洞庭湖區美洲黑楊濕心材化學特性及遺傳變異

李永進，左海松，湯玉喜，吳 敏，唐 潔

(1．湖南省林業科學院，湖南長沙 410004; 2．湖南省林業廳，湖南長沙 410007)

楊樹 (Populus spp.)是我國長江中下游平原湖區短周期工業原料林、生態防護林建設的重要樹種之一，其生長速度快，分布范圍廣，蓄積量大，對改善生態環境和解決用材問題起著重要作用。楊樹也是湖南省制漿造紙業的主要樹種，但其木材中普遍存在濕心材，直接影響到出漿率以及印刷光澤度，這增加了木材加工利用的難度和企業生產成本，降低了木材的使用價值，因此，楊樹濕心材問題的研究也日益顯得重要［1－8］。我們對洞庭湖區美洲黑楊 (Populus deltoides)不同品種濕心材的化學特性及其遺傳變異進行分析，以期為選育濕心材比例較低的優良美洲黑楊品種提供依據。

1 材料與方法

1.1 美洲黑楊濕心材與正常材的化學特性測定

選用美洲黑楊湘林、南林、中漢、I—69及中潛5個楊樹品系為試驗材料。灰分的測定方法依據GB/T 2677.3—93進行;1%氫氧化鈉抽出物的測定方法依據GB/T 2677.5—93進行;木質素含量的測定方法依據GB/T 2677.8—94進行;多戊糖含量的測定方法 依據GB/T 2677.3—94進行。

1.2 濕心材的遺傳分析

試驗材料取自岳陽市君山區上反嘴的10年生美洲黑楊試驗林，株行距5 m×6 m，4次重復。隨機選取試驗林中的湘林、中漢、中潛、1—69等12個品種各4株，用9 mm生長錐在1.3 m處按南北向鉆取木芯。量取濕心材長度占整個木芯的比例，并測量取樣單株的樹高和胸徑。

1.3 數據處理

采用Spss16.0及Excel軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 濕心材與正常材化學組分變化

濕心材是樹木生長過程中的一種反常現象，但濕心材的存在對樹木生長沒有明顯影響，病樹可以繼續活幾十年，對木材強度也不造成嚴重損害［4］。目前，國內外對引起木材變色的原因說法不一，但木材的濕心材無論是微生物引起還是非微生物引起的，最后都會導致其木材組分的相應變化。5個不同品種化學組分的測試結果見表1。

從表1可以看出，各個品種濕心材中的灰分、1%氫氧化鈉抽出物、酸不溶木素、多戊糖含量均高于正常材。

灰分主要是試材中經高溫灼燒后留下的無機鹽和金屬氧化物所組成，這些無機鹽是樹木生長不可缺少的營養物質。在樹木生長過程中，當木質部衰老時，活的細胞全部死亡，不再參與生理活動，在死亡的組織中往往積累大量的無機物。各個品種的濕心材中的灰分含量高于正常材，其中，I—69楊濕心材中的灰分比例最大，達到31.05%;其次是中漢17楊，為19.86%，而湘林—90楊濕心材中的灰分所占比例最小，僅為 1.32%;Hillis［8－10］、諸葛強等［11］認為濕心材中的灰分含量高于正常材，是楊樹濕心材的化學特性。他們認為:木材中不同結構的化學組分具有不同的光化學性質，由于濕心材中較高含量的無機元素特別是一些金屬元素與木材復雜的化學組份的結合效應及電子誘導作用，可能增加木材中許多化學組份對光的吸收，從而使心材的顏色加深。

1%氫氧化鈉抽出物中主要為低分子量的碳水化合物，包括半纖維素和可降解的纖維素，這些抽出物可說明真菌腐朽或光、熱、氧化腐朽程度，1%氫氧化鈉抽出物越多說明腐朽或降解情況越嚴重。5個品種濕心材中的1%氫氧化鈉抽出物含量均高于正常材且在不同品種內以及品種間存在較大差別，其中，中漢17楊、南林52楊的1%氫氧化鈉抽出物含量平均值較高，為29.64%和25.45%，I—69、湘林—90木材中1%NaOH抽出物含量較低，分別為9.76%和12.37%，表明中漢17、南林52相對于其他3個品種來說，板材的耐水性較差，易腐朽，而I—69、湘林—90耐水性較好，不易腐朽。

胡景江等［13］研究發現，木質素是植物體內一種重要的物理抗菌物質，它能與經脯氨酸糖蛋白 (HRGP)一起作為結構屏障物，起加固細胞壁的作用，認為HRGP和木質素與楊樹對潰瘍病的抗性有關。5個品種濕心材中的酸不溶木素、多戊糖含量均高于正常材，雖然差別不大，但南林17、湘林—90正常材中的酸不溶木素相對較低，證明其對楊樹潰瘍病的抗性低于其他品種。

表1 濕心材與正常材中部分化學組分含量變化Tab.1 Content representation of the some chemical composition in wetwood and normal heartwood of 5 Populus deltoides varieties %

表2 5個美洲黑楊品種濕心材比例、胸徑及灰分等提取物含量平均值Tab.2 The average value of the wetwood proportion，diameter and the content of the some chemical composition of 5 Populus deltoides varieties

2.2 濕心材比例與胸徑、濕心材內部分化學組分含量的關系

樹木濕心材與細胞腔和細胞壁中積累的提取物以及樹木的邊材轉變為心材的過程中伴有的木質部薄壁細胞的衰變、細胞原生質體的分解和次生代謝物質產生物質的化學特性密切相關［11］。為了進一步弄清濕心材比例與胸徑及灰分等化學組分之間的關系，對其進行相關分析表明 (見表3):12個品種濕心材比例與胸徑、灰分、木質素和多戊糖呈不顯著負相關，相關系數分別為 －0.328、 －0.110、 －0.588、 －0.589，與1%氫氧化鈉抽出物含量呈不顯著正相關，相關系數為0.105，表明對美洲黑楊的濕心材比例和胸徑、木質素等指標可以獨立進行選擇;而張冬梅等［12］則認為毛白楊的濕心材比例與木質素含量呈不顯著正相關，這可能與樣品種類及數量有關，有待進一步研究。

表3 濕心材比例與胸徑及灰分等因素的相關性Tab.3 The correlation among wedwood proportion，diameter and the content of the some chemical composition

2.3 美洲黑楊濕心材的遺傳變異

楊樹濕心材的遺傳變異較為復雜，張冬梅等［12］認為毛白楊無性系濕心材與其本身固有的生理特性及結構有關，受其生長后期的環境因子影響相對較小，無性系間濕心材受中度遺傳控制;諸葛強等［11］認為，美洲黑楊新無性系的濕心材產生與環境條件有一定的關系，但主要是受遺傳控制的。從表4可以看出，美洲黑楊品種間的濕心材比例存在差別，湘林—90濕心材比例高達56.1%，其次是中漢17和I—69，分別為51.2%和50.9%，Y—706濕心材比例最小，為41.8%。據報道，山東省10種黑楊和3種白楊的濕心材比例為0.146 ～ 0.341［15］; 湖北魯克斯楊 (P.deltoides Bartr.‘Lux’) 和 I－72楊 (P.×euram ericana(Dode)Guinier cv.‘San Marino’)的濕心材比例分別為0.533和0.556［14］;山東毛白楊 (P.tamentosa Carr) 無性系的平均濕心材比例為0.169［12］。湖北兩個品種與洞庭湖區楊樹濕心材比例相近，山東地區的楊樹與洞庭湖區的差別較大，除品種因素外，可能土壤水分也有很大的影響，表明濕心材比例與土壤水分含量有一定關系［14］，這也與初步調查發現的溝渠邊的楊樹濕心材比例比農田林地里高的現象相吻合。

表4 12個美洲黑楊品種濕心材比例平均值、變幅和變異系數Tab.4 Average percentage，range and coefficient of wetwood proportion of 12 Populus deltoides varieties

各品種內濕心材比例的變異系數也存在差別，Y—706楊單株間變異系數最大，為0.320 1，A65/27楊單株間變異系數最小，為0.055，說明該品種的濕心材比例受外界因素的影響較少，容易受基因控制，受遺傳外的因素影響小些。

對各個品種間及品種內的濕心材比例進行方差分析表明 (見表5):12個品種間濕心材比例在0.05水平上存在明顯差異，品種內的濕心材比例差異不顯著。對12品種濕心材比例進行遺傳力估算表明，12個品種間濕心材比例的重復力為0.600 4，受中度遺傳控制，表明美洲黑楊濕心材性狀變異主要由品種或無性系的基因控制，因此通過選擇有可能選育出濕心材百分率低的優良品種和無性系。

表5 12個美洲黑楊濕心材比例方差分析及遺傳參數估計Tab.5 Variance analysis and genetic parameter estimation of wetwood proportion of 12 Populus deltoides varieties

3 結論與討論

(1)5個美洲黑楊品種濕心材中灰分含量、1%氫氧化鈉抽出物等均高于正常材;濕心材比例與胸徑、灰分、木質素和多戊糖呈不顯著負相關，相關系數分別為－0.328、 －0.110、 －0.588、 －0.589，與1%氫氧化鈉抽出物含量呈不顯著正相關，相關系數為0.105。說明林木改良時，濕心材比例和胸徑、木質素等這些指標可以獨立進行選擇。

(2)12個品種間的濕心材比例及品種內的變異系數存在差別，除品種因素外，土壤水分是影響品種間和品種內濕心材比例的一個重要因素。

(3)12個美洲黑楊品種濕心材比例在0.05水平上存在明顯差異，其濕心材的重復力為0.600 4，受中度遺傳控制，表明美洲黑楊濕心材性狀變異主要由品種或無性系的基因控制，因此通過選擇有可能選育出濕心材百分率低的優良品種和無性系。12個品種內單株間濕心材比例差異不顯著。

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