楚雄市紫溪山华山松第一代无性系种子园选择评价

冯 峻，吴培福，潘涌智，罗正平，董云祥，马焕成

(1.云南省林木种苗工作总站，昆明 650215； 2.西南林业大学生命科学学院，云南 昆明 650224；3.西南林业大学保护生物学学院，云南 昆明 650224； 4.楚雄市林业和草原局，云南 楚雄 675000；5.西南林业大学国家林业局西南地区生物多样性保育重点实验室，云南 昆明 650224)

华山松(PinusarmandiFranch.)是松科 (Pinaceae)松属(Pinus)单维管束亚属的高大乔木，分布于我国华北、西北、西南地区，是中国特有的五针松，木材材质优良，用途甚广，经济利用价值大[1]。云南位于华山松的中心产区，华山松集中分布滇中、滇东北、滇东南一带，海拔1 600～2 600 m的地域均有较大面积分布，海拔3 050 m的落雪地区仍有种植[2,3]。华山松种源可分为云贵高原、川藏高原、秦巴山区3个大区[4]。但长期以来，云南造林一直沿袭“见树采种，见种造林”的落后习惯，人工林分质量不高，华山松种质资源流失，造林用种良莠不齐。为实现造林良种化的目标，1984年由原林业部和云南省林业厅，采用优势木对比法选出优树，在楚雄市紫溪山林场建设了华山松无性系种子园[5]；2012年该种子园被国家林业局确定为第二批国家重点林木良种基地。自种子园建设以来，相关学者先后在种子园内开展子代苗期生长、开花习性、华山松球果螟危害球果及种子品质的影响等工作[5-11]，取得了明显成效，推动了华山松种子园建设和遗传改良。紫溪山华山松第一代无性系种子园自1998年开始结实，2002年进入盛产期，但一直没有开展该种子园129个无性系生长性状和结实情况的评价。因此，本研究以楚雄市紫溪山华山松第一代种子园129个无性系为材料，结合前期的调查资料，对其生长和结实性状进行调查观测，探索无性系间各指标的相关性和差异性，采用布雷金综合评价法对不同无性系的生长和结实性状进行综合评价，筛选出生长和结实性状兼优的优良无性系，对建设高世代种子园、子代测定和杂交育种的亲本选择具有重要的研究价值和生产价值。

1 材料和方法

1.1 种子园概况

楚雄市紫溪山林场华山松第一代无性系种子园位于楚雄市西南20 km处，地处北纬24°59′03″～25°04′02″，东经101°23′01″～101°26′53″之间，海拔2 200～2 400 m，地势平坦，光照充足，80%以上林地坡度在10°以内，局部达15°左右。气候属北亚热带温凉湿润气候，年平均气温12 ℃ ，平均最高气温20 ℃，最低气温-6 ℃左右，年降雨量1 000 mm，平均相对湿度达80%～85%。园地土壤属发育在砂质岩上的山地暗红壤，土层深1 m 以上，质地疏松，吸水性、透气性能良好，土壤肥沃。

1.2 研究方法

1.2.1建园材料及处理

楚雄市紫溪山林场华山松第一代无性系种子园总面积30 hm2，划分为 5个大区，建园优树主要来自于楚雄、腾冲、南华、会泽、巍山和宜良等6个县市，共129个无性系，采取无性系嫁接方式建立，采用完全随机排列。

1.2.2调 查

2018年3—5月对华山松第一代无性系种子园129个无性系进行树高、胸径、冠幅、枝下高等生长指标测定，采用测高仪测定华山松树高和枝下高，用围径尺测量胸径，用皮尺测量冠幅；2018年9月调查和统计各无性系的结实量。每个无性系随机选取10株进行测定，共计调查1 290株。

1.2.3数据分析方法

华山松材积计算公式：

V=aDbHc

式中D为胸径，H为树高，a=0.000 073 535 016，b=2.001 569 4，c= 0.788 883 5。

方差分析线性模型为[12]：

Xij=μ+αi+βj+eij

式中：μ为平均值；αi为无性系效应；βj为重复效应；eij为随机误差。

无性系重复力计算公式[13]：

R=1-1/F

式中：R为某一性状重复力，F为方差分析中的F值。

预期遗传增益采用如下公式[14]：

对华山松种子园不同无性系的选择采用布雷金多性状综合评定法，其公式为[5]：

式中：n为评价指标个数，Xij为某一性状群体平均值，Xmax为某一性状群体最大值，Qi为各性状综合评价值。

数据分析使用Excel软件和国际通用SPSS软件[16]进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 种子园各无性系生长和变异分析

树高、胸径和单株材积是用材林重要的生长指标；冠幅、枝下高与种子园结实量有密切关系。由表1可知，华山松第一代无性系种子园平均树高、胸径、冠幅、结实球果、枝下高和材积分别为11.094 m、21.515 cm、6.971 m、6.983个、2.921 m、0.257 m3。结实球果数的变异最大，变异系数达130.45%，远大于树高及胸径、冠幅、枝下高、材积等，说明各无性系之间结实量差异、遗传变异和选择潜力很大；材积的变异程度也高于树高、胸径、冠幅、枝下高等；枝下高、胸径、树高和冠幅的变异系数依次降低。

表1 各无性系生长性状和变异情况

2.2 种子园无性系间的差异分析

为进一步分析各性状变异的内在本质，对各无性系间的差异显著性进行方差分析。由表2可知：华山松各无性系间的树高、胸径、冠幅、结实球果、枝下高和材积均具有显著差异，且达极显著水平。无性系间生长差异较大，各生长性状重复力为50.7%～66.9%，均在50%以上，其中：结实球果数重复力最高达到66.9%。说明华山松各无性系生长性状的差异由遗传因素引起，而且受中、高等遗传力制约，这为优良无性系选择提供了基础，通过选择可以获得较高的遗传增益，这为优良无性系的选择提供了可能。

表2 各无性系生长性状差异情况

2.3 种子园无性系间的相关分析

由表3可知：无性系间胸径与树高呈极显著正相关关系，冠幅与树高、胸径呈极显著正相关关系，枝下高与树高、胸径呈极显著正相关关系，结实球果与树高、胸径、冠幅呈极显著正相关关系，材积与树高、胸径、冠幅、枝下高和结实球果呈极显著正相关关系，尤其是胸径与材积之间的相关关系为0.943，在选择工作中，可直接根据胸径进行选择，其材积会得到相应的改良。

表3 各无性系生长性状相关性分析

2.4 种子园无性系性状的主成分分析

由方差分析可知，种子园各无性系的6个性状间在无性系间均差异显著，可用主成分法进一步分析，使用主成分分析法，能将复杂的多个变量综合成少数几个变量，可将问题简单化。由于由6个因素的尺度不一样，故先将数据进行标准化处理，运用SPSS 13.0软件对6个因素进行主成分提取，结果由表4可知，按照累积贡献率80%以上入选，通过KMO和球形Bartlett检验，检验值：0.741，Sig：0.000，合适做主成分因子分析，可得2个主成分。

表4 各无性系生长性状主成分分析

从表4可以看出第一主成分特征向量以材积和胸径的值最大，树高和冠幅的值大，说明华山松无性系材积和胸径增大时，树高和冠幅也增大；在第一主成分特征向量中材积、胸径、树高和冠幅的值均大于0.8，而华山松各无性系的材积主要和胸径、树高有关，第一主成分可称为材积因子，树高、胸径和材积最能反映华山松各无性系的生长水平。第二主成分的特征向量以结实量的正值最大，称为结实因子，枝下高的特征向量为负值，材积、胸径、树高、冠幅等性状的特征向量为较小的正值，说明结实球果数随着枝下高的降低而增加，但是材积、胸径、树高、冠幅的变化却不会很大。

2.5 布雷金多性状综合评定和选择

树木的生长是由多种生长性状共同表现的结果，在进行育种选择时，综合多个性状的信息，有助于使目标性状获得最大的改进，具有较高的选择效率[17]。因此，本文采用布雷金多性状综合评定法对华山松种子园129个无性系34年生时的树高、胸径、冠幅、枝下高、材积和当年结实量进行综合评选，以15%的入选率进行选择，最终得到华山松前20位的无性系各性状值综合得分和排名显示(表5)。其树高、胸径、冠幅、结实球果数、枝下高和材积相比总体均值而言，分别增长7.49%、10.33%、7.75%、28.22%、1.28%和20.64%，其各性状预期遗传增益分别为4.61%、7.32%、5.75%、26.3%、0.66%和16.26%。这些优良无性系为营建高世代种子园和杂交育种提供了优良的繁殖材料。

3 结论与讨论

种子园的建立包含林木遗传改良的成果，是获得遗传增益的保障，为造林用种提供了相对固定的来源[18]。因此，对通过表型选择建立的种子园进行调查和分析，弄清种子园的生长状况、变异、差异性等，进而对第一代无性系种子园进行选择和评价，对开展子代测定、杂交育种和高世代种子园建设有重要的意义。

华山松第一代无性系种子园平均树高、胸径、冠幅、结实球果、枝下高和材积分别为11.094 m、21.515 cm、6.971 m、6.983个、2.921 m、0.257 m3，林分保存情况良好，有较好的生长表现。变异是生物上、下代之间以及不同个体之间存在差异的现象，是树木育种选择的源泉[19]。华山松无性系种子园不同无性系间树高、胸径、材积、冠幅、结实球果和枝下高均存在丰富的变异，变异系数均超过20%以上，进行无性系选择的潜力较大。针叶树种子园不同无性系间的生长性状和结实性状存在显著差异，且生长性状和结实性状在优树间也存在变异[20,21]。本研究也得到相似结果，即种子园中不同华山松无性系的生长和结实性状均存在丰富的变异，较大的变异系数可为优良无性系的选择提供依据。

经分析可知，华山松第一代无性系种子园各无性系间的胸径、树高、材积、冠幅、结实球果和枝下高等生长性状表现出极显著差异，表明无性系间具有丰富的遗传差异。这与以前有关胸径、树高、材积、冠幅、结实球果和枝下高等生长性状在无性系间差异显著的研究结果一致[15,19,22,23]，说明种子园内各无性系有良好的选择潜力。种子园无性系的各性状重复力介于0.507～0.669之间，各性状均受中、高等遗传力控制，这再次证实了华山松无性系选育的有效性，华山松无性系间存在良好的选择潜力，为优良无性系的筛选、杂交育种和遗传测定提供保障和创造条件。

值得注意的是，结实球果数变异系数最大、差异极显著和重复力最高，由此说明种子园不同无性系的繁育能力差异极大。这主要是由于选择建园优树时偏重于干形和生长量，对结实量评选不够。华山松无性系种子园结实量在不同年份有一定差异，主要是环境因素造成的，不同年份气候条件不同，雨水、湿度、风等因素都会影响花粉的传播，也影响到授粉和结实，这就导致每年结实量有差异。而华山松种子园单位结实量与树木的冠型、单株结实球果数有直接关系，华山松的雄花主要着生于下部枝条，雌花主要着生于上部枝条，所以枝下高也会影响华山松种子园的结实情况。

华山松在选择育种中将结实量作为选择指标，既不会影响种子的质量，且具有很大的经济潜力[8]。因此，为了提高种子园种子产量与质量，有必要连续4年以上观察结实情况，淘汰那些种子产量和质量低劣的无性系，进行无性系的再选择。

各性状间的相关关系，对于林木遗传改良的方案制定和改良方法有较大的关系[24]，是林木遗传改良的重要研究内容，是综合选择的依据[22]。种子园各无性系间的相关性主要是由林木本身遗传特性决定，在种子园建设与改良过程中，如果性状间有显著的相关关系，可为不同无性系的多性状联合选择提供可行依据。材积与树高、胸径、冠幅、枝下高和结实球果呈极显著正相关关系，其中：树高、胸径和冠幅的遗传相关系数介于0.713～0.943之间，表明材积与树高、胸径和冠幅存在密切联系，这与其它用材林树种研究结果一致[24,25]。结实球果数与树高、胸径和冠幅呈正相关，遗传相关系数介于0.16～0.23之间，不同无性系有不同的营养特征，获得的营养物质多，树高、胸径和冠幅生长状况好，促进了开花结实。

多元统计的主成分分析是在不损失或很少损失原有信息的前提下，将原来个数较多而且彼此相关的指标转换为新的个数较少而彼此独立或不相关的综合指标，从而简化多指标分析[26]。国内学者对杂种落叶松、长白落叶松和油松的多个性状进行主成分分析，提高了选择效率，选出优良无性系、优良种源和确定了选择因子[27-29]。本研究通过对种子园无性系6个性状的主成分分析，按照80%的累积贡献率可得出2个主成分，确定的2个因子分别为材积因子和结实因子，从而避免单一指标选择的片面和不稳定性。在种子园建设中，可根据育种目的的不同，针对不同无性系主成分对应性状进行选择，也可以进行单独选择，更有利于优良无性系的选择和利用，为优良无性系的选择提供了基础。

通过多性状联合选择可以使复杂的多个性状之间取得很好的平衡，同时使主要的性状有改良，其它性状少损失。华山松种群数量性状间遗传相关密切，应采取多性状多次综合选择方案[30]。本研究华山松的结实球果数预期遗传增益大于材积等的预期遗传增益，这是由于华山松无性系间结实球果数的遗传变异系数远大于材积等的遗传变异系数，而单一追求结实量的遗传增益可能会在一定程度上导致生长量的下降，因此对生长性状和结实量进行改良是必要的。以15%的入选率选择20个优良无性系，树高、胸径、冠幅、结实球果数、枝下高和材积的预期遗传增益分别为4.61%、7.32%、5.75%、26.3%、0.66%和16.26%。进一步验证生长和结实性状为指标，应用布雷金多性状综合评定法进行种子园选择评价[31]；可使综合选择的效果达到最优。

营建高世代华山松种子园，就必须对建园的无性系进行系统地有计划地评选，不仅要根据生长和结实状状进行无性系的评选，而且还需要通过子代测定，即根据子代的表现进行评选观测。只有选用遗传品质优且繁育能力较强的建园材料和采用集约的种子园管理措施，才能实现种子园高产、优质、高效的目标。同时，应制定华山松种子园长期性育种策略，选择育种材料，组建育种群体，为选择高遗传值的亲本，建设高世代种子园夯实基础。