紅錐家系木材密度等物理性狀的遺傳及變異性分析

蔣 燚 ，李志輝 ，朱積余 ，姜 英

紅錐家系木材密度等物理性狀的遺傳及變異性分析

蔣 燚1，2，3，4，李志輝1，朱積余2，3，4，姜 英2，3，4

（1.中南林業科技大學，湖南 長沙410004；2.廣西林業科學研究院，廣西 南寧530002；3.廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧530002；4.國家林業局中南速生材繁育實驗室，廣西 南寧530002）

對來自廣西的5個種源地的32個紅錐家系進行了木材的3個密度指標（基本密度、氣干密度、全干密度）、含水率及木材干縮性的測定，結果表明：紅錐家系的物理性質最為重要指標之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，按氣干密度劃分的5個分級, 紅錐家系木材屬中級；32個紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率7個木材物理性質指標的方差分析，其性狀指標均呈極顯著差異，表明可用物理性質指標作紅錐的選擇；紅錐木材的基本密度、氣干密度和全干密度的遺傳力分別為82.49%、76.49%和75.86%，稍加選擇就可獲得較大的增益；紅錐木材密度指標與生長指標間絕大多數呈微弱負相關，表明生長與材性性狀間呈現獨立遺傳，在遺傳改良時建議分別對生長和材性性狀進行獨立的遺傳改良。

紅錐；家系；木材密度；遺傳變異

紅錐Castanopsis hystrix A.DC.，別名刺栲、栲樹、小紅栗栲、紅栲、紅錐栗、紅錐栲等，為殼斗科Fagaceae刺栲屬Castanopsis Spach常綠大喬木，產于廣西、廣東、福建南部、湖南南部、貴州西南部、云南南部、西藏東南部墨脫[1]，天然林中心分布區在廣西、廣東南部[2-3]；越南、老撾、緬甸、印度等國也有天然林分布[4]；是南亞熱帶季風常綠闊葉林的優勢種或建群種[5-6]，是華南地區重要的鄉土闊葉珍貴用材和高效多用途樹種。紅錐具有生長快、材質優、適應廣、效益高等優良特性[7]，其木材堅硬耐腐，色澤、紋理美觀，是高級家具、造船、車輛、工藝雕刻、建筑裝修等優質用材；種子富含淀粉，可作飼料、釀酒；種實、殼斗含單寧，可制取栲膠；枝葉濃密,萌發力強，一次造林可采伐10次以上，經營上百年，經久不衰，且混生性能好,是與松、杉混交造林的最好伴生樹種之一[8]，可作為用材和水源涵養林進行純林種植，亦可作為殘次林改造、生態公益林改造的混交造林樹種進行推廣[9]。

近年來，隨著人們生活品質和文化水平大幅度提升，追求高檔木質用品已經是一種時尚，致使珍貴木材實木制品的需求量不斷增加，其珍貴用材的價格不斷攀升，在我國，珍貴用材資源在很大程度上依賴于進口，急需大力開展珍貴樹種的培育工作，特別是在以木材材性為培育目標的人工林定向培育工作更為重要。就木材性質的測定是一項工作量大且較為繁瑣的工作，主要表現在測定的指標多、花費大等方面，由此，陳志林等和萇珊珊等分別對影響14個白榆無性系[10]和11個尾巨桉家系/無性系[11]木材性質的10余項測定指標進行了主成分分析，均得出木材密度是第一主成分中因子負荷量最大的指標，可以作為材性選種和材性定向培育的主要指標。成俊卿[12]也提到木材密度是木材性質中最為重要的指標之一，它不僅可以用來計算木材的重量，也可用來估計木材工藝性質和物理力學性質，對林木最終產品的質量和產量有較大影響，并具有遺傳性[13]。因此，對來自廣西的5個種源地的32個紅錐家系進行了木材的3個密度指標（基本密度、氣干密度、全干密度）、含水率及木材干縮性的測定，并分析其遺傳和變異性，可為選育紅錐優良家系提供依據。

1 材料與方法

1.1 試材來源

用于開展木材物理性質測定的材料來自廣西憑祥市中國林科院熱帶林業試驗中心伏波實驗場伏波站（以下簡稱大青山伏波站）種植的10年生紅錐家系試驗林，32個家系，包括來自博白種源點4個、東蘭種源點6個、浦北種源點10個、容縣種源點9個、憑祥種源點3個。家系來源地及林分狀況見表1。

表1 參試家系來源地及林分狀況Table 1 Family source and stand conditions

1.2 試材采集

此項工作在2012年4月17日至19日完成，主要是結合該家系試驗林間伐工作，并開展樣木的采集。

1.2.1 全測林木和確定間伐林木

林木測定：主要測定指標有樹高、胸徑、冠幅、干形4個指標，用常規測樹尺、測高桿全測4個重復中的所有林木，并當天匯總到原定植圖。

間伐林木及采樣木確定：以實際測定的數據繪制實測數據示意圖，確定間伐的林木并標注在示意圖上，將每個家系間伐木中胸徑最大那株(基本為家系的平均木)選取用于木材取樣的單株。本次共間伐361株（選取樣木32株），保留661株（按初植密度1 312株保留50.38%，按現有株數1 022株保留64.68%）。

1.2.2 林木間伐和木材取樣

林木間伐：在需要采伐具體林木上標注油漆，對用于木材采樣的林木另作標注。在離地面15～20 cm處伐木，注意林木倒下方向和安全問題。伐倒木及時集材和處理。

木材取樣：選取間伐家系中最大胸徑單株取木材樣品，共取樣32株。第一步：標注。標注用于采樣林木的南北方向和1.3 m處。第二步：伐木。在離地面10～15 cm處伐木。第三步：取樣和測定。①伐根取樣和測定：沿髓心取200 g以上木材一塊，用備好的電子稱馬上稱其質量，稱重后密封在塑料袋中；②圓盤取樣：以1.3 m線為中點，上下各取一個厚5 cm的圓盤，并標注有關信息。③木段取樣：共取3段，包括0～1.3 m前面取樣剩余的木段、1.3～3.3 m前面取樣剩余的木段和3.3～5.3 m木段。采樣的32株樣木情況見表2。

表2 紅錐家系樣木?Table 2 Sample trees of C. pedigrees

1.3 試樣制作和測定

試材的制作按《木材物理力學試材鋸解及試樣截取方法》（GB/T 1928-2009），木材含水率的測定按《木材含水率測定方法》（GB/T 1931-2009），木材密度的測定按《木材密度測定方法》（GB/T 1933-2009），木材體積率測定按《木材吸脹性測定方法》（GB/T 1934.2-2009），木材干縮性測定按《木材干縮性測定方法》（GB/T 1932-2009）[14]。

2 結果與分析

2.1 紅錐家系木材物理性質測試結果

32個紅錐家系木材物理性狀指標測定數據見表3。

由表3可以看出，10年生32個紅錐家系中，總體含水率為79.400%，總體變異系數為10.71，各家系含水率范圍在66.688%～96.940%之間，各家系中含水率變異系數最小的是R3(0.02)，最大的是R2(9.32)，其范圍對照其他人的測定結果屬正常范圍。

紅錐家系的3個密度指標之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2。3個密度的極大值和極小值分別為：基本密度D2最大，為0.596 3 g/cm2，R12最小，為0.439 0 g/cm2；氣干密度D2最大，為0.697 3 g/cm2，R12最小，為0.510 3 g/cm2；全干密度D2最大，為0.722 0 g/cm2，R12最小，為0.537 0 g/cm2。3個密度指標總體變異系數分別為8.84、10.39和10.10，各家系中3個密度變異系數的極大值和極小值分別為：基本密度R10最大，為14.24，R3最小為0.03；氣干密度R10最大，為18.63，R3最小，為0.04；全干密度R10最大，為18.95，R3最小，為0.03。對照中國林科院木材工業研究所按氣干密度劃分的5個分級，紅錐家系氣干密度總體平均值為0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之間，屬中級，對照陳利芳等2005年研究的廣東高州16年生[15]紅錐和陳晞2004年研究的福建華安25年生[16]紅錐的密度相比較稍有偏低，與呂建雄等和中國林科院熱林中心17年生[17]和22年生[18]紅錐的非常接近。

總體平均體積吸脹率為4.960 2%，各家系體積吸脹率范圍在3.678 3%～8.553 0%之間，家系平均含水率變異系數在0.08～56.36之間；總體平均體積氣干縮率和全干縮率分別為12.245 1%和5.755 0%，各家系體積氣干縮率和全干縮率變化范圍分別在10.437 2%～13.821 8%和4.377 0%～

7.739 7%之間，家系體積氣干縮率和全干縮率變異系數分別在0.10～25.18和0.14～30.92之間。

表3 紅錐家系木材物理性質Table 3 Physical properties of C. hystrix wood

2.2 紅錐家系木材密度方差分析

利用SPSS軟件對32個紅錐家系木材物理性質指標測定數據進行方差分析，計算結果見表4。

表4 紅錐家系物理性質指標方差分析Table 4 Variance analysis of physical properties of C. hystrix wood

通過運用單因素方差分析方法對32個紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率進行了方差分析，以上性狀指標在0.01水平具有顯著差異，表明可以用這些指標作紅錐家系的選擇。

2.3 紅錐家系木材物理性質的遺傳力估算

紅錐家系木材物理性質性狀的遺傳力估算，按沈熙環提出的遺傳力[19]公式計算：h2=1-1/F，F為物理性質性狀方差分析的F值。按表3分析得到的數據，各指標遺傳力估算如下：從以上性狀指標的遺傳力數據來看，紅錐木材的各物理性質性狀指標均具有較高的遺傳力，這表明受到較高程度的遺傳控制，通過選擇會產生理想的結果，這些物理性質性狀也是經過長期自然選擇，存在豐富的遺傳變異，稍加選擇就可獲得較大的增益。

2.4 紅錐家系木材密度與生長性狀的相關性分析

成俊卿提到木材密度是木材性質中最為重要的指標之一[12]，它不僅可以用來計算木材的重量，也可用來估計木材工藝性質和物理力學性質，因此，采用本次測定出的基本密度、氣干密度、全干密度3個木材密度指標的平均值與參與測試的32株樣木的平均樹高、平均胸徑、平均單株材積3個生長指標做相關性分析，結果見表5。

表5 紅錐家系木材密度與與生長指標的相關性系數Table 5 Correlation coefficients between wood density and growth targets of C. hystrix

從表5可以看出，紅錐木材密度指標與生長指標除基本密度與胸徑和單株材積指標間呈正相關外，其它密度指標與生長指標間均呈負相關，但不管是正相關還是負相關，其相關性程度微弱，這就表明生長與材性性狀間相互呈現獨立遺傳，在遺傳改良時建議分別對生長和材性性狀進行獨立的遺傳改良，也可按Valencia等對墨西哥展葉松半同胞子代幼林研究后，提出采用Kempthorne和Nordskog的約束選擇指數[20]方法來避免木材密度帶來的變化，可使生長量獲得較大的提高。

3 小 結

(1) 紅錐家系的物理性質最為重要指標之基本密度、氣干密度、全干密度的總體平均值分別為：0.511 6、0.582 3、0.610 9 g/cm2，對照中國林科院木材工業研究所按氣干密度劃分的5個分級，紅錐家系氣干密度總體平均值為0.582 3 g/cm2，位于0.551～0.750 g/cm2之間，屬中級，可以用于木材加工。

（2）對32個紅錐家系木材的含水率、基本密度、氣干密度、全干密度、體積吸脹率、體積氣干縮率、體積全干縮率7個木材物理性質指標的方差分析，其性狀指標均呈極顯著差異，表明紅錐的物理性質指標可以用做紅錐的選擇。

（3）紅錐木材的各物理性質性狀指標均具有較高的遺傳力，范圍在59.53%～91.08%之間，以體積吸脹率遺傳力最小，為59.53%，而含水率遺傳力最高，為91.08%，最為重要物理性質指標之基本密度、氣干密度和全干密度的遺傳力分別為：82.49%、76.49%和75.86%，性狀指標較高的遺傳力表明受到較高程度的遺傳控制，通過選擇會產生理想的結果，而這些物理性質性狀也是經過長期自然選擇，存在豐富的遺傳變異，稍加選擇就可獲得較大的增益。

（4）紅錐木材密度指標與生長指標間絕大多數呈微弱負相關，表明生長與材性性狀間呈現獨立遺傳，在遺傳改良時建議分別對生長和材性性狀進行獨立的遺傳改良，也可按Valencia等提出采用Kempthorne和Nordskog的約束選擇指數方法來避免木材密度帶來的變化，可使生長量獲得較大的提高。

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Analysis on genetic and variability of wood density and other physical properties of Castanopsis hystrix family

JIANG Yi1,2,3,4, LI Zhi-hui1, ZHU Ji-yu2,3,4, JIANG Ying2,3,4
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China ; 2. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China;4. Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China)

The physical properties of Castanopsis hystrix genealogy, i.e. the most important indicators, basic density, gas dry density,total dry density were determined, the population mean values respectively were: 0.511 6 g/cm2, 0.582 3 g/cm2and 0.610 9 g/cm2.According to the air dry density grading standards (five grades), red cone family wood belongs to intermediate grade. The character indexes among 32 Castanopsis hystrix species, such as moisture content of lumber, basic density, gas dry density, total dry density,volume imbibition rate, volume air drying shrinkage rate, volume full dry shrinkage, showed very significant differences, so the physical property indexes can be used to select fine strains. The basic density, gas dry density and all the dry density of genetic force were 82.49%, 76.49% and 75.86%, the selected tree species can obtain more property gains. Between Castanopsis hystrix wood density index and vast majority of growth indexes, there were weak negative correlation, this shows that wood growth and wood quality property presented independent genetic. Therefore, the genetic improvement should conduct from two aspects of wood growth property and wood quality property.

Castanopsis hystrix; genealogy; wood density; genetic variation

S722.3+1；S781.31

A

1673-923X(2012)11-0009-05

2012-10-04

廣西科學研究與技術開發計劃課題“紅錐良種選育與豐產栽培模式研究”（桂科攻10100012-3）

蔣 燚(1968-)，男，廣西灌陽人，教授級高級工程師，博士研究生，主要從事森林培育研究；E-mail:jy68@163.com

李志輝(1957-)，男，湖南安化人，教授，博士，博士生導師，主要從事森林培育教學和研究；E-mail:lzh1957@126.com

[本文編校：謝榮秀]