馬尾松第二代種子園不同無性系生長性狀和種實(shí)性狀差異研究

周增亮，胡冬南，晏雨鴻，何萬存，陳夢義，張旖旎，程離，劉娟

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西 南昌 330045； 2.江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌 330045；3.江西省林木育種中心，江西 南昌 330045)

馬尾松(Pinusmanssoniana)是松科(Pinaceae)松屬(Pinus)常綠喬木，是中國南方具有重要經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值的主要鄉(xiāng)土造林樹種，其生長迅速、耐瘠薄，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)中具有舉足輕重的地位[1-4]。馬尾松無性系種子園是生產(chǎn)和改良種子遺傳品質(zhì)的重要途經(jīng)，自上世紀(jì)80年代初開始營建初級種子園以來，中國馬尾松已完成了第二代遺傳改良并進(jìn)入第三代育種新階段[5]。科研人員在馬尾松無性系種子園的經(jīng)營管理[6]、無性系選育[7-8]、結(jié)實(shí)規(guī)律研究[9-11]、花期習(xí)性[12]等方面開展了大量研究，但是關(guān)于馬尾松二代種子園無性系生長性狀和種實(shí)性狀規(guī)律的報道不多。因此，本研究通過調(diào)查江西省林木育種中心馬尾松二代無性系嫁接種子園各無性系的生長性狀和種實(shí)性狀，并依據(jù)這些性狀對各無性系進(jìn)行分析和評價，以期為馬尾松二代種子園的豐產(chǎn)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)材料來源于江西省林木育種中心馬尾松二代無性系嫁接種子園西大區(qū)(115°39′31.47″E，28°57′05.36″N)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。該種子園于2010—2011年定植，苗木為無性系嫁接苗(1 a生容器苗髓心形成層對接后再培育1 a)，全同胞和半同胞各半；配置方式為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，株行距6 m×6 m；進(jìn)行了矮化管理，2015年已進(jìn)入到掛果期。

1.2 試驗(yàn)材料

以馬尾松二代無性系嫁接種子園西大區(qū)的東小區(qū)和西小區(qū)20個無性系為材料，每個無性系選取3株生長狀況基本一致的馬尾松，調(diào)查每個單株的生長性狀和種實(shí)性狀。

1.3 試驗(yàn)方法

(1)于2016年7月測定每個無性系植株30 cm處地徑、截高、株高、冠幅以及一級分枝數(shù)等生長指標(biāo)，并定性評價單株結(jié)實(shí)量。

(2)2016年11月，采集每個無性系馬尾松球果，測定單株球果數(shù)、單株球果質(zhì)量；每個無性系的3個單株分別隨機(jī)抽取10個無蟲蛀且果形正常的球果，共計(jì)600個，用游標(biāo)卡尺測定單個球果的球果長、球果寬，并計(jì)算球果長寬比。所有球果自然攤曬待出種。

(3)2016年12月，選取部分開裂球果，測定單個球果出種量，種子質(zhì)量，并按照《林木種子檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》(DB22/T838—1995)規(guī)定的方法測定種子千粒重，3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 25.0和R 3.5.2對各性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松無性系生長性狀差異性

對馬尾松二代種子園無性系的生長性狀進(jìn)行分析，參試無性系的地徑為9.08～15.10 cm ，其中58號無性系單株的地徑最大(15.10 cm)，其次是61號、17號、4號、84號，而5號無性系單株地徑最小(9.08 cm)，有11個無性系地徑高于平均值，占參試無性系的55%。株高為2.63～4.77 m ，行間冠幅為2.60～4.78 m ，株間冠幅為2.20～4.73 m ，不同馬尾松無性系的生長性狀差異較大(表1)。方差分析結(jié)果表明(表2)，馬尾松無性系間在地徑和株高兩個生長性狀上的差異均達(dá)到顯著水平(P≤0.05)，行間冠幅和株間冠幅達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)，截高、一級分枝數(shù)差異不顯著(P>0.05)。

2.2 馬尾松無性系種實(shí)性狀的差異性

對20個無性系的種實(shí)性狀進(jìn)行方差分析，參試的無性系單株果數(shù)為42.67～622.00個，其中58號無性系球果數(shù)最多，其次是4號、84號、16號、56號，單株果數(shù)最少的是8號(42個)，9個無性系單株果數(shù)高于平均值，占參試無性系的45%。單株果質(zhì)量為0.84～11.34 kg ，球果橫徑為26.09～30.44 mm ，球果縱徑為48.41～64.02 mm，果形指數(shù)為1.71～2.18，種子總質(zhì)量為16.27～211.10 g，優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量為15.81～195.43 g ，千粒重為8.04～13.40 g。不同馬尾松無性系種實(shí)性狀變異系數(shù)為8.05%～79.12%，變異系數(shù)大小順序?yàn)閱沃旯|(zhì)量>單株果數(shù)>優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量>種子總質(zhì)量>單果鮮質(zhì)量>千粒重>球果縱徑>果形指數(shù)>球果橫徑(表3)。

表1 不同馬尾松無性系間生長性狀的比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 1 Comparison of growth characters among different P.massoniana clones (mean±SD)

表2 不同馬尾松無性系間生長性狀的方差分析Table 2 Variance analysis on growth characters of different clones in P.massoniana

由表4可知，不同馬尾松無性系間單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果橫徑、球果縱徑、果形指數(shù)、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、千粒重的差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，馬尾松無性系的球果產(chǎn)量和球果、種子形態(tài)特征存在不穩(wěn)定性，變異范圍廣，遺傳變異豐富，在營建高世代種子園或重建過程中對不同無性系進(jìn)行篩選是必要的。

表4 不同馬尾松無性系間種實(shí)性狀的方差分析Table 4 Variance analysis on seed characters of different clones in P.massoniana

2.3 馬尾松不同無性系性狀間的相關(guān)分析

為揭示不同無性系各性狀間的相關(guān)性，對馬尾松不同無性系的15個性狀指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果見表5。地徑與株高、行間冠幅、株間冠幅存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；截高與株高、一級分枝數(shù)存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；株高與行間冠幅、株間冠幅、一級分枝數(shù)存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；行間冠幅與株間冠幅、單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果縱徑、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與球果橫徑、果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；株間冠幅與單株果質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與單株果數(shù)、球果縱徑、果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；單株果數(shù)與單株果質(zhì)量、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；單株果質(zhì)量與種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與球果縱徑、球果橫徑存在顯著正相關(guān)關(guān)系；單果鮮質(zhì)量與球果橫徑、球果縱徑存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；種子總質(zhì)量與優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。馬尾松不同無性系的各性狀與千粒重間的相關(guān)性均不顯著。

2.4 馬尾松不同無性系性狀間的主成分分析(PCA)

基于馬尾松不同無性系的15個性狀，使用R語言的 rda 函數(shù)對其進(jìn)行主成分分析(PCA)。根據(jù)特征值大于1的原則提取了5個因子，共解釋原有變量總方差的89.53%。隨后使用 biplot 函數(shù)[13]繪制排序圖，根據(jù)參數(shù)scaling的不同分別做1型標(biāo)尺雙序圖(scalling=1)、2型標(biāo)尺雙序圖(scaling=2)[14]。由圖1、圖2可知，前兩軸能夠解釋總方差的比例是55.06%。1型標(biāo)尺雙序圖中可看出，5號、27號、56號、58號、72號、84號無性系在種實(shí)性狀方面表現(xiàn)較好，其中58號無性系在優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、單株果數(shù)、種子總質(zhì)量、單株果質(zhì)量等方面排序靠前。4號、16號、17號、68號無性系在生長性狀方面較好，其中17號無性系在株高、截高、一級分枝數(shù)等方面排序靠前。在2型標(biāo)尺雙序圖中，單株果數(shù)與優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、種子總質(zhì)量等相關(guān)性較強(qiáng)。球果縱徑與一級分枝數(shù)箭頭幾乎正交，顯示它們的相關(guān)系數(shù)接近為0。千粒重的箭頭短，表明它對以種實(shí)性狀為主的第一主成分和以生長性狀為主的第二主成分貢獻(xiàn)并不大。

注：對象用點(diǎn)表示，變量用箭頭表示。1型標(biāo)尺的特征向量被標(biāo)準(zhǔn)化為單位長度，關(guān)注的是對象之間 的關(guān)系，代表變量的箭頭之間的角度沒有意義。Note:Objects are represented by dots and variables are represented by arrows.The eigenvector of the Type 1 scale is standardized as a unit length,which focuses on the relationship between objects,and the angle between the arrows that represent variables is meaningless.

2.5 馬尾松無性系性狀的聚類分析

使用 hclust 函數(shù)[15]和 plot 函數(shù)對馬尾松無性系性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(類平均法)。由圖2可知，當(dāng)馬尾松的20個無性系聚為5大類時，第1類僅58號無性系，4號、84號聚成第2類(果實(shí)性狀較好)，8號、20號、30號、51號、17號、61號聚成第3類(種子性狀較差)，5號、16號、68號、56號、10號、15號聚成第4類(種實(shí)性狀中等)，其余無性系聚成第5類(生長性狀中等)。當(dāng)20個無性系聚為4大類時，將種實(shí)性狀和生長性狀中等的無性系聚為1類，其余分類不變。當(dāng)20個無性系聚為3大類時，將種子性狀較差、種實(shí)性狀和生長性狀中等的無性系聚為1類，其余分類不變。當(dāng)20個無性系聚為2大類時，58號無性系單獨(dú)為1類，剩余的無性系聚為1類。

注：2型標(biāo)尺的每個特征向量被標(biāo)準(zhǔn)化為特征根的平方根，關(guān)注的是變量之間的關(guān)系， 代表變量箭頭之間的夾角反映變量之間的相關(guān)性。

圖3 20個馬尾松無性系聚類分析結(jié)果Fig.3 Cluster analysis of 20 P.massonianaclones

3 結(jié)論與討論

馬尾松二代無性系種子園的生長性狀和種實(shí)性狀無性系間存在一定的變異程度，所調(diào)查的20個馬尾松無性系變異幅度較大，平均變異系數(shù)為34%，其中變異系數(shù)為單株果質(zhì)量>單株果數(shù)>優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量>種子總質(zhì)量>單果鮮質(zhì)量>株間冠幅>一級分枝數(shù)>行間冠幅>截高>地徑>株高>千粒重>球果縱徑>果形指數(shù)>球果橫徑。對種子園無性系間的方差分析表明，無性系間的地徑、株高、行間冠幅、株間冠幅、單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果橫徑、球果縱徑、果形指數(shù)、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、千粒重等指標(biāo)均存在顯著差異，說明無性系間的生長性狀和種實(shí)性狀差異較大。建園材料在考慮遺傳多樣性[16-17]、開花習(xí)性[9,18]時，應(yīng)注重生長性狀和種實(shí)性狀的差異性，以便獲得遺傳增益高且遺傳基礎(chǔ)廣泛的種子。

本研究表明，主要的生長性狀，如地徑、株高、冠幅間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與林能慶[19]的研究結(jié)果一致。地徑、株高、冠幅等生長性狀與單株果質(zhì)量、果形指數(shù)等種實(shí)性狀密切相關(guān)，地徑、冠幅等越大，球果產(chǎn)量也越大。馬尾松不同無性系的各性狀與千粒重間的相關(guān)性均不顯著。種子千粒重是反映種子園無性系繁育能力的重要種實(shí)性狀，它影響著種子園的產(chǎn)量和種子品質(zhì)[20-21]。有研究表明，馬尾松千粒重主要決定于遺傳基因，但受地理氣候、林分狀況及結(jié)實(shí)豐欠年生理周期的影響，千粒重存在一定的產(chǎn)地變異和年度變異[22]。本研究發(fā)現(xiàn),千粒重與其他性狀的相關(guān)性并不顯著，這可能與其所在種子園的結(jié)實(shí)年份有關(guān)系，后續(xù)可進(jìn)一步研究千粒重的年度變異規(guī)律，以此準(zhǔn)確評估種子園的產(chǎn)種量和種子質(zhì)量。

通過主成分分析，將20個無性系的15個性狀轉(zhuǎn)化為5個主成分。5個主成分反映了原性狀89.53%的信息，能較完整地表現(xiàn)出馬尾松無性系間各性狀的主導(dǎo)因素。由前兩軸可看出，5號、27號、56號、58號、72號、84號無性系在種實(shí)性狀方面表現(xiàn)較好，其中58號無性系在優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、單株果數(shù)、種子總質(zhì)量、單株果質(zhì)量等方面排序靠前。4號、16號、17號、68號無性系在生長性狀方面較好，其中17號無性系在株高、截高、一級分枝數(shù)等方面排序靠前。利用15個性狀的平均值，對馬尾松二代種子園的20個無性系進(jìn)行聚類分析，58號無性系在各情況下都可單獨(dú)聚為一類，且其各性狀表現(xiàn)都較優(yōu)，種子園下一步去劣疏伐可以考慮將其作為優(yōu)良無性系加以保留，將具有較好的選擇效果，同時也可將其作為控制雜交授粉的親本，培育優(yōu)良雜交子代無性系。