引种栽培已是我国普遍种植的树种，目前已在我国的北方的大部分地区广泛分布栽植[1]。经过多年的选育，刺槐已经选出了多个优良无性系和优良品种，同时培育出了四倍体刺槐新品种。其选优的阶段分为3个，主要是速生良种的选育、无性系用材林的选育以及专用和饲用品种的引进和选育。对于刺槐种源试验的研究目前也主要集中于种源林、子代测定林和种质资源库的研究，对于刺槐的研究较少，刺槐的品类也较少，所以需要对刺槐品类进行相关研究。目前，刺槐的繁殖方式主要以种子繁殖为主，但刺槐种子园主要以初代种子园为主。种子园、种源试验林、无性系测定林、无性系试验林、1.5代种子园和核心种质资源库已经在全国各地建立，高世代的种子园还未建立[8～10]。刺槐的优良种质资源选育研究包括刺槐核心种质的建立，并未侧重于刺槐的高世代种子园的建立。本研究是在民权美国种源试验林的研究基础上，深入研究其生长性状的差异，为美国种源林选择和驯化栽培提供一定的理论依据。

2 研究内容与研究方法

2.1 研究地概况

试验区位于河南省东部商丘市，属温带季风性气候，四季分明，雨热同季，年平均气温14 ℃，年均降水量679 mm，年平均无霜期213 d，土壤以黄棕壤土为主。民权刺槐美国种源林是民权林场经营管理的种源林，民权林场是商丘市最大的国有平原林场，民权林场同时也是河南省最重要的生态公益林基地、林业科研基地,也是商丘市重要的森林旅游基地和苗木繁育基地。其中包含刺槐经济实验林533 hm2，刺槐良种推广林400 hm2。

2.2 试验材料

美国种源林定植于2013年，面积为6 hm2，包含种源254个，共计种植株数2756个单株，种植株行距3 m×4 m，种源林采用完全随机区组设计，10株小区，4次重复，美国种源林来自于美国的34个城市地区，2019年对试验林内的所有美国种源刺槐进行测定。其中参试种源的来源如表1。

表1 孟津美国种源林的种源来源

续表1

2.3 调查方法

2019年7月前往河南省商丘市民权县对民权县引种的美国种源林进行全株观测，调查的性状主要包括胸径、树高、通直度、分枝角和冠幅等与刺槐生长相关的性状，观测完成后对数据进行分析整理，对刺槐的材积进行计算，后利用SPSS22.0对种源林进行数据分析，来对刺槐的遗传变异进行分析对比。

二元材积的计算公式采用：

V=7.118×10-5×D1.94×H0.8148708

(1)

式(1)中,D代表胸径，H代表树高。

方差分析的分析模型为Blup模型，该模型为:

Yijk=μ+Bi+Fj+Eijk

(2)

式(2)中:Yijk为刺槐的单株观测值,μ为刺槐测定的均值,Bi为区组之间处理的规定效应,Fj为家系之间的随机效应,BFij为区组与家系的互作随机效应,Eijk为残差剩余项。

(3)

(4)

遗传增益:G=Sh2/x

(5)

式(5)中:S为选择差,h2为家系遗传力,x为群体平均值,以上所有的计算均在Excel2016和SPSS22.0中进行。

3 结果分析

3.1 刺槐生长性状的种源变异

对参试种源的生长性状进行方差分析如表2，结果表明：刺槐的树高、胸径、分枝角、通直度、冠幅和材积均存在一定的显著或极显著的差异，种源间的遗传分化明显，其中胸径、通直度和材积的变异系数较大，其种源间的变异幅度分别为7.56～22.78 cm，3.36～9.57和0.02～0.05 m3，种源间最大的表型值是最小表型值的3.01倍、2.85倍和2.5倍，种源间变异系数分别在19%～56%，31%～89%和27%～156%，这说明刺槐的变异程度较大，也为种源选择提供了一定的证据。树高和冠幅的变异系数较小，其变异幅度分别为7.08～12.76 m和3.34～4.65 m，种源间表型最大值分别是表型最小值的1.8倍和1.39倍，表型变异系数分别为21%～38%和17%～24%，刺槐的种源和区组间均存在一定的变异，但种源间的变异更为明显，种源是决定刺槐变异的主要因素。

表2 孟津美国种源遗传变异分析

3.2 各种源间多重比较分析

参试种源进行多重比较分析后，字母表示其差异性显著结果，种源间的显著差异分析结果不同，表述其中具有代表性的6个表现较为良好的种源，如表3各种源间虽然存在较大差异，刺槐种源间的影响较大，刺槐种源间存在较大差异的原因，往往是由于刺槐的遗传因素影响，需要进一步在分子水平对刺槐种源进行研究。

表3 民权县美国种源优良家系显著性差异分析

3.3 刺槐生长性状间的相关性分析

刺槐美国种源林之间的相关性分析见表4，胸径与材积之间存在显著的正相关关系，分枝角与通直度之间存在显著的正相关关系，其相关性分别达到了0.9和0.96。而树高与胸径、胸径与冠幅、树高与冠幅和通直度与冠幅之间也存在一定的正相关关系，分别为0.22、0.34、0.22和0.16，而胸径与分枝角、树高与分枝角、胸径与通直度、树高与通直度、分枝角与冠幅、通直度与冠幅、树高与材积、分枝角与材积、通直度与材积和冠幅与材积之间并没有存在显著的正向关系。

表4 孟津美国种源林性状间相关性分析

3.4 刺槐遗传力分析

通过对数据的计算得到以下结果如表5，其家系遗传力在0.23～0.52之间，单株遗传力在0.25～0.64之间，刺槐各个生长性状的遗传力均为中等遗传力。分枝角的家系遗传力最高为0.52，单株遗传力也最高为0.64；材积的遗传力较高，家系遗传力为0.43，单株遗传力为0.51；通直度的遗传力最低，其中家系遗传力为0.23，单株遗传力0.25。

表5 孟津美国种源林遗传力分析

4 结论与讨论

植物的表型性状是其内在基因的外在表现，同时受植物所在的环境的影响。植物的表型主要受植物的遗传因素的影响，因此可以通过植物的表型对植物进行分析选择[11，12]。美国种源林间的刺槐间的遗传变异较大，其变异幅度和变异系数较大，这说明刺槐的家系选择和单株选择具有较大的空间，刺槐的资源良种化和产业化具有良好的前景。民权美国种源林各性状间的相关性分析，刺槐的材积与刺槐的胸径和树高存在着显著的正相关的联系，分枝角和通直度之间也存在着显著的正相关关系，刺槐的各性状间存在一定的性状，表型研究中不能对其内在因素进行验证，需要一定的分子手段来对其相关联系进行检验。

刺槐的家系遗传力在0.23～0.52之间，单株遗传力在0.26～0.64之间，这就说明刺槐的遗传力是中等的遗传力，刺槐的表型性状遗传给下一代的也具有一定的稳定性。这与朱延林[13]的研究是一致的，刺槐的选优研究具有很大的潜力。

目前刺槐选优的主要方法主要包括优势木选择法，育种值法，综合选优法以及分子标记辅助选择，而常见的选优方法也具有一定的优势，能够淘汰环境不适宜的刺槐品种[14，15]。本实验设计着重对刺槐生长形状以及遗传力等方面进行数据分析。后期通过分子标记进行品种的鉴定，遗传距离计算，后根据其遗传距离进行林木种子园的配置。通过综合选优法得到的刺槐优良具有较大的遗传增益，能够满足通过选优对刺槐选优的要求，该论文只涉及选优部分，为林木二代种子园的建立提供理论和物质基础，而后会采用SSR分子标记进行辅助育种，计算其遗传距离，对其种子园内的刺槐进行配置。