翁春媚，齊 明，華朝暉，李正翔，包小梅，羅修寶

(1.浙江省遂昌縣林業(yè)技術(shù)推廣總站，浙江 遂昌 323300；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 富陽311400)

杉木播種品質(zhì)的遺傳分析與空癟澀粒成因探討

翁春媚1，齊 明2，華朝暉1，李正翔2，包小梅1，羅修寶1

(1.浙江省遂昌縣林業(yè)技術(shù)推廣總站，浙江 遂昌 323300；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 富陽311400)

為了重建杉木種子園提供建園雙優(yōu)材料和經(jīng)營管理好已建成的杉木種子園，本研究以遂昌杉木種子園中親本無性系種子為研究材料，采用數(shù)量遺傳學(xué)理論，研究播種品質(zhì)性狀的遺傳變異性和遺傳相關(guān)。與此同時，設(shè)計了檢驗空癟澀粒成因的一小試，對杉木空癟澀粒成因的“生態(tài)假說”進(jìn)行檢驗，并采用數(shù)量遺傳學(xué)中的線性模型理論，對空癟澀粒成因的“生態(tài)假說”進(jìn)行完善。試驗結(jié)果是：杉木播種品質(zhì)受強(qiáng)度遺傳控制，并具有較大的變異性；同時播種品質(zhì)性狀間存明顯負(fù)相關(guān)。據(jù)此得出結(jié)論：選育出播種品質(zhì)性狀優(yōu)良的品種是可能的，直接降低種子的空癟澀粒率，就可以間接地提高種子的發(fā)芽率。小試的分析結(jié)果是：空癟澀粒率是受多因子綜合作用和最低因子限制原則，既可從控制遺傳的角度，又可從改善環(huán)境、利用遺傳與環(huán)境互作的角度，來提高杉木種子的產(chǎn)量和質(zhì)量。

杉木種子園；種子；播種品質(zhì)；數(shù)量遺傳學(xué)

杉木(CunninghamialanceolataHook.)是我國南方十分重要的造林樹種。自20世紀(jì)70年代以來，在杉木良種選育和種子園營建管理方面做了大量的工作，選育大量的優(yōu)良品種，建立了1800 hm2的種子園，在種子園的生產(chǎn)經(jīng)營過程中發(fā)現(xiàn)不少問題，種子空癟澀粒高就是其中之一。

研究種子園空癟澀粒的成因，從而有效地降低敗育種子的比率，提高種子的播種品質(zhì)，是眾多林業(yè)工作者的夢想。到目前為止，人們已從雌配子體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部環(huán)境，發(fā)生、發(fā)展及變化過程進(jìn)行了大量研究[1-10]，得出了許多有價值的結(jié)論。本研究從數(shù)量遺傳學(xué)全新的角度，研究遂昌杉木種子園種子播種品質(zhì)性狀的遺傳變異性和遺傳相關(guān)，并對杉木空癟澀粒形成原因加以驗證，在此基礎(chǔ)上，提出應(yīng)對策略，以期為生產(chǎn)單位建立和經(jīng)營杉木種子園提供參考。

1 材料與方法

2014年10月下旬，在遂昌多系種子園中隨機(jī)選擇20個親本無性系(表1)，每系在種子園的中心區(qū)域挑選1株生長發(fā)育完好的樣株，從上、中、下3個層次，東、南、西、北4個方位采集球果，種子充分混合，采用直徑為15 cm的大培養(yǎng)皿進(jìn)行發(fā)芽試驗，重復(fù)4次，每個培養(yǎng)皿放隨機(jī)抽取的種子450～500粒，發(fā)芽溫度為24 ℃，每天換水。發(fā)芽試驗結(jié)束后，計算每個親本家系每個培養(yǎng)皿中發(fā)芽種子、澀粒種子和空癟種子的數(shù)目，進(jìn)而計算發(fā)芽率、澀粒率和空癟種子比率。在此基礎(chǔ)上，采用原始數(shù)據(jù)研究3個性狀的大小和變異；同時對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化sin-1(x)1/2，采用隨機(jī)模型進(jìn)行方差分析，研究播種品質(zhì)的遺傳變異性和遺傳相關(guān)。

另外，為了檢驗“澀粒成因的生態(tài)假說”，2014年在遂昌杉木雙系種子園的第4小區(qū)(由龍15和閩33組成，種子園密度4 m×4 m，向陽已郁閉)設(shè)置一小試驗：①于種子園中心挑選生長發(fā)育正常的龍15和閩33樣株各1株，進(jìn)行標(biāo)號；同時在小區(qū)的向陽林緣(風(fēng)口處)挑選生長發(fā)育正常的龍15和閩33樣株各1株，進(jìn)行標(biāo)號。在種子園完成傳粉授精后，于4月底，將全樹罩上遮蔭率50%的遮蔭網(wǎng)。②在林緣風(fēng)口處，挑選生長發(fā)育正常的龍15和閩33樣株各1株作對照。于10月下旬分樣株采種，種子少的親本，采用4個培養(yǎng)皿進(jìn)行發(fā)芽試驗，種子多的親本采用8個培養(yǎng)皿進(jìn)行發(fā)芽試驗。采用T檢驗方法來檢驗處理與對照間的差異。

數(shù)據(jù)處理在Excel和MATLAB 7.0平臺上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 杉木多系種子園播種品質(zhì)分析

2.1.1 杉木家系間播種品質(zhì)性狀的大小與變異 杉木多系種子園20個優(yōu)親資料播種品質(zhì)的大小與變異分析結(jié)果見表1。由表1可見，參試親本家系的播種品質(zhì)差異顯著：發(fā)芽率最高的是1269(55.8%)，最低的是陽11(28.4%)，群體平均值為37.5%；澀粒率最高的是C21(54.2%)，最低的是高37(24.5%)，群體平均值為37.8%；空癟率最高的是陽15(46.4%)，最低的是B13(9.3%)，群體平均值為24.6%。親本播種品質(zhì)差異大，供選擇的余地很大。

表1 參試親本家系的播種品質(zhì)信息

表1(續(xù))

隨機(jī)模型條件下杉木多系種子園家系播種品質(zhì)的方差分析結(jié)果見表2。由表2可知，參試品種在播種品質(zhì)間存在極顯著的差異，性狀表達(dá)受到強(qiáng)烈的遺傳控制，但也受到環(huán)境的影響。由于參試性狀具有較高遺傳變異性，在生長和適應(yīng)性改良的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行種子品質(zhì)性狀的選擇改良，可獲得良好的效果，是行得通的一條途徑[11，19]。

表2 隨機(jī)模型條件下杉木多系種子園優(yōu)親間的播種品質(zhì)分析結(jié)果

2.1.2 播種品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析 以親本家系性狀平均值為基礎(chǔ)，研究播種品質(zhì)性狀間的簡單相關(guān)，結(jié)果見表3。由表3可見，發(fā)芽率與空癟率呈顯著負(fù)相關(guān)，達(dá)到5%的統(tǒng)計水平；空癟率與澀粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，達(dá)到1%的統(tǒng)計水平；發(fā)芽率與澀粒含量有一定負(fù)相關(guān)，達(dá)到10%的統(tǒng)計水平，這一結(jié)果與馬常耕[4]的研究結(jié)果相一致。

表3 杉木播種品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析

*：*為0.05水平上差異顯著；**為0.01水平上差異顯著。下同。

從以上結(jié)果可以看出，杉木播種品質(zhì)性狀存在較高的遺傳控制，同時播種品質(zhì)彼此間存在負(fù)相關(guān)，這對種子品質(zhì)性狀的遺傳改良極為有利：可以通過提高品種的發(fā)芽率來降低澀粒含量，降低空癟率；相反也可采取某些措施來降低澀粒含量或空癟率來間接地提高種子的發(fā)芽率。

2.2 不同處理種子園播種品質(zhì)性狀的大小與變異

2.2.1 杉木小試試驗結(jié)果的一般情況 參試龍15和閩33不同處理的播種品質(zhì)性狀大小和變異見表4。由表4可知，同一親本家系，不同處理，其播種品質(zhì)有差異；同時同一性狀，不同的親本家系間存在差異。這一結(jié)果與表1相同。與林緣風(fēng)口的樣樹相比，龍15遮蔭發(fā)芽率提高1.4%，澀粒率兩者基本接近，空癟率下降1.4%；而閩33遮蔭發(fā)芽率提高4.7%，澀粒率下降3.6%，空癟率下降6.0%。與小區(qū)中心的樣樹相比，龍15林緣的發(fā)芽率提高7.4%，澀粒率下降達(dá)2.3%，空癟率下降5.2%；閩33林緣的發(fā)芽率降低6.8%，澀粒率上升4.3%，但空癟率下降6.6%。由此可見，同一處理在不同的研究材料間略有差異，這可能與小區(qū)中心閩33樣樹所處的微環(huán)境條件有關(guān)(如樣樹周圍有缺株等)。

2.2.2 林緣遮蔭與不遮蔭樣樹的播種品質(zhì)比較 林緣風(fēng)口處遮蔭與不遮蔭樣樹在播種品質(zhì)間的差異見表5。由表5可見，遮蔭可顯著提高閩33的發(fā)芽率，而對龍15的發(fā)芽率作用不顯著；在澀粒率上龍15和閩33表現(xiàn)一致的結(jié)果：差異沒有達(dá)到統(tǒng)計上顯著水平；在空癟率性狀上，遮蔭在一定程度上(T10%)可以降低其大小，這在龍15和閩33中是一致的。這是由于對照龍15和閩33位于林緣風(fēng)口的第1排，而遮蔭樣樹位于風(fēng)口的第2排，遮蔭樣樹的傳粉授精條件要優(yōu)于非遮蔭的樣樹造成的。

表4 4小區(qū)參試龍15和閩33的播種品質(zhì)性狀大小和變異

2.2.3 林緣風(fēng)口與林分中心樣樹的播種品質(zhì)比較 林緣風(fēng)口與林分中心樣樹的播種品質(zhì)間的差異見表6。從表6可見，林緣風(fēng)口與林分中心樣樹的播種品質(zhì)性狀間，除了在澀粒率上存在一定差異外，在發(fā)芽率和空癟率上，一致地顯示出林緣木顯著優(yōu)越于林分中心木的播種品質(zhì)。說明該種子園樹體交接，林分郁閉已影響到了種子園種子的播種品質(zhì)，對于4 m×4 m密度的種子園應(yīng)進(jìn)入了非遺傳性疏伐階段。這一結(jié)果與空癟澀粒的生態(tài)假說是一致的：控制了種子園的結(jié)構(gòu)，就把握了種子園的環(huán)境，從而控制了種子的品質(zhì)。

表5 林緣遮蔭與不遮蔭樣樹的播種品質(zhì)性狀間

*：NS為差異不顯著。

表6 林緣風(fēng)口與林分中心樣樹的播種品質(zhì)性狀間

2.2.4 小試結(jié)果的補(bǔ)充說明 由表4～表6可知，“小試”的結(jié)果在一定范圍內(nèi)支持杉木澀粒率形成的“生態(tài)假說”的觀點，但效果不明顯。可能由于2014年遂昌夏天氣候比較溫和，因此推測如果存在一個漫長炎熱的夏天，小試的試驗結(jié)果會更明顯。從表7可見，2014年遂昌夏天，不論是在最高氣溫、平均氣溫、晴天數(shù)等指標(biāo)上，都顯著低于2013年，而降雨量大于2013年。據(jù)此，在炎熱的夏季，可實施人工增雨作業(yè)，通過降雨來降低紫外線輻射和林冠高溫對種胚的灼傷。另外在6—7月間進(jìn)行根外施肥，補(bǔ)充微量元素(如硼、鋅等)也可降低澀種含量。

表7 2013—2014年遂昌夏天氣候

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明，杉木種子園中各親本家系均存在一定量的澀粒含量和空癟率，這是一種自然現(xiàn)象。杉木種子品質(zhì)性狀與其它生長數(shù)量性狀一樣，既受環(huán)境影響，又受遺傳控制，可通過人為措施來降低澀粒含量和空癟率的大小，但不可能徹底地消滅澀粒含量和空癟率。傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為，澀粒系自交產(chǎn)生，空癟率則是由于親本間花期不匹配，或傳粉期間下雨。因此提出人工輔助授粉做法來降低澀粒含量和空癟率[7，12-15]。但是關(guān)鍵的措施是通過控制種子園的結(jié)構(gòu)，如在建園時降低杉木種子園密度，將密度4 m×4 m改為5 m×4 m或5 m×5 m，增加種子園內(nèi)的通透性，增加種子園的授粉機(jī)率，從而可以降低澀粒和空癟種子的比率；人工輔助授粉耗費人力物力和時間，效果有限。

很多學(xué)者對澀粒的成因進(jìn)行了大量的研究，其結(jié)果存在學(xué)術(shù)爭議。有的學(xué)者認(rèn)為：自交不親和[5，16]，營養(yǎng)組織發(fā)育異常，敗育籽粒在發(fā)育早期生物膜結(jié)構(gòu)被破壞，種子敗育系控制種子發(fā)育的基因(特異蛋白質(zhì))在種類、數(shù)量和存在的時間上不盡相同，因而導(dǎo)致了特異蛋白的出現(xiàn)及消失[7，17-18]，Tollenaar等提出了種子敗育的環(huán)境機(jī)制：溫度、干旱缺水、光照條件(紫外線)、土壤缺乏礦質(zhì)元素或微量元素等都會造成種子敗育。在浙江，7月中旬的高溫多雨會影響原胚的發(fā)育，而7月下旬的高溫干旱和強(qiáng)烈的紫外線會導(dǎo)致大量的胚中途夭折。據(jù)此馬常耕[4]和遲健[6]提出了杉木澀粒種子形成的生態(tài)假說：杉木種子敗育是由于受精和幼胚發(fā)育期間不適宜的氣候因子造成的。但這一假說缺乏試驗結(jié)果的佐證。為此本研究對這一假說進(jìn)行驗證。結(jié)果印證了遲健等[6]的理論推測。

杉木空癟澀粒是一種自然現(xiàn)象。從數(shù)量遺傳學(xué)的角度看來，任何一個數(shù)量性狀可表述為：P(表型值)=G(遺傳效應(yīng))+GE(遺傳與環(huán)境互作)+E(環(huán)境效應(yīng))，因此空癟澀粒形成的生態(tài)假說還要發(fā)展。不同的種源、林分(包括種子園)和家系間的播種品質(zhì)性狀存在差異，以及多次進(jìn)行人工控制授粉也不能消滅杉木空癟澀?，F(xiàn)象，這是遺傳因子在發(fā)生作用：如孫鴻有等[11]和馬常耕[4]研究種子園家系間播種品質(zhì)性狀存在差異便是這一理論的佐證；相同的材料(親本無性系)在不同的地域建園，表現(xiàn)出不同的播種品質(zhì)，如何?；鵞5，12]對西天目山海拔1000 m與400 m的地帶以及種子園同一無性系陰坡與陽坡的杉木澀粒進(jìn)行比較研究，結(jié)果均是前者高于后者，這便是這一環(huán)境因子影響的佐證；相同的研究材料在不同的地域有截然不同的表現(xiàn)，這是遺傳與環(huán)境互作的結(jié)果(這里的環(huán)境包括氣候因素和土壤因素)，如何東進(jìn)等[8]、林思祖等[9]發(fā)現(xiàn)不同地域是造成杉木澀粒差異的重要因子，吳承禎等[10]發(fā)現(xiàn)杉木種子澀粒存在空間變異性便是這一理論的佐證。數(shù)量遺傳學(xué)理論的模型揭示出，杉木種子空癟澀粒率大小及變異是由遺傳因素、環(huán)境因素和遺傳與環(huán)境互作造成的。這一觀點與生態(tài)學(xué)原理：空癟澀粒成因是受多因子綜合作用，以及最低因子限制原則造成的觀點是一致的。對于遂昌縣提高杉木種子園播種品質(zhì)的關(guān)鍵措施是對于樹體較小、土地貧瘠的種子園上坡，要注重施肥；而對于種子園土地肥沃的下坡進(jìn)行非遺傳性疏伐，調(diào)節(jié)種子園的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善傳粉授精的通氣條件，從而達(dá)到提高種子品質(zhì)的目的。

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Genetic Analysis on Seed Sowing Quality Traits of Chinese-fir and Causes Study for their Hollow，Kernel and Woody Seeds

WENG Chun-mei1，QI Ming2，HUA Chao-hui1，LI Zheng-xiang2，BAO Xiao-mei1，LUO Xiu-bao1

(1.ForestryTechnologyExtensionStationofSuichangCounty，Zhejiangprovince，Suichang323300，Zhejiang，China；2.ResearchInstituteofSubtropicalForestryChineseAcademyofForestry，F(xiàn)uyang311400，Zhejiang，China)

In order to provide good strains with superior growth and better sowing quality for reconstruction of Chinese-fir seed orchard and better operation-management on seed orchard of Chinese-fir to have been built，here，using seed orchards of Chinese-fir in suichang as research materials，by means of quantitative genetic theory，genetic variability and genetic correlations among seed sowing quality traits had been studied.Meanwhile，one little test has been designed for inspection causes about hollow，kernel and woody seed，namely，“ecological hypotheses” to be tested，and the theory of linear models in quantitative genetics had been used，cause theories of hollow，kernel and woody seed of Chinese-fir had been perfected.The research results were that Chinese-fir seed sowing qualities were in a high degree of the genetic control；obvious negative correlation among seed sowing quality traits had been found.It can be concluded that selection and breeding excellent varieties of seed quality traits are possible，secondly，directly reducing the rate of empty，kernel and woody seeds means indirectly raising germination rate of the seed.The results of little test were that cause of hollow，kernel and woody seed rate were affected by a multiple factors and followed the principle of minimum factor limits.This results show that the seed traits improvement will be from genetic perspective，environmental perspective,also from the interaction between genetics and environments.

orchard of Chinese-fir；seed；sowing quality；quantitative genetic theory

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.031

2015-06-15；

2015-07-19

浙江省自然科學(xué)基金項目(Y306046)

翁春媚(1965—)，女，浙江遂昌人，浙江省遂昌縣林業(yè)技術(shù)推廣總站工程師，從事良種推廣工作。E-mail：923150374@qq.com。

齊明。E-mail：youqingyi1962@163.com。

S791.27；S722

A

1002-7351(2016)02-0160-06