湖北省林木遗传资源保存对策初探.doc

湖北省林木遗传资源保存对策初探 宋丛文 周必成 黄闰泉 (湖北省林木育种中心,武汉卓刀泉,430079) 摘要 ：本文通过分析湖北省林木遗传资源及其保存现状、存在问题，提出了应用原地保存、异地保存和离体保存三种方法，以群体瓶颈效应模型为样本策略，应用“三一二”保存模式、常规种源试验保存林等 7 种模式，分 7 个地域层次、 3 个树种层次进行林木遗传资源的保存及评价利用。 关键词 ：湖北省 林木遗传资源 保存 对策 森林是陆地生态系统的主体和人类赖以生存的主要自然资源，是地球上功能最完善、结构最复杂、产量最大的生物库、基因库、碳储存库和绿色水库，是维持陆地生态平衡的重要因素。森林所包容的丰富多样的生物，是地球上经历 40 亿年的自然演化、自然选择、自然资源优化配置的人类最珍贵的资源。林木遗传资源是地球上保存最完整、最重要的复合生态系统的基础资源，是物种多样性和遗传多样性的基础。因此，保存林木遗传资源，为今后生物技术的发展提供新基因、改良和培育新品种具有重要意义。但是，我们的实际工作往往是重视育种工作，对遗传资源的保存工作不够重视，工作严重滞后，影响了林木育种工程的进程，适应不了林业生产发展的需要。林木遗传资源的保存策略是：在经济发展与环境发展的总目标下，在当前特定的历史时期内，不断适应社会经济及林木良种工程对林木遗传资源的需求，根据自然条件、森林资源状况、技术经济条件而规定的林木遗传资源保存原则、方式和方法。开展林木遗传资源保存对策研究是保存和利用林木遗传资源，促进林业的可持续发展，发挥森林多功能效益的重要课题。 1 湖北省林木遗传资源保存的现状及问题 1.1 林木遗传资源概况 湖北省地处长江中上游，面积约 18.6 万 km 2 ，占全国面积的 1.9% 。气候属亚热带季风气候，四季分明，降水充沛，存在着丰富多样的小气候，培育了丰富的自然植被资源。湖北省属于亚热带常绿阔叶林区域的东部湿润常绿阔叶林亚区域，物种非常丰富。全省共有木本植物 130 科 482 属 2443 种，而且，在古气候变迁中，受第四纪冰川影响不大，从而成为众多植物包括第三纪甚至更古老的孑遗植物的理想保存和繁衍地。全省有国家重点保护木本植物 54 种，其中 1 级 3 种， 2 级 21 种， 3 级 30 种；有古、大、名木 57 科， 258 种， 3916 株。建国以来，全省共计选择了 41 个用材树种优良林分 352 块，面积 5908hm 2 ；选择了 6 个用材树种的优良单株 480 株； 16 个经济树种计 104 株；收集 6 个树种的无性系、品系 802 个；引进树种 334 个。 1.2 林木遗传资源保存现状 1.2.1 建立了神农架、九宫山、后河、星斗山、木林子、七姊妹山、赛武当、武当山、长峡、五道峡、崩尖子林区等 11 处自然保护区。 1.2.2 就地保护了珍、稀、古、大、名木 258 个树种， 1916 株。 1.2.3 分别在种子园 ( 含采穗圃 ) 收集保存了杉木、马尾松、日本落叶松、板栗、银杏、油茶、池杉等优树资源 802 个。 1.2.4 对水杉、池杉、甜柿、银杏等树种进行了部分原地保存。 1.2.5 在咸宁建立了引进树种资源保存点，保存树种 392 个。 1.2.6 加强国际合作，多途径引进优良林木遗传资源。目前已收集了日本落叶松 213 个家系；杨树 993 个无性系；杉木补选优树 44 株；马尾松补选优树 147 株；收集杜仲资源 116 份。 1.3 林木遗传资源保存中存在的问题 1.3.1 保存面狭窄，全省珍稀树种大部分是分散在偏远山区， 1/3 以上散布在保护区以外，没有受到保护； 2916 株古、大、名木中有 1/3 没有得到保护。 1.3.2 随着经济发展需求和能源需求压力的加大，全省林业资源呈现总量增加而天然林显著减少的趋势，且林相破碎，小气候恶化，对繁殖能力及遗传变异的幅度存在不良影响。 1.3.3 重物种多样性的保护，轻遗传资源的保存，致使育种素材严重不足。近几十年来，对主要用材、经济树种的天然植物群落的遗传规律鲜有研究，更谈不上遗传群体的保存。 1.3.4 受单纯追求生物产量思想的影响，重个体的保存，轻群体的保存。 1.3.5 保存与评价利用分离，效率低下。保护是基础，利用是目的。以保护为基础，通过资源评价，实现林木遗传资源的可持续管理是最终目标。 2 林木遗传资源保存对策 2.1 保存方法 2.1.1原地保存 原地保存也称就地保存，是指将遗传资源在原生地保存的方法。设立原地保存区，应尽可能利用国家和地方建立的各种类型的自然保护区和保护林；应包括保存区内构成森林群落的全部树种；每个树种群体要有 3 个以上保存点，并在其周围设立保护带；单独的群体和零星分布的个体也应建立保存点；保存区的面积必须考虑到保存林木群体的生态和遗传稳定性。管理措施以天然更新为主，辅以人工促进，保持其自然世代更替。 2.1.2 异地保存 异地保存也称迁地保存，是指将遗传资源迁移出原生地栽培保存方法。异地保存必须根据生态学和生物学特性，选择异地保存地点，并根据立地类型、小气候等条件，在每一个树种的分布区，合理布局各种类型的林木遗传资源保存库点。保存库点应结合已建的林木良种基地，采种基地、植物园、树木园等进行建设。管理措施以人工更新为主，通过人工繁殖栽培，保存其优良性状。 2.1.3 离体保存 离体保存也称设施保存，指将遗传资源的种子、花粉及根、穗条等繁殖材料，离开母体进行贮藏的方法。离体保存库点应结合已建的林木种子贮藏库进行建设；保存材料应按种子区划或生态区划，选取代表性材料。管理措施主要是在材料达到更新期限时应重新收集。 2.2 林木遗传资源保存的样本策略 在进行林木遗传资源保存过程中，既要遵循全面保存的原则，又要考虑自然、经济、技术等条件允许，期望用最小的样本数能够保存必要的遗传信息，因此，样本策略是林木遗传资源保存和评价的基础工作。据国内外研究，瓶颈效应模型与群体大小理论，结合实验遗传多样性标记结果进行样本计算是一种行之有效的方法。其原理为：把亲代群体有效大小视为 2N “瓶口”（ N0 ），“瓶颈”曲率遵从 Y 11 e -x 生长曲线模型，“瓶身”最大值 Ne 2N0 ， N e 大 2N0 。这表明，随着群体子代样本 M 的增大，在 M 1,2, ,100 等阶段表现出瓶颈效应；若取样更大的子代群，始终是 Ne 2N0， N e 大 2N0 。 群体瓶颈效应模型揭示了群体数量取样方差连接世代中的性质，通过群体平均有效大小（ Ne ）的定量描述，提供子代样本大小的依据，并揭示了亲子群体大小继代约束关系，启迪人们在适量的取样样本中获得较高的群体有效大小（ Ne ）。 2.3 林木遗传资源保存模式 2.3.1 “三一二”保存模式 用于有限的群体保存、评价和利用相结合的研究。每个树种设置：三个群体，即种源试验揭示的优良群体、分布中心群体和本地适宜群体；一个保存地点；二个群体样本，即每群体 50 株母树，保存 5030 株样本和每群体 30 株母树，保存 3050 株样本。 2.3.2 常规种源试验保存林 用于群体小样本保存和种源评价。每种源取样 1020 株，单采混收，按田间试验要求播种育苗和造林，苗期重复 4 次，每小区 3050 株；造林重复 46 次，矩形小区 1230 株。 2.3.3 种源/家系两因素试验保存林 用于群体小样本及家系保存和评价。按家系为单位随机区组设计，以种源与家系两因裂区设计种源主区和家系副区。育苗重复 4 次，副区 30 株左右，造林重复 46 次，副区 810 株。 2.3.4 家系测定保存林 用于家系测定和当代保存。同一树种的参试家系 N 个 ( 处理 ) ，按相同或同类立地条件划分重复地块，随机区组设计， 510 次重复，每小区 510 株。 2.3.5 家系保存兼母树林 用于家系保存、评价和兼用母树林。在本质上与“三一二”模式设计相一致。 2.3.6 家系保存兼育种群体林 对已经通过表型测定的家系，且已知家系间没有或基本没有亲缘关系的家系群，每树种参试家系 5200 个，进行家系保存、评价和利用的设计。 2.3.7 基因型保存林 以优树与无性系按树种为单位，不同无性繁殖方法的材料分组，相关树种分别设置。 2.4 层次保存对策 2.4.1 地域分层次保存对策 根据湖北省林木遗传资源的分布特点，结合林业区划以及林木良种工程的要求，对全省林木遗传资源保存与评价利用按地域划分为如下 7 个区： (1) 鄂西北山地用材、经济、生态林树种遗传保存区。保存内容主要有：神农架林区光皮桦、麻栎、栓皮栎优良单株及群体保存；保康红豆杉、野生牡丹保护区；油桐、生漆等树种的品种收集等。 (2) 鄂北岗地工业原料林、农田防护林树种遗传资源保存区。保存内容主要有：湿地松等优良林分及母树林的保存；南漳马尾松天然林群体保存、刺槐、泡桐等树种的优树收集和品种试验等。 (3) 鄂中丘陵用材、经济树种资源保存区。保存主要内容有：马尾松等天然群体保存；马尾松、火炬松等优树及优良林分保存；当阳铁坚杉、湖北白蜡等保存林等。 (4) 东北低山丘陵经济、用材林树种资源保存区。主要保存内容有：马尾松、栎类天然群体保护；油茶、板栗、甜柿等优良品种的收集和保存、杉木优良品系的收集和保存；天堂寨自然保护区等。 (5) 鄂南山地用材、经济林树种遗传资源保存区。主要保存内容有：星斗山、木林子等自然保护区；巴山松、秃杉天然群体保存；高山阔叶树种收集与保存；杜仲、厚朴等品种收集与保存；古、大、名木保护点。 (6) 江汉平原短周期工业原料、农田防护林树种遗传资源保存区。主要保存内容有：水杉、池杉、落羽杉、杨树等无性系的收集与保存；古、大、名木保护点等。 2.4.2 树种分层次保存对策 主要造林树种层次。主要树种有：杉木、柳杉、马尾松、华山松、柏木、麻栎、栓皮栎等。主要保存对象以天然群体、优良人工群体、个体等；保存方法可选用原地保存、异地保存、离体保存；适用模式有“三一二”模式、常规种源试验保存林、种源 / 家系两因素试验保存林等。 经济树种层次。主要树种有：油茶、核桃、油桐、板栗、漆树、毛竹等。主要保存对象为优良群体、优良个体等。保存方法有原地保存、异地保存和离体保存；适用模式有家系测定保存林、家系保存兼母树林、家系保存兼育种体林。 珍稀濒危树种层次。主要是全省分布的 13 级珍稀濒危树种，如珙桐、水杉、连香树、鹅掌楸等。保存对象有天然群体或单株；保存方法有原地保存和异地保存；适用模式有种源 / 家系两因素试验保存林、家系测定保存林、家系保存兼母树林。 3 建议与讨论 3.1 社会参与。林木遗传资源保存与评价利用是全社会、全人类的，需要全社会的支持与