杉木不同無性系種子品質(zhì)分析及綜合評價

程 琳， 李魁鵬， 董利軍， 陳代喜， 譚文婧， 陳 琴， 藍 肖，戴 俊， 黃開勇， 余代淵， 歐陽春華

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室廣西杉木良種培育中心， 南寧 530002；2.融水苗族自治縣國營貝江河林場， 廣西 融水 545300)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國南方重要的商品用材樹種之一，具有生長迅速、材質(zhì)優(yōu)良的生長特性，是優(yōu)質(zhì)建筑、裝飾和紙漿用材[1-4]。廣西是我國杉木的主產(chǎn)區(qū)之一，森林覆蓋率為62.3%，占全國第三；現(xiàn)有杉木林面積超145萬hm2，蓄積量達1.3億m3，在林業(yè)發(fā)展中占有重要地位[5-7]。根據(jù)國家在2016年《全國林木種苗“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出的造林良種使用率達75%以上、種子儲存量超700萬kg的目標及市場對苗木需求增長的情況，特別是良種苗木的需求也在不斷增加，良種苗木市場前景廣闊。

種子園種子品質(zhì)是良種壯苗的保障，也是有效提高林木產(chǎn)量和質(zhì)量的前提。因此，提升種子品質(zhì)和降低育苗成本是種子選育的重點，而種子品質(zhì)與其相關(guān)因子間的聯(lián)系是良種選育的關(guān)注點。種子品質(zhì)評價的最終目標是推廣利用，發(fā)芽特性是種子萌芽能力的重要評價指標，優(yōu)良程度和生物量是質(zhì)量評價的重要因子。前人對杉木種子園管理措施[8-12]、種質(zhì)來源[13-15]、地形[16]、氣象[17]等多因素與種子質(zhì)量間的關(guān)系進行了研究，但對2代杉木種子園無性系種子質(zhì)量的研究不多，特別是關(guān)于廣西2代杉木種子園種子品質(zhì)綜合評價的研究尚未見報道。

本研究以16個杉木無性系種子為試驗材料，結(jié)合發(fā)芽特性、優(yōu)良程度和生物量等3方面共11項品質(zhì)指標進行多層次分析，探索無性系種子品質(zhì)的變異規(guī)律，并篩選出品質(zhì)優(yōu)良的無性系，為加速全國杉木良種的推廣步伐和提高國家木材戰(zhàn)略儲備基地建設成效提供優(yōu)良種質(zhì)材料和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西融水縣貝江河林場，林場地以中、低山地貌為主，屬于溫潤亞熱帶季風氣候，年平均日照1 379.7 h，年平均氣溫18.8 ℃，年平均降雨量1 824.8 mm。試驗點以紅壤為主，pH值5.0～6.0，土壤透氣性良好。

1.2 試驗方法

試驗材料來源于廣西省融水縣貝江河林場國家級杉木良種基地2代杉木種子園。2019年12月對種子園16個杉木無性系進行采種和研究。試驗共分析16個杉木無性系種子的10項主要品質(zhì)指標：6個發(fā)芽特性指標(發(fā)芽率、霉變率[18]、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽持續(xù)時間和發(fā)芽時間)、3個優(yōu)良程度指標(優(yōu)良度、空粒率和澀粒率[19])和生物量指標(千粒重)。

每個無性系隨機選取300粒種子，1個重復為100粒種子，共設3個重復。將種子均勻放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，置于恒溫培養(yǎng)箱(26 ℃)中培養(yǎng)，期間加入去離子水保持培養(yǎng)皿濕潤。5 d連續(xù)沒有種子發(fā)芽時該發(fā)芽試驗結(jié)束[20]。每日統(tǒng)計發(fā)芽情況，計算發(fā)芽率、霉變率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽起始時間和發(fā)芽時間[21-23]。

1.3 指標測定

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/試驗種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(發(fā)芽初期前7 d內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=Gi/Di(Gi表示第i天發(fā)芽數(shù)，Di表示天數(shù))；

種子優(yōu)良度(%)=(優(yōu)良粒/測定種子粒數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007軟件按照不同無性系分別對種子品質(zhì)指標的均值、標準差和變異系數(shù)進行分析、制圖和隸屬計算，采用SPSS 19.0軟件分別進行數(shù)據(jù)方差分析、Pearson相關(guān)分析和聚類分析。

1.5 種子品質(zhì)綜合評價

不同無性系杉木種子品質(zhì)綜合評價采用模糊隸屬函數(shù)法[25]進行分析，隸屬函數(shù)值越大，表示種子品質(zhì)越優(yōu)良。

隸屬函數(shù)計算公式：U(i)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

反隸屬函數(shù)計算公式：U(i)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

式中Xi為各指標測定值，Xmin為各測定指標的最小值，Xmax為各測定指標的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同無性系種子發(fā)芽特性差異分析

杉木種子發(fā)芽情況統(tǒng)計、方差分析及變異分析結(jié)果見表1。由表1可知，發(fā)芽率均值為32.02%，最大值是53.67%(BJ 9)，大于均值1個標準差的無性系為3個，占參試無性系的18.75%。發(fā)芽勢均值為11.54%，無性系BJ 3發(fā)芽勢最高(24.33%)，極差為22.66%，大于均值1個標準差的無性系占參試無性系的12.5%。發(fā)芽指數(shù)均值為3.99，無性系BJ 9的發(fā)芽指數(shù)最高，為6.38，極差為6.04。霉變率均值為10.65%，大于均值1個標準差的無性系個數(shù)占比為25.0%。發(fā)芽持續(xù)時間最高值為10.00 d(BJ 5)，均值為7.33 d，大于均值1個標準差的無性系個數(shù)占比為6.25%。發(fā)芽時間均值為12.52 d，無性系最大值和最小值分別為15.00 d(BJ 5)和8.00 d(BJ 4)，極差為7.00 d。

表1 杉木無性系種子發(fā)芽情況

杉木種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間在無性系間差異達極顯著水平，各發(fā)芽特性指標標準差分別為12.63、6.21、1.54、9.96、2.10和1.74。從變異結(jié)果來看，霉變率的變異系數(shù)最高，達93.52%，其次是發(fā)芽勢(53.84%)和發(fā)芽率(39.43%)，發(fā)芽時間變異系數(shù)最小，為13.86%。

以杉木16個無性系種子發(fā)芽率均值繪制發(fā)芽趨勢圖(圖1)。由圖1可知，杉木種子發(fā)芽過程呈“慢-快-慢”規(guī)律。種子在播種后4 d開始萌芽，之后萌發(fā)速度快速增加，第9天達到峰值；之后萌發(fā)速度快速減少，17 d后種子停止發(fā)芽。

圖1 杉木無性系種子發(fā)芽規(guī)律

2.2 不同無性系種子優(yōu)良程度指標差異分析

種子優(yōu)良程度作為評價種子品質(zhì)的重要因子之一，為杉木種質(zhì)遺傳改良提供理論依據(jù)。由表2可知，16個杉木無性系種子優(yōu)良度、空粒率、澀粒率均值分別為76.46%、6.75%和16.79%，標準差依次為6.13%、1.79%和4.72%。

表2 杉木無性系種子優(yōu)良程度及生物量情況

無性系中優(yōu)良度最大的無性系為BJ 3(89.33%)，最小值為65.33%(BJ 14)，極差為24%。在參試無性系中，空粒率高于均值1個標準差的無性系數(shù)量占比為12.5%，其中，BJ 10出現(xiàn)空粒的概率最大(10.00%)，BJ 2和BJ 3空粒率最小，均為3.33%，極差為6.67%。澀粒率極差為19.33%，高于均值1個標準差的無性系個數(shù)占比為12.5%，BJ 3澀粒率最小，為7.33%，BJ 14出現(xiàn)澀粒的概率最高，為26.67%。

無性系各優(yōu)良指標變異程度不一。其中，澀粒率變異率最大，為28.12%，其次是空粒率，為26.56%，最小的是優(yōu)良度，為8.01%。優(yōu)良度、澀粒率在無性系間差異均呈極顯著水平，空粒率在無性系間呈顯著性水平，說明優(yōu)良程度具有較強的遺傳改良潛力。

2.3 不同無性系種子生物量指標差異分析

種子重量是種子生物量的衡量因子，一般千粒重與種子播種品質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系，對種子萌發(fā)和良種壯苗培育至關(guān)重要。由表2可知，16個參試無性系中，無性系BJ 6的千粒重最高，為10.050 g；無性系BJ 12的千粒重最低，為5.323 g，極差為4.727 g。

參試無性系中，千粒重大于均值1個標準差的有3個，占參試無性系的18.75%。千粒重在參試無性系間差異呈極顯著水平，均值為6.699 g，標準差為1.32 g，變異系數(shù)為19.64%。

2.4 不同無性系種子聚類分析

對杉木無性系這10個質(zhì)量性狀進行聚類，聚類方法采用Ward法，以平方歐氏距離為遺傳距離，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在歐式距離11處，16份杉木種質(zhì)被分為四類。

圖2 杉木無性系種子品質(zhì)指標的聚類分析

類群Ⅰ包括11個無性系，占參試無性系的68.75%，分別是BJ 8，BJ 9，BJ 5，BJ 7，BJ 14，BJ 15，BJ 6，BJ 10，BJ 16，BJ 11，BJ 13，種子發(fā)芽特性好，優(yōu)良程度較高。類群Ⅰ發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間、優(yōu)良度、空粒率、澀粒率、千粒重均值分別為：34.45%、12.27%、4.30、9.42%、7.88 d、12.94 d、72.97%、7.64%、19.39%、6.696 g(表3)。

表3 杉木無性系各品質(zhì)指標分類

類群Ⅱ包括3個無性系，占參試無性系的18.75%，分別為BJ 1，BJ 2，BJ 12，總體特征為：種子優(yōu)良程度好，發(fā)芽特性較好。類群Ⅱ發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間、優(yōu)良度、空粒率、澀粒率、千粒重均值分別為：28.78%、7.89%、3.33、6.33%、7.11 d、12.33 d、84.22%、4.44%、11.33%、6.677 g。

類群Ⅲ(BJ 3)發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間、優(yōu)良度、空粒率、澀粒率、千粒重均值分別為：44.67%、24.33%、6.16、25.33%、8.33 d、13.00 d、89.33%、3.33%、7.33%、8.133 g；屬于種子發(fā)芽特性、優(yōu)良程度和生物量均好的類型。

類群Ⅳ(BJ 4)屬于種子優(yōu)良程度較好、發(fā)芽特性欠佳的類型，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間、優(yōu)良度、空粒率、澀粒率、千粒重均值分別為：2.33%、1.67%、0.34、22.33%、1.00 d、8.00 d、78.67%、7.33%、14.00%、5.362 g。

2.5 種子品質(zhì)指標間相關(guān)性分析

由表4可知，發(fā)芽率與發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間均呈極顯著正相關(guān)，與霉變率呈極顯著負相關(guān)。發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間呈極顯著正相關(guān)，與霉變率呈極顯著負相關(guān)。霉變率與發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間呈極顯著負相關(guān)，與澀粒率呈顯著負相關(guān)。發(fā)芽持續(xù)時間與發(fā)芽時間呈極顯著正相關(guān)，與千粒重呈顯著正相關(guān)。發(fā)芽時間與千粒重呈顯著正相關(guān)。優(yōu)良度與空粒率、澀粒率呈極顯著負相關(guān)?？樟Ｂ逝c澀粒率呈極顯著正相關(guān)。各指標間存在相關(guān)性，表明篩選出種子發(fā)芽特性、優(yōu)良程度及生物量兼優(yōu)的無性系是可能的。

表4 種子品質(zhì)各主要品質(zhì)指標的相關(guān)性分析

2.6 不同無性系種子品質(zhì)的綜合分析及種質(zhì)篩選

對16個杉木無性系種子10項品質(zhì)指標進行隸屬函數(shù)分析，得出生長指標綜合分數(shù)U(表5)。經(jīng)綜合評價種子發(fā)芽特性、優(yōu)良程度和生物量等品質(zhì)指標，得出綜合評分U和綜合排序。種子品質(zhì)排名前五位的杉木無性系依次為：BJ 3、BJ 5、BJ 1、BJ 9和BJ 2；其中，無性系BJ 3的種子品質(zhì)最佳，可為杉木遺傳改良和高效栽培提供優(yōu)良種質(zhì)材料。

表5 杉木不同無性系種子品質(zhì)各指標隸屬函數(shù)均值及綜合評價

3 結(jié)論與討論

植物種子發(fā)芽是生命的起始，對良種壯苗的培育具有重要影響[26]。優(yōu)良度是評價種子品質(zhì)的重要指標之一[15]。種子千粒重跟種子質(zhì)量指標有關(guān)，遺傳效應強，一般千粒重越高，種子品質(zhì)越好[27]。杉木種子發(fā)芽階段顯現(xiàn)出“S型”曲線[28]，與本研究結(jié)果相同。發(fā)芽特性中發(fā)芽率與其他性狀均呈極顯著相關(guān)，其中發(fā)芽率與霉變率呈極顯著負相關(guān)，與其他指標呈極顯著正相關(guān)。種子優(yōu)良程度(優(yōu)良度、空粒率、澀粒率)指標間均呈極顯著相關(guān)，其中優(yōu)良度與空粒率、澀粒率呈極顯著負相關(guān)。種子生物量(千粒重)與發(fā)芽特性、優(yōu)良程度均有相關(guān)關(guān)系，其中與發(fā)芽持續(xù)時間和發(fā)芽時間呈顯著正相關(guān)。種子發(fā)芽特性與優(yōu)良程度[29]、生物量[24]具有一定相關(guān)性，說明種子品質(zhì)是無性系選擇的有效途徑，可通過種子品質(zhì)性狀篩選出優(yōu)良的無性系。

同時，16個杉木參試無性系發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、霉變率、發(fā)芽持續(xù)時間、發(fā)芽時間、優(yōu)良度、空粒率、澀粒率、千粒重均值分別為32.02%、11.54%、3.99、10.65%、7.33 d、12.52 d、76.46%、6.75%、16.79%、6.699 g；標準差依次為：12.63%、6.21%、1.54、9.96%、2.10 d、1.74 d、6.13%、1.79%、4.72%、1.32 g。本試驗中10項種子品質(zhì)指標變異系數(shù)大小排序依次為：霉變率(93.52%)>發(fā)芽勢(53.84%)>發(fā)芽率(39.43%)>發(fā)芽指數(shù)(38.55%)>發(fā)芽持續(xù)時間(28.61%)>澀粒率(28.12%)>空粒率(26.56%)>千粒重(19.64%)>發(fā)芽時間(13.86%)>優(yōu)良度(8.01%)；霉變率變異程度最高，說明種子霉變數(shù)量受環(huán)境影響大；種子發(fā)芽勢變異程度高于發(fā)芽率和優(yōu)良度，與陳琴等[23]、陳仕昌等[28]研究結(jié)果一致。種子品質(zhì)指標在無性系間差異大[29]，除了空粒率在無性系間存在顯著差異外，其他9項種子品質(zhì)指標在無性系間均存在極顯著差異。說明種子品質(zhì)指標遺傳變異性強，具有較大的選擇潛力，可為杉木種子園良種選育提供理論支撐。

綜上所述，種子品質(zhì)作為種子園優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)的重要評定指標，種質(zhì)篩選可為種子園和人工林營建提供種質(zhì)保障[30-31]，對于杉木產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。本研究結(jié)果顯示，杉木種子品質(zhì)綜合排序前五名的無性系分別為：BJ 3、BJ 5、BJ 1、BJ 9和BJ 2，可為杉木優(yōu)良種質(zhì)資源評價、開發(fā)利用和良種選育提供優(yōu)良種質(zhì)材料和科學依據(jù)。