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马尾松二代育种亲本选择及种子园交配系统研究

【摘要】:马尾松(Pinus. massoniana)分布广,生长快,耐干旱瘠薄,是我国南方山地主要针叶造林树种之一,广泛用于制浆造纸、建筑用材、采脂等,支撑着我国众多的造纸、木材加工、林产化工等产业发展。本文利用已达1/2轮伐期的巢式交配设计的双亲控制授粉家系遗传测定林,进一步揭示了生长、形质和材性性状所受的遗传控制方式,并为增补二代核心育种亲本筛选了一批速生优质的杂交组合和个体;其次,利用现有二代育种群体及创制的三代育种新种质,揭示了二代育种亲本生长、开花结实特性及与其遗传背景的相关性,探索了三代新种质苗期生长所受遗传控制式样,以为二代种子园建园亲本选择和强杂种优势新种质创制的二代亲本选配提供理论依据和指导;第三,针对国内较早建立且已进入正常开花结实期的二代无性系种子园,研究和揭示了亲本无性系生长、分枝及开花结实的遗传变异规律,了解了二代种子园遗传交配系统及遗传多样性状况,探索了无性系开花结实与种子园交配系统和遗传多样性的相关性,以期为马尾松二代种子园营建和优质高产的遗传经营管理提供重要的科学理论依据。主要研究结果如下: 1、利用12年生的马尾松巢式交配设计的遗传测定林材料研究表明,除树干通直度外,不同杂交组合间、父本间以及相同父本不同母本间的生长与木材基本密度等存在显著的遗传差异。胸径、树高和单株材积及树干圆满度同时受到父本和母本效应的影响,且两者效应差异较小,而木材基本密度则主要受母本效应的影响,其母本效应是父本效应的1.56倍。马尾松胸径和木材基本密度以加性效应控制为主,显性效应次之,而树高、单株材积和树干圆满度几乎完全由加性效应控制,可依据亲本表现对其子代进行预测。比较分析发现,不同杂交组合和父本无性系其生长与木材基本密度的相关性较小,速生的杂交组合和父本无性系并不一定具有较低木材基本密度。各杂交组合生长表现与父本无性系GCA之间相关性不明显,但选配GCA高的父本无性系将会提高获得优良组合的机率。以干物质积累量和胸径等为选择指标,分别选出纸浆纤维材和锯材各10个优良杂交组合,及17个和13个优良单株(即二代育种亲本)。 2、51个马尾松二代育种亲本无性系,7年树龄平均树高、胸径和材积分别为5.53 m,9.05 cm和0.021 m~3,马尾松二代育种亲本生长性状总体上优良,但生长性状在亲本无性系之间存在显著差异,表明二代育种群体具有丰富的遗传变异。对进入开花结实盛期的39个无性系调查发现,开花、结实等生殖性状在不同亲本无性系之间的变异程度高于生长性状。基于主要生长和生殖性状,将39个亲本无性系聚在4个类群,不同类群存在显著性状差异。类群1生长性状总体较优,雌球花、球果量也较多。类群2生长性状总体较差,开花、球果量也较少。类群3生长性状较优、雄球花数量较多,但雌球花、球果数量较少。类群4生长性状总体较差,但雌球花、球果数多。无性系的雌球花、球果数与生长量呈弱度负相关。39个亲本无性系中,共选出28个生长、生殖性状较为均衡(生长量、开花结实量均在中等或中等以上)的无性系,可将这些无性系作为候选优良亲本,结合亲本配合力的测评,从中选择优良的杂交亲本及二代种子园的建园材料。 3、15个ISSR标记在36个二代亲本无性系中检测到,Nei’s基因多样度(h)为0.328,Shannon信息多样性指数(I)为0.476,亲本间分子遗传距离的范围是0.24~0.82,平均为0.414,在分子水平上证明马尾松二代育种群体遗传多样性较高,具有较好的高世代遗传改良潜力。基于Nei’s无偏遗传距离进行UPGMA聚类,36个无性系中的35个聚在5个类群内,聚类结果与马尾松二代亲本的遗传背景、系谱关系及产地纬度部分吻合。综合认为,在兼顾亲本配合力测定和遗传背景的基础上,优先选配来自不同聚类类群且在一定遗传距离范围内(0.264~0.529)的分子遗传距离较大的杂交亲本,将更利于提高子代的生长表现和杂种优势程度。 4、基于二代育种亲本创制的6×6半双列交配设计三代育种新种质的配合力分析表明,除苗高线性生长期(LGD)外,苗高、地径、苗高最大生长速率(MGR)、线性生长量(TLG)和线性生长速率(LGR)的GCA和SCA均差异显著或极显著,苗高、MGR、LGD和LGR以显性基因效应控制为主,加性基因效应次之,地径几乎完全由显性基因效应控制,而TLG受加性基因效应控制略大,可能与试验亲本经过GCA间接选择有关。与亲本经GCA初步测定的二代种质研究结果相比,马尾松三代种质苗木生长性状所受遗传控制式样变化较小,只是其SCA效应有了明显提高。在马尾松二代亲本选配中,应加强亲本间特殊配合能力的筛选,以创制优良的杂交组合。 5、对于截干矮化马尾松二代无性系种子园,其雌、雄球花量及球果数在无性系内分株间差异不显著,但在无性系间均达极显著水平,其遗传变异系数变化在37.85%~53.50%,无性系重复力皆在0.71以上。根据开花结实的调查结果,种子园无性系主要聚为雌多雄少(偏雌)、雄多雌少(偏雄)、雌雄均多(偏中)和雌雄均少(偏少)4种类型,其分别占总无性系的25.00%、29.55%、38.64%和6.82%,种子园中20%的高产无性系提供了开花结实总量的41.27%~49.15%。相关分析结果认为,理想的截干矮化马尾松二代高产无性系母树的主要形态特征为:冠幅宽、分枝长、分枝角大、树冠宽卵圆形或圆球形。在种实性状上,除种子千粒重外,球果大小和出籽性状在母树树冠阴面与阳面间差异极显著,且均以树冠阳面高于阴面,说明充足的光照有利于提高种子园种子产量。 6、12对SSR引物在马尾松二代无性系种子园中检测到,亲本和子代群体的总平均观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)及多态信息含量(PIC)分别为0.402、0.446和0.399。平均每个采种母树与22个父本产生子代。在自由授粉状态下,马尾松二代种子园自交率为1.56%,自交现象很弱,其交配方式以异交为主。绝大多数亲本的雄性繁殖适合度在1.00%~3.00%之间,平均为2.00%,形成6.4个后代。马尾松有效花粉的散布距离符合正态分布,其主要散布距离集中在0~90 m,而检测到的最大散布距离为185 m。种子园花粉污染率较低,仅为4.06%。总体上,树冠南面子代亲本交配距离较北面有增加的趋势,但树冠南、北面子代父本组成数并未表现某一明显的规律。 7、马尾松二代种子园子代群体包含了亲本群体的所有等位基因,子代与亲本具有同样高的遗传多样性,子代群体的F为0.046,纯合子过剩的现象不明显;树冠北面子代遗传多样性并未因其雌、雄球花量较树冠南面的减少而有明显的降低;雌雄均衡型和偏雌型植株子代遗传多样性基本相当,以偏雌型植株子代略大,两者F均趋于零,基本符合哈温平衡;种子园多位点异交率为1.097,异交率较高,亲本的近交现象不显著(tm-ts=-0.031);树冠南面多位点与单位点异交率均高于树冠北面;多位点异交率在偏雌与雌雄均衡型植株中基本相当,雌雄均衡型植株并未因其雌、雄球花量比例较偏雌型植株减小而呈现异交率明显降低的现象,两种类型植株的近交指数均接近于零。整体而言,研究的马尾松二代种子园生产的良种在遗传多样性上并没有因亲本受人工选择强度的增加而降低,种子园在营建时家系选择和配置均比较成功,无性系间基因交流相对充分,亲本近交现象不明显。

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1 张一;谭小梅;刘伟宏;储德裕;金国庆;周志春;;马尾松二代育种群体生长和开花结实性状[J];南京林业大学学报(自然科学版);2011年02期
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