廣西引種傘房屬三種桉樹的生長和抗病性早期選擇

李昌榮，鄭永鄧，郭東強，覃開鋒，陳升侃，李 娟，唐慶蘭，吳秦展

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)國有三門江林場，廣西 柳州 545006；3.廣西壯族自治區(qū)國有大桂山林場，廣西 賀州 542899)

桉樹是桃金娘科(Myrtaceae)杯果木屬(AngophoraCav.)、傘房屬(CorymbiaK.D.Hill &L.A.S.Johnson)和桉樹屬(EucalyptusL’Herit.)樹種的統(tǒng)稱[1]。傘房屬包含一些優(yōu)質(zhì)鋸材樹種和亞種，如斑皮桉(Corymbia maculataHook.)、大葉斑 皮 桉(Corymbia henryiS.T.Blake)、檸 檬桉(Corymbia citriodora(Hook.) K.D.Hill &L.A.S.Johnson)和斑皮檸檬桉(Corymbia citriodoraHook.subsp.variegateF.Muell)[2]，這幾個樹種是澳大利亞有名的硬木樹種[3-5]，其木材可用作造紙、原木和鋸材等，大徑級原木更是優(yōu)良的造船材，是澳大利亞東部地區(qū)主要的商業(yè)木材來源[6]。

目前，已開展一些傘房屬樹種的育種改良研究。澳大利亞較早研究了不同自然環(huán)境下斑皮檸檬桉和檸檬桉的生長潛力，選育出了抗病能力強、速生的雜種子代和無性系[3,7-10]；巴西[11]和南非[12]等國家已經(jīng)成功引種傘房屬樹種。我國引種最早的傘房屬樹種是檸檬桉，早期僅作為行道樹，后來進行了斑皮桉種源試驗[13]。2000年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)開展了系統(tǒng)的傘房屬引種試驗，在廣東4個點建立試驗林，早期適應(yīng)性研究表明，不同樹種間和同一樹種不同地點間差異極顯著，初步篩選出平均單株材積高于對照的種源和家系[14-16]。國內(nèi)早期引種未有病害的相關(guān)報道，但近年發(fā)現(xiàn)傘房屬一些樹種易受彼特氏桉座孢(Quambalaria pitereka)引起的頂梢與白葉枯萎病危害[17]，病害主要癥狀為頂端和枝條尖梢嫩葉與新芽出現(xiàn)白斑，感病部位逐漸白化、枯萎[17-19]，甚至全株死亡[20]。本課題組在國家林業(yè)局“948”項目支持下，系統(tǒng)引種了傘房屬3個樹種，試驗林中發(fā)生了較嚴重的頂梢與白葉枯萎病[17]，對傘房屬樹種的推廣應(yīng)用有不良影響，這使得對傘房屬樹種的抗病種質(zhì)篩選成了必要之舉。

本文基于廣西引種的傘房屬3個樹種生長和病害調(diào)查數(shù)據(jù)，分析樹種、種源和家系間的差異，初步篩選抗病樹種、種源和家系，為種質(zhì)資源改良利用提供材料保障。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗點位于廣西壯族自治區(qū)國有三門江林場江口分場(109°30′ E，24°30′ N)，海拔132 m，屬南亞熱帶與中熱帶交替過度氣候帶，年平均氣溫20.5 ℃，年平均降水量1 490 mm，土壤以紅壤為主。

1.2 試驗材料

參試材料為傘房屬3個樹種，包括斑皮桉、大葉斑皮桉和檸檬桉2個亞種(檸檬桉和斑皮檸檬桉)，共23個種源209個家系(表1，斑皮桉種批20772的家系58無苗，未參試)，材料來源于澳大利亞林木種子中心(堪培拉)。試驗設(shè)計為隨機完全區(qū)組，4株小區(qū)，8次重復(fù)，株行距為2 m×3 m，2015年4月造林。

表1 參試樹種/種批/家系的起源Table 1 Origin information of species,seedlots and families

1.3 性狀調(diào)查

造林后第2個月發(fā)現(xiàn)病害，第3個月進行每株調(diào)查。用測桿測量每株樹高，精確到0.1 m。參照有關(guān)桉樹病害研究[17]，調(diào)查每株樹的病害情況，受害程度分為0、1、2、3共4級。0級：無病害；1級：受害程度30%以下；2級：受害程度30%～60%；3級：受害程度60%以上。

1.4 數(shù)據(jù)處理

保存率=保存植株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100%。

參考病害相關(guān)研究[21-22]，計算抗病指數(shù)(表2)。

表2 抗病指數(shù)對應(yīng)的抗病水平Table 2 The grade of resistance level

抗病指數(shù)=1-∑(各級病株數(shù)×發(fā)病級別數(shù))/(總株數(shù)×最高發(fā)病級別數(shù))。

樹種間方差分析的線性模型為：

樹種內(nèi)方差分析的線性模型為：

式中：Yijk為觀察值，μ為總體平均值，Pi(j)為樹種內(nèi)種源隨機效應(yīng)，Tj為樹種隨機效應(yīng)，Rk為重復(fù)的固定效應(yīng)；Eijk為隨機誤差；Fi(j)為種源內(nèi)家系隨機效應(yīng)；Pj為種源隨機效應(yīng)。方差分析利用小區(qū)平均值，采用SAS/STAT?8.1 (SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)完成 GLM過程。

性狀間存在的顯著差異，利用Duncan法對各樹種、種源、家系的樹高、保存率、抗病指數(shù)進行多重比較。

本文采用獨立淘汰法[21]，以抗病指數(shù)在0.6以上、保存率在75%以上、樹高大于總體平均值為標準進行種源和家系的選擇。

表型變異系數(shù)(PCV)和遺傳變異系數(shù)(GCV)計算公式：

式中：r為家系間的相關(guān)系數(shù)。

式中：h2為性狀的遺傳力，S為選擇差(入選各抗病種源/家系性狀平均值與參試種源/家系平均值的差值)，為參試種源/家系平均值[23]。

2 結(jié)果分析

2.1 方差分析

對樹種、種源、家系的樹高、保存率、抗病指數(shù)進行方差分析，由表3可知：斑皮桉、大葉斑皮桉、檸檬桉、斑皮檸檬桉的樹高、保存率、抗病指數(shù)在種間差異極顯著(P＜0.001)；斑皮桉的樹高、保存率、抗病指數(shù)在種源間差異不顯著，樹高、保存率在家系間差異極顯著(P＜0.01)，抗病指數(shù)在家系間差異不顯著；大葉斑皮桉的樹高、保存率、抗病指數(shù)在種源間差異不顯著，樹高、保存率、抗病指數(shù)在家系間差異極顯著(P＜0.001)；檸檬桉僅有抗病指數(shù)在種源間和家系間差異極顯著(P＜0.01)；斑皮檸檬桉的各性狀在種源間和家系間差異顯著性表現(xiàn)一致，樹高、抗病指數(shù)差異極顯著(P＜0.001)，保存率差異不顯著。性狀的差異性為樹種、種源、家系選擇提供了重要基礎(chǔ)。

表3 樹高、保存率、抗病指數(shù)方差分析Table 3 Variance analysis of height,survival and resistance disease indiex

2.2 遺傳變異分析

斑皮桉、大葉斑皮桉、檸檬桉、斑皮檸檬桉的樹高、保存率、抗病指數(shù)變異參數(shù)見表4。各性狀表型變異系數(shù)變化范圍為16.43%～119.65%，遺傳變異系數(shù)變化范圍為5.77%～72.23%；表型變異系數(shù)均大于遺傳變異系數(shù)，樹高和抗病指數(shù)變異系數(shù)大于保存率變異系數(shù)；斑皮桉的樹高和抗病指數(shù)變異系數(shù)最大，表型變異系數(shù)分別為104.18、119.65和遺傳變異系數(shù)分別為71.19、72.23，其次是大葉斑皮桉，變異較小的是檸檬桉。樹高、保存率、抗病指數(shù)狹義遺傳力變化范圍分別為0.25～0.43、0.08～0.13、0.14～0.37，種源重復(fù)力變化范圍分別為0.16～0.37、0.05～0.15、0.26～0.34，保存率的遺傳力較小，為弱遺傳控制，樹高和抗病指數(shù)遺傳力相近，為弱至中等強度遺傳控制。

表4 不同樹種樹高、保存率、抗病指數(shù)變異參數(shù)Table 4 Variation parameters of height,survival and resistance disease indiex of different species

2.3 生長、抗病指數(shù)及早期選擇

斑皮桉、大葉斑皮桉和檸檬桉(2個亞種)共23個種源的樹高、保存率和抗病指數(shù)平均值見表5，由于家系數(shù)量較多(209個)，限于篇幅，只列出抗病家系的樹高、保存率和抗病指數(shù)平均值(表6)。

從表5可知：檸檬桉平均樹高、保存率、抗病指數(shù)分別為2.4 m、90.6%、0.71，斑皮桉平均樹高、保存率、抗病指數(shù)分別為0.5 m、90.1%、0.15，大葉斑皮桉平均樹高、保存率、抗病指數(shù)分別為0.7 m、73.4%、0.33，斑皮檸檬桉平均樹高、保存率、抗病指數(shù)分別為1.9 m、85.3%、0.55，4個樹種(亞種)的生長、保存率和抗病指數(shù)存在差異，檸檬桉生長最快，保存率最高，最抗病，樹高和抗病指數(shù)顯著高于其余3個樹種，其次是斑皮檸檬桉，最易感病的是斑皮桉和大葉斑皮桉。檸檬桉和斑皮檸檬桉內(nèi)部種源生長、保存率和抗病指數(shù)差異較大，而斑皮桉和大葉斑皮桉種源間差異較小；檸檬桉種源20014最抗病，抗病指數(shù)為0.90，顯著高于其余2個種源，屬高抗種源(表2)；斑皮檸檬 桉 種 源20756、19694、20883、20753、20396屬于抗病種源，而其余6個種源為易感病種源；斑皮桉和大葉斑皮桉9個種源均為高感病種源(表2)。

根據(jù)獨立淘汰法，檸檬桉2個種源(20014、19693)、斑皮檸檬桉5個種源(20756、19694、20883、20753、20396)共有7個抗病種源入選(表5)，占參試種源的30%，其樹高、保存率、抗病指數(shù)平均值分別為2.2 m、86.4%、0.73 (表7)，樹高、保存率、抗病指數(shù)比總體平均值高57.1%、1.9%、69.8%，樹高、抗病指數(shù)遺傳增益分別為12.0%、21.9% (表7)。

表5 不同樹種不同種源的樹高、保存率和抗病指數(shù)Table 5 Mean values of height,survival and resistance disease index of species and provenance

從表6可知：只有檸檬桉和斑皮檸檬桉2個種樹共有抗病家系47個入選，占參試家系的22.5%，其樹高、保存率、抗病指數(shù)平均值分別為2.2 m、85.6%、0.73，樹高、保存率、抗病指數(shù)比總體平均值高57.1%、0.9%、69.8%，樹高、抗病指數(shù)遺傳增益分別為17.1%、21.6% (表7)；檸檬桉有4個抗病家系，其中，家系3為高抗病家系，斑皮檸檬桉有43個抗病家系，其中，家系113、136、107、109、104、128、97、133、110、138、100為高抗病家系；斑皮檸檬桉抗病種源20396和20883各有13個抗病家系，是23個種源中抗病家系最多的2個種源。

表6 抗病家系樹高、保存率、抗病指數(shù)平均表現(xiàn)Table 6 Mean values of height,survival and resistance disease index of resistance family

表7 入選種源/家系樹高、保存率、抗病指數(shù)的均值和遺傳增益Table 7 Mean values and genetic gain of height,survival and resistance index of selected provenances and families

抗病指數(shù)與樹高生長基本一致，抗病的樹種、種源、家系生長較快，反之生長則受抑制。抗病指數(shù)與保存率并不一致，如檸檬桉為抗病樹種，保存率為90.6%，斑皮桉為高感病樹種，保存率達90.1%，這主要是因為抗病指數(shù)只與頂梢和白葉枯萎病病癥等級有關(guān)，而保活率還受病害以外的多種條件影響。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，斑皮桉和大葉桉斑皮桉易感頂梢與白葉枯萎病，所有種源和家系均為易感病或高感病，抗病指數(shù)分別為0.15和0.33；生長也受抑制，3個月樹高平均值僅為0.5 m和0.7 m。相反，抗病性較強的檸檬桉抗病指數(shù)和樹高平均值分別為0.71和2.4 m。因此，頂梢與白葉枯萎病對斑皮桉和大葉斑皮桉的推廣種植是至關(guān)重要的限制因子。在澳大利亞傘房屬樹種的種源試驗中，斑皮桉所有種源均受頂梢與白葉枯萎病危害，大葉斑皮桉沒有發(fā)現(xiàn)抗頂梢與白葉枯萎病的種源[24]；研究也發(fā)現(xiàn)，斑皮桉頂梢與白葉枯萎病受害情況與降雨量有一定的關(guān)系，降雨量越大的地方發(fā)病率越高，認為降雨量可以作為斑皮桉推廣種植的一個參考指標，斑皮桉適應(yīng)于年均降雨量700～1 400 mm的不同土壤類型區(qū)[25-27]。廣西柳州試驗點的斑皮檸檬桉和檸檬桉種源、家系抗病指數(shù)差異極顯著(P＜0.001)，受中等強度遺傳控制，通過改良可以選育出抗病種源和家系。澳大利亞研究也發(fā)現(xiàn)，斑皮檸檬桉不同種源和家系對頂梢與白葉枯萎病的抗性表現(xiàn)出很大的差異，如昆士蘭州Gympie地區(qū)的種源對這種病害具有很強的抗性[7]。本研究初步選擇出檸檬桉和斑皮檸檬桉抗性較強的種源7個和家系47個，樹高、抗病指數(shù)遺傳增益分別為12.0%、21.9%和17.1%、21.6%。這僅是3個月時調(diào)查數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，此時的選擇結(jié)果具有一定的偏差，需要繼續(xù)跟蹤調(diào)查。柳州試驗點年平均降雨量為1 490 mm，根據(jù)國外研究結(jié)論，下一步把選育的抗病種源和家系在降雨量1 000 mm左右的桂西北地區(qū)測試。

廣西引種傘房屬桉樹出現(xiàn)嚴重的病害，在大規(guī)模推廣之前必須解決病害問題。目前，還沒有有效的物理和化學(xué)方法可以防治頂梢與白葉枯萎病，對林業(yè)而言，抗病品種的選育是最主要的途徑，雜交是引入外源基因的有效方法，種間雜種可以綜合親本的優(yōu)良性狀，為進一步的選育提供廣闊的遺傳基礎(chǔ)[28]。因此，下一步的育種工作主要對選育出的抗病種源、家系進行純種改良，為生產(chǎn)選育高抗良種。同時，傘房屬樹種間的雜交育種也是一種改良抗病品系的重要途徑。據(jù)澳大利亞傘房屬改良研究發(fā)現(xiàn)，托里桉(Corymbia torelliana（F.Muell.）K.D.Hill &L.A.S.Johnson)在自然條件和試驗測試中均不會感染頂梢與白葉枯萎病，是傘房屬樹種理想的雜交親本[29]，并進行了雜交育種研究，初選了一批抗頂梢與白葉枯萎病的雜交種和無性系[30]；在雜交子代測定中，托里桉和斑皮桉的雜交種能保持親本的優(yōu)良特性，對頂梢與白葉枯萎病有很強的抗性[7-8,24]，其適應(yīng)性、抗病性、抗寒性比純種更強，能夠在純種生長表現(xiàn)不好的區(qū)域推廣種植[7]。因此，對傘房屬桉樹樹種的改良工作，重點放在抗病遺傳材料的挖掘，設(shè)計合理的純種和雜交育種策略，選擇優(yōu)良家系或單株，以托里桉作為母本，斑皮檸檬桉、檸檬桉、斑皮桉和大葉斑皮桉為父本進行雜交，通過雜交子代測試，評估子代生長、材性和抗病性，選擇優(yōu)良家系或單株建立種子園或無性系測試。同時擴大抗病性較強的檸檬桉和斑皮檸檬桉種源的引種，豐富遺傳資源基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

適應(yīng)性分析表明，檸檬桉和斑皮檸檬桉抗病能力較強，選出種源7個和家系47個，為進一步利用提供材料基礎(chǔ)。