毛竹种子表型性状与质量分级研究

梁梅华，买凯乐，兰健花，冯立新，徐振国

（1.广西生态工程职业技术学院 林业工程学院，广西柳州 545004；2.广西壮族自治区林业科学研究院广西优良用材林资源培育重点实验，广西南宁 530002）

毛竹（Phyllostachys edulis）又称楠竹，是我国竹类资源中分布最广、栽培面积最大、利用最广泛及经济价值最高的竹种［1-4］。根据第9 次全国森林资源清查数据，中国竹林面积为641．16万hm2，其中毛竹林467．78万hm2，占全国竹林面积的72．96%[5]。作为重要的经济竹种，毛竹在乡村振兴方面发挥着重要作用。

毛竹开花周期长，开花零散，自然条件下常不结实或结实率低[6-7]。毛竹造林多采用移植母竹的方法，造林成本高，苗木运输困难，造林成活率不理想。20世纪60年代至今，广西桂林海洋山地区毛竹林连续不断地自然开花结实［8-9］，为毛竹实生苗繁育提供稳定的种子来源，实现了毛竹实生苗造林。种子质量的优劣对其育苗和造林起着十分关键的作用，种子的大小、饱满程度不同，发芽率差别较大［10］。

可对种子质量进行等级划分和评定[11]。反映种子质量的指标有多个，种子质量检验各指标间具有一定的相关性，利用多个指标进行评价的信息往往是重叠的[12]。近年来，聚类分析法在种子质量分级中的应用逐渐增多。艾伦强等[13]通过主成分分析、系统聚类分析和K-聚类分析3 种统计学方法对续断（Phlomis umbrosa）的种子质量进行分级；甘娇娥[14]通过K-均值聚类算法对黄连（Coptis chinensis）的种子质量进行分级。本研究在已有的毛竹种子生活力［15-18］和萌发特性［19-21］研究的基础上，对毛竹种子净度、发芽率、生活力、含水量和千粒重等种子质量指标进行研究，采用系统聚类分析法对毛竹种子质量进行等级划分，以期为毛竹种子质量分级提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

供试毛竹种子采自广西桂林市灵川区、灌阳县。2019年9月采收，种子情况见表1。

1．2 试验方法

种子的扦样、净度、千粒重、发芽率和含水量均采用《林木种子检验规程》（GB 2772-1999）[22]中的方法进行抽取与检验。

1．2．1 扦样

根据混合样品的重量一般不能少于送检样品10 倍的原则，采用“徒手减半分取法”分取850 g 混合样品，获得85 g毛竹种子作为送检样品。

1．2．2 净度分析

采用四分法，从送检样品中分取略多于50 g 种子置于种子检验板上，将纯净种子、夹杂物和其他植物种子分开，分别称量重量，达到容许差值时，根据公式计算种子净度（%），4次重复。

1．2．3 千粒重测定

采用百粒法进行测定，重复8次。

1．2．4 含水量测定

从送检样品中称取5 g种子，采用低恒温烘干法（105±2）℃进行种子含水量测定，4次重复。

1．2．5 生活力测定

采用TTC 法，TTC 浓度为0．5%。从净度分析后的纯净种子中随机抽取50 粒种子，剥去种子稃壳，用45 ℃温水浸种48 h，4次重复。种子充分吸涨后，将种子纵切露胚，带胚的一半种子加入TTC 溶液，使溶液完全淹没种子，于35 ℃恒温黑暗条件下染色4 h。染色结束后用清水冲洗，并在体式显微镜下观察种子生活力。

1．2．6 发芽率测定

从净度分析后的纯净种子中随机抽取50 粒种子，4 次重复。剥去种子稃壳，用0．3%高锰酸钾溶液消毒4 h，然后用45 ℃温水浸种28 h。将吸涨后的种子置于双层滤纸发芽床，生化培养箱内培养至发芽，培养箱内温度为25 ℃，湿度为80%。以突破种皮的胚轴达到或超过种子长度为发芽标准，逐日记录发芽数，计算发芽率（Gr，%）。

式中，NT表示种子总数；Gt表示在t日时的发芽数。

1．2．7 颖果长度、宽度及种仁长度、宽度、种芒长度测定

从净度分析后的纯净种子中随机抽取30 粒种子，3 次重复。以颖果纵轴为长度，以横向最大宽度为宽度；以种仁纵轴为长度，以横向最大宽度为宽度。采用数显游标卡尺（精度为0．01 mm）测量颖果长度、宽度及种仁长度、宽度和种芒长度。

1．3 数据处理

采用Excel 软件进行数据统计；采用SPSS 21．0软件进行LSD 法多重比较、Pearson 相关分析和主成分分析；采用系统聚类分析和K-均值聚类相结合进行毛竹种子质量分级。

2 结果与分析

2．1 不同种源毛竹种子表型性状

不同种源毛竹种子的颖果长度、颖果宽度、种仁长度、种仁宽度和种芒长度均差异极显著（P＜0．01）（表2）。9 个不同种源毛竹种子的颖果长度为23．314 ～24．705 mm，颖果宽度为1．732 ～2．149 mm，种仁长度为8．458 ～9．701 mm，种仁宽度为1．668 ～1．899 mm，种芒长度为2．854 ～4．019 mm。各表型性状的变异系数表现为颖果宽度（38．7%）＞种芒长度（29．5%）＞种仁宽度（25．0%）＞种仁长度（10．2%）＞颖果长度（7．3%）。颖果长度变异系数小于10，说明颖果长度变异范围小，遗传性状较稳定。种仁长度、种仁宽度、种芒长度和颖果宽度4个表型性状的变异系数均大于10%，说明这4 个表型性状在种源间变异范围大，具有较丰富的遗传基础。

表2 不同种源毛竹种子表型性状Tab.2 Phenotypic characteristics of P.edulis seeds collected from different provenances

2．2 毛竹种子质量指标

不同种源毛竹种子的含水量、净度、千粒重、生活力和发芽率均差异极显著（P＜0．01）（表3）。9 个不同种源毛竹种子含水量为12．2%～14．8%，净度为96．98% ～99．86%，千粒重为23．98 ～30．37 g，生活力为70．0%～95．8%，种子发芽率为61．5%～87．0%。

表3 不同种源毛竹种子质量比较Tab.3 Comparison on seed quality of P.edulis collected from different provenances

9个种源毛竹种子质量指标变异系数表现为发芽率（14．9%）＞生活力（9．6%）＞千粒重（7．8%）＞含水量（6．0%）＞净度（1．6%）。发芽率和生活力的变异系数较大，说明不同种源毛竹种子发芽率和生活力变化范围大。不同种源毛竹种子含水量、净度和千粒重变异系数均小于10%，说明不同种源毛竹种子含水量、净度和千粒重变化范围较小。

2．3 毛竹种子质量等级初步划分

2．3．1 毛竹种子质量检测指标的相关性分析

种子发芽率与生活力呈显著正相关（P＜0．05），相关系数为0．775；其余指标间的相关性均没有显著水平（表4）。

表4 毛竹种子质量分级标准指标相关性分析Tab.4 Correlation analysis on standard indexes of P.edulis seed quality classification

2．3．2 毛竹种子质量检测指标的主成分分析

主成分分析结果显示，前3 个特征值累计贡献率达89．137%，说明前3 个主成分基本包含了全部的指标信息（表5）。取前3个特征值，并计算相应的特征向量。

表5 主成分分析的贡献率Tab.5 Contribution rates of principal component analysis

前3个特征向量分别为：

F1= 0．910X1- 0．231X2+ 0．634X3+ 0．852X4+0．701X5-0．111X6-0．521X7

F2= 0．008X1+ 0．761X2+ 0．352X3+ 0．299X4-0．423X5-0．876X6+0．180X7

F3= -0．072X1+ 0．363X2- 0．248X3+ 0．350X4+0．547X5+0．203X6+0．662X7

式中，X1代表含水量；X2代表净度；X3代表千粒重；X4代表生活力；X5代表发芽率；X6代表颖果长度；X7代表颖果宽度。

第1主成分中，含水量、生活力和发芽率发挥主要作用；第2主成分中，种子净度和颖果长度发挥主要作用；第3主成分中，颖果宽度发挥主要作用。

种子质量分级能反映种子内在品质，便于测量；采用生产上易于推广应用的指标进行种子质量分级，可使种子质量分级具有实践意义。生产上，种子的发芽率可直接反映田间出苗率，是确定播种量的主要依据，是种子内在质量的反映，由表4可知毛竹种子生活力与发芽率相关性显著。因此，将生活力和发芽率作为种子质量等级划分的主要指标，将净度和颖果长度作为重要参考指标，将种子含水量、颖果宽度和千粒重作为一般参考指标。

2．3．3 系统聚类分析

结合系统聚类分析的结果以及实际生产的可操作性，依据毛竹种子生活力、发芽率两项指标对9个种源毛竹种子进行系统聚类，9 个种源种子在阈值为5 处分为3 类，01、05、07 和08 归为一类，04、06和09归为一类，02和03归为一类。

2．3．4 K-均值聚类分级

K-均值聚类分析法即按类间距距离大小依次对各指标进行质量等级分类，设置10 次迭代、聚类数为3类，得到最终的聚类中心值。标准化处理后，Ⅰ级种子的聚类中心为（0．89，0．90），Ⅱ级种子的聚类中心为（0．58，0．35）（表6）。

表6 种子质量等级K 均值聚类中心Tab.6 K-mean clustering center of P.edulis seed quality grade

3 个聚类中心之间种子发芽率和生活力差异极显著（P＜0．01），种子净度、千粒重、含水量、颖果宽度和颖果长度差异不显著，与相关分析和主成分分析结果基本一致（表7）。可见对毛竹种子聚类中心的选择和类别的划分科学合理、切实可行。因此制定毛竹种子分级标准时，以发芽率和生活力为主要分级指标；因净度是种子播种品质的重要指标，对种子生活力的保存有较大影响，在第2主成分中，颖果长度和种子净度发挥主要作用，故将种子净度和颖果长度作为重要参考指标；种子含水量、颖果宽度和千粒重作为一般参考指标。

图1 毛竹种子聚类分析Fig.1 Clustering analysis of P.edulis seeds

表7 毛竹种子分级指标方差分析结果Tab.7 Analysis of variance on P.edulis seed indexes

2．3．5 种子级别临界值

Ⅰ级种子生活力≥90．7%，发芽率≥84．5%；Ⅱ级种子生活力≥79．8%，发芽率≥67．3%（表8）。结合本研究结果与生产实际，各等级毛竹种子的含水量应在安全含水量范围内，种子净度应＞99．7%。

表8 毛竹种子质量等级划分标准Tab.8 Grading standard of seed quality of P.edulis

3 讨论与结论

成熟毛竹颖果呈针状，果皮膜质，顶端加厚，浅灰褐色；种仁圆柱形，浅棕色，腹沟明显。本研究中，毛竹颖果平均长度（24．170 mm）大于孙立方测得的颖果长度（23．6 mm）、颖果平均宽度（1．934 mm）小于孙立方测量平均值（2．3 mm）[8]；种仁长度（9．174 mm）大于喻富根等的结果（7．55 mm），种仁宽度（1．764 mm）大于喻富根等的结果（1．60 mm）[23]。研究结果与前人的研究不完全一致，可能是由于种子生长环境条件存在差异。种子是植物形态学分类的主要依据，也是植物的重要繁殖材料[24]。种子大小不仅受到严格的遗传控制影响，还受到环境的影响；由于地理阻隔和自然环境的长期作用，不同种群间的植物种子可能存在较大的表型差异[25]。本研究结果表明，不同种源毛竹种子的颖果长度、颖果宽度、种仁长度、种仁宽度和种芒长度差异极显著（P＜0．01），表明不同种源毛竹种子表型性状差异较大，具有较为丰富的遗传基础，遗传改良潜力大。

变异系数可以评价不同性状间的变异程度，变异系数越大，表明性状的离散程度越大[26]。本研究结果显示，不同种源毛竹种子除颖果长度变异系数为7．3%外，其余表型性状的变异系数为10．25% ～38．7%，表明不同种源毛竹种子表型性状整体离散程度较高，存在丰富的变异。颖果宽度变异系数最大，说明该性状受环境影响大。毛竹颖果长度变异范围最小（7．3%），说明颖果长度遗传性状较为稳定，受环境的影响较小。

种子是植物生产最基本的物质基础，其质量将直接影响植物的产量和质量，制定种子分级标准是保障种子质量的有效途径。本研究利用相关性、主成分分析确定毛竹种子分级标准的主要指标为种子发芽率和生活力，采用聚类分析法进行毛竹种子质量分级。将不同种源地的毛竹种子分为3个质量等级，Ⅰ级种子生活力≥90．7%，发芽率≥84．5%；Ⅱ级 种 子 生 活 力79．8% ～90．7%，发 芽 率67．3% ～84．5%；Ⅲ级种子生活力＜79．8%，发芽率＜67．3%。采用该标准进行分级，毛竹种子质量分级呈正态分布曲线，9 个不同种源种子，Ⅰ级种子占11．11%，Ⅱ级种子占55．56%，Ⅲ级种子占33．33%，Ⅰ级种子占比较低，这与采种母竹林管理粗放，导致毛竹种子质量差、产量低的现状一致，说明本研究制定的毛竹种子的分级是科学、可行的，可操作性强。

本研究结果表明不同种源毛竹种子表型性状和种子质量差异大，说明毛竹种子质量与种源地立地条件有着密切的联系，深入研究栽培地气候条件、坡位、坡向和土壤等立地条件对毛竹结实和种子质量的影响，对提高毛竹种子产量和质量有重要意义。