Zas2008 施肥和遗传变异对虫子的影响

Zas R, Sampedro L, Moreira X, et al. Effect of fertilization and genetic variation on susceptibility of Pinus radiata seedlings to Hylobius abietis damage. Canadian Journal of Forest Research, 2008, 38(1): 63–72. DOI: 10.1139/X07-128.

施肥和遗传变异对辐射松幼苗对Hylobius abietis损伤敏感性的影响

摘要：

在加利西亚（西班牙西北部）的辐射松（Pinus radiata D. Don）自然感染家系x施肥遗传试验中，研究了建立施肥和松树基因型对松树象甲（Hylobius abietis L.）损伤的影响。施肥强烈增加了生长和H. abietis损害，特别是当施肥处理中包括磷酸钙时。与未施肥对照相比，施肥植物表现出更高的去皮程度，更高的顶梢损失和更高的死亡率。由于更多的顶梢损失，施肥1年后，施肥没有显着增加实际高度（活茎的高度）。相反，在第二个生长季节之后，施肥植物过度补偿了象鼻虫的损害，并且达到了比未施肥的对照更高的高度。然而，考虑到由于领导者损失导致的生存和茎秆畸形的影响，如果H. abietis的风险很高，应该在明确针叶树区域的辐射松人工林中避免（或延迟）施肥。我们的研究结果还表明，加利西亚辐射松繁殖群体中的H. abietis易感性存在强烈的遗传变异。高家庭平均值和适度的个体树遗传力估计表明，通过常规育种技术提高对该害虫的抗性是可能的。使用具有改良抗性的种植原种应被视为补充针对该害虫的传统方法的另一种预防措施。

介绍

松树象鼻虫（Hylobius abietis L .; Coleoptera：Curculionidae）是欧洲最有害的森林害虫之一，在苏格兰松树（Pinus sylvestris L.）和挪威云杉（Picea abies（L。））的幼林中造成重大经济损失。喀斯特。）还有其他针叶树种，甚至是阔叶树种（Langstrom和Day 2004）。松树象鼻虫的成虫被清除后的新鲜木材中的挥发性化合物大量吸引。它们在树桩上产卵，新出生的成年人在接下来的几年中以幼苗的外皮和韧皮部为食，造成重要的生长损失，茎秆畸形和死亡（Leather等1999）。使用几种造林方法来最小化H. abietis损害，包括延迟种植，土壤划痕，防护木材，饲养障碍和杀虫剂应用（例如，Petersson和O？rlander 2003; Sydow 1997）。单独这些做法都不是完全有效的，如果不使用杀虫剂，北欧的幼苗死亡率可能高达70％（O？rlander和Nordlander，2003;Pitka╪en等，2005）。在欧洲的杀虫剂减少政策框架内，使用昆虫病原线虫的生物防治也是一种很有前景的替代品（Brixey等2006; Dillon等2006）;还提出了树木抗性育种的可能性（Zas等，2005）。
在西班牙北部，H。abietis还在砍伐的针叶树位置阻碍海洋松（Pinus pinaster Ait .; Zas等2005,2006a）和辐射松（Pinus radiata D. Don; Cobos和Ru磇z 1990）的自然和人工再生。 。最近，Zas等人（2006a）警告说，建立施肥对H. abietis损害的不良影响已被证明可以强烈增加第二轮P. pinaster种植园的损害。施肥树木的去皮区域比未施肥的树木高出2.9倍，导致前者损失3.7倍。当磷酸钙包括在施肥处理中时，响应显着更高。如果在辐射松中确认了这种效应，则应修订该物种的施肥建议。辐射松在西班牙北部的整个范围内都有重要的营养障碍（Romanya和Vallejo 1996; Zas 2003; Zas和Serrada 2003），生产力强烈依赖于营养状况（Romanya和Vallejo 2004; Sa磏chez-Rodr磇guez等2002年）。磷（P）和镁（Mg）是通常的限制性营养素，而氮（N）似乎供应充足或甚至过量。因此，施肥是辐射松管理中的常见做法，特别是在第二旋转种植园中，通过收获导致的大量养分损失可能加剧新种植园的营养状况（Merino等2005; Ouro等2001）。
辐射松是西班牙北部重要的木材种类，占地面积超过30万公顷。西班牙为该物种开发了几个育种计划，旨在改善生长，茎形，分枝习性和（或）抗病性（Espinel和Aragones 1997; Zas等2006b）。在这些计划的育种群体中可获得对H. abietis易感性的遗传变异的知识将是非常期望的，不仅因为通过育种提高抗性的可能性，而且因为它将为植物提供具有形态和生理学的不同的易感性。可以研究与阻力有关的机制。在P. pinaster中，已经报道了对该害虫的易感性的高遗传变异，具有高的家庭平均和中等个体的遗传力估计（Zas等人2005）。
在加利西亚（西班牙西北部）辐射松育种计划中，建立了几个后代施肥试验，以测试土壤肥力如何影响遗传物质的性能（Zas等，2006b）。在其中一项试验中，位于Zas等人（2005,2006a）分析的P. pinaster试验旁边，H. abietis在种植后第一年造成了重大损害。本文的目的是确定松树基因型和施肥对象鼻虫损伤的影响是否对辐射松也很重要。具体而言，目标是

• （i）分析施肥对H. radietis对辐射松幼苗的攻击强度的影响，
• （ii）测量当前加利西亚的辐射繁殖种群的子集中对H. abietis损害的敏感性的遗传变异。
• （iii）检查在操作育种目标中包括不同损害和症状特征的可行性，以及
• （iv）探索不同生长和损害性状之间的遗传和表型相关性。

实验设计和施肥处理

实验设计是以10个区块重复的裂区，其中9个肥料处理作为整个地块，31个松树家系作为分裂地块。在每个块重复中将肥料处理随机分配到整个小区中，并且在每个整个小区中随机分布每个家族的一棵树。大部分整个地块排列成4~8个幼苗的长方形。为了完成所得的32株植物，在每个整个小区中包括一个未改良的P. pinaster幼苗，但在分析中未考虑。间距为3米x 2米。
在建立时应用九种肥料处理（四种商业肥料的八种组合，加上未施肥的对照）（表1）。将肥料组合以允许单一肥料（P，Mg和钾（K））与N的组合的效果进行测试（详见Zas等人2006b）。在每个幼苗周围用20厘米半径的手涂抹肥料。
评估在种植后1年和2年，在所有活植物中测量高度（H）和地线直径（D）。在第一年，H. abietis损害导致许多植物的茎环剥和领导者丧失。在第一年，“实际高度”被定义为活茎的高度，即直到环剥，而“潜在高度”被定义为具有活着的领导者的植物的总高度（具有死亡的植物）领导者从分析中被删除）（Zas等人，2006a）。第二年没有观察到干环剥。
在第一个生长季节（2004年2月）之后，通过评估由昆虫引起的茎中的伤口来测量Hylobius abietis损伤。为了减少主观性，使用弹性标尺将茎高度分为10个部分，并通过使用四级标度估计每个结果部分中的相对去皮区域来评估伤口（0，未损坏; 1，一些伤口; 2，许多伤口;以及3，因环绕而死亡）。植物的这10个值的总和是损伤特征“伤口”（WND，0-30得分）。此外，由于松树象甲的茎环剥导导致的前导损失（LL）也被记录为二元变量（LL = 0，领导者活着; LL = 1，领导者死亡）。
WND特性是对H. abietis损伤的可靠测量，但评估是很费力的。为了探索操作育种的其他实际特征，对幼苗进行视觉评分，以获得叶子颜色（COL）和叶子密度（DEN）。从1（黄色叶子和低叶子密度）到4（深绿色叶子并且没有针头丢失）的等级主观评估这些性状。所有评估均由同一人进行。

空间分析

森林中病虫害的发生率通常遵循异质的空间结构，阻碍了适当的统计分析（D磇az等2007; Zas等2007）。当存在空间异质性时，违反标准统计分析的数据独立性的必要性可能导致错误的结论，并且应该使用复杂的空间分析程序（Zas等人2007）。我们使用地质统计学来检测H. abietis损伤是否在研究区域中均匀分布，或者是否存在未被区块设计吸收的空间模式（Zas等人，2006a）。 使用半变异函数分析WND性状和在等式2中定义的该特征的模型残差的空间结构，该半变异函数绘制树之间的半方差作为分离它们的距离的函数。 半方差计算为

其中是由距离分隔的观察对的数量，是位置处的感兴趣变量的值，是从距离到距离的树的值。 对于随机分布的数据，随着的增加，半变异性的变化很小，半变异函数基本上是平的。如果存在空间依赖性，则半距离的半方差将较低，中间距离的半方差将增加，并且通常会达到长距离的渐近线。渐近线开始的距离（如果存在）表示异质性的范围或斑块大小，低于该值时，数据是随机相互依赖的（Cressie 1993）。两个变量的分布先前已标准化（平均值= 0，SD = 1）以达到等效标度。使用SAS的VARIOGRAM程序（SAS Institute Inc.，1999）构建半变异函数。

统计分析

使用SAS的MIXED程序（SAS Institute Inc. 1999）和以下混合模型对所有性状进行方差分析（ANOVA）：

其中一般均值，Fi，Gj和Bk分别是肥料处理i，家系j和区组k的主要影响， FGij，GBjk和FBik是相应的交互，是实验错误。为了用适当的误差项分析整个小区因子（即施肥），施肥 - 区组相互作用被认为是随机效应（Littell等1996）。
为了测试肥料效应，在整个小区平均值的基础上分析二元变量（LL和存活）。整个小区方法是反正弦平方根变换，然后假设随机完整区块设计并使用以下模型进行分析：

Yik是转换后的整体小区。使用SAS中的MIXED程序的LSMEAN陈述（Littell等1996）进行治疗方法的统计学比较。数据表示为平均值？SE。