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杨树Populus作为速生用材树种,具有广泛的用途,尤其是在制浆造纸、人造纤维和纤维板制造业中占有重要地位。木材纤维是杨树木材的主要组成部分,也是制浆及纤维制造业的主要原料,纤维性状的优劣直接决定着杨树纤维材的开发利用与发展[1]。然而,纤维形态特征及纤维含量对不同品种或无性系而言均存在着差异,即使同一树种的不同个体或同株不同部位亦有明显差异[2]。Jr FARMER等[3]利用美洲黑杨Populus deltoids无性系幼林作为试验材料,开展了木材纤维长度性状变异研究,证明了纤维性状在无性系间也呈较大差异。王明庥等[4]对杂种无性系的材性变异研究表明:纤维相关性状呈株内变异特点,且各性状间的变异具有独立性。查朝生等[5]对杨树无性系人工林的木材纤维形态特征进行了研究,表明纤维长、纤维宽以及纤维长宽比随着生长轮的增加,呈增大趋势。MANSFIELD等[6]对不同产地15个山杨Populus davidiana无性系的木材纤维性状进行研究发现:纤维性状在不同品种及林分间均呈显著变异。刘玉鑫等[7]研究表明:美洲黑杨无性系纤维性状存在遗传变异,且变异受遗传的影响大于受环境的影响。综上可知,杨树无论是品种间、林分间、无性系间或是单株的不同部位都存在变异的可能,因此,分析与评价杨树不同无性系间纤维性状差异性,不仅能够为选育适用于木材工业化生产及大规模加工利用高附加值的杨树优良新品种提供参考,而且对促进杨树人工林及杨树相关产业的可持续发展具有重要意义。鉴于此,本研究选择树干通直圆满,生长量大,且在长江流域及洞庭湖区分布广、适生性较强的7个杨树无性系为材料,对纤维素形态特征及含量差异进行了研究,综合评价了各无性系纤维性状指标,旨在为杨树无性系选择纤维材优良品系提供科学依据。
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由表1可以看出:树体性状和木材纤维性状变异幅度较大,为2.66%~21.76%,其中生物量(21.76%)和单株纤维素(21.35%)的变异系数较大,均超过21%,树高和纤维宽的变异系数较小,为2.0%~3.2%,表明杨树各性状间变异的差异较大,可选择利用的空间广阔。
性状 胸径/cm 树高/m 生物量/(kg·株−1) 纤维长/mm 纤维宽/mm 纤维长宽比 纤维素质量分数/% 单株纤维素/(kg·株−1) 平均值 31.28 25.22 301.81 1.04 0.02 52.03 57.78 175.46 标准差 3.08 0.81 65.68 0.05 0.00 1.82 2.31 37.47 变异系数/% 9.84 3.19 21.76 4.99 2.66 3.50 3.99 21.35 Table 1. Character variation of poplar clones
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从表2可知:7个杨树无性系的纤维长为0.95~1.12 mm,纤维宽为0.019~0.021 mm,纤维长宽比为49.1~54.6。其中,无性系XL-83的纤维长最小,为0.95 mm,与其他无性系纤维长呈极显著差异(P<0.01);除无性系XL-83外,其他无性系的纤维长差异均不显著(P>0.05),且无性系XL-58、XL-86以及XL-80纤维长均达1.05 mm以上。无性系之间纤维宽差异均不显著(P>0.05)。无性系的纤维长宽比从大到小依次为I-69、XL-58、XL-86、XL-75、ZH-17、XL-80、XL-83。各无性系间的纤维长宽比存在一定差异,其中无性系XL-83与I-69、XL-58、XL-86均呈显著差异(P<0.05)。
无性系 纤维长/mm 纤维宽/mm 纤维长宽比 XL-80 1.06±0.05 Ab 0.021±0.001 a 50.93±0.91 ac XL-86 1.07±0.05 Ab 0.021±0.001 a 52.52±2.50 a XL-83 0.95±0.03 Bc 0.019±0.001 a 49.09±9.19 bc XL-58 1.12±0.10 Aa 0.021±0.000 a 53.84±3.81 a XL-75 1.02±0.03 Ab 0.020±0.001 a 51.91±2.00 ac ZH-17 1.04±0.07 Ab 0.020±0.001 a 51.81±1.80 ac I-69 1.08±0.05 Ab 0.020±0.001 a 54.62±4.70 a 说明:数值为平均值±标准差;同列不同大写字母表示同 一指标在不同无性系之间差异极显著(P<0.01);同 列不同小写字母表示同一指标在不同无性系之间差 异显著(P<0.05) Table 2. Fiber characteristics of poplar clones
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从表3可以看出:无性系生物量间差异显著(P<0.05),生物量为194.27~401.73 kg·株−1,其中生物量最大的无性系为XL-80 (401.73 kg·株−1),最小的无性系为对照I-69 (194.27 kg·株−1)。各无性系间纤维素质量分数存在一定差异,除无性系XL-83与其他无性系的纤维素质量分数呈显著差异(P<0.05)外,其他无性系间纤维素质量分数差异不显著(P>0.05)。无性系纤维素质量分数为53.06%~59.66%,均高出造纸所需纤维素质量分数的基本要求(40%)。无性系单株纤维素为114.04~233.81 kg·株−1,其中最高的无性系为XL-80 (233.81 kg·株−1),对照I-69单株纤维素仍为最小,仅114.04 kg·株−1。无性系单株纤维素呈不同程度的差异,其中无性系XL-80与XL-86单株纤维素呈显著差异(P<0.05),与其他无性系均呈极显著差异(P<0.01);无性系I-69与供试的其他无性系均呈极显著差异(P<0.01),无性系XL-75与ZH-17差异不显著(P>0.05)。
无性系 生物量/
(kg·株−1)纤维素质量
分数/%单株纤维素/
(kg·株−1)XL-80 401.73±12.09 Aa 58.22±0.40 a 233.81±5.43 Aa XL-86 335.98±10.90 Bb 59.66±0.23 a 200.58±7.18 Ab XL-83 329.23±9.34 Cc 53.06±0.41 b 174.82±3.64 Bb XL-58 320.14±1.62 Dd 58.55±0.50 a 187.60±2.55 Bc XL-75 268.67±1.96 Ef 59.17±0.94 a 159.05±3.58 BCe ZH-17 270.31±0.96 Ee 59.66±0.53 a 161.38±0.78 BCe I-69 194.27±3.76 Fg 58.66±0.10 a 114.04±2.01 Df 说明:数值为平均值±标准差;同列不同大写字母表示同 一指标在不同无性系之间差异极显著(P<0.01);同 列不同小写字母表示同一指标在不同无性系之间差 异显著(P<0.05) Table 3. Differences in biomass and wood cellulose content of poplar clones
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木材纤维性状与生长性状间的相关分析结果(表4)表明:生长性状树高、胸径、生物量以及单株纤维素之间呈极显著正相关(P<0.01)。纤维长与纤维宽、纤维长宽比以及纤维素质量分数呈显著正相关(P<0.05),纤维长宽比与纤维素质量分数呈显著正相关(P<0.05)。木材纤维性状与生长性状之间相关性各异,纤维宽与树高、胸径、生物量呈正相关但不显著(P>0.05),纤维长、纤维长宽比及纤维素质量分数分别与胸径、树高及生物量均呈负相关,且均不显著(P>0.05),表现出独立遗传特性。
项目 胸径 树高 生物量 纤维长 纤维宽 纤维长宽比 纤维素质量分数 单株纤维素 胸径 1 树高 0.926** 1 生物量 0.995** 0.903** 1 纤维长 −0.146 −0.178 −0.111 1 纤维宽 0.520 0.366 0.556 0.734* 1 纤维长宽比 −0.598 −0.534 −0.572 0.863* 0.293 1 纤维素质量分数 −0.258 −0.210 −0.237 0.716* 0.467 0.682* 1 单株纤维素 0.972** 0.887* 0.981** 0.032 0.667* −0.448 −0.043 1 说明:*表示相关显著(P<0.05);**表示相关极显著(P<0.01) Table 4. Correlation between clonal growth traits and wood fiber traits
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纤维材培育的最终目标是尽可能多地提供优质的纤维。因林木的生长量与木材产量呈正相关,木材的纤维形态又直接关系到林木纤维的产量和质量,因此,纤维材的产量以及纤维形态和含量是评价和选择该材种优劣的重要依据。本研究通过主成分分析(表5)得出:决定第1主成分的主要是生物量、纤维素质量分数和单株纤维素;决定第2主成分的主要是纤维长和纤维宽,前2个主成分已经能够解释原有各性状的大部分信息,故可以选择前2个主成分进行综合评分。根据所选主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均,求得主成分综合得分(表6)。由表6可以看出:供试7个无性系综合得分由大到小依次为XL-80、XL-58、XL-86、ZH-17、XL-83、XL-75、I-69,该综合得分排序与各无性系的生物量、纤维长、纤维宽、纤维长宽比及纤维素质量分数排序具有一定的一致性。通过综合评比,入选的前5个杨树无性系综合了各性状的优良水平,也突出了联合选择在纤维材良种选育中的重要性。
性状 主成分 1 2 生物量 0.875 −0.028 纤维长 −0.018 0.435 纤维宽 −0.201 0.365 纤维素质量分数 0.236 0.099 单株纤维素 0.935 0.035 Table 5. Feature vectors of main characters
无性系 第1主成分得分 第2主成分得分 综合得分 排序 XL-80 2.489 2.547 2.510 1 XL-86 0.952 0.982 0.963 3 XL-83 −0.944 −0.907 −0.931 5 XL-58 1.252 1.110 1.202 2 XL-75 −1.204 −1.117 −1.173 6 ZH-17 −0.522 −0.438 −0.493 4 I-69 −2.024 −2.177 −2.078 7 Table 6. Comprehensive evaluation score of each clone
Analysis and evaluation of growth and wood fiber characters of seven poplar clones in southern China
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210481
- Received Date: 2021-07-12
- Accepted Date: 2022-03-27
- Rev Recd Date: 2022-03-11
- Available Online: 2022-07-20
- Publish Date: 2022-08-20
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Key words:
- southern China /
- poplar /
- wood fiber /
- clone /
- comprehensive evaluation
Abstract:
Citation: | YANG Yan, TANG Jie, LI Yongjin, TANG Yuxi, LI Lei. Analysis and evaluation of growth and wood fiber characters of seven poplar clones in southern China[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(4): 807-813. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210481 |