膨大劑處理對(duì)樟子松種實(shí)性狀的影響

徐玉金 王喜和 李平揚(yáng) 李玉磊 李德堯 吳蘊(yùn)洋 孫 權(quán) 葛麗麗 趙曦陽(yáng)*

（1. 東北林業(yè)大學(xué)，林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040；2. 長(zhǎng)白山森工集團(tuán)有限公司汪清林業(yè)分公司親和種子園管理站，汪清 133200；3. 吉林省臨江林業(yè)局，臨江 134600）

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是能夠調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的激素類化學(xué)物質(zhì)，在果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，會(huì)受到許多生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的調(diào)控，常見的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑有氯吡脲（CPPU）、復(fù)硝酚鈉、奈乙酸鈉鹽和赤霉素等。膨大劑屬于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑中的一類，其機(jī)理主要是刺激細(xì)胞，使果實(shí)細(xì)胞分裂、分化。王禮文等研究膨大劑對(duì)葡萄（的影響，研究結(jié)果表明使用膨大劑對(duì)于提高葡萄品質(zhì)有顯著作用，吳素芳等對(duì)于膨大劑在獼猴桃（各個(gè)方面的作用都有分析，表明膨大劑對(duì)于植物生長(zhǎng)、果實(shí)發(fā)育等方面都有影響。不同的植物所選取的膨大劑的組分有差別，常見的有CPPU、腺嘌呤、-萘乙酸鈉（-NA）等。本研究采用CPPU、-NA 2 種膨大劑，這2 種膨大劑均屬于廣譜、高效、低毒的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。CPPU 作為一種新型高效植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，其生長(zhǎng)促進(jìn)作用效果優(yōu)異，進(jìn)而也被廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究主要集中在獼猴桃、葡萄和草莓（等植物。而-NA 可經(jīng)葉片、樹枝的嫩表皮、種子進(jìn)入到植株內(nèi)，隨營(yíng)養(yǎng)流輸送到全株，促進(jìn)座果、生根和果實(shí)膨大等。-NA 也可增強(qiáng)植物的抗逆性，例如在蘋果采收前10 d 用5～20 ng·L的-NA 藥液進(jìn)行整株噴施，可以起到減少落果的作用。關(guān)于-NA 的相關(guān)研究主要集中在辣椒（）、馬鈴薯（、茄子（等作物。

樟子松（var），又稱蒙古赤松，為松科（Pinaceae）松屬（）多年生常綠喬木，是重要的用材樹種、園林綠化及造林樹種。它主要分布于我國(guó)的大興安嶺海拔400～900 m的山區(qū)和呼倫貝爾沙地、砂丘和山脊等困難立地，在俄羅斯和我國(guó)內(nèi)蒙古土壤含水量少的石礫砂土干旱地區(qū)和草原地區(qū)也有零星分布。樟子松的樹干通直，顏色材質(zhì)紋理等品質(zhì)良好，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，不僅可供建筑、家具、木質(zhì)器皿等用材，還因含有樹脂，提取松香。樟子松樹形美觀，是園林綠化、庭院觀賞中常見樹種。此外，樟子松具有耐寒、耐干旱、耐貧瘠、生長(zhǎng)迅速以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)良特性，在沙地以及半干旱地區(qū)，常被作為主要造林樹種。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善、木材產(chǎn)量的需求越來(lái)越高，但樟子松存在育種周期長(zhǎng)、周期性結(jié)實(shí)、天然授粉效果差等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響樟子松種子的重量與產(chǎn)量，進(jìn)一步影響樟子松的大面積推廣和應(yīng)用。

本研究借鑒農(nóng)作物與果樹的經(jīng)驗(yàn)，首次利用膨大劑在樟子松不同無(wú)性系的開花與結(jié)實(shí)過(guò)程進(jìn)行處理，對(duì)獲得的球果與種子性狀進(jìn)行測(cè)定與分析，以期獲得提高樟子松種子產(chǎn)量的生理手段，為樟子松的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)提供依據(jù)。有利于為樟子松的種子園科學(xué)管理、種實(shí)性狀的改良提供新的策略，為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于吉林省延邊朝鮮族自治州汪清縣親和種子園（129°51′E、43°06′N），平均海拔806 m，屬于大陸性中溫帶多風(fēng)氣候，年平均氣溫3.9 ℃，年均降水量為580 m，無(wú)霜期為125 d，年日照時(shí)間為2 700 h。試驗(yàn)利用種子園收集區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)林采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，株行距為5 m×5 m。選擇4 號(hào)、7 號(hào)和9 號(hào)3 個(gè)無(wú)性系進(jìn)行此試驗(yàn)，每個(gè)無(wú)性系選擇無(wú)病蟲害、生長(zhǎng)正常的植株進(jìn)行試驗(yàn)，2 株一組，在第1 年（2018）的花期（5-6月）、第2 年（2019）的幼果期（1-2 月、5 月）進(jìn)行處理，各處理方法見表1，處理1 為對(duì)照，膨大劑類型選擇CPPU 和-NA 2 種，利用邦農(nóng)—廣譜高效展著劑（D）配合使用。

表1 膨大劑處理因素和水平Table 1 The factors table of Cone-expander treatment

1.2 指標(biāo)測(cè)定方法

于2019 年9 月末對(duì)樟子松球果進(jìn)行采摘，分別裝袋標(biāo)記。每個(gè)無(wú)性系各處理隨機(jī)取30 個(gè)球果，對(duì)球果長(zhǎng)（mm）、球果寬（mm）、球果重（g）、單果出籽量、單果出籽重（g）等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；各無(wú)性系每個(gè)處理隨機(jī)選擇60 個(gè)種子，進(jìn)行種長(zhǎng)（mm）、種寬（mm）、翅長(zhǎng)（mm）、翅寬（mm）等指標(biāo)測(cè)定；其中球果長(zhǎng)、球果寬、種長(zhǎng)、種寬、翅長(zhǎng)、翅寬等用游標(biāo)卡尺（精確到0.01 mm）測(cè)定；球果重及單果出籽重用電子天平（精確到0.000 1 g）測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

所有統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS 19、Excel 2019 軟件進(jìn)行分析。其中球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量、單果出籽重、種長(zhǎng)、種寬、翅長(zhǎng)和翅寬的方差分析模型為：

式中：y表示無(wú)性系在處理下的表現(xiàn)；表示總體均值；α表示無(wú)性系效應(yīng)；β表示處理效應(yīng)；αβ表示無(wú)性系與處理的交互作用；ε表示隨機(jī)誤差。

表型變異系數(shù)（）計(jì)算公式：

各性狀的重復(fù)力采用如下公式計(jì)算：

式中：為某一性狀重復(fù)力；為方差分析中的值。

表型相關(guān)系數(shù)的計(jì)算利用公式：

利用布雷金多性狀綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)各無(wú)性系進(jìn)行多性狀綜合評(píng)定和選擇，其具體公式如下：

式中：Q為各性狀綜合評(píng)定值；a=X/X，其中為綜合評(píng)價(jià)值，為X某一性狀的平均值，X為某一性狀的最優(yōu)值，為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；

現(xiàn)實(shí)增益的估算采用如下公式：

式中：Δ為某一性狀的現(xiàn)實(shí)增益；為選擇差；為該性狀群體均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨大劑處理后的樟子松種實(shí)性狀的均值分析

不同處理?xiàng)l件下樟子松所有無(wú)性系種實(shí)性狀均值見表2。經(jīng)膨大劑處理后的樟子松種實(shí)性狀各項(xiàng)數(shù)據(jù)的平均值均大于對(duì)照組（CK），并且各處理的球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量、單果出籽重和種長(zhǎng)等均大于CK，在處理2條件下，樟子松的球果重表現(xiàn)較優(yōu)，為對(duì)照的1.62 倍；處理5 中單果出籽量最多，為對(duì)照的1.52 倍；處理7 的單果出籽重最大，為對(duì)照的1.63倍。

表2 膨大劑處理后樟子松種實(shí)性狀的均值Table 2 Mean value of seed characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.2 膨大劑處理后的樟子松種實(shí)性狀方差分析

不同處理?xiàng)l件下各無(wú)性系各測(cè)定指標(biāo)方差分析結(jié)果見表3。除球果寬在處理間以及單果出籽重、翅長(zhǎng)在無(wú)性系間差異不顯著外，其余變異來(lái)源均達(dá)顯著水平（＜0.05）。而球果重、單果出籽量、種長(zhǎng)和種寬在各變異來(lái)源均達(dá)極顯著水平（＜0.01）。

表3 膨大劑處理后的樟子松種實(shí)性狀方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance of seed characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.3 樟子松種實(shí)性狀表現(xiàn)及表型變異參數(shù)

膨大劑處理后的樟子松各性狀遺傳變異參數(shù)分析見表4。膨大劑處理后的樟子松各性狀表型變異系數(shù)為6.45%～33.88%，其中單果出籽重變異系數(shù)最大，而翅長(zhǎng)變異系數(shù)最?。磺蚬誀畋硇妥儺愊禂?shù)均超過(guò)10%，種子各性狀的表型變異系數(shù)均低于10%。不同處理間除球果寬外，各指標(biāo)的重復(fù)力均高于0.50，屬于高等水平重復(fù)力。

表4 膨大劑處理下的樟子松各性狀遺傳變異參數(shù)Table 4 Genetic variation parameters of various characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.4 膨大劑處理后的樟子松各項(xiàng)處理間的相關(guān)分析

膨大劑處理后樟子松不同性狀間的相關(guān)系數(shù)見圖1。球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量和單果出籽重等5 個(gè)指標(biāo)間均達(dá)極顯著正相關(guān)（0.26＜＜0.86）；種長(zhǎng)、種寬和翅長(zhǎng)3 個(gè)指標(biāo)間均達(dá)極顯著正相關(guān)（0.18＜＜0.43），而種長(zhǎng)、種寬與球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量以及單果出籽重相關(guān)性均不顯著（0.001＜＜0.16）；翅長(zhǎng)除與球果長(zhǎng)（=0.19）、球果寬（=0.19）相關(guān)達(dá)顯著水平外，與其他指標(biāo)均達(dá)極顯著正相關(guān)（0.18＜＜0.43）；翅寬與球果長(zhǎng)（=0.064）、種寬（=0.02）相關(guān)性不顯著，與球果重（=0.23）、種長(zhǎng)（=0.20）呈顯著正相關(guān)，與球果重、單果出籽量、單果出籽重、翅長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)（0.32＜＜0.53）。

圖1 膨大劑處理后樟子松不同性狀間的相關(guān)性A.球果長(zhǎng)；B.球果寬；C.球果重；D.單果出籽量；E.單果出籽重；F.種長(zhǎng)；G.種寬；H.翅長(zhǎng)；I.翅寬Fig.1 Correlation analysis of different traits of P.sylvestris treated with fruit-expanderA.Cone length；B.Cone width；C.Cone weight；D.Number of seed per cone；E.Seed weight；F.Seed length；G.Seed width；H.Wing length；I.Wing width

2.5 膨大劑處理后的樟子松綜合評(píng)價(jià)

利用球果長(zhǎng)、球果寬和球果重等3個(gè)球果性狀為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各項(xiàng)處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，Q值見表5。以10%的入選率對(duì)各項(xiàng)處理進(jìn)行選擇，處理2入選最佳處理，入選的處理中3個(gè)樟子松無(wú)性系球果長(zhǎng)、球果寬和球果重的平均值分別為47.43 mm、23.21 mm和8.18 g，較總體平均值分別高11.81%、6.41% 和24.35%，現(xiàn)實(shí)增益分別為11.81%、4.65%和24.35%。

表5 膨大劑處理后樟子松球果性狀綜合評(píng)價(jià)Table 5 The comprehensive evaluation of P. sylvestris cones treated with fruit-expander

利用單果出籽量、單果出籽重、種長(zhǎng)、種寬、翅長(zhǎng)和翅寬6 個(gè)種實(shí)性狀為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各項(xiàng)處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，Q值見表6。以10%的入選率對(duì)各項(xiàng)處理進(jìn)行選擇，處理5 入選最佳處理，入選處理的樟子松無(wú)性系單果出籽量、單果出籽重、種長(zhǎng)、種寬、翅長(zhǎng)和翅寬平均值分別為30.89 個(gè)、0.22 g、4.12 mm、2.88 mm、18.03 mm 和5.61 mm，分別較總體平均值高21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.33%和2.16%，現(xiàn)實(shí)增益分別為21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.30%和2.16%。

表6 膨大劑處理后樟子松種實(shí)性狀綜合評(píng)價(jià)Table 6 The comprehensive evaluation of seed traits of P.sylvestris treated with fruit-expander

3 討論

植物激素在器官發(fā)生的過(guò)程中是非常必要的，利用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)提高林業(yè)生產(chǎn)力是一條有效的途徑。不同的膨大劑種類對(duì)植物種子和果實(shí)發(fā)育影響不同，在果實(shí)的生長(zhǎng)與發(fā)育方面，錢巍等研究發(fā)現(xiàn)獼猴桃經(jīng)CPPU 處理后單果質(zhì)量增效46.21%；張紅菊等研究發(fā)現(xiàn)一定濃度的-NA 能夠顯著提高了辣椒生育后期的單果重，降低其落花落果率。本研究中，施用CPPU和-NA發(fā)現(xiàn)可顯著提高樟子松球果與種子性狀，說(shuō)明合理施用膨大劑，對(duì)樟子松球果與種子發(fā)育有較好效果。在王禮文等對(duì)“紅地球”葡萄的研究中發(fā)現(xiàn)膨大劑國(guó)光動(dòng)力在800 倍濃度處理下能夠明顯的提高葡萄的橫徑與單果穗重，紅提大寶在2 000倍濃度處理下能夠明顯的提高葡萄縱徑與單果重。此外，膨大劑濃度對(duì)果實(shí)發(fā)育也有很大影響。錢巍等在不同濃度CPPU 對(duì)“徐香”獼猴桃研究中，發(fā)現(xiàn)10 mg·L濃度顯著促進(jìn)獼猴桃的單果重量的增長(zhǎng)速率，隨著濃度增加獼猴桃的單果重量下降，果形指數(shù)也顯著降低。本研究中，CPPU 10 mg·L處理對(duì)促進(jìn)樟子松球果發(fā)育的效果顯著，樟子松球果長(zhǎng)和球果重均達(dá)到最大值，但是當(dāng)CPPU 為30 mg·L時(shí)，球果的各項(xiàng)指標(biāo)均降低，表明激素質(zhì)量濃度過(guò)高可能會(huì)抑制球果發(fā)育，與上述錢巍等的研究結(jié)果一致。而-NA 可以顯著促進(jìn)種子發(fā)育，當(dāng)-NA的處理質(zhì)量濃度為10 mg·L時(shí)樟子松的單果出籽量和單果出籽重皆達(dá)到最大值，但是隨著質(zhì)量濃度過(guò)高，呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，與CPPU 的變化趨勢(shì)一致，這可能是因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度膨大劑處理使植株座果率提高，導(dǎo)致光合產(chǎn)物在單位庫(kù)中的積累變小，所以導(dǎo)致其球果質(zhì)量與結(jié)實(shí)量下降，這與卜青山等對(duì)馬鈴薯的研究結(jié)果相近。本研究發(fā)現(xiàn)兩種膨大劑均能使樟子松球果膨大、單果出籽重以及出籽量明顯增加，處理效果顯著高于對(duì)照。本試驗(yàn)中設(shè)置的CPPU 和-NA 的質(zhì)量濃度偏高，在下一步研究中應(yīng)降低質(zhì)量濃度梯度，以探究更適合的膨大劑處理質(zhì)量濃度。此外，試驗(yàn)結(jié)果表明膨大劑與展著劑結(jié)合并沒有單獨(dú)施用膨大劑的效果明顯，因此在接下來(lái)的試驗(yàn)中可以考慮不再施用這種組合。

在林木育種研究中，方差分析是評(píng)估變異幅度的重要方法。本研究中各指標(biāo)在處理與無(wú)性系的交互作用間差異大部分達(dá)到顯著水平（＜0.05），說(shuō)明膨大劑處理對(duì)于樟子松的結(jié)實(shí)具有顯著影響。遺傳變異系數(shù)是衡量相關(guān)生長(zhǎng)性狀遺傳變異潛力的有效指標(biāo)，變異系數(shù)的大小反映群體的變異程度，表型變異系數(shù)大、重復(fù)力高，表明各變異受遺傳因素控制強(qiáng)，這對(duì)林木育種策略制定具有十分重要的作用。在膨大劑處理下的樟子松各性狀遺傳變異參數(shù)分析中球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量和單果出籽重存在較大的表型變異系數(shù)（14.04～33.88），表明膨大劑處理后的樟子松球果等性狀間存在豐富的遺傳變異；其中單果出籽重的表型變異系數(shù)最大，為33.88%，說(shuō)明在此處理?xiàng)l件下，單果出籽重性狀的選擇潛力要高于樟子松其他性狀，單果出籽重更適宜作為樟子松膨大劑處理的選擇因子。相關(guān)系數(shù)代表不同性狀之間的關(guān)聯(lián)程度，對(duì)了解不同測(cè)定指標(biāo)之間的關(guān)系具有重要作用。相關(guān)分析顯示球果長(zhǎng)、球果寬、球果重、單果出籽量、種翅長(zhǎng)、種翅寬與單果出籽重間均存在極顯著的正相關(guān)（＜0.01），這與王婭麗等對(duì)云杉的研究類似，表明球果性狀與單果出籽重也存在密切的關(guān)系，但是單果出籽重與種子長(zhǎng)寬相關(guān)均未達(dá)顯著水平，在張連生等對(duì)落葉松的研究中也有所體現(xiàn)。

綜合評(píng)價(jià)可以對(duì)多個(gè)性狀同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇出的優(yōu)良處理效果最佳。本研究在對(duì)各處理的評(píng)價(jià)過(guò)程中，基于球果性狀與種子性狀初步共選出2 個(gè)優(yōu)良處理：處理2（CPPU 10 mg·L）和處理5（-NA 10 mg·L）。在林木育種中，現(xiàn)實(shí)增益是衡量選擇效果的最重要的參數(shù)之一，它反映出優(yōu)良處理比整體均值增加的收獲量，本研究入選的優(yōu)良處理2（CPPU 10 mg·L）的球果長(zhǎng)、球果寬和球果重的現(xiàn)實(shí)增益分別為11.81%、4.65%和24.35%，而優(yōu)良處理5（-NA 10 mg·L）的單果出籽量、單果出籽重、種長(zhǎng)、種寬、翅長(zhǎng)和翅寬6 個(gè)種實(shí)性狀的現(xiàn)實(shí)增益分別為21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.33%和12.16%，入選處理在球果重、單果出籽量和單果出籽重顯現(xiàn)較高的現(xiàn)實(shí)增益，可以為樟子松種子園的遺傳改良提供參考意見，但是由于選擇方法為綜合評(píng)價(jià)法，種長(zhǎng)、翅長(zhǎng)、翅寬等表型變異系數(shù)較低，且入選處理這幾個(gè)性狀表現(xiàn)不佳，因此部分性狀現(xiàn)實(shí)增益較低，與李上前和管蘭華等有關(guān)生長(zhǎng)性狀現(xiàn)實(shí)增益的研究結(jié)果類似。所以在優(yōu)良處理的選擇中應(yīng)根據(jù)育種目標(biāo)進(jìn)行性狀綜合分析，對(duì)遺傳穩(wěn)定的多數(shù)性狀進(jìn)行聯(lián)合選擇，可以最穩(wěn)定地取得最大限度的增產(chǎn)效益。

在今后的樟子松種子園經(jīng)營(yíng)管理中，為了生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的球果和種子，最佳的膨大劑處理方式是根據(jù)其生物學(xué)特性選擇適宜的處理濃度，且處理后要對(duì)樟子松進(jìn)行科學(xué)精心的管護(hù)。因此，樟子松經(jīng)膨大劑處理后，可以通過(guò)疏伐來(lái)調(diào)整林分密度和樹冠大小來(lái)建立良好的冠形結(jié)構(gòu)，調(diào)整其郁閉度大小、增加樟子松的空間利用率，改善其光照條件，增強(qiáng)樟子松對(duì)病蟲害的抵抗能力，人工輔助授粉、促進(jìn)花芽分化，提高球果的產(chǎn)量和種子質(zhì)量等，為樟子松遺傳育種的持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)備物質(zhì)和技術(shù)條件。