科技创新 助力杉木新品种选育与产业化

文·图/郑仁华 施季森 陈孝丑 谢国阳 边黎明等

林木良种是现代林业发展和生态文明建设的重要基石，切实解决林木良种选育及良种规模化繁殖技术瓶颈问题，对于促进现代林木种业和人工林的快速发展具有重要的意义。杉木 （Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook）是我国特有的用材树种，生长快，产量高，材质优，用途广，是我国南方各省区最重要的造林树种之一，也是福建省最重要的造林用材树种。根据最新的2014年2月国家林业局发布的第八次全国森林资源清查结果，我国杉木人工林面积为894.64万hm2，占全国人工乔木林面积的19.0%；蓄积量62540.42万m3，占25.2%；而福建省杉木人工林面积为112.12万hm2，占全省人工乔木林面积的40.4%；蓄积量11396.78万m3，占45.9%，每年全省杉木造林面积稳居各树种之首。但是，在杉木发展过程中，存在着高世代良种供应不足以及优良无性系规模化繁殖技术难等问题，严重制约了杉木种业及资源培育业的发展。鉴于此，福建省杉木种苗科技攻关项目组在前期40年的试验研究基础上，自2009年起，在福建省林木种苗科技攻关项目“杉木速生优质高产新品种定向选育研究与应用”、国家林业局公益性行业专项“杉木第三代种子园营建和优良无性系组培技术研究”（201104056）等9个省级和国家级项目的支持下，开展了系统研究和合作攻关，累计发表论文34篇（SCI论文4篇），获得授权发明专利2件，省级审定林木良种24个，制定地方标准1项，于2016年4月通过了福建省林业厅组织的评审，形成了“杉木速生优质高产新品种定向选育研究与应用”成果，达到国际同类研究领先水平。该成果在杉木种质资源收集保存评价、第四代育种群体构建、良种选育和组培产业化繁育等方面创新性明显，重要的科技创新有如下三点。

创新点1：系统开展了杉木种质资源收集保存及评价，构建了多世代育种核心种质群体，建立了国家级杉木种质资源异地保存库，为长期育种奠定了坚实的基础。系统整理了3251份收集保存在国家重点杉木良种基地——福建省洋口国有林场和沙县官庄国有林场的杉木种质资源，包括了杉木第一代、第二代、第三代及特殊类型的种质资源。在对种质资源生长、干型、花期、花量、结实、有效穗条数量和质量等表型性状在群体间和群体内个体间的遗传多样性分析基础上，利用自主开发的52对杉木SSR引物，分析了表现优异的480份种质资源群体的等位基因数（Na）、有效等位基因数（Ne）、观察杂合度（Ho）、基因多样度（H）、基因杂合度（Ha）、Shannon信息指数（I）等指标，结合群体的遗传结构综合评价了种质资源遗传多样性，并拟合了核心种质的群体样本及群体内个体样本的基本取样方案。构建了杉木多世代育种核心种质群体，建立了第三代良种生产群体，提出了多世代育种核心种质群体构建策略，为种质资源的高效利用、亲缘关系管理、育种群体合理遗传多样性维持，以及制定长期遗传改良策略提供依据。福建省洋口国有林场的杉木种质资源库，于2009年12月被国家林业局确定为第一批国家林木种质资源库，杉木树种仅此一个，为杉木长期育种奠定了坚实的基础。

创新点2：持续开展杉木不同育种群体单亲子代及杂交子代测定，选育出一批速生优质高产新品种，率先构建了杉木第四代育种群体，具有重要的理论和推广应用价值。利用基于最佳线性无偏预测（BLUP）的混合线性模型方法，结合个体间的谱系关系，对1988—2003年在5个不同区域营建的10片杉木第二代种子园半同胞子代测定林，系统分析了主要经济性状的遗传变异、遗传控制、性状的年龄相关、性状间的遗传相关和家系与地点的互作，预测了参试材料的育种值，评估了第二代遗传测定林重要经济性状遗传参数及遗传结构在一个轮伐期的动态变化；依据育种值后向选择出材积遗传增益高于10.5%的育种亲本31个。通过3个试验点、13片杉木第三代种质资源子代、种子园自由授粉子代及杂交子代测定林，持续测定了382个家系和杂交组合，在生长性状和木材基本材性遗传变异分析基础上，筛选出稳定速生型优良家系21个、杂交组合7个，平均材积遗传增益17.87%；其中生长与材性综合表现优良家系8个、杂交组合5个，平均材积、红心材率和木材基本密度遗传增益分别为2.65%、7.20%和1.18%。率先构建了由493个优良基因型组成的杉木第四代育种群体，包括第二代育种群体后评估精选材积遗传增益高于15.2%的优良基因型184个、第三代育种群体多点子代测定筛选出材积遗传增益高于33.18%的优良基因型309个。

创新点3：建立了有性和无性结合的杉木良种生产技术体系，加速了杉木良种的推广，具有重要的创新，效益十分显著。率先开展了杉木第三代种子园技术研究与应用，系统调查分析了杉木第三代种质资源的生长、结实性状，从263份第三代种质资源中精选出90份生长、结实综合性状优异的第三代种子园建园材料，营建第三代种子园87.8hm2。采用树形、花粉和水肥等调控技术措施对种子园管理：营建种子园时以矮壮、第一轮盘枝低的苗木为砧木；植株生长期间采用截顶控高；开花授粉时开展辅助授粉；花芽分化、球果发育等关键时期做好水肥管理。实现了杉木第三代种子园高产稳产，嫁接9年后种子产量达42.7kg·hm-2，比对照提高了32.4%。对比分析了第三代种子园、第二代半种子园和广西融水种源的生长差异，结合种子园建园材料的球果产量及产量稳定性、球果出籽率、种子产量、种子千粒重和发芽率等指标，以及建园材料半同胞子代2年生的树高表现，兼顾遗传背景，从90份建园材料中筛选出24份最优异种质，构成了杉木第三代生产核心群体，具有重要的推广应用价值。率先建立了杉木无性系组培快繁和扦插育苗技术体系并产业化应用。从10年生以上的杉木遗传测定林中选择48个速生、优质、高红心材率、耐瘠薄、抗逆性强的优良单株开展组培快繁试验，组培苗木规模化生产技术体系研究，优化了组培快繁技术工艺，研制了杉木组织培养育苗技术规范，并进行产业化应用。研发出杉木扦插苗培育系列关键技术，利用优良无性系组培苗营建采穗圃，培育扦插苗木推广应用，实现了洋020、洋061、11C等优良无性系种苗产业化，苗木年产量达1000万株以上，加速了杉木优良无性系的推广应用，效益十分显著。

福建省杉木种苗科技攻关项目组成立于2002年，项目组依托福建省林业科学研究院，由福建省林业科学研究院、南京林业大学、福建省洋口国有林场、沙县官庄国有林场、福建省林木种苗总站、将乐国有林场、光泽华桥国有林场、邵武卫闽国有林场等10多家科研、高校、管理、生产单位组成，项目首席主持人是全国先进工作者郑仁华博士、副主持人是南京林业大学原副校长施季森教授。该项目成果是杉木种苗科技攻关项目组，历经15年团结协作、刻苦攻关，在完成的“杉木高世代遗传改良和良种繁育技术研究”成果获得2010年度福建省科技进步奖二等奖以来取得的又一项成果，是福建省林业科学研究院自2016年实施首批科技创新团队建设以来，用材树种科技创新团队取得的一项重要成果，也是“郑仁华劳模工作室”自2015年成立以来取得的一项重要科技创新成果。

完成单位：福建省林业科学研究院、南京林业大学、福建省洋口国有林场、福建省沙县官庄国有林场、福建省林木种苗总站、福建省将乐国有林场