楸树杂交育种初报.doc

楸树杂交育种及杂种无性系选择初报 赵鲲1 焦云德 1王军辉2 马常耕2（洛阳市林业科学研究所1 中国林科院林业研究所2） 通过对楸树杂交育种的系统研究，提出了楸树人工控制杂交育种新方法，并通过人工杂交及子代测定，筛选出了表现优良的家系，在此基础上，选出了楸树杂种超级苗29个。经无性系造林测定(造林2年),初选楸树无性系5个。对这批材料的进一步测定可望形成我国第一批楸树杂种无性系。随着我国楸树科研、生产的迅猛发展，最近几年有关楸树的研究成果不断涌现，广大林业科研、教学部门为解决楸树发展中的实际问题，先后就楸树的分布、资源调查与收集、杂交育种及无性快速繁殖技术等进行了详细研究，并取得了可喜成果，为这一珍贵树种的发展创造了良好条件。目前，一个从中央到地方，自上而下的研究楸树，大力发展楸树的热潮正在全国兴起。可以预料，在不长的时间内，楸树必将成为继泡桐、杨树之后的第三代优质、速生、生态经济型用材树种，成为我国广大地区的主要造林树种之一。但是，由于楸树自花不育、花而不实，自古以来人们一直采用“取旁生者植之”的方法繁殖楸树，代代相传形成了楸树的单一无性系，这一结果使一个地区大都只有一个无性系存在。加之楸树自花不育，且大部分品种花期不遇，从而造成了楸树很少结果的现象，使楸树天然杂交育种受到了极大限制。为迅速培育楸树良种，中国林科院林业研究所和洛阳市林业科学研究所在“七五”楸树研究的基础上，率先开展了楸树人工控制杂交育种和亲本配合力测定，并对杂种苗后代进行了超级苗选择及子代测定研究，为楸树多世代育种和新无性系选择奠定了基础。1 楸树杂交亲本的选择及杂交组合楸树自花不育，对杂交亲本的选择包括杂交组合的选择和杂交母树的选择。本基金项目：国家十五科技攻关项目(2004BA515B0403);本次杂交亲本的选择是在“七五”已建试验林中进行的，亲本均是经过无性测定表现优良的单株。主要选择依据是生长快、干形好、抗性强。本次试验共选择杂交亲本8个，它们分别是4001、4002、7080、6523、3603、长3、3606、3842。2楸树杂交方法杂交是在河南洛阳林科所1993年营建的楸树无性系试验林的大树上进行的。对一些花期不遇的单株采取了花枝延期和催花的技术处理措施，杂交时间持续一周左右，杂交后挂标签，登记组和及杂交时间，2002年4月，对上述无性系间的组合进行大树野外人工杂交。在楸树开花盛期（4月7号到15号），直接摘取父本花朵，将花粉抹到母本柱头上。由于楸树自花不育，杂交后不必去雄和套袋。为确保授粉一次成功，同一杂交组合，连续进行多次授粉。结果见表：楸树杂交育种结果情况。3.楸树杂种苗的培育和选择3.1楸树杂种苗的培育 由于楸树杂交育种获得的种子相对有限,在进行杂种苗培育时采用营钵播种育苗。一方面可提高杂种苗的产苗量,同时又便于育苗条件的控制，减少环境差异，提高苗期选择的准确性。当苗木长到15cm后，带营养钵转入大田。并进行常规大田管理，适时记录相关生长性状，特别是中间生长性状。年终调查苗高生长量。见下表。表1：楸树杂交育种亲本组全及结果情况类别编号母本地址树龄（年）授粉日期果长种长种子带毛长种宽种子发芽率%苗木生长势父本地址树龄（年）苗高m0014001洛阳试验林1117/4641.424.010.1245良金丝楸537工厂院内1号树182.30024002同上1116/4461.044.6.2522良金丝楸537工厂院内1号树182.50036523同上1116/4641.123.7.1010一般金丝楸537工厂院内2号树171.70047080同上1117/448.863.6.1120良金丝楸537工厂院内2号树171.40053068同上1118/4521.1.110金丝楸混合花粉537工厂院内17-180067080同上1117/4741.06.150同上同上170076523同上1118/453.61.114.1.243一般同上同上171.20087080同上1119/443.3.662.9.1140一般3065洛阳试验地111.530096523同上1117/4471.13.6.155弱3065同上111.70103842同上1118/449.61.103065同上110114001同上1118/462.61.14.2.121极弱3065同上111.00124002同上1119/441.41.24.3.161弱长果林科所131.00134001同上1117/4481.243.6.1704002洛阳试验地110144002同上1117/472.71.307080同上110157080同上1118/449.51.13.7.1530一般6523同上111.7-6523同上1130良长果林科所151.8-4002同上11良长果同上151.4 从上述杂交的结果可以看出，楸树不同种（类型）间杂交具有不同的杂交结果，一些种间杂交是不结种的，当然造成这一结果的原因是多方面的，有的是花期不遇，有的是花粉质量发育不良所致，还有一部分是双亲花期不育，杂交时所采用的花粉已是失去生命力的花粉或者母本的柱头已闭合失去授精的可能。但种内不同类型间的杂交也有结果的，这说明同种不同类型间在生长发育上是有一定的基因变异，但也有可能是同种间杂交本身就有结果的可能。关于这一问题还有待从不同类型间遗传进化关系及楸树分类学、遗传分子学上进行专项研究。3楸树杂交育种的主要技术自然界中楸树属虫媒花，花期7-10天，但不同种楸树花期不遇，是楸树杂交育种的最大障碍，这给杂交育种工作造成了很大困难。因此解决杂交亲本花期不遇是楸树杂交育种的关键技术。如滇楸的花期较楸树其它类型早7-10天。本次采用的主要方法是花枝离体水培技术。将早花品种提前剪取花枝，在低于室温的环境下培育（父本），同时将一些晚花品种置于高于常温的环境水培，以利提前收集花粉。这是楸树杂交育种的关键。3.1 楸树全同胞子代测定3.1.1 材料和大田设计 材料来自上述播种苗，2004年春天，将上述苗木分系号营建家系子代测定林，大田设计为完全随机区组。不等株小区（4-36株），3次重复。试验地位于河南省洛阳市郊区，土壤为沙壤土，PH值7.3。造林当年地上平茬，年底调查苗高和胸径。2005年春对主干回截50cm。以利发芽抽枝。2005年12月调查苗木胸径。结果见表2。表2：楸树家系生长调查表 单位：cm序号重复系号平均比金丝楸提高11号3.363.653.543.521.23(53.7%)22号3.874.293.653.941.65(72%)30022.502.383.002.640.34(14.8)40043.363.342.843.180.89(39%)50153.972.93.443.441.15(50%)613号3.884.03.393.761.47(64%)70013.513.643.343.501.21(53%)80083.543.473.283.431.14(50%)99号3.433.062.793.090.8(35%)10金丝楸2.512.372.002.29011陕灰2.021.731.991.91-0.38(-17%)12光叶楸2.922.462.502.630.34(15%)对上述家系进行方差分析,结果见表3表3楸树家系方差分析表变异来源自由度离差平方和均方均方比Fa组间1112.591.144513.53*F0.01(11,24)=3.17组内242.030.08458总的3514.620.4177方差分析表明,楸树不同家系间存在极显著的生长差异.。为进一步研究不同家系间的差异情况，对上述十二个家系采用q检验法进行多重比较分析。查表得q0.05(12,24)=5.1,计算临界值D。D=5.1(0.08458/3)1/2=0.86 对各系号进行多重比较，结果见表4。表4：各系号多重比较 单位：cmXi-XjXiXi-x12Xi-x11Xi-x10Xi-x9Xi-x8Xi-x7Xi-x6Xi-x5Xi-x4Xi-x3Xi-x2X1=2=3.942.03*1.65*1.31*1.3*0.850.760.510.50.440.420.18X2=13=3.761.85*1.47*1.13*1.12*0.610.580.330.320.260.240X3=1=3.521.61*1.23*0.89*0.88*0.430.340.090.080.0204=001=3.501.59*1.21*0.87*0.86*0.410.320.070.060X5=015=3.441.53*1.15*0.810.80.350.260.010X6=008=3.431.52*1.14*0.80.790.340.250X7=004=3.181.27*0.89*0.550.540.090X8=9号=3.091.18*0.800.460.450X9=002=2.640.730.350.010X10=光=2.630.720.340X11=金=2.290.380X12=陕=1.910 注*为差异显著多重比较可以知道，楸树家系间的差异是完全不同的。家系的后代同自然界中的金丝楸天然种生后代在生长上是有较大差异的，这一结果表楸树杂种后代的杂种优势是相当明显的。对楸树进行人工控制杂交育种理论上是可行的，实践上是成功的。3.2 楸树超级苗选择自然界中的楸树自花不育,其遗传基础为杂合体,因此杂交后楸树实生苗后代分离较大,有一些单株表现出特异的生长性状,杂种优势十分明显。杂种后代在种子、果实形状、叶形、叶色、树皮颜色、皮孔形状、皮孔分布等质量性状上变化很大，而且在苗高、胸径、叶长、叶宽、叶柄大小等数量性状上都有明显区别。杂种的高度分离为我们良种选育提供了丰富的原始材料。采用这些苗木作为建立楸树优良无性系的初选单株，或用于建立楸树实生种子园，可大大缩短楸树选择育种时间，节省大量人力物力和财力。同时也是研究楸树早期鉴定的一种有效途径。现将楸树超级苗选择方法简介如下：（1）苗木生长调查 由于杂种苗数量不多，我们采用每木调查法进行全面调查。年底落叶后，实测各家系（组合）的苗高、地径。根据苗木生长情况，确定苗高和地径的分级标准。本次的分级标准是：大于2米的为一级苗；1.5-2米的为二级苗；1-1.5米的为三级苗；小于1米的为四级苗,共4个标准。苗高阶为0.5米。（2）计算标准差 按照生物统计学要求计算各杂交组合的平均高（x）和标准差(s)。(3) 楸树实生苗优良单株早期选择 根据楸树杂种苗的实际生长情况，为了防止部分优良基因资源的流失，本次采用平均高加一倍标准差作为苗期单株选择标准。但当苗高或地径达到标准后，还要求苗木生长健壮，根系发达，顶芽完好，无楸螟危害。或具优良外部形态特征。采用此方法共初选楸树超级苗19株。2005年对上述苗木进行批量扩繁，培育楸树杂种无性系苗期试验用苗。3.3 楸树杂种无性系苗期测定3.3.1 材料来源 本次测定所用苗木来自上述杂种超级苗，全部苗木采用梓楸嫁接法进行繁殖，对照为洛阳林科所七五期表现优良的单株无性系01，同时加入两个目前生产上使用的金丝楸单株。3.3.2 试验地概况与苗期测定试验设计试验地位于洛阳市洛龙区白马寺镇三里桥村，造林前土地为农耕地，这里交通便利，地势平坦，土壤为沙壤土，肥力中等。海拔高120m。年平均降雨量600mm。年平均气温14.5.无霜期限258天。PH值7.5。本次试验采用完全随机区组，4次重复，4株小区，方块排列，22米株行距。四周设1-2行保护行。参试系号共30个。其中杂种无性系19个，七五期无性系6个，光叶楸(楸树的一个类型)1个。对照为洛阳本地金丝楸单株（2个）。同时还加入主产我国西部的线灰楸1个及洛阳市林科选育的天然杂种灰楸1个。各无性系来源见表5。表5：楸村无性系苗期试验林参试系号来原表序号系号来源备注101七五无性系单株七五期最优单株2001-1杂种超级苗课题组杂交选择3038七五无性系单株七五期单株4小叶金丝楸七五无性系单株七五期单株513-1杂种超级苗课题组杂交选择6015-1杂种超级苗课题组杂交选择72-1杂种超级苗课题组杂交选择81-4杂种超级苗课题组杂交选择9线灰楸自然单株课题组在甘肃选育10004-1杂种超级苗课题组杂交选择111-3杂种超级苗课题组杂交选择12080七五无性系单株七五期单株139-2杂种超级苗课题组杂交选择142-6杂种超级苗课题组杂交选择156523杂种超级苗课题组杂交选择161-2杂种超级苗课题组杂交选择17光叶楸楸树类型之一洛阳市本地单株182-8杂种超级苗课题组杂交选择191-1杂种超级苗课题组杂交选择20灰3七五无性系单株七五期单株21011-1杂种超级苗课题组杂交选择222-5杂种超级苗课题组杂交选择23大叶金丝楸七五无性系单株七五期单株24洛灰天然杂种01年洛阳林科所选择252-7杂种超级苗课题组杂交选择2602七五无性系单株七五期单株27008-1杂种超级苗课题组杂交选择289-1杂种超级苗课题组人工杂交选择292-2杂种超级苗课题组杂人工杂交选择30002-1杂种超级苗课题组人工杂交选择3.3.3调查方法及数据处理 2006年3月按照上述设计进行大田造林，造林当年全部平茬，2006年11月,对全部系号进行每木调查，实测单株苗高、地径，计算小区平均值。在此基础上进行方差分析，并进行多重比较。最终进行无性系综合评定，选择楸树无性系。4结果与分析4.1无性系苗高、地径方差分析与遗传力估算4.1.1 楸树杂种无性系苗高方差分析与遗传力估算 对全部30个系号进行方差分析，结果列于表6表6：楸树无性系（杂种）苗高方差分析变异来源自由度离差平方和均方均方比Fa无性系间29142307.6354907.163.94*F0.01(11,24)=1.84区组间331953.26310651.098.55误差87108353.4521245.44总的119282614.35方差分析表明，这批楸树无性系的苗高差异达极显著水平，说明这批材料间楸树单株间)的差异是极其显著的。 杂种的基因型是丰富多样的。这同楸树自花不育、个体高度杂合的特性相吻合。也就是说对楸树进行无性系选择，不仅理论上是科学的，实践上也是可行的。4.1.2 楸树无性系树高遗传力估算由方差分析及数量遗传学原理可知.2e=1245.44, 2e+2g=4907.16(2e为环境差, 2g为基因型方差)计算可得: 2g=3661.72 2g 根据数量遗传学原理.楸树无性系树高的遗传力(重复力)R= -=0.75 2e+2g4.1.2 楸树无性系苗高多重比较 为了研究不同无性系间的苗高生长差异，采用多重比较对前7个系号进行多重比较分析。对照采用“七五”最优无性系01号。由方差分析可知,楸树无性系树高标准误S=(2M2e/4)1/2=(21245.442/4)1/2=24.9由fe=87查统计用表得:t0.05=1.99 t0.01=2.638,由此可知本次显著尺度:LSD0.05=24.951.99=49.65 LSD0.01=24.952.638=65.82利用上述比较标准对7个系号进行多重比较，结果见表7。表7:楸树无性系多重比较结果xi-xjxixi-x8xi-x7xi-x6xi-x5xi-x4xi-x3xi-x2xi-x1X1=9-1=401.75103.6*41.0338.3634.0229.2122.777.450X2=1-4=394.396.19*33.5830.9126.5721.7615.320X3=1-1=378.9880.94*18.2615.5911.256.440X4=2-7=372.5474.43*11.829.154.810X5=001-1=367.7369.62*7.014.340X6=2-8=363.3965.28*2.670X7=038=360.7262.61*0X8=01=298.110 苗高多重分析表明，以“七五“系号01为对照，有5个杂种无性系同对照有极显著差异，这五个杂种是9-1、1-4、1-1、2-7、001-1；有一个杂种无性系同对照有显著差异，系号是2-8；有一个“七五”单株（038）超过对照01且达显著水平。因此可以认为本次有5个无性系可作为苗期初选的无性系(杂种).对这些无性系应进一步进行无性系中期测定，以便从中选出新的杂种无性系，目前这项工作仍在进行中。4.2 楸树杂种无性系地径方差分析与遗传力估算4.2.1楸树无性系地径方差分析同上分析,地径方差分析结果见表7表7：楸树无性系（杂种）地径方差分析表变异来源自由度离差平方和均方均方比Fa无性系间2915.460.53319.93*F0.01(11,24)=1.94F0.05(8,87)=1.60区组间32.130.7113.22误差874.670.0537总的11922.26地径方差分析表明，楸树杂种间地径生长量同样存在极显著差异。这一结果同样说明，楸树杂种在地径生长方面遗传变异也是相当丰富的，杂种优势是显著的，对其进行无性系选择效果是明显的。4.2.2楸树无性系地径遗传参数估算同树高分析相同.计算可得; 2e=0.0537 2g=0.1199计算可行地径遗传力h2=0.8993. 遗传变异系数gov=8.03% 表型变异系数pov=9.67%4.2.3楸树无性系苗高多重比较 为了研究不同无性系间的地径生长差异，采用多重比较对前7个系号进行多重比较分析。对照采用“七五”最优无性系01号。 同苗高分析相类似,计算可得;地径LSD0.05=0.33 LSD0.01=0.43 地径差异显著检验结果见表8.xi-xjxixi-x8xi-x7xi-x6xi-x5xi-x4xi-x3xi-x2xi-x1X1=9-1=4.440.12-0.28-0.26-0.31-0.43-0.63-0.320X2=1-4=4.760.44*0.040.060.01-0.11-0.310X3=1-1=5.070.75*0.35*0.37*0.320.20X4=008-1=4.870.55*0.150.170.120X5=001-1=4.750.43*0.030.050X6=1-2=4.700.38*-0.020X7=015-1=4.720.40*0X8=01=4.320 上述结果表明.在初选的前7个号中，有6个系号同对照01达显著或显著水平。但树高最高的9-1同对照01在地径上无显著差异，按树高、地径双重标准选择时，有3个系号同时入选，这3个号是1-1、1-4、001-1。4.3问题与建议4.3.1由天自然界中的楸树花而不实，对楸树进行人工控制杂交育种在国内还是首次；在亲本选择上还具有一定的盲目性和局限性；采用的杂交技术和杂交方法还不是十分科学，实践上还有待进一步完美和提高。特别是对远缘杂交还有待继续研究。4.3.2楸树杂交育种是洛阳林科所自2002年以来每年都做的重要工作，2006年课题组利用洛阳楸树花粉进行了楸树花粉储存技术研究。结果发现，花粉在干燥条件下，保存一周左右仍具有生活力。这一结果为我们开展远距离杂交，特别是南方早花滇楸花粉收集、保存，最终同北方楸树杂交提供了依据。2007年，我们成功地进行了楸树同滇楸的杂交，并取得了较好的效果，为楸树新杂种的培育提供了条件。4.3.3 多年的物候观测表明，自然界中的金丝楸花期同南方的滇楸相同，因些为了提高南方滇楸的木材材性，建议利用北方的金丝