華北落葉松種子園288個(gè)無(wú)性系種子的品質(zhì)比較

張星偉， 張國(guó)君， 曹延鵬， 劉振林， 徐興興， 楊俊明， 袁德水

(1.河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院/河北省特色園藝種質(zhì)挖掘與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 昌黎 066000；2.鞏義市園林綠化中心， 河南 鞏義 451200； 3.河北省木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)， 河北 圍場(chǎng) 068450)

華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr.)為松科落葉松屬落葉針葉喬木，具有速生、耐寒、耐旱的特點(diǎn)[1-3]，主要分布在河北和山西兩省，是我國(guó)華北地區(qū)重要的造林樹種和經(jīng)濟(jì)用材樹種。20世紀(jì)70年代以來(lái)，華北落葉松進(jìn)行了全國(guó)范圍內(nèi)的種質(zhì)資源的收集和遺傳改良工作[4-6]。然而，受當(dāng)時(shí)優(yōu)樹生長(zhǎng)表型選擇的限制，種子園無(wú)性系間種子的品質(zhì)相差懸殊[7-10]，嚴(yán)重影響著種子園的良種生產(chǎn)。

為了提升落葉松種子園種子的產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)無(wú)性系進(jìn)行再選擇就變得非常必要[11]。由于落葉松種實(shí)性狀與子代生長(zhǎng)不相關(guān)，應(yīng)該在無(wú)性系子代遺傳測(cè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行種子產(chǎn)量和質(zhì)量的選擇[11]。河北圍場(chǎng)華北落葉松種子園已完成了部分無(wú)性系的子代遺傳測(cè)定和2代優(yōu)樹的選擇[12-13]，但對(duì)種子園無(wú)性系的種子產(chǎn)量和質(zhì)量還沒有進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。因此，以河北圍場(chǎng)華北落葉松國(guó)家良種基地1代種子園結(jié)實(shí)豐年的288個(gè)無(wú)性系種子為試材，全面評(píng)價(jià)1代園不同無(wú)性系的種子品質(zhì)，以期為篩選華北落葉松高世代種子園優(yōu)良材料提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

種子園位于冀北山地河北省圍場(chǎng)縣木蘭國(guó)有林場(chǎng)華北落葉松國(guó)家良種基地(北緯41°59′，東經(jīng)117°41′)，年平均溫度4.7 ℃，年平均降雨量460 mm，無(wú)霜期110 d，海拔890 m，屬溫帶大陸季風(fēng)型氣候區(qū)[14]。

1.2 試驗(yàn)材料

種子采自河北圍場(chǎng)華北落葉松國(guó)家良種基地1代種子園2017年結(jié)實(shí)大年的5個(gè)不同種源(河北蔚縣、山西渾源、河北圍場(chǎng)、河北灤平和河北阜平)的288個(gè)無(wú)性系，該種子園于1976—1987年建成。每株采集15～25個(gè)球果，每個(gè)無(wú)性系重復(fù)3次，共864份種子。

1.3 測(cè)定方法

種子千粒重、飽滿率和發(fā)芽率測(cè)定參照張國(guó)君等[9]的方法。

1.4 計(jì) 算

發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算參照張國(guó)君等[9]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20.0的描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析和GLM程序?qū)Σ煌N源和無(wú)性系的種子數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果用平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差(SE)和變異系數(shù)(CV)來(lái)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源的種子品質(zhì)對(duì)比

華北落葉松種子園288個(gè)無(wú)性系來(lái)源于河北和山西5個(gè)不同種源的優(yōu)樹，種源間的種子千粒重、飽滿率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽指數(shù)均存在顯著差異(表1)，其中河北蔚縣無(wú)性系的種子千粒重最大，與河北圍場(chǎng)種源無(wú)顯著差異，河北圍場(chǎng)與河北阜平種源差異也不顯著，但三者均顯著高于河北灤平和山西渾源種源；河北灤平的種子飽滿率最高，顯著高于其他4個(gè)種源，且河北阜平、河北圍場(chǎng)和河北蔚縣3個(gè)種源間差異不顯著；河北蔚縣種源的無(wú)性系發(fā)芽指數(shù)最高，其次為山西渾源，均顯著高于其他3個(gè)種源，河北圍場(chǎng)、河北灤平和河北阜平這3個(gè)種源間無(wú)顯著差異。

表1 華北落葉松種子園不同種源種子的品質(zhì)

2.2 不同無(wú)性系種子品質(zhì)比較

華北落葉松種子園288個(gè)無(wú)性系間的種子千粒重、飽滿率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽指數(shù)均存在顯著差異(表2)，且發(fā)芽指數(shù)的變異系數(shù)最大，為34.89%；發(fā)芽率的變異系數(shù)最小，為10.52%。

表2 華北落葉松種子園288個(gè)無(wú)性系種子品質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1種子千粒重

華北落葉松種子園不同無(wú)性系千粒重為3.512 7～7.262 8 g，平均值為5.367 4 g。僅6個(gè)無(wú)性系202、205、207、210、211和261的千粒重小于4.000 0 g(圖1)，288個(gè)無(wú)性系中高于平均值的無(wú)性系有136個(gè)，高于6.500 0 g的無(wú)性系有21個(gè)。

圖1 華北落葉松種子園不同無(wú)性系的千粒重Fig.1 Comparison of 1000-seed weight of different clones in seed orchards of Larix principis-rupprechtii

2.2.2種子飽滿率

華北落葉松種子園種子的飽滿率范圍在40.89%～95.55%之間，平均值為71.35%，288個(gè)無(wú)性系的飽滿率近正態(tài)分布，位于62.5%～82.5%的占75%以上，高于72.5%的無(wú)性系有131個(gè)(圖2)。

圖2 華北落葉松種子園不同無(wú)性系的種子飽滿率分布頻率Fig.2 Distribution frequency of seed fullness in different clones of seed orchards of Larix principis-rupprechtii

2.2.3發(fā)芽率

華北落葉松種子園無(wú)性系種子的發(fā)芽率平均值為87.39%(表2)，288個(gè)無(wú)性系中發(fā)芽率高于60%的占98%以上，僅有5個(gè)無(wú)性系114、178、205、210和260的發(fā)芽率在50%～60%之間(圖3)。

圖3 華北落葉松種子園不同無(wú)性系的發(fā)芽率Fig.3 Comparison of germination rate of different clones in seed orchards of Larix principis-rupprechtii

2.2.4種子發(fā)芽時(shí)間

華北落葉松種子園種子發(fā)芽時(shí)間為1.72～11.22 d(表2)，288個(gè)無(wú)性系平均發(fā)芽時(shí)間有90%以上的無(wú)性系在7 d內(nèi)，僅有4個(gè)無(wú)性系191、195、196和203的發(fā)芽時(shí)間超過(guò)9 d(圖4)。

圖4 華北落葉松種子園不同無(wú)性系的平均發(fā)芽時(shí)間Fig.4 Comparison of mean germination time of different clones in seed orchards of Larix principis-rupprechtii

2.2.5種子發(fā)芽勢(shì)

華北落葉松不同無(wú)性系種子在發(fā)芽高峰期內(nèi)的發(fā)芽率為6%～96%，發(fā)芽勢(shì)高于平均值70.53%的無(wú)性系有150個(gè)，有85%以上的無(wú)性系芽勢(shì)高于60%(圖5)。

2.3 性狀間的相關(guān)分析

種子千粒重和種子發(fā)芽指數(shù)顯著正相關(guān)，且兩者與飽滿率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽時(shí)間均存在顯著相關(guān)(表3)，其中千粒重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均與發(fā)芽時(shí)間顯著負(fù)相關(guān)。

表3 華北落葉松種子園不同無(wú)性系種子品質(zhì)之間的相關(guān)性

2.4 種子的萌發(fā)特性綜合分析

綜合考慮種子的發(fā)芽率和發(fā)芽時(shí)間，通過(guò)發(fā)芽指數(shù)對(duì)種子園無(wú)性系進(jìn)行綜合分析(表4)。288個(gè)無(wú)性系中有125個(gè)無(wú)性系的發(fā)芽指數(shù)大于群體平均值11.61，其中無(wú)性系256、93、85、86、90、267、97和46的發(fā)芽指數(shù)最高，均大于20；無(wú)性系217、191、196、203、199、210、200、195和205的發(fā)芽指數(shù)最小，均低于6。

表4 華北落葉松種子園288個(gè)無(wú)性系種子的發(fā)芽指數(shù)Table 4 Comparison of germination indices of 288 clonal seeds in seed orchards of Larix principis-rupprechtii

圖5 華北落葉松種子園不同無(wú)性系的種子發(fā)芽勢(shì)分布頻率Fig.5 Comparison of distribution frequency of seed germination potential in different clones of seed orchards of Larix principis-rupprechtii

3 結(jié)論與討論

不同種源在河北圍場(chǎng)種子園的種子品質(zhì)表現(xiàn)不同，其中河北蔚縣種源無(wú)性系在圍場(chǎng)種子園的種子千粒重和發(fā)芽指數(shù)均最高；山西渾源種源無(wú)性系的種子千粒重和飽滿率最小，但發(fā)芽指數(shù)僅次于河北蔚縣；河北圍場(chǎng)、河北灤平和河北阜平種源的無(wú)性系種子品質(zhì)相差不大。不同地理種源的種子品質(zhì)不同[9]，本試驗(yàn)種子園位于北部種子區(qū)(GB 8822.10—88)[15]，即使來(lái)源于中部種子區(qū)的河北阜平種源無(wú)性系種子品質(zhì)也表現(xiàn)得與河北圍場(chǎng)種源相似，但種子園種子千粒重平均值為5.367 4 g，高于6.500 0 g的無(wú)性系僅有21個(gè)，與中部種子區(qū)存在差異[16]。華北落葉松種子園不同無(wú)性系間種子的品質(zhì)存在差異，與長(zhǎng)白落葉松種子園和日本落葉松種子園結(jié)論一致[10,17]。而且，種子品質(zhì)的差異主要受遺傳的影響[11]，說(shuō)明華北落葉松種子園無(wú)性系選擇價(jià)值潛力大，為2代種子園優(yōu)良無(wú)性系的篩選提供了基礎(chǔ)。尤其是發(fā)芽指數(shù)大于群體平均值的125個(gè)無(wú)性系可以作為下一代種子園選擇的重點(diǎn)。

另外，種子的千粒重和發(fā)芽率等品質(zhì)受地理?xiàng)l件和樹木個(gè)體環(huán)境的影響很大[18]。Parker等[19]對(duì)北美喬松半同胞家系種子的研究發(fā)現(xiàn)，種子千粒重影響苗木的早期大小。而幼苗在第一年生長(zhǎng)季節(jié)中的高度和地徑對(duì)造林后田間生長(zhǎng)有顯著影響[20]。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 7908—1999)[21]中的發(fā)芽率，華北落葉松1代種子園中288個(gè)無(wú)性系中有283個(gè)發(fā)芽率高于60%，為Ⅰ級(jí)種子，僅有5個(gè)無(wú)性系的種子屬于Ⅱ級(jí)。而且，種子園無(wú)性系的發(fā)芽高峰出現(xiàn)在第5天，有90%以上的無(wú)性系平均發(fā)芽時(shí)間在7 d內(nèi)，與馬常耕等[22]的研究相似。因此，進(jìn)行種子園優(yōu)良無(wú)性系選擇時(shí)，在考慮萌發(fā)特性的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量選擇種子千粒重大的無(wú)性系。

人工輔助授粉可以提高千粒重等種子品質(zhì)[23]，但對(duì)飽滿率影響不大。授粉不足、胚胎退化和自交不親和等原因均可能導(dǎo)致種子空粒[24-26]，降低種子飽滿率。另外，鑒于落葉松具有雜交優(yōu)勢(shì)，雜交種子園可能會(huì)有巨大的發(fā)展?jié)摿26-27]。當(dāng)然，無(wú)論何種類型的種子園，優(yōu)良無(wú)性系不僅要求種子的產(chǎn)量與質(zhì)量高，更重要的是其子代生長(zhǎng)表現(xiàn)優(yōu)良。因此，種子園優(yōu)良無(wú)性系的篩選應(yīng)在子代遺傳測(cè)定的基礎(chǔ)上結(jié)合結(jié)實(shí)和種子品質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行。當(dāng)然，隨著落葉松多組學(xué)的研究[28-29]，今后有望從分子輔助育種角度對(duì)種子園優(yōu)良無(wú)性系的篩選進(jìn)行探索。