濕地松雄性不育系營養(yǎng)和生殖生長研究

唐國強　陳新華　黃永利　楊章旗　陳虎　黃雪芬

摘要： 以南寧市林業(yè)科學(xué)研究所21年生濕地松改良代種子園的雄性不育系和其他17個濕地松雄性可育系為研究材料，對濕地松改良代種子園樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量和雄花量進行了方差分析、遺傳參數(shù)估算、比較平均值及相關(guān)性分析。研究結(jié)果表明：21年生的濕地松改良代種子園樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量和雄花量在無性系間和小區(qū)間均存在著極顯著差異，各性狀變異系數(shù)在12.75%～104.85%之間，無性系重復(fù)力在92.99%～98.19%之間，單株重復(fù)力在72.64%～91.58%之間。濕地松雄性不育無性系樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量在18個濕地松無性系的排名分別為第1、第4、第2、第4，分別高出參試無性系平均水平的15.61%、9.01%、18.01%、46.19%。濕地松雄花量與胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量存在極顯著負相關(guān);球果產(chǎn)量與胸徑存在極顯著正相關(guān)。以上說明濕地松雄性不育系可作為林木遺傳改良的優(yōu)良育種材料，雄花量和球果產(chǎn)量可作為遺傳育種培養(yǎng)大徑材和高產(chǎn)種子園優(yōu)樹選擇的重要參考指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：濕地松;雄性不育;種子園;球果產(chǎn)量;雄花量

中圖分類號：S758.62

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2020）13-0001-05

1 引言

濕地松（Pinus elliottii）原產(chǎn)于美國，我國20世紀30年代開始引種，由于其生長迅速，適應(yīng)性強， 目前南方地區(qū)已大面積種植，成為我國短周期定向培育松脂和木材兩用的重要樹種之一[1，2]。植物雄性不育是一種常見現(xiàn)象，主要是植物在有性繁殖過程中，雄配子不能正常發(fā)育，不能與正常的雌配子發(fā)生兩性結(jié)合的遺傳現(xiàn)象[3]。關(guān)于植物雄性不育的研究，在水稻[4]、玉米[5]、小麥[6]、棉花[7]等主要經(jīng)濟作物方面已經(jīng)開展了比較多的研究，但木本植物方面的雄性不育研究較少，主要有杉木[8，9]、桃[10]、棗[11]、芒果[12]、杏[13]、橄欖[14]、柑橘[15]、毛白楊[16，17]、白榆[18]、秋樹[19]等。雜種優(yōu)勢動植物界普遍存在， 雜種優(yōu)勢是遺傳改良提高植物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要理論基礎(chǔ)，而在雜交育種利用雄性不育系，省去去雄的過程，一定程度上節(jié)約成本，并可獲得高純度的種子，目前在玉米、水稻、小麥等農(nóng)作物雄性不育系已成為利用植物雜種優(yōu)勢進行群體改良和輪回選擇的重要工具和途徑。但關(guān)于林木雄性不育方面的研究和應(yīng)用相對較少，特別是林木種子園建設(shè)方面關(guān)于林木雄性不育系利用尚未見生殖性狀進行遺傳參數(shù)、相關(guān)分析報道，因此本研究通過對濕地松雄性不育系和其他可育系營養(yǎng)生長和生殖生長進行平均值比較等研究，對濕地松雄性不育系生長生殖方面進行綜合評價，對今后濕地松雄性不育材料在林木遺傳育種等方面的利用有著重要的意義。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

本研究以21年生濕地松改良代種子園中一雄性不育系和其他17個可育系為試驗材料，并開展全園測定濕地松改良代種子園各無性系的營養(yǎng)生長量（樹高、胸徑及冠幅）和生殖生長性狀（雄花量、球果產(chǎn)量）。

2.2 試驗地概況

本研究調(diào)查數(shù)據(jù)來自南寧市林科所1.5代濕地松種子園，該種子園位于廣西南寧市武鳴區(qū)鑼圩鎮(zhèn)，東經(jīng)108°00′，北緯23°10′，為南亞熱帶亞緣季風(fēng)氣候，受局部氣候影響屬于半干旱地區(qū)，年均降雨量1246 mm，年均蒸發(fā)量1613.8 mm，無霜期358 d，干濕季節(jié)變化明顯。年均氣溫21 ℃，最低溫度一般在1月份，平均氣溫12.5 ℃，最高溫一般在7月份，平均氣溫29.5 ℃，全年平均相對濕度79.2%，種子園建在石灰?guī)r峰叢間寬闊的緩丘地帶，土壤為赤紅壤，pH值為5.5～6.5，土層深厚，海拔高約120 m。改良代種子園造林地原為松樹殘疏林地，1993年4月份以無性系嫁接方式建園，株行距為8 m×8 m。

3 實驗方法

3.1 生長量調(diào)查

濕地松種子園母樹營養(yǎng)生長指標(biāo)調(diào)查以紅外測高儀進行測高，鋼圍尺測量胸徑，卷尺測量冠幅，進行全園調(diào)查;雄花量調(diào)查采用評分法進行統(tǒng)計，分成4個等級：全樹側(cè)枝基本都開花為3分，全樹l/3枝條上有球花為2分，雄球花稀少，僅某個方向的枝條上有球花為1分，全樹無花為0分;濕地松種子園生殖生長調(diào)查：球果產(chǎn)量調(diào)查通過每株樹進行球果采收，并立即用電子掛稱稱取每株球果的總重量。

3.2 數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)均采用數(shù)據(jù)處理軟件WPS2019與統(tǒng)計軟件SPSS23進行相應(yīng)分析處理，雄球花進行對數(shù)處理。參照段安安[20]單株小區(qū)試驗進行濕地松無性系和單株重復(fù)力估算，并進行比較平均值和相關(guān)性分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 濕地松種子園各性狀方差分析及遺傳參數(shù)估算

由方差分析（表1）結(jié)果表明：21年生的濕地松營養(yǎng)生長量（樹高、胸徑和冠幅）和生殖生長性狀（球果產(chǎn)量、雄花量）在無性系間均存在著極顯著差異，各性狀在小區(qū)間也均存在極顯著差異。根據(jù)表1方差分析結(jié)果，可進一步獲得濕地松不同性狀的遺傳變異信息。由表2可知，5個性狀的變異系數(shù)分別是：樹高14.42%、胸徑15.63%、冠幅19.21%、球果產(chǎn)量104.85%、雄花量12.75%，雄花量變異程度最小，球果產(chǎn)量最大，說明濕地松無性系間樹球果產(chǎn)量性狀變異豐富，作為種子園使用球果產(chǎn)量進行選擇具有更大潛力，且符合種子園高產(chǎn)需求。各性狀無性系重復(fù)力分別是：樹高92.99%、胸徑94.06%、冠幅95.61%、球果產(chǎn)量98.19%、雄花量97.58%;濕地松各性狀單株重復(fù)力分別是：樹高72.64%、胸徑76.00%、冠幅81.31%、球果產(chǎn)量91.58%、雄花量88.97%。這說明濕地松樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量和胸花量均受到較高程度的遺傳因素控制，其中球果產(chǎn)量最大，說明球果產(chǎn)量受到遺傳控制最大。球果產(chǎn)量的變異系數(shù)和重復(fù)力均為最大，因此通過遺傳改良選擇球果產(chǎn)量效果較為明顯，在種子園建設(shè)和林木遺傳改良過程中，選擇球果產(chǎn)量大的無性系可提升球果的產(chǎn)量，一定程度保證了林木的生長量。

4.2 濕地松雄性不育和雄性可育無性系各性狀比較平均值分析

通過各性狀比較平均值分析表明（表3）：樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、胸花量排在第一位的分別是：雄性不育無性系SD10、雄性可育無性系SD17、SD14、SD15、SD13。樹高和胸徑排名最后均為雄性可育無性系SD1，冠幅、球果產(chǎn)量、雄花量排名最后分別為雄性可育系SD6、SD12、SD7。雄性不育系SD10樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、胸花量在18個無性系中的排名分別為第1、第4、第2、第4和第17，雄性不育無性系SD10各性狀均值為樹高16.325 m、胸徑26.571 cm、冠幅7.670 m、球果產(chǎn)量9.995 kg和雄花量0.547，樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量分別是高出總體平均值15.61%、9.01%、18.01%和46.19%，分別比最差無性系高出28.82%、20.50%、46.62%和1261.81%?？梢姖竦厮尚坌圆挥礢D10樹高、胸徑、球果產(chǎn)量均表現(xiàn)較好，特別是樹高性狀，說明雄性不育系作為育種材料及種子園建設(shè)是較好的材料。

4.3 濕地松無性系各性狀相關(guān)性分析

根據(jù)濕地松樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、雄花量各性狀兩兩皮爾遜相關(guān)分析表明（表4），樹高與胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量存在正相關(guān)，與雄花量存在負相關(guān)，其中與胸徑、冠幅的相關(guān)性達到極顯著水平;胸徑與冠幅、球果產(chǎn)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與雄花量存在極顯著負相關(guān)關(guān)系;冠幅與球果產(chǎn)量存在正相關(guān)，但不顯著，與雄花量達到極顯著負相關(guān)關(guān)系;球果產(chǎn)量與雄花量存在極顯著的負相關(guān)關(guān)系。球果產(chǎn)量與除雄花量外均存在一定程度的正相關(guān)，其中與胸徑存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系;這說明球果產(chǎn)量可作為種子園建設(shè)對可持續(xù)培養(yǎng)大徑材產(chǎn)種的重要目標(biāo)性狀之一，對今后預(yù)防高世代種子園種子減產(chǎn)及培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種苗提供重要的理論依據(jù)。雄花量與其他4個性狀均存在負相關(guān)關(guān)系，其中與胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量達到極顯著水平，說明雄花的生長發(fā)育一定程度上會消耗大量營養(yǎng)物質(zhì)，一定程度上制約了其他性狀的生長，進一步為今后通過雄性不育等育種途徑減少雄花量培養(yǎng)林木良種的可行性。進一步說明雄花量和球果產(chǎn)量可作為遺傳育種培養(yǎng)大徑材和高產(chǎn)種子園優(yōu)樹選擇的重要參考指標(biāo)。

5 結(jié)果與討論

林木雄性不育系要充分利用雜種優(yōu)勢、進行輪回選擇和群體改良，其本身目標(biāo)性狀的優(yōu)劣在一定程度上影響育種的成效，特別是林木育種因其生長周期性長的特點，育種材料目標(biāo)性狀的優(yōu)劣更顯得尤為重要，同時作為種子園建設(shè)的育種材料，為保障種子園種子產(chǎn)量和高世代育種可持續(xù)性的種子產(chǎn)量是不得不考慮的問題，黃水清等[21]以汨羅市桃林國有林場一代去劣濕地松無性系種子園采集的31個無性系球果為材料，開展種實表型性狀變異研究認為千粒重可作為濕地松種子品質(zhì)的主要參考指標(biāo)，種子飽滿度、單果出籽數(shù)可作為選擇高產(chǎn)無性系的主要參考指標(biāo)。石江濤等[22]以濕地松7個無性系木材為對象，認為木材氣干密度、年輪寬度和管胞形態(tài)等材性在濕地松無性系之間具有較明顯差異。本研究以南寧市林業(yè)科學(xué)研究所濕地松改良代種子園18個無性系（其中SD10為雄性不育系）為研究材料，通過對其樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、雄花量進行方差分析結(jié)果濕地雄無性系間存在顯著差異、小區(qū)間也存在顯著差異，表明濕地松樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、雄花量等性狀主要受到遺傳和環(huán)境因子控制。遺傳參數(shù)分析各性狀變異系數(shù)分別為樹高14.42%、胸徑15.63%、冠幅19.21%、球果產(chǎn)量104.85%、雄花量12.75%，球果產(chǎn)量最大，說明濕地松無性系間樹球果產(chǎn)量性狀變異豐富，可改良效果較好。無性系重復(fù)力依次分別是：樹高92.99%、胸徑94.06%、冠幅95.61%、球果產(chǎn)量98.19%、胸花量97.58%;單株重復(fù)力依次分別是：72.64%、76.00%、81.31%、91.58%、88.97%。各性狀均受到較高的遺傳控制，其中球果產(chǎn)量重復(fù)力最大，說明球果產(chǎn)量受到遺傳基因控制最大，可作為培養(yǎng)高產(chǎn)種子園建設(shè)選擇性狀。比較平均值分析結(jié)果：濕地松雄性不育系SD10樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量、胸花量在18個無性系中的排名分別為第1、第4、第2、第4和第17，各性狀均值為樹高16.325 m、胸徑26.571 cm、冠幅7.670 m、球果產(chǎn)量9.995 kg、雄花量0.547，除雄花量外分別是高出總體平均值的15.61%、9.01%、18.01%和46.19%，說明濕地雄性不育系SD10各性狀表現(xiàn)優(yōu)良，是建設(shè)種子園和高世代育種的優(yōu)良材料。相關(guān)性分析結(jié)果得出球果產(chǎn)量與胸徑、樹高、冠幅均存在正相關(guān)，其中與胸徑存在極顯著的正相關(guān)性，表明在定向培育濕地松大徑材和高產(chǎn)種子園建設(shè)的雙向選擇是可行的，說明濕地松球果生長與林木生長量相輔相成，存在共同促進作用。 秦月明等[23]通過對油松種子園無性系花量和生長量分析結(jié)果表明，油松雄花量與樹高、胸徑、冠幅達到極顯著的相關(guān)性，但并未對正負相關(guān)關(guān)系進行表述。本研究得出雄花量與樹高、胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量均存在負相關(guān)，并與胸徑、冠幅、球果產(chǎn)量達到極顯著水平，說明雄花的生長在一定程度可能因消耗營養(yǎng)，影響球果產(chǎn)量和營養(yǎng)生長;雄性不育雄花發(fā)育不良，降低營養(yǎng)消耗，可以為營養(yǎng)和球果生長提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)，從而可進一步促進營養(yǎng)生長量和球果產(chǎn)量，因此開展林木雄性不育研究對高世代育種及優(yōu)良雄性不育無性系造林有著重要意義。

參考文獻：

[1]徐有明，沈明璋，文家友，等.濕地松紙漿材材性變異的研究[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1993（2）：147～153.

[2]徐有明，鮑春紅，周志翔，等.濕地松種源生長量、材性的變異與優(yōu)良種源綜合選擇[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001（5）：18～21.

[3]李澤福，夏加發(fā)，唐光勇.植物雄性不育類型及遺傳機制的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000（6）：742～746.

[4]Soumita D，Chenna S，Kannan，et al.Loss of function of Oryza sativa Argonaute 18 induces male sterility and reduction in phased small RNAs[J]. Plant Reproduction，2020，33（8）.

[5]薛亞東，楊 露，楊慧麗，等.玉米C型細胞質(zhì)雄性不育花藥不同發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（8）：1308～1323.

[6]周芳菊，陳新舉，陳橋生，等.小麥溫光敏雄性不育研究進展[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2010（12）：44～46.

[7]李玉青，王清連，韋春艷，等.棉花胞質(zhì)雄性不育細胞形態(tài)學(xué)觀察及生理生化特性的研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2020，33（1）：58～63.

[8]李 平，余象煜，呂洪飛.杉木雄性不育株與可育株小孢子葉球的發(fā)育解剖和生理生化的比較研究[J].林業(yè)科學(xué)，1992（2）：115～121.

[9]何?；X領(lǐng)元，余象煜，等.杉木雄性不育植株的初步研究[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，1989（1）：105～106.

[10]王靜如.桃雄性不育研究[J].果樹科學(xué)，1985（4）：28～31.

[11]劉 玲.棗雄性不育種質(zhì)篩選及其不育機理研究[D].秦皇島：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[12]范眸天，李樹云，李 云.芒果雄性不育現(xiàn)象及花粉萌發(fā)研究初報[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996（1）：25～27.

[13]Lillecrapp AM， Wallwork MA，Sedgley M.Female and male sterility cause low fruit set in clone of the 'Trevatt` variety of apricot（Prunus aremeui（wa） [J].Sci Hort，1999，82（3～4）：255～263.

[14]Cavallotti A，Regina TMR， Quagliariello C.New sources of cytoplasmic diversify in the Italian PoPulation of Olea euroPaea L.as revealed by RFLP analysis of mitoehondrial DNA： characterization of the eox3 locus and possible relationship with cytoplasmic male sterility [J].PlantSeienee，2003，164（2）：241～252.

[15]Yamamoto M，Matsumoto R，Yamada Y.Relationship between sterility and seedlessness in Citrus[J]. Japan SocHortSci，1995，64（1）：23～29.

[16]康向陽.毛白楊花粉敗育機制的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2001（3）：35～39，145.

[17]郭英超，朱美秋，孟永紅，等.毛白楊雄株-D花藥敗育的細胞學(xué)觀察[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007（9）：33～35.

[18]王曉葉，王力源，劉興菊，等.白榆D33雄性不育花芽發(fā)育的形態(tài)及內(nèi)源激素的動態(tài)變化[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2019，34（4）：76～81，90.

[19]毛偉兵，陳發(fā)菊，王長蘭，等.楸樹雄性不育花芽轉(zhuǎn)錄組測序及分析[J].林業(yè)科學(xué)，2017，53（6）：141～150.

[20]段安安，張存旭，畢春霞.樹木無性系測驗中重復(fù)力估算方法的探討[J].西北林學(xué)院學(xué)報，1995（3）：21～24.

[21]黃水清，程 勇，吳際友，等.濕地松無性系種實表型性狀變異研究[J].湖南林業(yè)科技，2018，45（5）：57～62.

[22]石江濤，丁笑紅，王旭軍.濕地松7個無性系木材管胞形態(tài)和木材密度的研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2018，33（2）：188～192.

[23]秦月明，安守芹，黃榮鳳.油松種子園無性系花量和生長量調(diào)查及其評價[J].內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報，1996（1）：9～15.

Study on Nutrition and Reproductive Growth of Male

Sterile Line of Pinus elliottii

Tang Guoqiang1， Chen Xinhua1， Huang Yongli1， Yang Zhangqi2， Chen Hu2， Huang Xuefen1

（1.Nanning Institute of Forestry Science， Wuming， Guangxi 530107， China;

2. Guangxi Academy of Forestry， Nanning， Guangxi 530001， China）

Abstract： The male sterile lines of 21-year-old improved seed orchard of Pinus elliottii and 17 other male fertile lines of Pinus elliottii were used as materials. Variance analysis， genetic parameter estimation， comparative mean and correlation analysis were conducted on tree height， diameter at breast height， crown width， cone yield and male flower volume in improved seed orchard of slash pine. The results showed that there were significant differences in height， diameter at breast height， crown width， cone yield and male flower numbers among clones and in plot construction of 21-year-old improved slash pine seed orchard. The coefficient of variation of each character was between 12.75% and 104.85%; the repeatability of clones ranged from 92.99% to 98.19%， and that of individual plants ranged from 72.64% to 91.58%. Height， diameter at breast height， crown width and cone yield of male sterile clones of Pinus elliottii were ranked 1， 4， 2 and 4 in 18 clones， respectively. It was higher than the average of 15.61%， 9.01%， 18.01% and 46.19% of the clones. There was a significant negative correlation between the number of male flowers and the diameter at breast height， crown width and cone yield. There was a significant positive correlation between cone yield and diameter at breast height. The results indicated that the male sterile lines of Pinus elliottii could be used as good breeding materials for genetic improvement of forest trees， and the yield of male flowers and cones could be used as important reference indexes for selecting superior trees for breeding large diameter wood and high yield seed orchard.

Key words： Pinus elliottii;? male sterility; seed orchard; cone yield; male flower yield