光皮桦（Betula luminifera H.Winkl.）遗传多样性及良种繁育技术体系研究

摘要

光皮桦(BetulaluminiferaH.Winkl)，福建省优良乡土速生阔叶树种，适应性强，材质好，用途广。由于经济价值高，市场供不应求，木材被大量采伐利用，天然林资源破坏相当严重，其基因资源保护已迫在眉睫。同时，由于光皮桦树种的采种难，实生苗分化大，难以保持优良遗传特性，达到丰产要求，光皮桦树种资源的培育受到严重的制约。2003年福建省科技厅设立重点项目“速生树种西南桦、光皮桦快繁技术及应用研究”以及福建省林业厅设立了林业科技项目“光皮桦天然居群遗传变异和遗传多样性研究”，对光皮桦树种的天然林群落结构和遗传多样性以及快繁技术进行了系统的研究，旨在研究的基础上，提出光皮桦树种天然林资源分布状况，基因资源保护策略；选择优良无性繁殖材料，推广应用。课题的研究具有重要的经济和科学价值。主要研究结果如下： 1、光皮桦天然群落结构特征及物种多样性研究对福建省光皮桦主要分布区的10个天然群落的群落结构特征，群落物种多样性进行调查研究，结果表明：光皮桦群落由各种植物所组成的森林类型多。调查的9个样地中与光皮桦混生的植物种类有46科，78属，117种之多。其中乔木层有20科41种，灌木层有21科39种，藤本植物13科20种，草本、蕨类12科20种。光皮桦天然林群落散布性强、不连续，地域中相对独立小群体是主要存在形式，共建种各异，由混生、异龄个体组成；群落树种组成混杂，乔木层种类较多，结构不明显。光皮桦天然林群落中原生性较强的多样性指数较高，如武平县梁野山自然保护区；人为干扰强的多样性指数则较低，如邵武市卫闽乡中村。较原生的森林类型中，光皮桦重要值很低，以壳豆科为基本建群种，原生性森林类型砍伐后光皮桦作为迹地更新先锋树种，具速生、适应性强的特性，在原生类型遭到破坏后的演替过程中，光皮桦取而代之，重要值增高，成为落叶阔叶林类型之一。从植被演替的动态观点分析，光皮桦环境适生性强，在不受严重破坏的情况下，可以在自然状态下进行正常演替。 2、光皮桦天然群落遗传多样性分析对福建省光皮桦11个天然种群的RAPD和ISSR的遗传多样性和基因多样性分析结果表明：11个天然种群的多态位点百分率RAPD标记在80％-100％之间(平均98.52％)，ISSR标记为100％。Shonnon指数和Nei指数对RAPD和ISSR数据的统计结果表明，11个天然种群中沙县罗卜岩保护区种群和武平梁野山自然保护区的遗传多样性和基因多样性最高，三明岩前镇白叶坑种群最低。种群内的遗传多样性和基因多样性明显高于种群间的遗传多样性和基因多样性。按Nei方法计算光皮桦种群间的遗传相似度和遗传距离，结果表明11个光皮桦种群间的遗传相似度两种标记的平均值在0.8943-0.9923之间，种群间的遗传分化不大，遗传距离与地理位置没有显著相关性。本文所调查的天然群落主要分布在各自然保护区以及少部分边远的山区，遗传多样性和基因多样性十分丰富，其余的光皮桦天然林种群散布性强、不连续，呈零星状分布，共建种各异，由混生、异龄个体组成，光皮桦组成比、重要值低。因此，应加强现有这些种群遗传多样性的保护以及种群之间的基因交流，以防止遗传多样性缩小或丧失。同时，应根据种群内遗传多样性丰富这一特性，注重天然种群内优树选择和遗传资源的收集与保存。RAPD和ISSR两种标记的Nei遗传距离聚类分析结果有所不同，但共同的结果是邵武卫闽和沙县罗卜岩保护区种群遗传相似度最低。这为今后的杂交育种提供参考，选择亲缘关系较远的材料，增加遗传变异，以达到最大限度地提高改良性状的遗传增益，维护育种群体广泛的遗传基础。 3、光皮桦优良遗传材料选择及遗传变异研究在南平邵武、顺昌、政和、武夷山、邵武、建瓯、三明沙县、永安、三元、尤溪、龙岩武平、连城等地进行了光皮桦优树选择。在查阅资料和现地踏查的基础上，根据光皮桦天然林林分优良单株的树高、胸径、材积、冠幅、枝下高、圆满度、通直度、结实等性状的调查测定，在综合分析的基础上，选择42株优树。对入选的优树进行单株采果，共采集24株优树的单株种子，并建立优树子代测定试验林。在分析光皮桦的子代遗传变异的基础上，选择沙县、武平县、顺昌县的3个优良家系，优良家系平均遗传增益达到13.9％、13.2％、7.6％，在优良家系中选择5个优良单株，平均遗传增益达到50.82％，增产效果明显；同时利用福建林业科学研究院、福建省林木种苗总站《光皮桦良种选择与利用研究》课题组1998-2003年进行的光皮桦优树选择，在南平、三明两地市的邵武卫闽林场、大田桃源国有林场和省国有来舟林业试验场建立的光皮桦优树子代测定林，选择4年生光皮桦优树子代测定优良材料FJ036＃，4年生树高9.1m，胸径8.0cm，年平均生长树高2.28m，胸径2.0cm，遗传增益为49.11％、35.17％，选择效果明显。 4、光皮桦快繁技术研究离体培养技术研究：对光皮桦带芽茎段组织培养技术的外植体启动培养、丛生芽增殖以及试管苗生根和炼苗移栽等方面开展研究，通过采用单因素试验设计、双因素及多因素全面组合试验设计、正交试验设计，运用方差分析、极差分析、最小显著性差异(LSD法)多重比较等分析方法，筛选出最优技术参数组合，增殖倍率最高达6.9倍，继代间隔1个月左右，瓶内生根率95.1％，组培苗移栽成活率达95.01％。实现从外植体至再生植株的快速繁殖体系。外植体灭菌最优流程：75％酒精1～1.5min→0.1％HgCl2溶液7min；在改良MS+6-BA5.0mg·L％NAA0.01mg·L-1的培养基上，外植体启动速度最快；在改良MS+6-BA4.5mg·L-1+蔗糖40g·L-1+NAA0.01mg·L-1的培养基上，外植体增殖系数最高可达6.9倍；在改良WH+IBA3.0mg·L-1+NAA1.5mg·L-1培养基中，继代苗的生根率最高；试管苗移栽的最佳基质为沙：田园土=1∶1。 扦插技术研究：对光皮桦扦插苗成活率及根系生长情况与扦插时间、扦插基质、生根促进剂、插穗长度等相关因素开展研究，研究结果：不同浓度的生根粉速沾处理，对扦插成活率、根生长及苗高具有显著或极显著影响，基中以ABT1号600PPM效果最佳，扦插90天后，成活率达到96.7％，根长7.87cm，苗高29.28cm；光皮桦扦插后30d形成愈伤组织，50d形成不定根。不同扦插基质的作用效果差异显著，细河沙对扦插生根十分有利，可达96.7％。但要注意后期的水肥管理，以促进其根生长及苗高生长；光皮桦扦插时间的确定，是提高成活率及根生长的关键。3月份为光皮桦生长期，温、湿度容易控制，此时扦插成活率最高；7月份气候炎热，温度过高，在不定要根形成前易失水，成活率最低；10月后光皮桦进入休眠期，在做好保温保湿后仍可取得较高成活率，但在根生长及苗高生长上较差；插穗长度对成活率、不定根数具显著影响，在不定根长及苗高生长上无显著影响，其中以12cm最好，4cm最差。 5、光皮桦离体培养形态建成机理及调控研究通过酶联免疫吸附法(ELISA)测定了光皮桦离体培养形态建成过程中五种内源激素含量的变化与对照对比分析中，可以看出：在改良MS+6-BA4.5mg·L-1+蔗糖40g·L-1+NAA0.01mg·L-1培养条件下，光皮桦腋芽的发育过程中，内源激素GA3在发育过程中含量变化不大，调控作用不明显，内源激素ZR、ABA、IAA、iPa含量相比对照变化明显，说明在光皮桦腋芽的发育过程中，这4种内源激素起着重要的调控作用。当内源激素GA3、IAA、ZR、ABA、iPa含量分别为249.3ng/gFW、184ng/gFW、177.0ng/gFW、274.3ng/gFW、15.1ng/gFW时，芽原基细胞开始分裂；当含量分别为135.3ng/gFW、245.0ng/gFW、287.1ng/gFW、698.7ng/gFW、25.0ng/gFW时，芽原基开始萌发。在改良WH+IBA3.0mg·L-1+NAA1.5mg·L-1生根培养条件下，根原基发育过程中，内源激素GA3、ZR两种激素的含量在其过程中变化不大，调控作用不明显。内源激素ABA、IAA、iPa含量相比对照变化明显，说明在光皮桦根的发育过程中，这3种内源激素起着重要的调控作用。当内源激素GA3、IAA、ZR、ABA、iPa含量分别为111.8ng/gFW、53.7ng/gFW、54.3ng/gFW、119ng/gFW、1.8ng/gFW时，根原基细胞开始分裂；当含量分别为222.0ng/gFW、135.8ng/gFW、93.2ng/gFW、432ng/gFW、4.5ng/gFW时，根原基开始萌发。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章文献综述

第二章光皮桦天然林群落结构及物种多样性分析

第三章光皮桦天然群体遗传多样性研究

第四章光皮桦优良遗传材料选择与遗传变异分析

第五章光皮桦快繁技术研究

第六章光皮桦离体培养形态建成机理及其调控

参考文献