楚雄市紫溪山華山松第一代無(wú)性系種子園選擇評(píng)價(jià)

馮 峻，吳培福，潘涌智，羅正平，董云祥，馬煥成

(1.云南省林木種苗工作總站，昆明 650215； 2.西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650224；3.西南林業(yè)大學(xué)保護(hù)生物學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650224； 4.楚雄市林業(yè)和草原局，云南 楚雄 675000；5.西南林業(yè)大學(xué)國(guó)家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224)

華山松(PinusarmandiFranch.)是松科 (Pinaceae)松屬(Pinus)單維管束亞屬的高大喬木，分布于我國(guó)華北、西北、西南地區(qū)，是中國(guó)特有的五針?biāo)?，木材材質(zhì)優(yōu)良，用途甚廣，經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值大[1]。云南位于華山松的中心產(chǎn)區(qū)，華山松集中分布滇中、滇東北、滇東南一帶，海拔1 600～2 600 m的地域均有較大面積分布，海拔3 050 m的落雪地區(qū)仍有種植[2,3]。華山松種源可分為云貴高原、川藏高原、秦巴山區(qū)3個(gè)大區(qū)[4]。但長(zhǎng)期以來(lái)，云南造林一直沿襲“見(jiàn)樹(shù)采種，見(jiàn)種造林”的落后習(xí)慣，人工林分質(zhì)量不高，華山松種質(zhì)資源流失，造林用種良莠不齊。為實(shí)現(xiàn)造林良種化的目標(biāo)，1984年由原林業(yè)部和云南省林業(yè)廳，采用優(yōu)勢(shì)木對(duì)比法選出優(yōu)樹(shù)，在楚雄市紫溪山林場(chǎng)建設(shè)了華山松無(wú)性系種子園[5]；2012年該種子園被國(guó)家林業(yè)局確定為第二批國(guó)家重點(diǎn)林木良種基地。自種子園建設(shè)以來(lái)，相關(guān)學(xué)者先后在種子園內(nèi)開(kāi)展子代苗期生長(zhǎng)、開(kāi)花習(xí)性、華山松球果螟危害球果及種子品質(zhì)的影響等工作[5-11]，取得了明顯成效，推動(dòng)了華山松種子園建設(shè)和遺傳改良。紫溪山華山松第一代無(wú)性系種子園自1998年開(kāi)始結(jié)實(shí)，2002年進(jìn)入盛產(chǎn)期，但一直沒(méi)有開(kāi)展該種子園129個(gè)無(wú)性系生長(zhǎng)性狀和結(jié)實(shí)情況的評(píng)價(jià)。因此，本研究以楚雄市紫溪山華山松第一代種子園129個(gè)無(wú)性系為材料，結(jié)合前期的調(diào)查資料，對(duì)其生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行調(diào)查觀測(cè)，探索無(wú)性系間各指標(biāo)的相關(guān)性和差異性，采用布雷金綜合評(píng)價(jià)法對(duì)不同無(wú)性系的生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)性狀兼優(yōu)的優(yōu)良無(wú)性系，對(duì)建設(shè)高世代種子園、子代測(cè)定和雜交育種的親本選擇具有重要的研究?jī)r(jià)值和生產(chǎn)價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 種子園概況

楚雄市紫溪山林場(chǎng)華山松第一代無(wú)性系種子園位于楚雄市西南20 km處，地處北緯24°59′03″～25°04′02″，東經(jīng)101°23′01″～101°26′53″之間，海拔2 200～2 400 m，地勢(shì)平坦，光照充足，80%以上林地坡度在10°以內(nèi)，局部達(dá)15°左右。氣候?qū)俦眮啛釒貨鰸駶?rùn)氣候，年平均氣溫12 ℃ ，平均最高氣溫20 ℃，最低氣溫-6 ℃左右，年降雨量1 000 mm，平均相對(duì)濕度達(dá)80%～85%。園地土壤屬發(fā)育在砂質(zhì)巖上的山地暗紅壤，土層深1 m 以上，質(zhì)地疏松，吸水性、透氣性能良好，土壤肥沃。

1.2 研究方法

1.2.1建園材料及處理

楚雄市紫溪山林場(chǎng)華山松第一代無(wú)性系種子園總面積30 hm2，劃分為 5個(gè)大區(qū)，建園優(yōu)樹(shù)主要來(lái)自于楚雄、騰沖、南華、會(huì)澤、巍山和宜良等6個(gè)縣市，共129個(gè)無(wú)性系，采取無(wú)性系嫁接方式建立，采用完全隨機(jī)排列。

1.2.2調(diào) 查

2018年3—5月對(duì)華山松第一代無(wú)性系種子園129個(gè)無(wú)性系進(jìn)行樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高等生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定，采用測(cè)高儀測(cè)定華山松樹(shù)高和枝下高，用圍徑尺測(cè)量胸徑，用皮尺測(cè)量冠幅；2018年9月調(diào)查和統(tǒng)計(jì)各無(wú)性系的結(jié)實(shí)量。每個(gè)無(wú)性系隨機(jī)選取10株進(jìn)行測(cè)定，共計(jì)調(diào)查1 290株。

1.2.3數(shù)據(jù)分析方法

華山松材積計(jì)算公式：

V=aDbHc

式中D為胸徑，H為樹(shù)高，a=0.000 073 535 016，b=2.001 569 4，c= 0.788 883 5。

方差分析線性模型為[12]：

Xij=μ+αi+βj+eij

式中：μ為平均值；αi為無(wú)性系效應(yīng)；βj為重復(fù)效應(yīng)；eij為隨機(jī)誤差。

無(wú)性系重復(fù)力計(jì)算公式[13]：

R=1-1/F

式中：R為某一性狀重復(fù)力，F(xiàn)為方差分析中的F值。

預(yù)期遺傳增益采用如下公式[14]：

對(duì)華山松種子園不同無(wú)性系的選擇采用布雷金多性狀綜合評(píng)定法，其公式為[5]：

式中：n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，Xij為某一性狀群體平均值，Xmax為某一性狀群體最大值，Qi為各性狀綜合評(píng)價(jià)值。

數(shù)據(jù)分析使用Excel軟件和國(guó)際通用SPSS軟件[16]進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子園各無(wú)性系生長(zhǎng)和變異分析

樹(shù)高、胸徑和單株材積是用材林重要的生長(zhǎng)指標(biāo)；冠幅、枝下高與種子園結(jié)實(shí)量有密切關(guān)系。由表1可知，華山松第一代無(wú)性系種子園平均樹(shù)高、胸徑、冠幅、結(jié)實(shí)球果、枝下高和材積分別為11.094 m、21.515 cm、6.971 m、6.983個(gè)、2.921 m、0.257 m3。結(jié)實(shí)球果數(shù)的變異最大，變異系數(shù)達(dá)130.45%，遠(yuǎn)大于樹(shù)高及胸徑、冠幅、枝下高、材積等，說(shuō)明各無(wú)性系之間結(jié)實(shí)量差異、遺傳變異和選擇潛力很大；材積的變異程度也高于樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高等；枝下高、胸徑、樹(shù)高和冠幅的變異系數(shù)依次降低。

表1 各無(wú)性系生長(zhǎng)性狀和變異情況

2.2 種子園無(wú)性系間的差異分析

為進(jìn)一步分析各性狀變異的內(nèi)在本質(zhì)，對(duì)各無(wú)性系間的差異顯著性進(jìn)行方差分析。由表2可知：華山松各無(wú)性系間的樹(shù)高、胸徑、冠幅、結(jié)實(shí)球果、枝下高和材積均具有顯著差異，且達(dá)極顯著水平。無(wú)性系間生長(zhǎng)差異較大，各生長(zhǎng)性狀重復(fù)力為50.7%～66.9%，均在50%以上，其中：結(jié)實(shí)球果數(shù)重復(fù)力最高達(dá)到66.9%。說(shuō)明華山松各無(wú)性系生長(zhǎng)性狀的差異由遺傳因素引起，而且受中、高等遺傳力制約，這為優(yōu)良無(wú)性系選擇提供了基礎(chǔ)，通過(guò)選擇可以獲得較高的遺傳增益，這為優(yōu)良無(wú)性系的選擇提供了可能。

表2 各無(wú)性系生長(zhǎng)性狀差異情況

2.3 種子園無(wú)性系間的相關(guān)分析

由表3可知：無(wú)性系間胸徑與樹(shù)高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，冠幅與樹(shù)高、胸徑呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，枝下高與樹(shù)高、胸徑呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，結(jié)實(shí)球果與樹(shù)高、胸徑、冠幅呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，材積與樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高和結(jié)實(shí)球果呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，尤其是胸徑與材積之間的相關(guān)關(guān)系為0.943，在選擇工作中，可直接根據(jù)胸徑進(jìn)行選擇，其材積會(huì)得到相應(yīng)的改良。

表3 各無(wú)性系生長(zhǎng)性狀相關(guān)性分析

2.4 種子園無(wú)性系性狀的主成分分析

由方差分析可知，種子園各無(wú)性系的6個(gè)性狀間在無(wú)性系間均差異顯著，可用主成分法進(jìn)一步分析，使用主成分分析法，能將復(fù)雜的多個(gè)變量綜合成少數(shù)幾個(gè)變量，可將問(wèn)題簡(jiǎn)單化。由于由6個(gè)因素的尺度不一樣，故先將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，運(yùn)用SPSS 13.0軟件對(duì)6個(gè)因素進(jìn)行主成分提取，結(jié)果由表4可知，按照累積貢獻(xiàn)率80%以上入選，通過(guò)KMO和球形Bartlett檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值：0.741，Sig：0.000，合適做主成分因子分析，可得2個(gè)主成分。

表4 各無(wú)性系生長(zhǎng)性狀主成分分析

從表4可以看出第一主成分特征向量以材積和胸徑的值最大，樹(shù)高和冠幅的值大，說(shuō)明華山松無(wú)性系材積和胸徑增大時(shí)，樹(shù)高和冠幅也增大；在第一主成分特征向量中材積、胸徑、樹(shù)高和冠幅的值均大于0.8，而華山松各無(wú)性系的材積主要和胸徑、樹(shù)高有關(guān)，第一主成分可稱為材積因子，樹(shù)高、胸徑和材積最能反映華山松各無(wú)性系的生長(zhǎng)水平。第二主成分的特征向量以結(jié)實(shí)量的正值最大，稱為結(jié)實(shí)因子，枝下高的特征向量為負(fù)值，材積、胸徑、樹(shù)高、冠幅等性狀的特征向量為較小的正值，說(shuō)明結(jié)實(shí)球果數(shù)隨著枝下高的降低而增加，但是材積、胸徑、樹(shù)高、冠幅的變化卻不會(huì)很大。

2.5 布雷金多性狀綜合評(píng)定和選擇

樹(shù)木的生長(zhǎng)是由多種生長(zhǎng)性狀共同表現(xiàn)的結(jié)果，在進(jìn)行育種選擇時(shí)，綜合多個(gè)性狀的信息，有助于使目標(biāo)性狀獲得最大的改進(jìn)，具有較高的選擇效率[17]。因此，本文采用布雷金多性狀綜合評(píng)定法對(duì)華山松種子園129個(gè)無(wú)性系34年生時(shí)的樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高、材積和當(dāng)年結(jié)實(shí)量進(jìn)行綜合評(píng)選，以15%的入選率進(jìn)行選擇，最終得到華山松前20位的無(wú)性系各性狀值綜合得分和排名顯示(表5)。其樹(shù)高、胸徑、冠幅、結(jié)實(shí)球果數(shù)、枝下高和材積相比總體均值而言，分別增長(zhǎng)7.49%、10.33%、7.75%、28.22%、1.28%和20.64%，其各性狀預(yù)期遺傳增益分別為4.61%、7.32%、5.75%、26.3%、0.66%和16.26%。這些優(yōu)良無(wú)性系為營(yíng)建高世代種子園和雜交育種提供了優(yōu)良的繁殖材料。

3 結(jié)論與討論

種子園的建立包含林木遺傳改良的成果，是獲得遺傳增益的保障，為造林用種提供了相對(duì)固定的來(lái)源[18]。因此，對(duì)通過(guò)表型選擇建立的種子園進(jìn)行調(diào)查和分析，弄清種子園的生長(zhǎng)狀況、變異、差異性等，進(jìn)而對(duì)第一代無(wú)性系種子園進(jìn)行選擇和評(píng)價(jià)，對(duì)開(kāi)展子代測(cè)定、雜交育種和高世代種子園建設(shè)有重要的意義。

華山松第一代無(wú)性系種子園平均樹(shù)高、胸徑、冠幅、結(jié)實(shí)球果、枝下高和材積分別為11.094 m、21.515 cm、6.971 m、6.983個(gè)、2.921 m、0.257 m3，林分保存情況良好，有較好的生長(zhǎng)表現(xiàn)。變異是生物上、下代之間以及不同個(gè)體之間存在差異的現(xiàn)象，是樹(shù)木育種選擇的源泉[19]。華山松無(wú)性系種子園不同無(wú)性系間樹(shù)高、胸徑、材積、冠幅、結(jié)實(shí)球果和枝下高均存在豐富的變異，變異系數(shù)均超過(guò)20%以上，進(jìn)行無(wú)性系選擇的潛力較大。針葉樹(shù)種子園不同無(wú)性系間的生長(zhǎng)性狀和結(jié)實(shí)性狀存在顯著差異，且生長(zhǎng)性狀和結(jié)實(shí)性狀在優(yōu)樹(shù)間也存在變異[20,21]。本研究也得到相似結(jié)果，即種子園中不同華山松無(wú)性系的生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)性狀均存在豐富的變異，較大的變異系數(shù)可為優(yōu)良無(wú)性系的選擇提供依據(jù)。

經(jīng)分析可知，華山松第一代無(wú)性系種子園各無(wú)性系間的胸徑、樹(shù)高、材積、冠幅、結(jié)實(shí)球果和枝下高等生長(zhǎng)性狀表現(xiàn)出極顯著差異，表明無(wú)性系間具有豐富的遺傳差異。這與以前有關(guān)胸徑、樹(shù)高、材積、冠幅、結(jié)實(shí)球果和枝下高等生長(zhǎng)性狀在無(wú)性系間差異顯著的研究結(jié)果一致[15,19,22,23]，說(shuō)明種子園內(nèi)各無(wú)性系有良好的選擇潛力。種子園無(wú)性系的各性狀重復(fù)力介于0.507～0.669之間，各性狀均受中、高等遺傳力控制，這再次證實(shí)了華山松無(wú)性系選育的有效性，華山松無(wú)性系間存在良好的選擇潛力，為優(yōu)良無(wú)性系的篩選、雜交育種和遺傳測(cè)定提供保障和創(chuàng)造條件。

值得注意的是，結(jié)實(shí)球果數(shù)變異系數(shù)最大、差異極顯著和重復(fù)力最高，由此說(shuō)明種子園不同無(wú)性系的繁育能力差異極大。這主要是由于選擇建園優(yōu)樹(shù)時(shí)偏重于干形和生長(zhǎng)量，對(duì)結(jié)實(shí)量評(píng)選不夠。華山松無(wú)性系種子園結(jié)實(shí)量在不同年份有一定差異，主要是環(huán)境因素造成的，不同年份氣候條件不同，雨水、濕度、風(fēng)等因素都會(huì)影響花粉的傳播，也影響到授粉和結(jié)實(shí)，這就導(dǎo)致每年結(jié)實(shí)量有差異。而華山松種子園單位結(jié)實(shí)量與樹(shù)木的冠型、單株結(jié)實(shí)球果數(shù)有直接關(guān)系，華山松的雄花主要著生于下部枝條，雌花主要著生于上部枝條，所以枝下高也會(huì)影響華山松種子園的結(jié)實(shí)情況。

華山松在選擇育種中將結(jié)實(shí)量作為選擇指標(biāo)，既不會(huì)影響種子的質(zhì)量，且具有很大的經(jīng)濟(jì)潛力[8]。因此，為了提高種子園種子產(chǎn)量與質(zhì)量，有必要連續(xù)4年以上觀察結(jié)實(shí)情況，淘汰那些種子產(chǎn)量和質(zhì)量低劣的無(wú)性系，進(jìn)行無(wú)性系的再選擇。

各性狀間的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于林木遺傳改良的方案制定和改良方法有較大的關(guān)系[24]，是林木遺傳改良的重要研究?jī)?nèi)容，是綜合選擇的依據(jù)[22]。種子園各無(wú)性系間的相關(guān)性主要是由林木本身遺傳特性決定，在種子園建設(shè)與改良過(guò)程中，如果性狀間有顯著的相關(guān)關(guān)系，可為不同無(wú)性系的多性狀聯(lián)合選擇提供可行依據(jù)。材積與樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高和結(jié)實(shí)球果呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中：樹(shù)高、胸徑和冠幅的遺傳相關(guān)系數(shù)介于0.713～0.943之間，表明材積與樹(shù)高、胸徑和冠幅存在密切聯(lián)系，這與其它用材林樹(shù)種研究結(jié)果一致[24,25]。結(jié)實(shí)球果數(shù)與樹(shù)高、胸徑和冠幅呈正相關(guān)，遺傳相關(guān)系數(shù)介于0.16～0.23之間，不同無(wú)性系有不同的營(yíng)養(yǎng)特征，獲得的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多，樹(shù)高、胸徑和冠幅生長(zhǎng)狀況好，促進(jìn)了開(kāi)花結(jié)實(shí)。

多元統(tǒng)計(jì)的主成分分析是在不損失或很少損失原有信息的前提下，將原來(lái)個(gè)數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換為新的個(gè)數(shù)較少而彼此獨(dú)立或不相關(guān)的綜合指標(biāo)，從而簡(jiǎn)化多指標(biāo)分析[26]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)雜種落葉松、長(zhǎng)白落葉松和油松的多個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，提高了選擇效率，選出優(yōu)良無(wú)性系、優(yōu)良種源和確定了選擇因子[27-29]。本研究通過(guò)對(duì)種子園無(wú)性系6個(gè)性狀的主成分分析，按照80%的累積貢獻(xiàn)率可得出2個(gè)主成分，確定的2個(gè)因子分別為材積因子和結(jié)實(shí)因子，從而避免單一指標(biāo)選擇的片面和不穩(wěn)定性。在種子園建設(shè)中，可根據(jù)育種目的的不同，針對(duì)不同無(wú)性系主成分對(duì)應(yīng)性狀進(jìn)行選擇，也可以進(jìn)行單獨(dú)選擇，更有利于優(yōu)良無(wú)性系的選擇和利用，為優(yōu)良無(wú)性系的選擇提供了基礎(chǔ)。

通過(guò)多性狀聯(lián)合選擇可以使復(fù)雜的多個(gè)性狀之間取得很好的平衡，同時(shí)使主要的性狀有改良，其它性狀少損失。華山松種群數(shù)量性狀間遺傳相關(guān)密切，應(yīng)采取多性狀多次綜合選擇方案[30]。本研究華山松的結(jié)實(shí)球果數(shù)預(yù)期遺傳增益大于材積等的預(yù)期遺傳增益，這是由于華山松無(wú)性系間結(jié)實(shí)球果數(shù)的遺傳變異系數(shù)遠(yuǎn)大于材積等的遺傳變異系數(shù)，而單一追求結(jié)實(shí)量的遺傳增益可能會(huì)在一定程度上導(dǎo)致生長(zhǎng)量的下降，因此對(duì)生長(zhǎng)性狀和結(jié)實(shí)量進(jìn)行改良是必要的。以15%的入選率選擇20個(gè)優(yōu)良無(wú)性系，樹(shù)高、胸徑、冠幅、結(jié)實(shí)球果數(shù)、枝下高和材積的預(yù)期遺傳增益分別為4.61%、7.32%、5.75%、26.3%、0.66%和16.26%。進(jìn)一步驗(yàn)證生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)性狀為指標(biāo)，應(yīng)用布雷金多性狀綜合評(píng)定法進(jìn)行種子園選擇評(píng)價(jià)[31]；可使綜合選擇的效果達(dá)到最優(yōu)。

營(yíng)建高世代華山松種子園，就必須對(duì)建園的無(wú)性系進(jìn)行系統(tǒng)地有計(jì)劃地評(píng)選，不僅要根據(jù)生長(zhǎng)和結(jié)實(shí)狀狀進(jìn)行無(wú)性系的評(píng)選，而且還需要通過(guò)子代測(cè)定，即根據(jù)子代的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)選觀測(cè)。只有選用遺傳品質(zhì)優(yōu)且繁育能力較強(qiáng)的建園材料和采用集約的種子園管理措施，才能實(shí)現(xiàn)種子園高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目標(biāo)。同時(shí)，應(yīng)制定華山松種子園長(zhǎng)期性育種策略，選擇育種材料，組建育種群體，為選擇高遺傳值的親本，建設(shè)高世代種子園夯實(shí)基礎(chǔ)。