不同地點51個長白落葉松無性系苗期生長變異和遺傳穩定性分析

王 芳 蔣路平 張秦徽 陸志民 楊雨春 張建秋 趙曦陽*

（1. 吉林省林業科學研究院，長春 130000；2. 東北林業大學林木遺傳育種國家重點實驗室，哈爾濱 150040）

無性系林業是能夠進行規模化無性繁育的樹種人工林發展的高級水平，便于集約化經營和高效（定向）培育，是我國林業可持續發展的根本途徑之一［1］。無性系林業的核心是無性系的選擇和無性系繁殖。無性系選擇要根據育種目標，選擇優良的材料大量繁殖成無性系。為確定優良材料最適宜的推廣區域，選擇有代表性的不同生態區進行區域化實驗［2］。

長白落葉松（Larix olgensis Henry）為松科（Pinaceae）落葉松屬（Larix）喬木，其樹干通直，木材堅韌，耐腐性較強，是優良的建筑和木纖維工業原料等用材樹種［3］，是我國東北林區重要的經濟和生態樹種［4］。長白落葉松的分布主要以吉林省長白山地區為中心，南起遼寧省寬甸縣，北到黑龍江省穆棱與雞西交界，西至松遼平原的東緣，東達日本海岸［5］。無性系林業發展過程中，選出的優良無性系需通過區域化實驗來確定其適生范圍，估算其遺傳穩定性，這為優良無性系的推廣應用提供基礎［6］。Zhao 等［2］、Liu 等［7］、暢寧等［8］、尤超等［9］和藍肖等［10］分別對引種的白樺［吉爾吉斯白樺（Betula kirghisorum）、歐洲白樺（B.pendula）、毛枝樺（B.pubescens）］、轉TaLEA 楊樹、木薯（Manihot esculenta Crantz）、油桃（Prunus persica var.nectarina）和杉木（Cunninghamia lanceolata）進行區域化實驗，分析其遺傳穩定性，篩選出不同地點適宜栽培的優良無性系。而在長白落葉松的無性系育種方面，目前主要集中于同一地點的優良無性系選擇，通過區域化實驗，估算其遺傳穩定性的研究較少。本研究主要對不同地點51個長白落葉松無性系的苗高、地徑進行調查分析，計算各性狀的遺傳和變異參數，同時對各無性系遺傳穩定性進行分析，為長白落葉松優良無性系的選擇和推廣提供理論依據。

1 試驗地概況

1.1 吉林省白山市江源縣三岔子鎮（E1）

江源縣三岔子鎮（126°23′～127°11′E，41°48′～42°13′N）地處吉林省東南部，地形復雜，海拔800～1 200 m。該地區年平均氣溫2.5℃，夏季最高氣溫36.5℃，冬季最低氣溫達-42.2℃，無霜期110 d 左右，年平均降雨量約755 mm。

1.2 吉林省四平市鐵東區石嶺鎮（E2）

四平市鐵東區石嶺鎮（123°17′～125°49′E，42°31′～44°09′N）地處吉林省西南部，地勢東南高，西北低，東南部海拔230～448 m，西北部海拔140～230 m。該地區年平均氣溫5.2℃，最高氣溫37.2℃，最低氣溫-35.1℃，無霜期142 d 左右，年平均降雨量約650 mm。

1.3 黑龍江省牡丹江市林口縣（E3）

林 口 縣（129° 17′～130° 45′E，44° 40′～45°58′N）地處黑龍江省東南部、牡丹江北部，張廣才嶺、老爺嶺和完達山脈交界處，大部分屬于山區，地勢四周高，中間低，最高海拔1 357 m。該地區年平均氣溫4.2℃，最高氣溫38.6℃，最低氣溫-36.1℃，生長期為140 d左右，年平均降雨量約452 mm。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗材料

試驗材料為51 個長白落葉松無性系（LO 1-LO 51）。這些無性系來源于吉林省四平市林木種子園內初選優良家系的優良單株，2018 年春季進行嫁接，2019 年春季在3 個地點進行造林，試驗設計采用隨機完全區組設計，4 株小區，單行排列，3次重復，株行距2 m×3 m。

2.2 試驗方法

于2019 年秋季對3 個地點的長白落葉松無性系生長性狀進行測量，苗高的測量使用卷尺（測量精度1 mm），地徑測量使用電子游標卡尺（測量精度0.1 mm）。

2.3 統計分析方法

利用SPSS 19.0［11］和DPS［12］軟件對數據進行分析。苗高和地徑的方差分析模型表示公式為：

式中：Xijk表示無性系i 在地點j 中的長白落葉松單株k的表型；μ表示總體平均值；αi表示無性系效應；bj表示地點間效應（即環境效應）；αbij表示無性系與地點間的互作效應（即基因與環境互作效應）；eijk表示環境誤差。

表型變異系數PCV的計算公式［13］為：

無性系重復力R估算采用的公式［12］為：

式中：F為方差分析中的F值。

表型相關分析采用的計算公式［14］為：

遺傳增益G的估算公式［15］為：

無性系的綜合評定采用布雷金多性狀綜合評定［16］法：

3 結果與分析

3.1 不同地點長白落葉松無性系苗高、地徑的方差分析

長白落葉松無性系方差分析結果見表1，苗高與地徑在地點間、無性系間和地點×無性系間差異均達到極顯著差異水平（P＜0.01）。

表1 長白落葉松無性系苗高和地徑的方差分析Table 1 Variance analysis of seedling height and ground diameter of L.olgensis clones

3.2 長白落葉松無性系苗高和地徑的變異參數

不同地點51個長白落葉松無性系的苗高和地徑的變異參數見表2。3 個地點苗高的平均值為35.28（E2）～69.68 cm（E1），地徑平均值為5.06（E2）～7.31 mm（E1）。E1 試驗點苗高和地徑的表型變異系數均最大，分別為36.82%和29.84%，變幅分別為42.65～99.70 cm 和5.62～9.16 mm；E2 試驗點苗高和地徑的表型變異系數均最小，分別為26.03%和23.89%，變幅分別為25.67～48.83 cm 和3.51～6.64 mm；E3試驗點苗高和地徑的表型變異系數均居中，分別為30.57% 和26.42%，變幅分別為27.17～60.55 cm 和3.79～6.17 mm。3 個試驗點苗高的重復力較大，均大于0.740，其中E2 試驗點苗高重復力最大，為0.891；E1 與E3 試驗點地徑的重復力相似，均為0.570 左右，E2 試驗點地徑受環境影響較大，重復力最小，為0.172。

表2 不同地點長白落葉松無性系各性狀遺傳變異參數Table 2 Genetic variation parameters of L.olgensis in different sites

3.3 長白落葉松無性系穩定性評價

方差分析結果（見表1）表明，不同地點長白落葉松無性系苗高差異達到極顯著水平（P＜0.01），因此進一步對苗高進行多重比較，并對無性系的遺傳穩定性與生長適應性進行評價，評價結果見表3。結果表明，無性系LO 26、LO 30、LO 16、LO 22、LO 10 和LO 20 的苗高較大，無性系LO 3、LO 46、LO 42、LO 40 和LO 1的苗高較小。

遺傳穩定性是指產量性狀（苗高）受遺傳控制在多變環境條件下的穩定程度［17］，可用無性系×地點的互作效應方差的變異系數（iCV）表示，iCV 值越小，無性系遺傳穩定性越強。無性系LO 13、LO 7、LO 25、LO 38、LO 12、LO 50、LO 11、LO 29、LO 14、LO 24、LO 28、LO 34、LO 8、LO 49、LO 18、LO 35、LO 36、LO 33、LO 5、LO 15、LO 9、LO 31、LO 2、LO 41、LO 27、LO 44、LO 43 和LO 1 的iCV 值均小于10%，是遺傳穩定性較高的無性系；無性系LO 26、LO 22、LO 10、LO 20、LO 6、LO 23、LO 17、LO 37、LO21、LO 47、LO 51、LO 39、LO 4和LO 40的iCV值處于10%～20%，穩定性次之；無性系LO 30、LO 16、LO 19、LO 48、LO 45、LO 32、LO 42、LO 46和LO 3的iCV值大于20%，穩定性較差（見表3）。

無性系生長適應性評價由無性系生長量（苗高）與環境指數的回歸系數bi值確定。bi=1表示無性系在不同地點具有平均適應性，受環境影響較小；bi＞1 表示無性系在較好的環境下生長優良，對不同地點的適應性低于平均值；bi＜1表示無性系在較差的環境下也可栽培，對不同地點的適應性高于平均值。無性系LO 13、LO 7、LO 25、LO 38、LO 12、LO 50、LO 11、LO 29、LO 14、LO 24、LO 28、LO 34、LO 47、LO 8、LO 35、LO 36、LO 33、LO 5、LO 15、LO 9、LO 31、LO 2、LO 41、LO 27、LO 44、LO 43、LO 4 和LO 1 的bi值為0.80～1.20，在3 個不同試驗點具有平均適應性；無性系LO 26、LO 30、LO 16、LO 22、LO 10、LO 20、LO 6、LO 23、LO 17、LO 37、LO 19 和LO 18 的bi值較高，低于平均適應性；無性系LO 21、LO 49、LO 51、LO 48、LO 45、LO 39、LO 32、LO 40、LO 42、LO 46 和LO 3 的bi值較小，高于平均適應性（見表3）。

表3 不同地點長白落葉松無性系穩定性和適應性參數Table 3 Stability and adaptability parameters of L.olgensis clones in different sites

為了詳細了解各長白落葉松無性系對不同環境條件的具體適應情況，在遺傳穩定性和生長適應性分析的基礎上，還確定了各參試無性系的具體適應范圍。無性系LO 26、LO 13、LO 7、LO 25、LO 38、LO 12、LO 50、LO 11、LO 37、LO 29、LO 14、LO 21、LO 24、LO 28、LO 34、LO47、LO 8、LO 49、LO 18、LO 35、LO 36、LO 33、LO 5、LO 15、LO 9、LO 31、LO 2、LO 41、LO 27、LO 44、LO 43 和LO 1 在3個試驗點具有廣泛適應性；無性系LO 30、LO 16、LO 22、LO 10、LO 20、LO 6、LO 23、LO 17、LO 19 和LO 4對E1試驗點具有特殊適應性；無性系LO 51、LO 45、LO 39 和LO 42 對E2 試驗點具有特殊適應性；無性系LO 48 和LO 40 對E3 試驗點具有特殊適應性；無性系LO 32、LO 46和LO 3 對E2和E3兩個試驗點具有特殊適應性（見表3）。

3.4 不同地點長白落葉松無性系苗高與地徑相關分析及綜合評價

苗高與地徑的相關分析結果見表4，不同試驗點，苗高與地徑均呈極顯著正相關關系。

表4 不同地點長白落葉松無性系苗高與地徑的相關分析Table 4 The correlation analysis between seedling height and ground diameter of L. olgensis at different sites

由于相關分析結果表明各試驗點無性系苗高與地徑均達到極顯著正相關水平，因此將苗高與地徑結合對各無性系進行綜合評價，綜合評價結果Qi值見表5。以20%的入選率對51 個長白落葉松無性系進行綜合評價選擇，3個試驗點入選的無性系不同。E1 試驗點無性系LO 30、LO 16、LO 22、LO 10、LO 17、LO 20、LO 26、LO 23、LO 11 和LO 12入選，10個無性系的苗高和地徑的遺傳增益分別為21.20%和9.70%；E2 試驗點無性系LO 7、LO 12、LO 25、LO 26、LO 10、LO 38、LO 13、LO 14、LO 21 和LO 50 入選，10 個無性系的苗高和地徑的遺傳增益分別為19.14%和14.31%；E3 試驗點無性系LO 26、LO 38、LO 10、LO 13、LO 16、LO 22、LO 30、LO 7、LO 21 和LO 37 入選，10 個無性系苗高和地徑的遺傳增益分別為15.55%和8.20%。

4 討論

遺傳和變異是林木育種的基礎［18］。方差分析表明不同無性系間和不同地點間無性系苗高與地徑差異均極顯著，這為優良無性系的選擇提供了基礎。本研究中不同地點的長白落葉松無性系苗高和地徑的表型變異系數均較高，苗高的重復力處于0.741～0.891，屬于高重復力。這些與孫振［19］對15 個1 年生白蠟苗無性系高生長性狀重復力為0.940 和解孝滿［16］等對45 個2 年生柳樹無性系苗高的重復力為0.730 的估算結果相似。高變異、高重復力有利于優良無性系的選擇［20］。

無性系區域化實驗是新品種評價和確定其推廣范圍的重要依據［21］，是目前研究基因型與環境互作效應的熱點［2］。本研究中，苗高與地徑均受G（Gene）×E（Environment）的極顯著影響，表明不同地點長白落葉松無性系與環境有極強的交互作用，相似的現象在其他樹種的育種的研究中均有報道［22～23］。遺傳穩定性是指由自身遺傳因素控制的產量性狀在不同環境條件下的穩定程度［17］，本研究中遺傳穩定性較高的無性系有LO13等28個，遺傳穩定性較差的無性系有LO 30 等9 個。無性系LO 50、LO 11、LO 35、LO 31 和LO 2 的bi值在0.97～1.02，表明這5 個無性系具有平均適應性；無性系LO 30 和LO 16 的bi值分別為1.81 和1.73，表明這2 個無性系具有特殊適應性。不同基因型在不同地點表現不同，即適應性不同。無性系LO 30、LO 16、LO 22、LO 10、LO 20、LO 6、LO 23、LO 17、LO 19和LO 4 最適宜栽培的地點為E1；無性系LO 51、LO 45、LO 39和LO 42最適宜栽培的地點為E2；無性系LO 40 和LO 48 最適宜栽植的地點為E3；無性系LO 32、LO 46 和LO 3 最適宜栽培的地點為E2 和E3；剩余其他無性系對3 個地點均有很強的適應性，對環境要求不高。這與張含國［24］等對雜種落葉松（Larix），顧萬春［25］對刺槐（Robinia pseudoacacia）、趙延松等［26］對早實核桃（Juglans regia）研究相似。

長白落葉松是重要的用材樹種，生長性狀是其優良無性系評價選擇的基礎。根據綜合評價結果，3 個試驗點均以20%的入選率各選出10 個優良無性系，且選出的這些優良無性系的苗高與地徑遺傳增益在8.20%～21.20%，此研究結果與李春旭［27］對2 年生的盆裝白樺無性系苗期選擇的結果相似，其選出的7個優良白樺無性系的苗高與地徑的遺傳增益分別為11.31%和9.91%。生長性狀優良且遺傳穩定性強是長期以來育種工作者的主要目標［4］。綜合評價結果顯示無性系LO 10和LO 26在3個地點均被入選優良無性系，表明該無性系生長量的綜合表現在3個地點均表現較好；同時無性系LO 10和LO 26的iCV 值僅11.00%和10.10%，遺傳穩定性較強，因此無性系LO 10 和LO 26 可以作為重點考察的無性系。

表5 不同地點長白落葉松無性系的Qi值Table 5 The Qi values of L.olgensis clones at different sites