尾叶桉赤桉正反析因交配杂种F-1代遗传变异及生理研究

尾叶桉赤桉正反析因交配杂种F_1代遗传变异及生理研究桉树是一种非常重要的经济树种,在华南地区栽培广泛,其中,尾叶桉、巨桉及其杂种无性系因速生性好、干形优美,适应性广泛而栽培面积最大。但是,华南桉树主栽区,尾叶桉、巨桉及其杂种无性系一直面临季风和台风的巨大威胁,严重时保存率不到20%,致使木材产量严重下降,因此,选育桉树抗风性良好的品种已经迫在眉睫。为了选育速生性好、干形优良、材质性状和抗风性优良的品种,利用速生性优良、干形好和适应性广泛的尾叶桉和抗风性和抗病性优良的赤桉进行杂交,建立了尾叶桉与赤桉6×6正反析因交配设计的种间杂种F1代测定林,并进行了早期生长性状的测定。本研究在前期研究基础上,以9年生尾叶桉与赤桉正反析因交配设计的种间杂种F1代测定林为材料,并以相应亲本的自由授粉半同胞子代做对照,从生长、形质、材质性状等方面探讨其产量、品质的遗传变异规律与杂种优势表现;并通过比较不同组合家系的叶片形态、光合色素含量及矿质营养元素含量的差异,及其与生长性状的关系,尝试从生理学角度揭示尾叶桉与赤桉杂种F1代杂种优势的生理基础。为桉树的杂种优势的预测及利用,亲本选配,杂交子代选择,木材的开发利用提供理论依据,最终为制定杂交育种及良种选育方案提供理论依据。主要研究结果如下:(1)尾叶桉与赤桉正反交种间杂种F1代的保存率和生长性状均优于对照,说明其在本试验点具有生长的杂种优势或优良的适应性,或两者同时兼备。就生长性状而言,存在显著的正反交效应,正交组合(U×C)均优于相应的反交组合(C×U),说明正交组合杂交子代的杂种优势或适应性,或两者均优于反交组合。生长性状还呈现出很强的“母本效应”,具体表现为母本加性遗传方差(σ2Af)高于父本加性遗传方差(σ2Am),母本遗传变异系数(CVAf)高于父本遗传变异系数(CVAm),母本遗传力(h2f)高于父本遗传力(h2m),单株及家系遗传力(h2)呈现h2m>h2>h2f的趋势。单株遗传力(h2S)为低度遗传控制,而家系遗传力(h2F)在2年生时为强度到中度遗传控制,在8.3年生时为低度遗传控制,说明生长性状的早期选择较晚期选择可靠,而家系选择较单株选择可行。生长性状的显性效应和加性效应的比值随年龄增大,早期加性效应为主要贡献者,晚期显性效应为主要贡献者。生长性状之间的遗传相关一般呈强度到中等正相关,说明任一生长性状的遗传改良将伴随其他生长性状的改良。(2)尾叶桉与赤桉正反交种间杂种F1代在干形、冠幅及枝下高表现优于对照,与生长性状趋势一致。形质性状均存在正反交效应,正交组合的形质性状优于反交组合,这与生长性状一致。形质性状的父母本效应因交配方向而异,就干形、分枝和冠幅而言,正交组合的母本效应低于父本效应,而反交组合的母本效应却高于父本效应。形质性状的单株遗传力较低,均为低度遗传控制;而家系遗传力为强度到中度遗传控制,说明家系选择和单株选择需同时兼用。单株及家系遗传力在反交组合中呈现h2f>h2>h2m的趋势,在正交组合中呈现h2m>h2>h2f的趋势。形质性状的显性方差和加性方差的比值也因交配方向而异,正交组合中显性方差(σ2D)大于加性方差(σ2A),反交组合中显性方差小于加性方差。干形、分枝、枝下高之间呈显著正相关,而冠幅与干形、分枝之间呈显著负相关;形质性状与生长性状之间呈显著正相关,说明干形、分枝、枝下高间,及其与树高、胸径间具同时改良的可行性。(3)尾叶桉与赤桉正反交种间杂交组合的木材基本密度、纤维宽和纤维长宽比表现优于对照,而纤维长度与对照的差异不显著,这说明尾叶桉与赤桉种间杂交子代的3个材质性状均具有杂种优势。与生长性状不同,木材基本密度和纤维宽度的反交组合优于相应的正交组合,而纤维长度和纤维长宽比的正反交效应不明显。木材基本密度、纤维长度和纤维长宽比在正交组合中的母本效应均低于父本效应,而在反交组合中母本效应均高于父本效应。正反交组合中材质性状的显性效应一般高于加性效应。单株遗传力的估算值均普遍偏低,为中度遗传到低度遗传控制;而家系遗传力从强度到弱度遗传控制,因性状不同差异很大,说明家系选择与单株选择需同时兼用。就木材基本密度、纤维长和纤维长宽比而言,单株及家系遗传力在正交组合中呈现h2m>h2>h2f的趋势,反交组合中呈现h2f>h2>h2m的趋势。木材基本密度和纤维宽度呈显著负相关,与纤维长宽比呈显著正相关;而木材基本密度、纤维长度和生长性状间呈显著正相关,纤维宽度和生长性状间呈显著负相关。因为纤维宽度为负向选择指标,因而木材基本密度和纤维宽度及纤维长宽比之间,木材基本密度、纤维长度和生长性状之间均存在同时改良的可能。(4)叶片形态的差异主要由树种引起,而在家系和单株水平差异不大。赤桉亲本子代叶长、叶长宽比和单叶干重显著低于其他三种组合,叶宽显著大于其他三种杂交组合;而且,叶长、叶长宽比、单叶鲜重、单叶干重和比叶质量均呈现出U>C×U、U×C>C的趋势。尾叶桉与赤桉正反交组合的叶宽表现出负向中亲优势,其余6个形态性状则表现出正向中亲优势,叶长和叶片长宽比在反交组合中的杂种优势更为明显,叶面积、单叶鲜重、单叶干重和比叶质量在正交组合中的杂种优势更为明显。叶长与胸径增长量之间,比叶质量和材积增长量之间呈显著正相关,说明这两个性状可以作为生长速率的辅助选择指标。(5)尾叶桉和赤桉的种间杂交子代和自由授粉子代的光合色素含量在群体间、家系间均存在显著差异。尾赤桉正交组合、赤尾桉反交组合和以尾叶桉为母本的半同胞子代的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量均高于以赤桉为母本的半同胞子代。尾叶桉与赤桉正反交杂种F1代的叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量均表现出杂种优势,其中正交组合尤为明显。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素之间均呈显著正相关;光合色素含量和叶面积、单叶鲜重、单叶干重之间呈显著负相关。(6)尾叶桉赤桉正反交组合营养元素的相对含量在家系间存在显著差异。72个种间杂交组合氮、磷、钾的总体平均值分别为3.070%、2.948%、5.933%,变异范围分别为3.736~2.587%、4.924~0.573%、8.333~2.391%