紅松種實(shí)性狀變異及無性系選擇

韓龍海，潘鳳剛，劉洪志，宿效忠，于連軍，張含國(guó)

(1.葦河林業(yè)局青山林木種子園，黑龍江 尚志 150600；2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

紅松(Pinuskoraiensis)主要分布于長(zhǎng)白山、老爺嶺、張廣才嶺、完達(dá)山和小興安嶺，是東北地區(qū)重要的用材與堅(jiān)果樹種，是天然林主要的森林組成樹種[1-3].由于營(yíng)養(yǎng)豐富、含油量高，關(guān)于紅松種子在健康食品[4-5]、食用油加工[6-7]等方面的研究日益增多.已經(jīng)證實(shí)，紅松種子產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)在產(chǎn)地、群體間均存在較大變異[8-11].目前，紅松種子園無性系間種實(shí)形態(tài)和營(yíng)養(yǎng)成分變異的研究報(bào)道較少[12-13]，而紅松無性系偏雌、偏雄現(xiàn)象普遍存在[14]，因此，開展種實(shí)性狀變異分析及優(yōu)良無性系選擇十分必要.本次研究通過調(diào)查葦河1984年?duì)I建的紅松種子園近81個(gè)無性系多年結(jié)實(shí)量和種實(shí)性狀，研究無性系種實(shí)變異規(guī)律；通過穩(wěn)定性和主成分分析選擇出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)良無性系，為當(dāng)?shù)丶t松堅(jiān)果林營(yíng)建及遺傳改良提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料來源

試驗(yàn)地點(diǎn)位于黑龍江省尚志市葦河林業(yè)局(44°40′N，128°03′E)，平均海拔300 m，年降水量666.1 mm，年日照時(shí)間2 552.3 h，7月均溫21.6 ℃，年均溫2.3 ℃，大于5 ℃積溫2 753.2 ℃，年蒸發(fā)量1 084.4 mm.1984年，按順序5錯(cuò)位法建立紅松無性系種子園36.6 hm2，共238個(gè)無性系，每個(gè)無性系29～37株.優(yōu)樹選自鶴北林業(yè)局天然母樹林.

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)查

2019年，調(diào)查8、9、15區(qū)81個(gè)無性系的單株球果數(shù)、單株球果重、單果重、球果長(zhǎng)、球果寬、種子長(zhǎng)、種子寬、種仁重、種皮重、種子重、千粒重、種子粒數(shù)、出種率、出仁率、空殼率.2000年、2011年、2014年調(diào)查球果數(shù)量、球果產(chǎn)量、種子產(chǎn)量、千粒重、出種率、出仁率.其中，球果數(shù)為無性系單株球果數(shù)量；球果產(chǎn)量為無性系單株球果總重；種子產(chǎn)量為無性系單株球果脫粒后種子總重；出種率為種子(含外種皮)質(zhì)量占單個(gè)球果質(zhì)量的比；出仁率為單個(gè)球果種仁質(zhì)量與帶殼種子質(zhì)量比；空殼率為種子空殼數(shù)量與所有種子數(shù)量的比.調(diào)查40個(gè)無性系球果長(zhǎng)、寬，種子長(zhǎng)、寬，用游標(biāo)卡尺測(cè)定，種子的縱軸長(zhǎng)為種長(zhǎng)，垂直種臍、種面的最大橫向?qū)挾葹榉N寬；采用四分法調(diào)查千粒重，取平均值.每個(gè)無性系測(cè)30粒種子，重復(fù)3次.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 22.0和DPS V14.10進(jìn)行數(shù)量性狀統(tǒng)計(jì)和分析，百分率數(shù)據(jù)經(jīng)過反正弦平方根轉(zhuǎn)換.

2 結(jié)果分析

2.1 無性系球果產(chǎn)量

球果調(diào)查結(jié)果顯示：結(jié)實(shí)大于2株的無性系共有51個(gè).單株平均球果數(shù)為6.3個(gè)，排名前10的無性系分別為44、148、42、180、11、200、112、50、62、41號(hào)無性系，平均為10.7個(gè)，大于無性系均值70.7%；單株球果重排名前10的無性系為44、42、11、148、180、200、62、50、112、115號(hào)，平均為1 818.8 g，大于無性系均值69.5%.單株球果數(shù)與單株球果重較高的前10個(gè)無性系基本一致，球果產(chǎn)量無性系間差異不顯著(P球果數(shù)為0.391，P球果重為0.322).

2.2 種實(shí)性狀

81個(gè)無性系種實(shí)性狀方差分析結(jié)果見表1.由表1可知：15個(gè)種實(shí)性狀在81個(gè)無性系間差異極顯著.從整體變異系數(shù)看，除空殼率外，其余性狀變異相對(duì)較小，變幅為2.36%～13.39%.球果重變異較大的無性系有131、68、137、63、40號(hào)，平均為18.8%；變異系數(shù)較小的無性系有74、64、118、2、65號(hào)，平均為1.3%.種子重變異系數(shù)平均為7.4%，變異系數(shù)較大的無性系有60、68、146、56、113號(hào)，平均為17.9%；變異系數(shù)較小的無性系有53、103、66、42、125號(hào)，平均為1.3%.出種率變異系數(shù)平均為8.4%，變異系數(shù)較大的無性系有120、39、61、146、129號(hào)，平均為21.0%；變異系數(shù)較小的無性系有62、45、88001、119、46號(hào)，平均為1.6%.球果長(zhǎng)變異系數(shù)平均為12.2%，變異系數(shù)較大的無性系有38、48、74、58、179號(hào)，平均為18.3%；變異系數(shù)較小的無性系有119、191、63、121、126號(hào)，平均為6.8%.

從優(yōu)到劣對(duì)81個(gè)無性系的9個(gè)種實(shí)質(zhì)量性狀和4個(gè)形態(tài)性狀排序，前15位排序結(jié)果見表2.由表2可知：140號(hào)無性系的9個(gè)質(zhì)量性狀中有7個(gè)表現(xiàn)優(yōu)良，42、58、64號(hào)有6個(gè)性狀表現(xiàn)優(yōu)良，45、48、49、50、200、88010號(hào)有5個(gè)表現(xiàn)優(yōu)良，38、72、116號(hào)有4個(gè)表現(xiàn)優(yōu)良.種實(shí)較重、球果種子較大的無性系有140、42、58、48、49、72號(hào).

表1 81個(gè)無性系種實(shí)性狀方差分析

表2 各性狀排名前15位的無性系與均值比較

2.3 性狀相關(guān)分析

對(duì)81個(gè)無性系球果、種實(shí)11個(gè)性狀進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析，結(jié)果見表3.由表3可知：球果重的無性系種仁重、種皮重、種子重較大，種子粒數(shù)較多，這些性狀與千粒重、出種率之間的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平.由此表明，球果較重的無性系，其千粒重和出種率較高，直接影響到單株種子產(chǎn)量.種子長(zhǎng)與單果重、種子重、千粒重、出種率，以及種子寬與千粒重、空殼率正相關(guān)顯著或極顯著.

表3 紅松種實(shí)性狀相關(guān)性

表3(續(xù))

2.4 多性狀綜合選擇

對(duì)2019年調(diào)查的無性系球果重、種仁重、種皮重、種子重、千粒重、出種率、出仁率、空殼率、種子粒數(shù)、種子質(zhì)量10個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表4.由表4可知：前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.0%，能夠反映種實(shí)性狀的絕大部分信息.F1中球果重、種仁重、種皮重、種子重、出種率、種子粒數(shù)權(quán)重較大，代表了紅松結(jié)實(shí)的“質(zhì)量性狀”；F2與出仁率和空殼率的相關(guān)性較大，代表了“籽粒飽滿性狀”；F3代表千粒重.3個(gè)主成分劃分與性狀相關(guān)性分析結(jié)果基本一致.

表4 紅松種實(shí)性狀主成分分析

根據(jù)成分得分系數(shù)矩陣分別計(jì)算得到3個(gè)主成分計(jì)算公式：

y1=0.154x1+0.18x2+0.177x3+0.186x4+0.069x5+0.147x6+0.047x7-0.068x8+0.161x9+0.08x10，

y2=0.103x1-0.131x2+0.151x3+0.053x4-0.093x5-0.018x6-0.473x7+0.444x8+0.115x9+0.175x10，

y3=-0.033x1-0.02x2+0.061x3+0.037x4+0.837x5+0.039x6-0.18x7+0.04x8-0.42x9+0.077x10，

其中：x1為球果重；x2為種仁重；x3為種皮重；x4為種子重；x5為千粒重；x6為出種率；x7為出仁率；x8為空殼率；x9為種子粒數(shù)；x10為種子質(zhì)量.以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例為權(quán)重，各系數(shù)乘以權(quán)重之和為綜合模型系數(shù)，得出主成分綜合模型：

y=0.118x1+0.083x2+0.156x3+0.136x4+0.132x5+0.095x6-0.101x7+0.063x8+0.075x9+0.101x10.

對(duì)81個(gè)無性系各性狀測(cè)定值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，得到性狀值標(biāo)準(zhǔn)化向量矩陣.將標(biāo)準(zhǔn)化向量分別帶入主成分計(jì)算公式，得到無性系各性狀主成分得分和排名.以10%的入選率選出綜合得分前10%的無性系，共8個(gè)，分別為58、50、88010、42、140、64、45、48號(hào)無性系.入選無性系與總體無性系均值見表5.由表5可知：入選的8個(gè)無性系各性狀表現(xiàn)均優(yōu)于無性系平均值.其中，58號(hào)無性系單果重、種仁重、種子粒數(shù)、出種率表現(xiàn)優(yōu)良；88010和42號(hào)無性系單株產(chǎn)量高；8個(gè)無性系種子重、種仁重、種子粒數(shù)、出種率及種子產(chǎn)量分別大于全部無性系平均值的44.2%、51.8%、25.1%、20.8%及85.0%.

表5 入選無性系種實(shí)性狀分析

2.5 結(jié)實(shí)量多年穩(wěn)定性

利用DPS軟件對(duì)2000、2011、2014、2019年共有的23個(gè)無性系種子產(chǎn)量、球果產(chǎn)量和球果數(shù)量進(jìn)行年度穩(wěn)定性分析，結(jié)果見表6.由表6可知：種子產(chǎn)量豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)較好的無性系是58、60、74、11、47、200、56號(hào).其中，58、60、74號(hào)產(chǎn)量較高，56、200、47號(hào)穩(wěn)定性較好.球果數(shù)量豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的無性系為58、60、74、47號(hào).

表6 種子產(chǎn)量豐產(chǎn)性及穩(wěn)定性

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，葦河林業(yè)局青山紅松種子園無性系間種實(shí)性狀差異顯著，單株球果數(shù)量、球果產(chǎn)量差異不顯著，可能是由于紅松結(jié)實(shí)存在大、小年的規(guī)律[15]，在某些年份容易出現(xiàn)無性系間結(jié)實(shí)量差異不顯著現(xiàn)象.

多性狀綜合分析篩選出的8個(gè)無性系分別為58、50、88010、42、140、64、45、48號(hào)，入選無性系的種子重、種仁重、種子粒數(shù)、出種率及種子產(chǎn)量分別大于全部無性系平均值的44.2%、51.8%、25.1%、20.8%及85.0%，空殼率小于全部無性系均值.產(chǎn)量性狀多年綜合表現(xiàn)優(yōu)良且穩(wěn)定的有58、60、74號(hào)無性系，3個(gè)無性系種子產(chǎn)量分別大于無性系均值32.2%、46.1%、38.0%.

性狀相關(guān)性分析和主成分分析均表明：紅松單株產(chǎn)量與球果重、單果種子重、出種率顯著正相關(guān)，與出仁率、空殼率和千粒重等性狀相關(guān)不顯著.由此說明，紅松種子大小和飽滿程度與種子產(chǎn)量無關(guān)，這與那冬晨[16]的研究結(jié)果一致.紅松的產(chǎn)量性狀和種仁性狀可以分別進(jìn)行選擇，有利于選出產(chǎn)量高、品質(zhì)好的無性系.種子長(zhǎng)與單果重、種子重、千粒重、出種率正相關(guān)顯著，這為紅松果用無性系間接選擇提供了簡(jiǎn)便、快捷的選擇方法.