周增亮，胡冬南，晏雨鴻，何萬(wàn)存，陳夢(mèng)義，張旖旎，程離，劉娟

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西 南昌 330045； 2.江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江西 南昌 330045；3.江西省林木育種中心，江西 南昌 330045)

馬尾松(Pinusmanssoniana)是松科(Pinaceae)松屬(Pinus)常綠喬木，是中國(guó)南方具有重要經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值的主要鄉(xiāng)土造林樹種，其生長(zhǎng)迅速、耐瘠薄，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)中具有舉足輕重的地位[1-4]。馬尾松無(wú)性系種子園是生產(chǎn)和改良種子遺傳品質(zhì)的重要途經(jīng)，自上世紀(jì)80年代初開始營(yíng)建初級(jí)種子園以來(lái)，中國(guó)馬尾松已完成了第二代遺傳改良并進(jìn)入第三代育種新階段[5]?？蒲腥藛T在馬尾松無(wú)性系種子園的經(jīng)營(yíng)管理[6]、無(wú)性系選育[7-8]、結(jié)實(shí)規(guī)律研究[9-11]、花期習(xí)性[12]等方面開展了大量研究，但是關(guān)于馬尾松二代種子園無(wú)性系生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀規(guī)律的報(bào)道不多。因此，本研究通過(guò)調(diào)查江西省林木育種中心馬尾松二代無(wú)性系嫁接種子園各無(wú)性系的生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀，并依據(jù)這些性狀對(duì)各無(wú)性系進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以期為馬尾松二代種子園的豐產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)材料來(lái)源于江西省林木育種中心馬尾松二代無(wú)性系嫁接種子園西大區(qū)(115°39′31.47″E，28°57′05.36″N)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。該種子園于2010—2011年定植，苗木為無(wú)性系嫁接苗(1 a生容器苗髓心形成層對(duì)接后再培育1 a)，全同胞和半同胞各半；配置方式為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，株行距6 m×6 m；進(jìn)行了矮化管理，2015年已進(jìn)入到掛果期。

1.2 試驗(yàn)材料

以馬尾松二代無(wú)性系嫁接種子園西大區(qū)的東小區(qū)和西小區(qū)20個(gè)無(wú)性系為材料，每個(gè)無(wú)性系選取3株生長(zhǎng)狀況基本一致的馬尾松，調(diào)查每個(gè)單株的生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀。

1.3 試驗(yàn)方法

(1)于2016年7月測(cè)定每個(gè)無(wú)性系植株30 cm處地徑、截高、株高、冠幅以及一級(jí)分枝數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)，并定性評(píng)價(jià)單株結(jié)實(shí)量。

(2)2016年11月，采集每個(gè)無(wú)性系馬尾松球果，測(cè)定單株球果數(shù)、單株球果質(zhì)量；每個(gè)無(wú)性系的3個(gè)單株分別隨機(jī)抽取10個(gè)無(wú)蟲蛀且果形正常的球果，共計(jì)600個(gè)，用游標(biāo)卡尺測(cè)定單個(gè)球果的球果長(zhǎng)、球果寬，并計(jì)算球果長(zhǎng)寬比。所有球果自然攤曬待出種。

(3)2016年12月，選取部分開裂球果，測(cè)定單個(gè)球果出種量，種子質(zhì)量，并按照《林木種子檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》(DB22/T838—1995)規(guī)定的方法測(cè)定種子千粒重，3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 25.0和R 3.5.2對(duì)各性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松無(wú)性系生長(zhǎng)性狀差異性

對(duì)馬尾松二代種子園無(wú)性系的生長(zhǎng)性狀進(jìn)行分析，參試無(wú)性系的地徑為9.08～15.10 cm ，其中58號(hào)無(wú)性系單株的地徑最大(15.10 cm)，其次是61號(hào)、17號(hào)、4號(hào)、84號(hào)，而5號(hào)無(wú)性系單株地徑最小(9.08 cm)，有11個(gè)無(wú)性系地徑高于平均值，占參試無(wú)性系的55%。株高為2.63～4.77 m ，行間冠幅為2.60～4.78 m ，株間冠幅為2.20～4.73 m ，不同馬尾松無(wú)性系的生長(zhǎng)性狀差異較大(表1)。方差分析結(jié)果表明(表2)，馬尾松無(wú)性系間在地徑和株高兩個(gè)生長(zhǎng)性狀上的差異均達(dá)到顯著水平(P≤0.05)，行間冠幅和株間冠幅達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)，截高、一級(jí)分枝數(shù)差異不顯著(P>0.05)。

2.2 馬尾松無(wú)性系種實(shí)性狀的差異性

對(duì)20個(gè)無(wú)性系的種實(shí)性狀進(jìn)行方差分析，參試的無(wú)性系單株果數(shù)為42.67～622.00個(gè)，其中58號(hào)無(wú)性系球果數(shù)最多，其次是4號(hào)、84號(hào)、16號(hào)、56號(hào)，單株果數(shù)最少的是8號(hào)(42個(gè))，9個(gè)無(wú)性系單株果數(shù)高于平均值，占參試無(wú)性系的45%。單株果質(zhì)量為0.84～11.34 kg ，球果橫徑為26.09～30.44 mm ，球果縱徑為48.41～64.02 mm，果形指數(shù)為1.71～2.18，種子總質(zhì)量為16.27～211.10 g，優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量為15.81～195.43 g ，千粒重為8.04～13.40 g。不同馬尾松無(wú)性系種實(shí)性狀變異系數(shù)為8.05%～79.12%，變異系數(shù)大小順序?yàn)閱沃旯|(zhì)量>單株果數(shù)>優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量>種子總質(zhì)量>單果鮮質(zhì)量>千粒重>球果縱徑>果形指數(shù)>球果橫徑(表3)。

表1 不同馬尾松無(wú)性系間生長(zhǎng)性狀的比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 1 Comparison of growth characters among different P.massoniana clones (mean±SD)

表2 不同馬尾松無(wú)性系間生長(zhǎng)性狀的方差分析Table 2 Variance analysis on growth characters of different clones in P.massoniana

由表4可知，不同馬尾松無(wú)性系間單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果橫徑、球果縱徑、果形指數(shù)、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、千粒重的差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，馬尾松無(wú)性系的球果產(chǎn)量和球果、種子形態(tài)特征存在不穩(wěn)定性，變異范圍廣，遺傳變異豐富，在營(yíng)建高世代種子園或重建過(guò)程中對(duì)不同無(wú)性系進(jìn)行篩選是必要的。

表4 不同馬尾松無(wú)性系間種實(shí)性狀的方差分析Table 4 Variance analysis on seed characters of different clones in P.massoniana

2.3 馬尾松不同無(wú)性系性狀間的相關(guān)分析

為揭示不同無(wú)性系各性狀間的相關(guān)性，對(duì)馬尾松不同無(wú)性系的15個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果見表5。地徑與株高、行間冠幅、株間冠幅存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；截高與株高、一級(jí)分枝數(shù)存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；株高與行間冠幅、株間冠幅、一級(jí)分枝數(shù)存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；行間冠幅與株間冠幅、單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果縱徑、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與球果橫徑、果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；株間冠幅與單株果質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與單株果數(shù)、球果縱徑、果形指數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系；單株果數(shù)與單株果質(zhì)量、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；單株果質(zhì)量與種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與球果縱徑、球果橫徑存在顯著正相關(guān)關(guān)系；單果鮮質(zhì)量與球果橫徑、球果縱徑存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；種子總質(zhì)量與優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。馬尾松不同無(wú)性系的各性狀與千粒重間的相關(guān)性均不顯著。

2.4 馬尾松不同無(wú)性系性狀間的主成分分析(PCA)

基于馬尾松不同無(wú)性系的15個(gè)性狀，使用R語(yǔ)言的 rda 函數(shù)對(duì)其進(jìn)行主成分分析(PCA)。根據(jù)特征值大于1的原則提取了5個(gè)因子，共解釋原有變量總方差的89.53%。隨后使用 biplot 函數(shù)[13]繪制排序圖，根據(jù)參數(shù)scaling的不同分別做1型標(biāo)尺雙序圖(scalling=1)、2型標(biāo)尺雙序圖(scaling=2)[14]。由圖1、圖2可知，前兩軸能夠解釋總方差的比例是55.06%。1型標(biāo)尺雙序圖中可看出，5號(hào)、27號(hào)、56號(hào)、58號(hào)、72號(hào)、84號(hào)無(wú)性系在種實(shí)性狀方面表現(xiàn)較好，其中58號(hào)無(wú)性系在優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、單株果數(shù)、種子總質(zhì)量、單株果質(zhì)量等方面排序靠前。4號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、68號(hào)無(wú)性系在生長(zhǎng)性狀方面較好，其中17號(hào)無(wú)性系在株高、截高、一級(jí)分枝數(shù)等方面排序靠前。在2型標(biāo)尺雙序圖中，單株果數(shù)與優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、種子總質(zhì)量等相關(guān)性較強(qiáng)。球果縱徑與一級(jí)分枝數(shù)箭頭幾乎正交，顯示它們的相關(guān)系數(shù)接近為0。千粒重的箭頭短，表明它對(duì)以種實(shí)性狀為主的第一主成分和以生長(zhǎng)性狀為主的第二主成分貢獻(xiàn)并不大。

注：對(duì)象用點(diǎn)表示，變量用箭頭表示。1型標(biāo)尺的特征向量被標(biāo)準(zhǔn)化為單位長(zhǎng)度，關(guān)注的是對(duì)象之間 的關(guān)系，代表變量的箭頭之間的角度沒有意義。Note:Objects are represented by dots and variables are represented by arrows.The eigenvector of the Type 1 scale is standardized as a unit length,which focuses on the relationship between objects,and the angle between the arrows that represent variables is meaningless.

2.5 馬尾松無(wú)性系性狀的聚類分析

使用 hclust 函數(shù)[15]和 plot 函數(shù)對(duì)馬尾松無(wú)性系性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(類平均法)。由圖2可知，當(dāng)馬尾松的20個(gè)無(wú)性系聚為5大類時(shí)，第1類僅58號(hào)無(wú)性系，4號(hào)、84號(hào)聚成第2類(果實(shí)性狀較好)，8號(hào)、20號(hào)、30號(hào)、51號(hào)、17號(hào)、61號(hào)聚成第3類(種子性狀較差)，5號(hào)、16號(hào)、68號(hào)、56號(hào)、10號(hào)、15號(hào)聚成第4類(種實(shí)性狀中等)，其余無(wú)性系聚成第5類(生長(zhǎng)性狀中等)。當(dāng)20個(gè)無(wú)性系聚為4大類時(shí)，將種實(shí)性狀和生長(zhǎng)性狀中等的無(wú)性系聚為1類，其余分類不變。當(dāng)20個(gè)無(wú)性系聚為3大類時(shí)，將種子性狀較差、種實(shí)性狀和生長(zhǎng)性狀中等的無(wú)性系聚為1類，其余分類不變。當(dāng)20個(gè)無(wú)性系聚為2大類時(shí)，58號(hào)無(wú)性系單獨(dú)為1類，剩余的無(wú)性系聚為1類。

注：2型標(biāo)尺的每個(gè)特征向量被標(biāo)準(zhǔn)化為特征根的平方根，關(guān)注的是變量之間的關(guān)系， 代表變量箭頭之間的夾角反映變量之間的相關(guān)性。

圖3 20個(gè)馬尾松無(wú)性系聚類分析結(jié)果Fig.3 Cluster analysis of 20 P.massonianaclones

3 結(jié)論與討論

馬尾松二代無(wú)性系種子園的生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀無(wú)性系間存在一定的變異程度，所調(diào)查的20個(gè)馬尾松無(wú)性系變異幅度較大，平均變異系數(shù)為34%，其中變異系數(shù)為單株果質(zhì)量>單株果數(shù)>優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量>種子總質(zhì)量>單果鮮質(zhì)量>株間冠幅>一級(jí)分枝數(shù)>行間冠幅>截高>地徑>株高>千粒重>球果縱徑>果形指數(shù)>球果橫徑。對(duì)種子園無(wú)性系間的方差分析表明，無(wú)性系間的地徑、株高、行間冠幅、株間冠幅、單株果數(shù)、單株果質(zhì)量、球果橫徑、球果縱徑、果形指數(shù)、種子總質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、千粒重等指標(biāo)均存在顯著差異，說(shuō)明無(wú)性系間的生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀差異較大。建園材料在考慮遺傳多樣性[16-17]、開花習(xí)性[9,18]時(shí)，應(yīng)注重生長(zhǎng)性狀和種實(shí)性狀的差異性，以便獲得遺傳增益高且遺傳基礎(chǔ)廣泛的種子。

本研究表明，主要的生長(zhǎng)性狀，如地徑、株高、冠幅間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與林能慶[19]的研究結(jié)果一致。地徑、株高、冠幅等生長(zhǎng)性狀與單株果質(zhì)量、果形指數(shù)等種實(shí)性狀密切相關(guān)，地徑、冠幅等越大，球果產(chǎn)量也越大。馬尾松不同無(wú)性系的各性狀與千粒重間的相關(guān)性均不顯著。種子千粒重是反映種子園無(wú)性系繁育能力的重要種實(shí)性狀，它影響著種子園的產(chǎn)量和種子品質(zhì)[20-21]。有研究表明，馬尾松千粒重主要決定于遺傳基因，但受地理氣候、林分狀況及結(jié)實(shí)豐欠年生理周期的影響，千粒重存在一定的產(chǎn)地變異和年度變異[22]。本研究發(fā)現(xiàn),千粒重與其他性狀的相關(guān)性并不顯著，這可能與其所在種子園的結(jié)實(shí)年份有關(guān)系，后續(xù)可進(jìn)一步研究千粒重的年度變異規(guī)律，以此準(zhǔn)確評(píng)估種子園的產(chǎn)種量和種子質(zhì)量。

通過(guò)主成分分析，將20個(gè)無(wú)性系的15個(gè)性狀轉(zhuǎn)化為5個(gè)主成分。5個(gè)主成分反映了原性狀89.53%的信息，能較完整地表現(xiàn)出馬尾松無(wú)性系間各性狀的主導(dǎo)因素。由前兩軸可看出，5號(hào)、27號(hào)、56號(hào)、58號(hào)、72號(hào)、84號(hào)無(wú)性系在種實(shí)性狀方面表現(xiàn)較好，其中58號(hào)無(wú)性系在優(yōu)質(zhì)種質(zhì)量、單株果數(shù)、種子總質(zhì)量、單株果質(zhì)量等方面排序靠前。4號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、68號(hào)無(wú)性系在生長(zhǎng)性狀方面較好，其中17號(hào)無(wú)性系在株高、截高、一級(jí)分枝數(shù)等方面排序靠前。利用15個(gè)性狀的平均值，對(duì)馬尾松二代種子園的20個(gè)無(wú)性系進(jìn)行聚類分析，58號(hào)無(wú)性系在各情況下都可單獨(dú)聚為一類，且其各性狀表現(xiàn)都較優(yōu)，種子園下一步去劣疏伐可以考慮將其作為優(yōu)良無(wú)性系加以保留，將具有較好的選擇效果，同時(shí)也可將其作為控制雜交授粉的親本，培育優(yōu)良雜交子代無(wú)性系。