張星偉， 張國君， 曹延鵬， 劉振林， 徐興興， 楊俊明， 袁德水

(1.河北科技師范學院園藝科技學院/河北省特色園藝種質(zhì)挖掘與創(chuàng)新利用重點實驗室， 河北 昌黎 066000；2.鞏義市園林綠化中心， 河南 鞏義 451200； 3.河北省木蘭圍場國有林場， 河北 圍場 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[1-3]，主要分布在河北和山西兩省，是我國華北地區(qū)重要的造林樹種和經(jīng)濟用材樹種。20世紀70年代以來，華北落葉松進行了全國范圍內(nèi)的種質(zhì)資源的收集和遺傳改良工作[4-6]。然而，受當時優(yōu)樹生長表型選擇的限制，種子園無性系間種子的品質(zhì)相差懸殊[7-10]，嚴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，對無性系進行再選擇就變得非常必要[11]。由于落葉松種實性狀與子代生長不相關，應該在無性系子代遺傳測定的基礎上進行種子產(chǎn)量和質(zhì)量的選擇[11]。河北圍場華北落葉松種子園已完成了部分無性系的子代遺傳測定和2代優(yōu)樹的選擇[12-13]，但對種子園無性系的種子產(chǎn)量和質(zhì)量還沒有進行系統(tǒng)的評價。因此，以河北圍場華北落葉松國家良種基地1代種子園結實豐年的288個無性系種子為試材，全面評價1代園不同無性系的種子品質(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 試驗地概況

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

1.2 試驗材料

種子采自河北圍場華北落葉松國家良種基地1代種子園2017年結實大年的5個不同種源(河北蔚縣、山西渾源、河北圍場、河北灤平和河北阜平)的288個無性系，該種子園于1976—1987年建成。每株采集15～25個球果，每個無性系重復3次，共864份種子。

1.3 測定方法

種子千粒重、飽滿率和發(fā)芽率測定參照張國君等[9]的方法。

1.4 計 算

發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)的計算參照張國君等[9]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用統(tǒng)計軟件SPSS 20.0的描述統(tǒng)計、相關分析和GLM程序對不同種源和無性系的種子數(shù)據(jù)進行分析，結果用平均值、標準誤差(SE)和變異系數(shù)(CV)來表示。

2 結果與分析

2.1 不同種源的種子品質(zhì)對比

華北落葉松種子園288個無性系來源于河北和山西5個不同種源的優(yōu)樹，種源間的種子千粒重、飽滿率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)均存在顯著差異(表1)，其中河北蔚縣無性系的種子千粒重最大，與河北圍場種源無顯著差異，河北圍場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個種源，且河北阜平、河北圍場和河北蔚縣3個種源間差異不顯著；河北蔚縣種源的無性系發(fā)芽指數(shù)最高，其次為山西渾源，均顯著高于其他3個種源，河北圍場、河北灤平和河北阜平這3個種源間無顯著差異。

表1 華北落葉松種子園不同種源種子的品質(zhì)

2.2 不同無性系種子品質(zhì)比較

華北落葉松種子園288個無性系間的種子千粒重、飽滿率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽時間和發(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個無性系種子品質(zhì)的統(tǒng)計分析

2.2.1種子千粒重

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

圖1 華北落葉松種子園不同無性系的千粒重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個無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%的無性系有131個(圖2)。

圖2 華北落葉松種子園不同無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性系種子的發(fā)芽率平均值為87.39%(表2)，288個無性系中發(fā)芽率高于60%的占98%以上，僅有5個無性系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)芽時間

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

圖4 華北落葉松種子園不同無性系的平均發(fā)芽時間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

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

2.3 性狀間的相關分析

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

表3 華北落葉松種子園不同無性系種子品質(zhì)之間的相關性

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)芽時間，通過發(fā)芽指數(shù)對種子園無性系進行綜合分析(表4)。288個無性系中有125個無性系的發(fā)芽指數(shù)大于群體平均值11.61，其中無性系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個無性系種子的發(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性系的種子發(fā)芽勢分布頻率Fig.5 Comparison of distribution frequency of seed germination potential in different clones of seed orchards of Larix principis-rupprechtii

3 結論與討論

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

另外，種子的千粒重和發(fā)芽率等品質(zhì)受地理條件和樹木個體環(huán)境的影響很大[18]。Parker等[19]對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季節(jié)中的高度和地徑對造林后田間生長有顯著影響[20]。根據(jù)國家標準(GB 7908—1999)[21]中的發(fā)芽率，華北落葉松1代種子園中288個無性系中有283個發(fā)芽率高于60%，為Ⅰ級種子，僅有5個無性系的種子屬于Ⅱ級。而且，種子園無性系的發(fā)芽高峰出現(xiàn)在第5天，有90%以上的無性系平均發(fā)芽時間在7 d內(nèi)，與馬常耕等[22]的研究相似。因此，進行種子園優(yōu)良無性系選擇時，在考慮萌發(fā)特性的基礎上應盡量選擇種子千粒重大的無性系。

人工輔助授粉可以提高千粒重等種子品質(zhì)[23]，但對飽滿率影響不大。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，雜交種子園可能會有巨大的發(fā)展?jié)摿26-27]。當然，無論何種類型的種子園，優(yōu)良無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表現(xiàn)優(yōu)良。因此，種子園優(yōu)良無性系的篩選應在子代遺傳測定的基礎上結合結實和種子品質(zhì)評價進行。當然，隨著落葉松多組學的研究[28-29]，今后有望從分子輔助育種角度對種子園優(yōu)良無性系的篩選進行探索。