不同種源蒙古櫟種子及其苗期生長性狀變異研究

李祉漪，戰(zhàn) 昊，張家榕，雷鳴雷，楊立東，李亞亞，陸秀君，張曉林*

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，遼寧 沈陽 110161；2.朝陽市森林病蟲害防治檢疫站，遼寧 朝陽 122000； 3.清原滿族自治縣國有楊樹崴林場，遼寧 撫順 113300)

蒙古櫟(Quercusmongolica)，又名蒙櫟，柞櫟，柞樹，屬殼斗科(Fagaceae)櫟屬(Quercus)，是國家二級珍貴樹種，在我國華北、東北10個省、市、自治區(qū)均有分布[1]。其木材堅硬耐腐，可作為建筑材料，葉片和樹皮有很高藥用價值[2]，是用途廣泛的經(jīng)濟(jì)型樹種。同樹種不同分布區(qū)的遺傳特性有很大差異，這種與地理分布相聯(lián)系的變異，稱之為地理變異[3]。地理變異表現(xiàn)在植物的表型性狀和生理性狀等方面，種源試驗則是通過觀察，發(fā)現(xiàn)優(yōu)良性狀與地理種源的變異規(guī)律，從而做到林木遺傳性狀改良[4]。表型性狀觀測是研究植物遺傳多樣性最直觀簡單的方法[5]，生理性狀需要借助特定儀器進(jìn)行測量分析。關(guān)于蒙古櫟的種源試驗，我國已有學(xué)者在吉林省不同生態(tài)區(qū)11個種源采種，對樹高、地徑等生長指標(biāo)進(jìn)行測量，最終選出各生態(tài)區(qū)的優(yōu)良種源[6]。在不同種源蒙古櫟生理特征差異方面，有學(xué)者選取5個蒙古櫟種源，對其苗木葉片的氣體交換特征、柵欄組織厚度和光合色素進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)不同種源葉片結(jié)構(gòu)和光合特性存在差異，并選出江密峰種源應(yīng)用潛力最大[7]。也有對其他樹種如胡桃楸(Juglansmandshurica)[8]、元寶槭(Acertruncatum)[9]、東北杏(Prunusmandshurica)[10]、山桐子(Idesiapolycarpa)[11]、紅櫟(Quercusrubra)[12]、文冠果(Xanthocerassorbifolium)[13]等進(jìn)行了種源變異的相關(guān)研究。目前，天然蒙古櫟林已被過度采伐，資源的枯竭導(dǎo)致森林生態(tài)被破壞，相關(guān)產(chǎn)業(yè)資源短缺，開展蒙古櫟人工林培育迫在眉睫。有針對性地推廣蒙古櫟人工林培育成為蒙古櫟研究熱點[14]。本研究通過對遼寧地區(qū)7個不同地理種源的蒙古櫟種子和幼苗的表型性狀試驗，測量了種子長徑、短徑、千粒重(質(zhì)量，下同)、苗高、地徑、側(cè)枝數(shù)、葉脈數(shù)、頂芽體積、生物量一系列指標(biāo)，采用方差分析法處理數(shù)據(jù),綜合種子和苗期的表型性，狀探索不同種源變異規(guī)律，從而為篩選生長發(fā)育良好的蒙古櫟優(yōu)質(zhì)種源提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地及種源地概況

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)營造的蒙古櫟種源地內(nèi)進(jìn)行(41.481 18°N、123.253 12°E)，海拔41.45 m,屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫6.2～9.7 ℃，年降水量600～800 mm。該試驗地于2019年播種，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，株行距0.1 m×0.2 m，試驗區(qū)四周設(shè)有同種樹0.5 m寬保護(hù)行，防止邊行效應(yīng)，提高試驗精度。

在遼寧省蒙古櫟分布區(qū)收集了7個種源。種源地理分布跨度為120.303 37°-125.169 61°E、40.136 73°-42.738 35°N。分別是丹東市，西豐縣，彎甸子鎮(zhèn)，堿廠鎮(zhèn)，草河口鎮(zhèn)，朝陽縣和普樂堡鎮(zhèn)(表1)。

表1 各種源地名稱縮寫及地理位置信息

1.2 研究方法

1.2.1 種子千粒重和表型性狀測定 用游標(biāo)卡尺測量種子最長處和最寬處，精確到0.01 mm，作為種子長和寬數(shù)據(jù)。將各種源蒙古櫟種子充分混合均勻，隨機(jī)取出100粒，重復(fù)3次取平均值，折算成千粒重。

1.2.2 幼苗生長指標(biāo)測定 2020年10-12月，各種源中隨機(jī)選取100株長勢一致的幼苗,共計700株，標(biāo)號，測量苗高、地徑、側(cè)枝數(shù)、葉脈數(shù)、頂芽體積及生物量。苗高和地徑分別用卷尺和游標(biāo)卡尺測量，讀數(shù)分別精確到0.1 cm和0.01 mm。數(shù)側(cè)枝數(shù)。取每株幼苗頂端葉片2～4片，數(shù)葉脈數(shù)， 取平均值。借助imagej軟件測算頂芽的莖和高，用圓錐體體積公式計算頂芽體積。取樣后苗木用清水洗凈，分為葉、莖、根與裁剪，后裝入信封。放進(jìn)烘箱，105 ℃下殺青30 min，70 ℃烘干至恒重。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用S-N-K多重比較法、Duncan、LSD、變異系數(shù)分析、方差分析等方法處理種子和苗期所有數(shù)據(jù)。綜合評價用隸屬函數(shù)綜合分析法，將種源按其隸屬度大小排序，選出遼寧地區(qū)優(yōu)良種源。

統(tǒng)計軟件：SPSS 22.0、Excel 2019；作圖軟件:SigmaPlot14.0。

變異系數(shù)計算公式：變異系數(shù)C·V=(標(biāo)準(zhǔn)偏差SD/平均值Mean)×100%。

隸屬度計算公式：隸屬度U(Xi)=(測定指標(biāo)Xi-最小值Xmin)/(最大值Xmax-最小值Xmin)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒙古櫟種子表型性狀變異分析

對7個種源蒙古櫟種子表型性狀進(jìn)行方差分析(表2)，種間P均小于0.01，說明不同種源間蒙古櫟種子各表型性狀差異極顯著。

對7個種源蒙古櫟種子表型性狀進(jìn)行多重比較分析。其中，JCZ種源地長徑值最大20.27 mm，與其他種源差異性顯著(P<0.05)。其次為DDS種源地19.53 mm，最小值為PLBZ種源地17.63 mm。短徑最大值為XFX種源地15.79 mm，較其他種源達(dá)到顯著差異(P<0.05)。其次為CYX和JCZ種源地，分別為15.65 mm和15.32 mm。DDS種源地種子長寬比值最大，達(dá)到1.34，較總均值高出5.55%，較最小值種源高出12.2%。DDS、JCZ、WDZZ種源地種子長寬比顯著高于其他4個種源地(P<0.05)。XFX種源地種子長寬比為最小值1.19。7個種源間千粒質(zhì)量差異均顯著(P<0.05)，JCZ種源地值最大3 074.05 g，較千粒質(zhì)量總均值高11.9%，較千粒質(zhì)量最小值種源高27.4%。CHKZ種源地千粒質(zhì)量最小值，2 412.66 g。

2.2 蒙古櫟種子表型性狀變異系數(shù)分析

對各種源蒙古櫟種子表型性狀進(jìn)行變異系數(shù)分析(表3)。在7個種源間，長徑變異系數(shù)在8.13%～13.14%，最小在XFX，最大在PLBZ。短徑變異系數(shù)在8.26%～12.145%,最小在XFX，最大在WDZZ。千粒重變異系數(shù)在0.09%～0.27%，種間變異不大?？傮w上，XFX種源地蒙古櫟種子性狀變異系數(shù)最小6.07%，其次是JCZ種源地7.68%，說明2個種源的種子表型性狀較為平均。CHKZ種子的種間變異系數(shù)最大18.17%，說明CHKZ蒙古櫟種子存在豐富的變異。

表2 不同種源蒙古櫟種子表型性狀多重比較分析

表3 不同種源蒙古櫟種子表型性狀變異系數(shù)分析

種源內(nèi)部，長徑和短徑的變異系數(shù)相近，而長寬比變異系數(shù)最大達(dá)到17.46%。千粒重變異系數(shù)最小0.18%，說明各種源內(nèi)部千粒相對穩(wěn)定。

2.3 蒙古櫟苗期表型性狀變異分析

對7個種源蒙古櫟的苗高、地徑、側(cè)枝數(shù)、葉脈數(shù)、頂芽體積進(jìn)行多重比較分析(圖1-圖5)。其中，XFX種源地苗高最大，達(dá)到56.88 cm，較苗高總均值高27.2%，較苗高最小種源高51.7%，說明6個種源之中XFX種源地蒙古櫟生長普遍較高。其次為JCZ，苗高48.80 cm。DDS種源地苗高最小37.49 cm，說明DDS蒙古櫟生長普遍較矮。CYX種源地地徑最大，達(dá)到10.35 mm，較地徑總均值高9.9%，較地徑最小值種源高23.9%。其次為JCZ和XFX種源地，分別為10.11 mm和10.11 mm。CYX、JCZ和XFX這3個種源地苗木的地徑與其他種源的地徑呈現(xiàn)顯著差異，這3個種源蒙古櫟生長普遍更為粗壯。DDS種源地地徑最小8.36 mm，說明DDS蒙古櫟苗木生長較細(xì)。XFX種源地側(cè)枝數(shù)最大，達(dá)到6.03個，較側(cè)枝數(shù)總均值高18.8%，較側(cè)枝數(shù)最小值種源高53.5%。其次為CYX、JCZ、PLBZ種源地，分別為5.85、5.73和5.38個。XFX、CYX、JCZ和PLBZ這4個種源地苗木的側(cè)枝數(shù)顯著多于其他種源地。WDZZ種源地側(cè)枝數(shù)最小3.93個，說明WDZZ種源地蒙古櫟側(cè)枝較少。WDZZ種源地蒙古櫟葉脈數(shù)最大10.26個，顯著高于其他6個種源。其次為DDS種源地，平均葉脈數(shù)10.15個。CYX種源地葉脈數(shù)最小9.1個。DDS種源地頂芽體積最大18.89 mm3，較頂芽體積總均值高22.7%，較頂芽體積最小值種源高47.9%。其次為JCZ種源地，頂芽體積16.56 mm3。CYX種源地頂芽體積最小12.77 mm3。XFX種源地葉生物量均值最大達(dá)到2.49 g，顯著高于其他種源，較葉生物量總均值高65.23%。其次為JCZ種源地，葉生物量均值1.96 g。JCZ種源地莖生物量和根生物量均最大，分別達(dá)到69.06 g和90.33 g，莖生物量顯著高于其他種源，根生物量顯著高于除XFX外的5個種源。

注：圖中同一指標(biāo)字母相同表示差異不顯著，不同則表示差異極顯著，下同。

圖2 不同種源蒙古櫟地徑多重比較分析

圖3 不同種源蒙古櫟側(cè)枝數(shù)多重比較分析

圖4 不同種源蒙古櫟葉脈數(shù)多重比較分析

2.4 蒙古櫟苗期表型性狀變異系數(shù)分析

對7個種源蒙古櫟苗期表型性狀進(jìn)行變異系數(shù)分析(表4)。種源之間苗高變異明顯，變異系數(shù)在25.96%～48.97%，XFX種源地較CYX相差近2倍，表明CYX種源地蒙古櫟苗高差別較大，而XFX種源內(nèi)苗高較均勻。各種源地徑變異系數(shù)在23.42%～29.88%，變異不明顯。CHKZ種源地側(cè)枝數(shù)變異系數(shù)70.88%，高于其他種源。葉脈數(shù)變異系數(shù)在8.32%～13.80%，最小為DDS種源地，最大為PLBZ種源地。頂芽體積變異系數(shù)在67.36%～82.76%，種間差異較大。葉生物量、莖生物量、根生物量變異系數(shù)分別在6.05%～16.14%、11.31%～58.86%和12.07%～40.29%?？傮w上，JCZ種源地苗期性狀變異系數(shù)最小32.37%，說明JCZ蒙古櫟幼苗長勢平均。而CHZK種源地變異系數(shù)最大40.48%，說明該種源蒙古櫟幼苗變異明顯。

圖5 不同種源蒙古櫟頂芽體積多重比較分析

圖6 不同種源蒙古櫟生物量多重比較分析

表4 不同種源蒙古櫟苗期表型性狀變異系數(shù)分析

種源內(nèi)，所有觀測性狀變異系數(shù)均>5%，葉生物量平均變異系數(shù)最小10.53%，最大為頂芽體積74.70%。由此可見，蒙古櫟的苗期表型性狀的變異豐富，葉生物量是相對穩(wěn)定的生長指標(biāo)，頂芽體積變異最多。

2.5 不同種源蒙古櫟種子及苗期表型性狀與地理因子相關(guān)性分析

通過相關(guān)性分析可見(表5)，苗高和地徑2個生長指標(biāo)與緯度均顯著正相關(guān)，說明蒙古櫟對高緯度地區(qū)氣候適應(yīng)性強(qiáng)，對低緯度地區(qū)氣候適應(yīng)性弱，故表現(xiàn)出緯度越高的種源地區(qū)，苗高地徑的平均生長指標(biāo)越大。葉脈數(shù)和頂芽體積與經(jīng)度呈正相關(guān)，與緯度、海拔呈負(fù)相關(guān)，且葉脈數(shù)與海拔呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)，即海拔高的地區(qū)蒙古櫟幼苗葉片平均葉脈數(shù)越少。葉生物量與海拔呈負(fù)相關(guān)，與經(jīng)度、緯度呈正相關(guān)，但均不顯著。莖生物量、根生物量與各地理因子均呈不顯著正相關(guān)。種子表型性狀指標(biāo)與各地理因子均呈正相關(guān)，但均不顯著。

表5 不同種源蒙古櫟種子及苗期表型性狀與 地理因子相關(guān)性分析

2.6 綜合分析

對不同種源蒙古櫟各表型性狀采用隸屬函數(shù)綜合評價法進(jìn)行綜合分析(表6)。JCZ種源地蒙古櫟各項表型性狀表現(xiàn)最優(yōu)，其次為XFX，CHKZ表現(xiàn)最差。各種源按平均隸屬度綜合排序為：JCZ>XFX>WDZZ>CYX>DDS>PLBZ>CHKZ。

表6 不同種源蒙古櫟綜合評價

3 結(jié)論與討論

通過對遼寧省7個種源的蒙古櫟種子和苗期表型性狀進(jìn)行分析，在蒙古櫟優(yōu)良種源選擇中，主要參考指標(biāo)為苗高、地徑、生物量、種子千粒重。通過多重比較分析得出，3種生長指標(biāo)顯著高于其他種源的種源地分別為：XFX、XFX和JCZ、XFX和JCZ、JCZ。

變異系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，在種子生長指標(biāo)中變異系數(shù)最小的種源為XFX，苗期生長指標(biāo)中變異系數(shù)最小的種源為JCZ。綜上可見，XFX和JCZ種源地蒙古櫟幼苗長勢較好，種子平均千粒重較高，種源內(nèi)部變異系數(shù)較小。因此，XFX和JCZ種源地入選為遼寧地區(qū)優(yōu)良蒙古櫟種源。

經(jīng)過長期的地理隔離和自然選擇，一些樹種為適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境產(chǎn)生了相應(yīng)的遺傳變異，并能穩(wěn)定遺傳給下一代[15]。根據(jù)這一現(xiàn)象，許多研究通過分析同一樹種在不同分布地區(qū)的生長差異，開展種源試驗，選擇出適應(yīng)該樹種生長的優(yōu)良種源。為林木遺傳改良提供重要途徑和基礎(chǔ)工作[16]，是縮短育種周期、提高林木遺傳改良效益的有效途徑之一[17]。有關(guān)蒙古櫟優(yōu)良種源選擇的其他試驗中，屈紅軍等[18]對帶嶺試驗地25個不同種源1年生及6年生蒙古櫟的樹高、地徑進(jìn)行多重比較分析，發(fā)現(xiàn)各生長性狀存在著顯著性差異，并選出葦河、集安種源可初步作為帶嶺試驗地的優(yōu)良種源應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)。有學(xué)者以遼寧12個蒙古櫟種源為研究材料，對苗高和地徑進(jìn)行測量及方差分析，發(fā)現(xiàn)這2種性狀差異均達(dá)到顯著水平，最終篩選出3個地區(qū)作為優(yōu)良種源[19]。通過變異系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，不同種源種子性狀變異系數(shù)由小到大的變化趨勢為千粒重、短徑、長徑、長寬比，比梁德洋等[20]對蒙古櫟種子的研究結(jié)果偏低，且發(fā)現(xiàn)千粒重較長徑和短徑變異系數(shù)更小，穩(wěn)定性更高。

通過地理因子相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)一些地理因子對苗木某些生長指標(biāo)產(chǎn)生了規(guī)律性的顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)緯度高的地區(qū)蒙古櫟幼苗長勢好，本試驗中的優(yōu)良種源地XFX，緯度達(dá)到42.73835°N，為緯度最高的種源地。這種地理因子影響產(chǎn)生的變異規(guī)律在對花櫚木(Ormosiahenryi)[21]的種源變異研究中也有體現(xiàn)，試驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)度對花櫚木苗高和莖生物量呈顯著負(fù)相關(guān)，緯度對根尖數(shù)和莖生物量呈顯著負(fù)相關(guān)，海拔對苗高和千粒重呈極其顯著正相關(guān)，對莖生物量呈顯著正相關(guān)。因此，在種源試驗中應(yīng)考慮種源與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相互作用對每個種源個體生長表現(xiàn)的影響程度[22]。不同植物與地理因子相關(guān)性規(guī)律并不相同，同種植物不同種源其地理變異規(guī)律也不盡相同。