不同种源和家系红皮云杉细根形态与生物量垂直分布特征

为揭示不同种源和家系红皮云杉(Picea koraiensis)细根(直径≤2 mm)形态和生物量垂直分布特征,以黑龙江省林口县青山林场4个种源(纬度从低到高分别为穆棱、林口、金山屯、乌伊岭)30个家系的24年生红皮云杉试验林为研究对象,采用根钻法研究了不同土壤深度(h)(表层:0<h≤10 cm,亚表层:10 cm<h≤20 cm,底层:20 cm<h≤30 cm)细根形态和生物量垂直分布规律。结果表明:不同种源红皮云杉细根形态特征存在显著差异,而同一种源不同家系间比根长和根组织密度存在显著差异。在种源水平,所有土层根平均直径均以穆棱种源最粗,比根长和根组织密度则均是林口种源最大。在家系水平,0<h≤10 cm土层根直径W035最粗、CK-2最细,比根长CK-2最大、W043最小,根组织密度J082最高、M515最低。不同种源和家系红皮云杉根组织密度和比根长均随土层加深而减小,而根直径随土层的加深有增大的趋势。4个种源的细根总生物量平均值为33.56 g·m^(-2),其中林口种源细根生物量最大(39.04 g·m^(-2)),金山屯种源细根生物量最小(32.52 g·m^(-2)),呈现出非连续的地理变异。细根生物量均随土层的加深而减小,土壤表层根系生物量占总生物量的比例平均为77%。相比较,低纬度的穆棱种源各家系细根生物量在土壤亚表层和底层分布比例较高,高纬度的乌伊岭和金山屯种源各家系细根生物量在土壤表层分布比例较高,表明温度较低地区的红皮云杉倾向于将细根分布在资源丰富的土壤表层。

利用混合线性模型对青海云杉无性系生长性状进行早期评价

通过对100个青海云杉无性系不同树龄(7、9、13、14 a)时期的生长性状进行遗传测定及选优,为甘肃省天水小陇山地区青海云杉的良种选育与推广应用提供基础。采用完全随机区组设计,营造5个区组2株小区建立100个青海云杉无性系对比试验林,对试验林7、9、13、14 a时期生长性状,如树高、新梢、胸径、冠幅进行调查,并通过数据整理分析及遗传参数估算,选择优良无性系。结果表明:青海云杉无性系7、9、13、14 a树高、新梢、胸径、冠幅均呈极显著差异(P<0.01)。通过各树龄的树高方差分析可以看出,树龄、区组、无性系、树龄×无性系互作效应、区组×无性系互作效应均有显著差异(P<0.05),树龄效应方差分量占比为77.5%,受树龄效应影响较大。不同树龄时无性系各性状表型变异系数为22.07%~60.37%,遗传变异系数为7.55%~29.78%,重复力为0.36~0.86。采用最佳线性无偏估计法计算无性系树高遗传值,从100个无性系中选出5个青海云杉无性系,其入选率为5%,树高遗传增益为15.65%。青海云杉无性系生长性状存在广泛遗传变异,无性系对树高的方差分量占比逐年提升,生长性状受很强的遗传因素控制。根据树高育种值筛选的5个优良无性系分别为:08青大039、08青大035、08青大012、08青大018、08青大007。

干化对粗枝云杉体胚解剖结构及细胞壁重塑基因表达的影响

[目的]探究干化对云杉体胚解剖结构的影响,挖掘导致解剖结构改变的关键基因,初步明确干化促进体胚萌发的原因。[方法]以高胚性粗枝云杉细胞系为研究材料诱导体胚发生,干化处理不同时间后进行体胚表型观察及萌发率的测定。利用超景深显微镜、扫描电镜和透射电镜从不同层次观察干化体胚与未干化体胚的组织和细胞结构差异,并结合转录组测序分析干化前后体胚的基因表达变化。[结果]干化显著改变了粗枝云杉体胚形态,干化后体胚胚根呈红色,子叶呈绿色。显微观察发现干化后体胚的细胞呈现皱缩且分布不规则的状态,高倍视野下细胞壁不再具有刚性,表现出松弛扭曲状。转录组分析发现参与细胞壁重塑和影响细胞壁机械性能的多个XTHs、EXPAs和PMEs转录本在干化和未干化体胚中差异表达,且多上调表达,与显微观察发现干化体胚细胞壁形态变化的结果相符,这几类基因可能协同调控该过程,影响体胚萌发。[结论]干化过程中细胞壁重塑基因差异表达导致体胚细胞壁松弛,刚性结构消失,解除细胞分化和生长的限制,是干化促进体胚萌发的潜在原因。

欧洲云杉扦插生根进程中内源激素和多酚类物质变化

【目的】研究欧洲云杉嫩枝扦插生根过程中的生根性状、插穗内的内源激素和多酚类物质含量的变化情况,探讨插穗内内源激素和多酚类物质对欧洲云杉扦插生根影响,旨在为欧洲云杉扦插繁殖机理研究提供科学理论依据。【方法】以5年生欧洲云杉嫩枝插穗为试验材料,在扦插后30,40,50,55,60,65,70,75和80天分别取20株插穗调查愈伤组织形成和根系发育情况,以及扦插后0,37,45,67和72天取插穗的针叶和45,67和72天取插穗基部或基部愈伤组织分析插穗内源激素和多酚类物质含量。【结果】欧洲云杉扦插30天后已有55%的穗条形成愈伤组织,50天愈伤组织全部形成,50-75天为愈伤组织分化生根的高峰期,生根率达到90%,平均生根数为10.7。之后生根数量不变,根系仍然在生长,且扦插后根系效果指数持续增高。扦插后至37天,IAA和ZT/GA3分别降低28.79%和52.35%;GA3,ZT/IAA和GA3/IAA分别升高55.02%,32.78%和67.97%。扦插后37-45天愈伤组织形成期,IAA和GA3分别降低25.75%和40.91%;ZT/GA3,ZT/IAA和GA3/IAA分别升高39.32%,23.75%和20.41%。不定根诱导期（45-67天）,IAA由61.7 ng·100 g^-1增加至79.8 ng·100 g^-1,ZT/GA3增加13.84%;而GA3,ZT/IAA,GA3/IAA降低,分别降低16.27%,24.86%,35.26%。扦插后至67天,ZT的含量约为80 ng·100 g^-1,67-72天以29.97%速率降低,降低为55.6 ng·100 g^-1。对羟基苯甲酸在愈伤组织形成前（37天前）呈升高的趋势,由2.23 ng·100 g^-1增加至7.19 ng·100 g^-1。当进入不定根形成期,对羟基苯甲酸含量呈逐渐减小的趋势,减少至4.16 ng·100 g^-1。儿茶酸和总酚酸含量在欧洲云杉枝插生根过程中均呈降低的趋势。扦插基部韧皮部的内源激素和多酚类物质的含量及比值的变化趋势基部同针叶内,只是含量及比值远远高于插穗基部韧皮部。植物的内源激素和多酚类物质多在幼嫩的叶和芽内合成,并向茎基部和其他部位运输。因此欧洲云杉扦插生根进程中,针叶的内源激素和多酚类物质含量远远高于插穗基部韧皮部内,尤其是67天针叶内IAA含量（79.8 ng·100 g^-1）是基部韧皮部内（17.4 ng·100 g^-1）是4.58-7.52倍。【结论】在欧洲云杉扦插生根进程中,内源激素和多酚类物质的此消彼长共同影响促进愈伤组织分化和不定根的形成。不定根诱导期IAA含量升高,而GA3,ZT和多酚类物质降低是促进插穗生根的重要原因。因此IAA是促进不定根形成的主要内源激素,GA3和ZT以及多酚类物质是不定根形成的抑制剂。

蓝云杉不同品种扦插生根能力和生根特性研究

在甘肃小陇山林业科学研究所苗圃,系统研究了IBA、NAA、ABT对不同蓝云杉品种的扦插生根能力。研究结果表明:蓝云杉插穗愈伤始期为扦插后10 d,插后30 d开始生根,高峰期在插后40 70 d,80 d时扦插生根率达到97%。蓝云杉5个品种间扦插生根率和平均根长差异显著,品种间生根数量存在极显著的差异。插穗处理时间是影响蓝云杉生根率的主导因子。侧枝类型对生根影响差异极显著,一级侧枝生根率达到100%,二级侧枝生根率为88.97%。插穗长度对蓝云杉平均根长的影响差异不显著,但生根数量和根系效果指数存在极显著差异。插穗年龄对生根率的影响差异不显著。蓝云杉扦插的最优配方为,剪取采穗母树上1龄的8 10 cm长的一级侧枝,用IBA100 mg.L-1的浸泡0.5 h。

丽江云杉天然种群针叶功能性状及其随海拔的变异

早在19世纪，生态学家及植物学家们即开始关注植物性状，并发现部分植物性状对环境变化具有很好的响应和适应表现。Diaz等在总结前人研究工作的基础上提出植物功能性状的概念，且越来越受到研究者的重视。叶片是与环境接触面积最大，且对环境变化最为敏感的植物器官，在众多的植物性状中，叶片功能性状，如长度和宽度、干质量、叶片氮和叶片磷含量等是决定其在群落中地位的重要因素，这些叶片性状共同体现了植物为获取最大碳收获所采取的生存适应策略，在生态学和生物进化上有重要意义0。

欧洲云杉无性系遗传变异及早期选择

分析欧洲云杉无性系对比试验测定林各无性系生长性状的变异状况并进行早期选择,为发展我国欧洲云杉无性系林业提供优质遗传材料。以在甘肃小陇山建立的欧洲云杉无性系试验测定林的117个无性系为研究对象,评价其8年生生长性状的遗传变异,并根据单株材积选择优良无性系。结果表明,树高、胸径、新梢长、冠幅和单株材积在无性系间均存在极显著差异,各性状的重复力均>0.69。按照单株材积总平均值加1倍标准差选择出17个优良无性系,平均单株材积为19.16×10-4 m3,预期遗传增益27.70%～76.06%。按单株材积总平均值加2倍标准差选出4个优良无性系,平均单株材积为24.24×10-4 m3,预期遗传增益>50%。欧洲云杉无性系间的遗传变异丰富,选出的17个优良无性系是后续育种工作的重要资源。

川西云杉家系苗期性状遗传通径分析及综合选择

以61个川西云杉（Picea balfouriana）家系为研究对象,对各家系的2年生实生苗的苗高、地径、侧枝数、根系长和干质量5个生长性状进行了遗传分析和通径分析,并采用综合选择指数法评选优良家系。结果表明：川西云杉各性状在家系间存在极显著差异（P〈0.01）,干质量的遗传变异系数最大,根系长最小,苗高、干质量的遗传力最大,地径的遗传力最小;地径对苗高的直接贡献最大,根系长通过地径对苗高的间接作用最大。通过综合选择指数法,评选出6个优良家系,这些家系的苗高实际增益为15.74%-65.95%,遗传增益为12.44%-52.13%。

欧洲云杉无性系苗期选育

利用欧洲云杉(Picea abies)优良种源超级苗采穗圃的1 816个优良单株进行扦插无性系化,采用强化培育技术对无性系苗培育1～2 a后,调查观测各个无性系苗高、地径、新梢长、侧枝数及保存率。结果表明:欧洲云杉扦插无性系间不同性状的变异系数差异较大,其中新梢长和侧枝数的变异系数最大,与生长也相关最强,表明依据这两个性状进行无性系早期选择最有潜力。这两个性状也可能是多阶段选择的重要指标,如苗高和侧枝数存在极显著的正相关。发芽的早晚和侧枝数的多少是影响扦插苗生长的重要因子,是欧洲云杉无性系早期选择应考虑的主要性状。利用标准差法,从该批无性系中经过两次选择筛选出优良无性系136个。

云杉种和种源生长性状早期评价

[目的]通过对引种的云杉种和种源试验林的适应性和生长变异研究,选育出最适合当地栽培的优良种和种源。[方法]以甘肃省小陇山沙坝试验基地引种的欧洲云杉、黑云杉、白云杉、蓝云杉、红皮云杉和青海云杉6个树种20个种源为研究对象,分别对6、7、9 a幼林龄的生长性状(树高、地径、新梢和冠幅)进行方差分析和相关性分析,以早期评价云杉种和种源。[结果]6、7、9 a生长期内不同云杉种间和种源间的差异多数达到极显著,表明不同种间和种源间存在较大的遗传变异。利用树高兼地径为主要指标筛选出7个优良种源,分别为欧洲云杉加拿大AB01、AB03种源、白云杉加拿大GL01种源;黑云杉加拿大MA05、MA07、MA08和MA10种源,树高、地径现实增益均超过11%。欧洲云杉、白云杉种源树高与经纬度呈极显著的正相关,与海拔呈极显著的负相关;黑云杉种源树高也与经纬度呈极显著的正相关,但与海拔相关不显著。[结论]在原产地纬度49°16'～58°38'N,经度68°13'～118°24'W区域范围内引进欧洲云杉、白云杉、黑云杉种源,是适宜在甘肃小陇山栽培的云杉树种。

丽江云杉扦插促根剂配方筛选和插条效应

以丽江云杉5年生母树为采穗母株,研究了丽江云杉扦插促根剂配方的最佳组合和不同插穗条件对生根的响应,结果表明:扦插后10天愈伤组织开始形成,40天时根尖开始出现,50～70天是生根的高峰期和根系发育期。在进行丽江云杉插穗处理时,应选择300 mg/L IBA处理2 h,生根率可达到90%以上,插穗类型对生根影响不显著,顶轮、一级和二级侧枝做插穗都能获得较高质量的扦插苗,8～12 cm长的插穗是适宜的插穗长度。硬枝和嫩枝扦插生根效应明显,硬枝的扦插成活率高,成活苗根系发达、健壮。

外源NO供体SNP对欧洲云杉插穗生根的效应

对SNP处理欧洲云杉的最适浓度、最佳处理时间、不同插穗年龄和侧枝类型以及SNP、IBA、NAA促进生根效果的比较等方面进行了系统研究。结果表明:一定浓度SNP均能显著促进欧洲云杉的生根和侧根的发生,50mg·L-1 SNP处理5h是SNP促进欧洲云杉生根的最佳浓度和最佳时长;SNP和IBA处理,均可明显促进欧洲云杉的生根,SNP的生根数量、平均根长均最佳;SNP处理的插穗年龄和侧枝类型对欧洲云杉的响应较大,1龄和一级侧枝可明显提高扦插成活率,内源NO在侧根发生及其形成中可能起着重要作用。

欧洲云杉PSⅡ的热稳定性对温度升高的响应

【目的】以欧洲云杉5年生幼苗为对象,研究其PSⅡ热激后自我修复能力,评估它的PSⅡ在未来气候变暖情况下的热稳定性和热损伤的自我修复能力。【方法】选择3个无性系、每个无性系10个分生株,共计30个分生株,放入人工气候室正常条件下培养,2周后应用hand-PEA和image-PAM检测叶片的荧光参数和影像作为对照。放入38℃培养箱中在低光的条件下预热5 h后,在40、42、43、44、46、48、50、52、53和54℃下分别热激30 mins,每个处理3个无性系(每个无性系1个分生株),应用hand-PEA和image-PAM检测叶片PSⅡ的荧光参数和影像,筛选2个胁迫临界温度。将热激后选择的2个临界温度处理的幼苗,再次放入人工气候室正常条件下培养2周,用hand-PEA和image-PAM继续检测叶片PSⅡ的荧光参数和影像。【结果】1)通过对参数Y(Ⅱ)、Y(NO)和Y(NPQ)荧光影像和动力学曲线研究发现,欧洲云杉在44℃热激胁迫下,达到初始胁迫温度,52℃热激胁迫下达到最大胁迫温度,与草本、木本以及近缘物种植物相比,欧洲云杉PSⅡ的热稳定性都处于较高水平。2)应用image-PAM检测临界温度下PSⅡ荧光参数F0、Fm、Fv/Fm、NPQ、qL和qP的影像和NPQ、qL和qP荧光动力学参数曲线:44℃短时热激下Fm和Fv/Fm影像减弱,qL和qP荧光影像增强,NPQ、qL和qP荧光动力学参数曲线高于对照;52℃短时热激下Fm和NPQ被增强,Fv/Fm、qL和qP影像被减弱,NPQ、qL和qP的荧光动力学参数曲线低于对照。3)应用hand-PEA进一步检测PSⅡ荧光参数量值的变化,44℃短时热激下,Fv/Fm、OJIP曲线都没有明显变化,仅PIABS降至对照组的79.5%,叶绿素(Chl)吸收和捕获光能的能力、电子的传递、以及电子传递链中心蛋白的活性都没受到明显的抑制,并促进天线色素(Chl)吸收能量(ABC)的光化学反应的能力和荧光淬灭的能力;而52℃短时热激下,PSⅡ的功能已发生明显的抑制,OJIP曲线也出现大幅度的“K”带,Fv/Fm降为对照组的63.2%,PIABS仅为对照组的6.6%,Fm时刻叶绿素(Chl)对光能的吸收和捕获、光化学反应、荧光淬灭和电子传递的能力受到了严重的抑制,电子传递链的放氧复合体(OEC)也遭到严重破坏;因此,预测增温主要抑制了叶片PSⅡ反应中心的活性和受体侧电子传递,改变了PSⅡ反应中心能量流动分配,而对欧洲云杉PSⅡ供体侧的影响较小。4)经过2周的恢复后,在2种胁迫温度下幼苗针叶的荧光参数和影像都恢复到对照的水平,说明欧洲云杉对短期的胁迫有较强的恢复能力。【结论】在未来气候变化的情况下,欧洲云杉PSⅡ可能有较强的弹性适应生理机制应对极端天气午间的短期高温,它的热激胁迫可承受的温度范围在44~52℃。

不同生长调节剂对欧洲云杉插穗生根的影响

采用全光照自动间歇喷雾扦插繁殖和轻基质网袋容器方法对影响欧洲云杉插穗生根的激素种类、浓度、处理时间进行了研究,结果表明:影响欧洲云杉生根的主导因素为激素种类,其次为处理时间,激素处理效果为IBA>蒸馏水>ABT>NAA,浓度为200mg.L-1的IBA处理2h是插穗生根的最佳组合;IBA不同浓度不同时间各处理间的生根率和根系效果指数存在差异,浓度150mg.L-1处理1h和浓度100mg.L-1处理2h的生根率分别为93.3%和96.7%,且根系质量较高;用IBA和S-3307处理与IBA和蔗糖处理的生根性状差异均不显著。

欧洲云杉的扦插基质选择和穗条效应研究

以欧洲云杉6年生母树为采穗母株,系统研究了不同插穗条件对生根和幼苗生长的响应,同时观测了网袋容器基质配比对扦插幼苗生长的影响。结果表明：扦插后20 d愈伤组织开始形成,37 d时根尖开始出现,50-65 d是生根的高峰期和根系发育期,65 d时扦插苗根系基本形成。不同基质对欧洲云杉插穗生根率影响达到极显著水平,1份泥炭＋2份炭化稻壳是进行欧洲云杉扦插的理想基质。插穗条件对生根成苗影响显著,一级侧枝的生根率高达100%,带顶芽的插穗的生根率显著高于不带顶芽的插穗,5-10 cm长的插穗是扦插的适宜插穗长度。插穗年龄和位置效应明显,1、2龄插穗和母树中部的插穗,扦插成活率高,成活苗根系发达、健壮。不同插穗条件欧洲云杉扦插苗经过1年培育,它们的生长量变化较大,这与插穗自身健康状况有关。

红豆杉扦插育苗试验研究

通过对影响红豆杉扦插生根的母树年龄、穗条枝龄、激素种类和浓度、扦插时间等因素进行了全面对比试验,试验结果表明,采用幼龄树的枝条为插穗进行扦插,有利于提高扦插成活率;选择ABT1号生根粉200 mg/L处理插条,在6月份扦插有利于插条愈伤组织的形成和生根。穗条枝龄对扦插红豆杉生根影响最为显著。采取上述方法,插穗愈伤组织形成率和生根率可分别达到81.82%和49.96%。

青海云杉半同胞家系苗期遗传变异及选择

以引种的51个青海云杉自由授粉子代为研究对象,对3年生实生苗的苗高、地径、新稍长、分枝角度、侧枝数、侧枝长、侧根数、侧根长、主根长、径根比、高径比和质量指标12个生长性状进行测定,并对家系间生长性状变异和苗期选择进行了分析。结果表明:青海云杉的苗高等12个生长性状家系间存在显著或极显著差异,遗均在0.80以上,相关系数在0.50以上,径根比与生长指标均呈负相关。利用苗高为主要参考指标,按照1倍标准差选择出的311#、312#4、05#1、09#、408#、410#3、05#3、06#8个优良家系各性状值高于51个家系的平均值。

丽江云杉家系主要性状遗传分析及综合选择

以引自云南香格里拉的4年生45个丽江云杉家系为研究对象,在甘肃省小陇山林科所经过苗圃测定4 a,观测各家系的苗高、当年新梢长、一级侧枝数、主梢上的芽数、南北冠幅、顶轮侧枝总长,并对家系间6个生长性状指标进行了分析,采用综合选择法评选优良家系。结果表明：丽江云杉家系间6个生长性状的变异系数较高,变幅在11.64%~39.14%;各性状间均存在极显著差异,遗传力较大;主要生长指标苗高与其它生长指标都存在极显著的相关;多性状综合评选,选出8个优良家系,这些家系的苗高实际增益为18.67%~60.01%,遗传增益为17.93%~57.61%。

蓝云杉插穗生根过程中营养物质含量的变化

以5年生蓝云杉采穗母株上的一级侧枝为材料,采用悬臂转动式全光自动喷雾装置扦插试验,研究了IBA与蒸馏水处理下扦插生根过程中可溶性糖、可溶性蛋白质、全氮和全碳4种营养物质的动态变化,分析了其变化规律与生根的关系。结果表明,蓝云杉开始生根期为扦插后30 d,到扦插后80 d时,生根率达到97%;蛋白质含量先降低然后升高,最后又降低;可溶性总糖含量都呈现先升后降,然后又升的变化趋势;氮和碳含量呈现出先升高后降低再升高最后略有下降的规律;营养物质动态变化与蓝云杉生根进程密切相关。插穗经外源激素处理促进了其营养物质动态转换,有助于蓝云杉不定根的形成。

S-3307对欧洲云杉扦插生根的效应

以采自6年生欧洲云杉采穗母株的插穗,研究了S-3307(稀效唑pentefezol)不同浓度和处理时间对欧洲云杉生根的影响。结果表明:S-3307在促进欧洲云杉生根中对插穗有杀菌防腐作用。不同激素种类处理对插穗生根率的影响存在极显著的差异,IBA和S-3307处理的插穗生根性状较好。S-3307不同时间处理和S-3307+IBA不同浓度处理对插穗生根率的影响存在极显著差异,选用浓度100 mg/L的S-3307处理2 h,生根率达到95%。S-3307不同浓度处理和高浓度速蘸对插穗生根率的影响差异不显著,(100+150)mg/L的S-3307+IBA处理1 h的生根率为90%,成活苗根系发达健壮。