杉木黑心材遗传变异研究

摘要

提升杉木质量是近来森林培育的主要任务之一。本研究选取了包含小溪野生杉木黑心材铁心杉、小溪普通杉木和小溪红心杉以及其他三个地区经典品系，进行木材物理力学性质、解剖性质和遗传多样性的研究。通过比较，了解铁心杉木在木材性质上的优势以及与其品系他杉木差异、多样性和遗传特征以及与其他杉木的遗传关系。通过以上研究，希望可以在铁心杉的引种栽培、种质资源保存以及杉木材性改良方面提供有价值的参考依据。 测定了8个品系杉木木材的物理力学指标，品系间各项指标在品系间差异显著。其中小溪铁心杉气干密度为0.539 g·cm-3;全干密度为0.504 g·cm-3;基本密度为0.457 g·cm-3;铁心杉的气干干缩率分别为:弦向为3.4％、径向为1.6％、体积为5.1％、差异干缩为2.3;全干干缩率分别为:弦向5.8％、径向3.1％、体积9.3％、差异干缩2.0;顺纹抗压强度为56.8MPa;横纹抗压强度分别是:弦向全部13.3MPa、径向全部为8.0MPa、弦向局部为41.2MPa、径向局部为29.8MPa;顺纹抗拉强度为118.0MPa;抗弯强度为110.7MPa;抗弯弹性模量为11592.5MPa;综合强度为174.8MPa。以上指标除了干缩性和抗弯弹性模量，其他各项指标铁心杉数据均为最佳。通过主成分分析(Principal ComponentAnalysis，PCA)算出综合得分8个品系杉木物理力学性质排名:小溪铁心杉＞小溪红心杉＞小溪次生林普通杉＞陈山红心杉＞小溪野生普通杉＞张家界普1＞张家界普2＞洋口速生杉。 测定了8个品系杉木木材的解剖性质中的管胞形态指标，各项指标在品系间差异显著。其中小溪铁心杉管胞平均长度为2548.63μm;管胞平均宽度为6.51μm;管胞长宽比平均值为69.49;管胞双壁厚平均为7.42μm;管胞壁腔比平均值为0.33;管胞腔径比平均为为0.77。以上解剖指标小溪铁心杉虽然不是最佳，但各项指标数值均符合造纸原料或纤维用材的各项要求。通过主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)算出综合得分8个品系杉木解剖性质排名:陈山红心杉＞小溪次生林普通杉＞张家界普1＞洋口速生杉＞小溪铁心杉＞小溪野生普通杉＞张家界普2＞小溪红心杉。分析各项指标径向变异规律:管胞长度基本符合PanshinⅡ型模式;宽度和长宽比是自髓心向外略有增加，到一定年限后趋于平缓或略有浮动，长宽比变异性要大于管胞宽度的径向变异，接近于管胞长度;双壁厚度在径向的变化波动较大，规律性较差;壁腔比自髓心向外变化趋于平缓，变异规律不显著，稳定性差，变异趋势近似于管胞双壁厚;腔径比由髓心向外减小，趋势缓慢，规律性不强，且波动较大，直到后期才有所稳定。 选取4个地区杉木共48份种质资源进行遗传多样性和聚类分析。对参试种质资源进行划分，利用9个多态的微卫星标记对划分的红心杉、普通杉、速生杉和铁心杉4个表型杉木群体遗传多样性分析。检测到54个等位基因，每个微卫星位点的等位基因数7～26不等。平均观测杂合度Ho为0.34～0.43，平均期望杂合度He为0.57～0.64，平均多态信息含量PIC为0.53～0.59。Hardy-Weinberg平衡检验表明红心杉、普通杉和铁心杉群体在一些位点上偏离遗传平衡。4个群体间遗传相似系数0.7126～0.9190，遗传距离为0.0845～0.3389。根据Nei氏遗传距离所绘制的4个杉木群体的邻接树显示，说明群体间遗传距离与其表型其木材密度关系和力学强度关系有一定关联性，也和地理距离有一定关系。 通过以上研究，我们了解到小溪铁心杉是一种优良的种子资源，同时为今后的铁心杉引种栽培、杉木材性改良方面以及种质资源保护和种群评估等方面提供了重要的参考。