蒙古栎种子园结实性状变异初步分析

康晓梅, 陈建伟, 蔡艺伟, 李树君, 程广有

(1. 吉林市丰满区林业和畜牧业管理局, 吉林 吉林 132013; 2. 吉林市丰满区林业稽查大队, 吉林 吉林 132013; 3. 北华大学林学院, 吉林 吉林 132013; 4. 吉林市丰满区国有林总场, 吉林 吉林 132013)

蒙古栎(Quercusmongolica)为壳斗科栎属落叶乔木,又称柞树。其木质坚硬、纹理美观,常作为高等建材用于建筑业中[1]。其可作木本饲料,也具有极高的药用价值,可用于治疗部分肠道有害菌群所引发的炎症以及消化系统紊乱等疾病[2]。其果实淀粉含量高,可用于酿酒,更是制造生物乙醇等工业产品的重要原材料[3]。在观赏价值方面,其叶型美观,是良好的城市公园绿化树种。

蒙古栎种群具有高遗传多样性[4],不同种源、家系间种子性状差异较为显著[5, 6]。种子园的经营目标是实现种子的优质高产,了解和掌握蒙古栎种子园无性系结实性状变异规律,可以为种子园去劣疏伐和升级提供依据。

1 研究地概况与方法

1.1 研究地概况

蒙古栎种子园位于吉林森工临江林业有限公司金山林场,属长白山气候区,海拔约793 m,年平均气温1.4 ℃,无霜期约109 d,年均降水量840 mm,年平均风速1.9 m·s-1,昼夜温差较大,可达18 ℃。土壤主要为暗棕色肥沃森林土,伴有少量黄泥,腐殖层厚度 >15 cm,pH 5.5～6.0。总面积约4.5 hm2,始建于1999年,共划分2个小区,分别为Ⅰ区、Ⅱ区。Ⅰ区优树主要来源于长白山,面积2.5 hm2,区组内有20个无性系共624株母树;Ⅱ区优树主要来源于小兴安岭,面积2.0 hm2,区组内有20个无性系共500株母树。

1.2 调查方法

在2个不同的种源中各选择10个无性系,每个无性系选择生长健壮的3个分株。2021年9—10月、2022年9—10月分别采集各无性系分株掉落的果实,处理后统计产量。对每个无性系分株的种子随机选取30粒,重复3次,用游标卡尺测量种子长、宽,精确到0.01 mm。待风干后,每个无性系分株随机选取100粒种子,重复3次,用电子秤称重,精确到0.01 g。

1.3 数据统计方法

利用Excel对数据进行统计,用SAS 9.4软件对数据进行方差分析、多重比较、聚类分析、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 蒙古栎无性系结实及种子性状变异分析

蒙古栎结实及种子性状统计参数见表1、表2。在Ⅰ区内,无性系结实量的平均值为1 843.75 g,种子的百粒重、结实率、空籽率、长、宽、长宽比均值分别为370.25 g、21.16 %、25.11 %、20.94 cm、17.56 cm、1.19,其中结实率变异系数最大,为15.70 %,长宽比变异系数最小,为3.23 %。在Ⅱ区内,无性系结实量的平均值为1 599.80 g,种子的百粒重、结实率、空籽率、长、宽、长宽比均值分别为342.90 g、25.29 %、22.10 %、21.14 cm、17.52 cm、1.21,其中结实率变异系数最大,为14.23 %,百粒重变异系数最小,为2.36 %。

表1 蒙古栎结实及种子性状统计参数

表2 蒙古栎结实及种子性状变异系数

对不同种源中各无性系结实及种子性状分别进行方差分析(见表3),结果表明,结实量、空籽率、百粒重在种源及无性系之间的差异均达到极显著水平;结实率在种源之间的差异不显著,在无性系之间的差异达到极显著水平;种子长在种源之间的差异达到显著水平,在无性系之间的差异达到极显著水平;种子宽在种源之间的差异不显著,在无性系之间的差异达到极显著水平;种子长宽比在种源之间的差异不显著,而在无性系之间的差异达到极显著水平。

表3 蒙古栎结实及种子性状方差分析

进一步对不同无性系结实性状进行多重比较,结果见表4。在Ⅰ区内,Ⅰ-11号无性系结实量(5 270 g)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅰ-11号无性系结实率(38 %)最大,除与Ⅰ-6号无性系差异不显著外,与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅰ-45号无性系空籽率(66 %)最高,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅰ-11号无性系百粒重(595 g)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平。在Ⅱ区内,Ⅱ-19号无性系结实量(4 635 g)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅱ-19号无性系结实率(80 %)最大,除与Ⅱ-15号无性系差异不显著外,与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅱ-29号无性系空籽率(45 %)最高,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅱ-11号无性系百粒重(394 g)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平。

表4 各无性系结实性状多重比较

对不同无性系种子的长、宽进行多重比较,结果见表5。在Ⅰ区内,Ⅰ-6号无性系种子长(22.34 mm)最大,除与Ⅰ-5号无性系差异不显著外,与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅰ-23号无性系种子宽(19.09 mm)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅰ-14号无性系种子长宽比(1.44)最大,且与其他无性系差异达到显著水平。在Ⅱ区内,Ⅱ-15号无性系种子长(22.39 mm)最大,且与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅱ-8号无性系种子宽(18.25 mm)最大,除与Ⅱ-9号、Ⅱ-19号无性系差异不显著外,与其他无性系差异均达到显著水平;Ⅱ-15号无性系种子长宽比(1.32)最大,除与Ⅱ-4号、Ⅱ-23号无性系差异不显著外,与其他无性系差异均达到显著水平。

表5 各无性系种子长、宽多重比较

依据方差分析结果,分别以各无性系结实量、百粒重进行聚类分析(见图1)。在Ⅰ区内,以结实量为依据时,Ⅰ-11号无性系被聚类为高产类群,Ⅰ-5号、Ⅰ-9号、Ⅰ-7号无性系被聚类为中产类群,其余无性系则被聚类为低产类群;以种子百粒重为依据时,Ⅰ-11号无性系被聚类为较重类群,Ⅰ-5号、Ⅰ-8号、Ⅰ-7号、Ⅰ-9号无性系被聚类为中等重量类群,其余无性系则被聚类为较轻类群。在Ⅱ区内,以结实量为依据时,Ⅱ-15号、Ⅱ-19号无性系被聚类为高产类群,Ⅱ-4号、Ⅱ-8号、Ⅱ-9号无性系被聚类为低产类群,其余无性系则被聚类为中产类群;以种子百粒重为依据时,Ⅱ-11号、Ⅱ-19号、Ⅱ-29号无性系被聚类为较重类群,Ⅱ-9号、Ⅱ-23号无性系被聚类为较轻类群,其余无性系则被聚类为中等重量类群。

A—Ⅰ区结实量聚类分析;B—Ⅰ区种子百粒重聚类分析;C—Ⅱ区结实量聚类分析;D—Ⅱ区种子百粒重聚类分析。

2.2 无性系生长及结实性状相关性分析

对2个区组内不同无性系生长及结实性状进行相关性分析,结果见表6。可以看出,树高与地径呈显著正相关,相关系数为0.9;无性系作父本时的平均花期同步指数与单个小枝雄花序数呈显著负相关,相关系数为-1;无性系作母本时的平均花期同步指数与单株雄花序总量、结实率呈显著正相关,相关系数均为0.7;单个小枝雄花序数与单株雄花序总量呈显著正相关,相关系数为0.8;结实量与种子长、种子宽、百粒重呈显著正相关,相关系数分别为0.7、0.8、0.9,与空籽率呈显著负相关,相关系数为-1;百粒重与种子长、种子宽呈显著正相关,相关系数分别为0.8、0.9;空籽率与种子长呈显著负相关,相关系数为-1。

表6 各无性系生长及结实性状相关性分析

3 小结与讨论

蒙古栎种子园内结实量、空籽率、百粒重在种源及无性系之间的差异均达到极显著水平;结实率无性系之间的差异达到极显著水平;种子长在种源之间的差异达到显著水平,在无性系之间的差异达到极显著水平;种子宽在无性系之间的差异达到极显著水平;种子长宽比在无性系之间的差异达到极显著水平。

在Ⅰ区内,Ⅰ-6号无性系种子长(22.34 mm)最大,Ⅰ-23号无性系种子宽(19.09 mm)最大,Ⅰ-14号无性系种子长宽比(1.44)最大;在Ⅱ区内,Ⅱ-15号无性系种子长(22.39 mm)最大,Ⅱ-8号无性系种子宽(18.25 mm)最大,Ⅱ-15号无性系种子长宽比(1.32)最大。

以结实量为依据,将种子园内各无性系结实量分别聚类成高产、中产和低产3个类群。I区内,Ⅰ-11号无性系被聚类为高产类群,Ⅰ-5号、Ⅰ-9号、Ⅰ-7号无性系被聚类为中产类群,其余无性系则被聚类为低产类群;II区内,Ⅱ-15号、Ⅱ-19号无性系被聚类为高产类群,Ⅱ-4号、Ⅱ-8号、Ⅱ-9号无性系被聚类为低产类群,其余无性系则被聚类为中产类群。

以种子百粒重为依据,将种子园内各无性系种子分别聚类成较重、中等重量和较轻3个类群。I区内,Ⅰ-11号无性系被聚类为较重类群,Ⅰ-5号、Ⅰ-8号、Ⅰ-7号、Ⅰ-9号无性系被聚类为中等重量类群,其余无性系则被聚类为较轻类群;II区内,Ⅱ-11号、Ⅱ-19号、Ⅱ-29号无性系被聚类为较重类群,Ⅱ-9号、Ⅱ-23号无性系被聚类为较轻类群,其余无性系则被聚类为中等重量类群。

树高与地径呈显著正相关,相关系数为0.9;无性系作母本时花期同步指数与单株雄花序总量、结实率呈显著正相关,相关系数均为0.7;单个小枝雄花序数与单株雄花序总量呈显著正相关,相关系数为0.8;结实量与种子长、种子宽、百粒重呈显著正相关,相关系数分别为0.7、0.8、0.9;百粒重与种子长、种子宽呈显著正相关,相关系数分别为0.8、0.9。

对开花结实性状间的关系进行分析后,可以依据相关性大小,采用不同的方式对优树进行选择。针对某些相关性强的性状进行选择时,改良其中某个性状,可能会同时改变其他性状对选育目标的影响[7]。而存在负相关性状时,则会引起遗传负增益现象[8]。因此,在种子园改良过程中,建议以综合优良性状为主进行优树选择,兼顾特殊性状的改良效果。