基于早期幼苗功能性状可预测不同轻木株系的生长潜能
轻木(Ochroma lagopus),又称巴沙木,是经济价值极高的热带速生用材树种,木材质轻且力学性能优异,是风电叶片、航空航天领域的关键芯材原料。随着国内风电产业和航空工业快速发展,轻木需求量急剧增加。当前我国轻木原料高度依赖进口,产业链原料供给“卡脖子”风险日益凸显,推进国产轻木规模化种植,对提升相关产业风险抵御能力具有重要现实意义。我国轻木产业仍处在起步发展阶段,选育适配本土气候环境的优良种质是产业发展的关键环节。杂交育种结合幼苗功能性状测定,是加速轻木良种选育的可行路径,但该方法对株系生长潜能的预测效能,尚缺少系统科学验证。
针对上述科学问题,中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)植物适应性与生态恢复团队选取9个不同地理亲本来源的轻木杂交株系开展研究。依托同质园对比试验,测定幼苗期叶片光合、结构力学、水力结构等22项功能性状,并长期跟踪监测株系株高、地径、生物量等生长指标。结果表明:(1)9个轻木杂交株系叶片结构性状与光合性状存在显著权衡关系,叶片水分输导效率与结构投入、机械抗性、耐旱相关性状呈负相关;(2)各杂交株系生长表现差异显著,且与功能性状紧密关联,性状对生长变异具有较高的解释度(53%-86%)。生长速率高的株系采取资源获取型生存策略,光合速率、叶片氮含量、磷利用效率更高;生长速率偏低的株系偏向保守型策略,比叶重、叶厚、保水能力、茎叶机械强度更具优势;(3)相较多数茎干性状,叶片功能性状对生长表现的预测能力更强,可应用于轻木优良株系的早期筛选。
该研究构建了基于功能性状的轻木早期品种筛选技术框架,揭示轻木不同杂交品种“获取-保守”性状权衡格局,为定向杂交育种、缩短育种周期提供重要实践依据,突破以往轻木育种依赖长期生长观测的局限。研究也指出,该试验基于单点位同质园试验缺陷,未来研究需开展多点环境验证,进一步检验性状-生长关联在不同立地条件的稳定性。
相关研究成果以“Trait-based assessment and prediction of growth performance across nine balsa (Ochroma lagopus) cultivars”为题发表于农林科学领域国际期刊Industrial Crops & Products上。版纳植物园与云南大学联合培养硕士研究生李明义和版纳植物园助理研究员赵高卷为共同第一作者,张树斌副研究员和陈亚军研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、云南省基础研究计划、兴滇英才支持计划、版纳植物园“十四五”专项等项目资助。

图1. 轻木具有快速生长的特性在风电叶片广泛作为填充芯材。
图2. 研究中9个不同轻木株系功能性状组合与生长表现的关联。