马尾松第二代种子园不同无性系生长性状和种实性状差异研究

周增亮，胡冬南，晏雨鸿，何万存，陈梦义，张旖旎，程离，刘娟

(1.江西农业大学林学院，江西 南昌 330045； 2.江西省森林培育重点实验室， 江西 南昌 330045；3.江西省林木育种中心，江西 南昌 330045)

马尾松(Pinusmanssoniana)是松科(Pinaceae)松属(Pinus)常绿乔木，是中国南方具有重要经济和生态价值的主要乡土造林树种，其生长迅速、耐瘠薄，在国民经济建设和生态保护与生态修复中具有举足轻重的地位[1-4]。马尾松无性系种子园是生产和改良种子遗传品质的重要途经，自上世纪80年代初开始营建初级种子园以来，中国马尾松已完成了第二代遗传改良并进入第三代育种新阶段[5]。科研人员在马尾松无性系种子园的经营管理[6]、无性系选育[7-8]、结实规律研究[9-11]、花期习性[12]等方面开展了大量研究，但是关于马尾松二代种子园无性系生长性状和种实性状规律的报道不多。因此，本研究通过调查江西省林木育种中心马尾松二代无性系嫁接种子园各无性系的生长性状和种实性状，并依据这些性状对各无性系进行分析和评价，以期为马尾松二代种子园的丰产经营提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验材料来源于江西省林木育种中心马尾松二代无性系嫁接种子园西大区(115°39′31.47″E，28°57′05.36″N)，属于亚热带季风气候。该种子园于2010—2011年定植，苗木为无性系嫁接苗(1 a生容器苗髓心形成层对接后再培育1 a)，全同胞和半同胞各半；配置方式为随机区组设计，株行距6 m×6 m；进行了矮化管理，2015年已进入到挂果期。

1.2 试验材料

以马尾松二代无性系嫁接种子园西大区的东小区和西小区20个无性系为材料，每个无性系选取3株生长状况基本一致的马尾松，调查每个单株的生长性状和种实性状。

1.3 试验方法

(1)于2016年7月测定每个无性系植株30 cm处地径、截高、株高、冠幅以及一级分枝数等生长指标，并定性评价单株结实量。

(2)2016年11月，采集每个无性系马尾松球果，测定单株球果数、单株球果质量；每个无性系的3个单株分别随机抽取10个无虫蛀且果形正常的球果，共计600个，用游标卡尺测定单个球果的球果长、球果宽，并计算球果长宽比。所有球果自然摊晒待出种。

(3)2016年12月，选取部分开裂球果，测定单个球果出种量，种子质量，并按照《林木种子检验技术规程》(DB22/T838—1995)规定的方法测定种子千粒重，3次重复。

1.4 数据处理与分析

采用Excel对调查数据进行整理，用SPSS 25.0和R 3.5.2对各性状进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 马尾松无性系生长性状差异性

对马尾松二代种子园无性系的生长性状进行分析，参试无性系的地径为9.08～15.10 cm ，其中58号无性系单株的地径最大(15.10 cm)，其次是61号、17号、4号、84号，而5号无性系单株地径最小(9.08 cm)，有11个无性系地径高于平均值，占参试无性系的55%。株高为2.63～4.77 m ，行间冠幅为2.60～4.78 m ，株间冠幅为2.20～4.73 m ，不同马尾松无性系的生长性状差异较大(表1)。方差分析结果表明(表2)，马尾松无性系间在地径和株高两个生长性状上的差异均达到显著水平(P≤0.05)，行间冠幅和株间冠幅达到极显著水平(P≤0.01)，截高、一级分枝数差异不显著(P>0.05)。

2.2 马尾松无性系种实性状的差异性

对20个无性系的种实性状进行方差分析，参试的无性系单株果数为42.67～622.00个，其中58号无性系球果数最多，其次是4号、84号、16号、56号，单株果数最少的是8号(42个)，9个无性系单株果数高于平均值，占参试无性系的45%。单株果质量为0.84～11.34 kg ，球果横径为26.09～30.44 mm ，球果纵径为48.41～64.02 mm，果形指数为1.71～2.18，种子总质量为16.27～211.10 g，优质种质量为15.81～195.43 g ，千粒重为8.04～13.40 g。不同马尾松无性系种实性状变异系数为8.05%～79.12%，变异系数大小顺序为单株果质量>单株果数>优质种质量>种子总质量>单果鲜质量>千粒重>球果纵径>果形指数>球果横径(表3)。

表1 不同马尾松无性系间生长性状的比较(平均值±标准差)Table 1 Comparison of growth characters among different P.massoniana clones (mean±SD)

表2 不同马尾松无性系间生长性状的方差分析Table 2 Variance analysis on growth characters of different clones in P.massoniana

由表4可知，不同马尾松无性系间单株果数、单株果质量、球果横径、球果纵径、果形指数、种子总质量、优质种质量、千粒重的差异均达到极显著水平(P<0.01)。以上试验结果表明，马尾松无性系的球果产量和球果、种子形态特征存在不稳定性，变异范围广，遗传变异丰富，在营建高世代种子园或重建过程中对不同无性系进行筛选是必要的。

表4 不同马尾松无性系间种实性状的方差分析Table 4 Variance analysis on seed characters of different clones in P.massoniana

2.3 马尾松不同无性系性状间的相关分析

为揭示不同无性系各性状间的相关性，对马尾松不同无性系的15个性状指标进行了相关分析，结果见表5。地径与株高、行间冠幅、株间冠幅存在极显著正相关关系，与果形指数存在显著正相关关系；截高与株高、一级分枝数存在极显著正相关关系；株高与行间冠幅、株间冠幅、一级分枝数存在极显著正相关关系；行间冠幅与株间冠幅、单株果数、单株果质量、球果纵径、种子总质量、优质种质量存在极显著正相关关系，与球果横径、果形指数存在显著正相关关系；株间冠幅与单株果质量存在极显著正相关关系，与单株果数、球果纵径、果形指数存在显著正相关关系；单株果数与单株果质量、种子总质量、优质种质量存在极显著正相关关系；单株果质量与种子总质量、优质种质量存在极显著正相关关系，与球果纵径、球果横径存在显著正相关关系；单果鲜质量与球果横径、球果纵径存在极显著正相关关系；种子总质量与优质种质量存在极显著正相关关系。马尾松不同无性系的各性状与千粒重间的相关性均不显著。

2.4 马尾松不同无性系性状间的主成分分析(PCA)

基于马尾松不同无性系的15个性状，使用R语言的 rda 函数对其进行主成分分析(PCA)。根据特征值大于1的原则提取了5个因子，共解释原有变量总方差的89.53%。随后使用 biplot 函数[13]绘制排序图，根据参数scaling的不同分别做1型标尺双序图(scalling=1)、2型标尺双序图(scaling=2)[14]。由图1、图2可知，前两轴能够解释总方差的比例是55.06%。1型标尺双序图中可看出，5号、27号、56号、58号、72号、84号无性系在种实性状方面表现较好，其中58号无性系在优质种质量、单株果数、种子总质量、单株果质量等方面排序靠前。4号、16号、17号、68号无性系在生长性状方面较好，其中17号无性系在株高、截高、一级分枝数等方面排序靠前。在2型标尺双序图中，单株果数与优质种质量、种子总质量等相关性较强。球果纵径与一级分枝数箭头几乎正交，显示它们的相关系数接近为0。千粒重的箭头短，表明它对以种实性状为主的第一主成分和以生长性状为主的第二主成分贡献并不大。

注：对象用点表示，变量用箭头表示。1型标尺的特征向量被标准化为单位长度，关注的是对象之间 的关系，代表变量的箭头之间的角度没有意义。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 马尾松无性系性状的聚类分析

使用 hclust 函数[15]和 plot 函数对马尾松无性系性状进行系统聚类分析(类平均法)。由图2可知，当马尾松的20个无性系聚为5大类时，第1类仅58号无性系，4号、84号聚成第2类(果实性状较好)，8号、20号、30号、51号、17号、61号聚成第3类(种子性状较差)，5号、16号、68号、56号、10号、15号聚成第4类(种实性状中等)，其余无性系聚成第5类(生长性状中等)。当20个无性系聚为4大类时，将种实性状和生长性状中等的无性系聚为1类，其余分类不变。当20个无性系聚为3大类时，将种子性状较差、种实性状和生长性状中等的无性系聚为1类，其余分类不变。当20个无性系聚为2大类时，58号无性系单独为1类，剩余的无性系聚为1类。

注：2型标尺的每个特征向量被标准化为特征根的平方根，关注的是变量之间的关系， 代表变量箭头之间的夹角反映变量之间的相关性。

图3 20个马尾松无性系聚类分析结果Fig.3 Cluster analysis of 20 P.massonianaclones

3 结论与讨论

马尾松二代无性系种子园的生长性状和种实性状无性系间存在一定的变异程度，所调查的20个马尾松无性系变异幅度较大，平均变异系数为34%，其中变异系数为单株果质量>单株果数>优质种质量>种子总质量>单果鲜质量>株间冠幅>一级分枝数>行间冠幅>截高>地径>株高>千粒重>球果纵径>果形指数>球果横径。对种子园无性系间的方差分析表明，无性系间的地径、株高、行间冠幅、株间冠幅、单株果数、单株果质量、球果横径、球果纵径、果形指数、种子总质量、优质种质量、千粒重等指标均存在显著差异，说明无性系间的生长性状和种实性状差异较大。建园材料在考虑遗传多样性[16-17]、开花习性[9,18]时，应注重生长性状和种实性状的差异性，以便获得遗传增益高且遗传基础广泛的种子。

本研究表明，主要的生长性状，如地径、株高、冠幅间存在极显著正相关关系，与林能庆[19]的研究结果一致。地径、株高、冠幅等生长性状与单株果质量、果形指数等种实性状密切相关，地径、冠幅等越大，球果产量也越大。马尾松不同无性系的各性状与千粒重间的相关性均不显著。种子千粒重是反映种子园无性系繁育能力的重要种实性状，它影响着种子园的产量和种子品质[20-21]。有研究表明，马尾松千粒重主要决定于遗传基因，但受地理气候、林分状况及结实丰欠年生理周期的影响，千粒重存在一定的产地变异和年度变异[22]。本研究发现,千粒重与其他性状的相关性并不显著，这可能与其所在种子园的结实年份有关系，后续可进一步研究千粒重的年度变异规律，以此准确评估种子园的产种量和种子质量。

通过主成分分析，将20个无性系的15个性状转化为5个主成分。5个主成分反映了原性状89.53%的信息，能较完整地表现出马尾松无性系间各性状的主导因素。由前两轴可看出，5号、27号、56号、58号、72号、84号无性系在种实性状方面表现较好，其中58号无性系在优质种质量、单株果数、种子总质量、单株果质量等方面排序靠前。4号、16号、17号、68号无性系在生长性状方面较好，其中17号无性系在株高、截高、一级分枝数等方面排序靠前。利用15个性状的平均值，对马尾松二代种子园的20个无性系进行聚类分析，58号无性系在各情况下都可单独聚为一类，且其各性状表现都较优，种子园下一步去劣疏伐可以考虑将其作为优良无性系加以保留，将具有较好的选择效果，同时也可将其作为控制杂交授粉的亲本，培育优良杂交子代无性系。