辽宁省东部不同种源沙松冷杉种子品质的差异1)

腰政懋 徐程扬 柴 源 潘 琳

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

辽宁省东部不同种源沙松冷杉种子品质的差异1)

腰政懋 徐程扬 柴 源 潘 琳

(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，北京，100083)

对辽宁省东部地区7个种源沙松冷杉(Abieshollophylla)种子在表型性状、萌发特性和营养成分等3类品质指标上的差异进行了分析。结果表明：不同种源沙松冷杉种子的长度、质量、含水量、发芽率、平均发芽速度、可溶性糖质量分数、淀粉质量分数和可溶性蛋白质量分数等品质指标间存在极显著差异(P<0.01)，而宽度、厚度、长宽比、发芽势和发芽指数间存在显著差异(P<0.05)；种子的长度与萌发特性(发芽势和发芽指数)等品质指标对种子品质的影响最大；种子的体积和萌发特性显著相关(P<0.05)；种子的形态和萌发特性变化规律主要表现为纬度变异模式。

沙松冷杉；种源；种子品质；表型性状；萌发特性；营养成分

林木种子品质的好坏是选择优良种源的基础和育苗成败的关键[1]，种子品质在不同种源间的显著差异在许多树种中都已得到了验证[2]。比较不同种源间种子品质的差异，筛选出优良种源种子，不仅可以促进速生丰产育苗技术的发展，还可以提高造林质量和林木生产力，对指导林业生产具有重要的现实意义[3]。

沙松冷杉(AbiesholophyllaMaxim.)为松科冷杉属常绿乔木，别名杉松、辽东冷杉，原产于东北牡丹江流域山区、长白山区及辽宁东部海拔500～1 200 m的气候寒冷湿润地带，生长较快，材质优良，抗病虫害能力强，是温带针阔混交林中的主要用材树种之一。目前，天然林中沙松冷杉资源急剧减少，林相破碎。为更好地保护和发展沙松冷杉资源，一些地方已经开展了沙松冷杉的人工林培育工作[4-5]，部分学者在沙松冷杉天然林区划[6]、优树选择[7]、引种栽培[8]等方面开展了研究，但对不同种源沙松冷杉种子品质差异方面的研究未见报道。

因此，本研究以我国辽宁省东部地区7个沙松冷杉种源的种子为研究对象，通过比较沙松冷杉种子在表型性状、萌发特性和营养成分等品质指标方面的种源差异，分析沙松冷杉种子品质与地理气候因子的相关性，以期揭示沙松冷杉种子品质变化的规律，为沙松冷杉优良种源的选择和苗木培育技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为来自辽宁省东部沙松冷杉天然分布区的岫岩满族自治县、凤城市、宽甸满族自治县、桓仁满族自治县、本溪满族自治县、新宾满族自治县和清原满族自治县共7个种源地的沙松冷杉种子(表1)。

2011年9月下旬至10月上旬于各种源地天然针阔混交林中的沙松冷杉优树上采集球果，在当地进行调制脱粒后送到实验室，去杂、净种后用自封袋密封，于冰箱内4 ℃贮藏备用。

表1 沙松冷杉7个种源地的主要地理气候因子

1.2 试验方法

1.2.1 种子表型性状的测定

种子长度、宽度、厚度用电子游标卡尺分别测定，每种源随机抽取150粒种子，每50粒为一组，重复3次。以种子腹面纵向最大长度为其长，以腹面横向最大宽度为其宽，以腹面与背面的最大距离为其厚，精确到0.01 mm，并计算种子长宽比值。种子质量的测定采用百粒质量法，四分法取样，100粒一组，重复3次，用电子天平称量，精确到0.01 g。种子含水量的测定采用GB 2772—1999《林木种子检验规程》所规定的低恒温烘干法。

1.2.2 种子萌发特征的测定

发芽测定开始前将种子用初始45 ℃温水浸泡48 h，每12 h换水一次。然后用0.5%的KMnO4溶液浸泡2 h进行消毒，再用清水冲洗干净。四分法取种，每100粒种子置于培养皿定性滤纸(pH=6.0～7.5)上，每个种源4次重复，置于培养箱中。按照GB 2772—1999《林木种子检验规程》所规定的条件，在8 h/16 h昼夜循环，20～30 ℃变温，湿度95%条件下进行发芽测定。每天定量浇水以保证种子接触面的湿润，种子萌发过程中每24 h观测记录1次种子的发芽粒数。当胚根长度等于种子长度的一半时计为发芽。在发芽种子粒数达到高峰时计算发芽势。在发芽末期，当连续5d发芽粒数不足供试种子总数的1%时计算发芽率。发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽时间的计算公式如下。

发芽率=(正常发芽种子粒数/参试种子总粒数)×100%，

发芽势=(到达发芽高峰时正常发芽种子粒数/参试种子总粒数)×100%，

发芽指数=∑(Gi/Di)，

平均发芽速度=∑(D×n)/∑n。式中：Gi为第i天的发芽粒数，Di为相应的时间；D为从种子置床起算的时间，n为相应各天的发芽粒数。

1.2.3 种子营养成分的测定

采用蒽酮比色法[9]测定种子的可溶性糖质量分数；采用苯酚-硫酸法[10]测定种子的淀粉质量分数；采用考马斯亮蓝G-250法[9]测定种子的可溶性蛋白质量分数。

1.3 数据分析方法

采用Microsoft Office Excel 2007对种子品质相关各类原始数据进行整理，然后采用SPSS 16.0对数据进行单因素方差分析、主成分分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同种源沙松冷杉种子表型性状、萌发特性和营养成分的差异

2.1.1 不同种源沙松冷杉种子表型性状的差异

不同种源间沙松冷杉种子的长度、质量和含水量等表型性状的差异均达到极显著水平(P<0.01)，而宽度、厚度和长宽比的差异也达到显著水平(P<0.05)(表2)。不同种源沙松冷杉种子长度、宽度和厚度的变化范围分别为9.94～10.42、5.66～6.06、2.88～3.12 mm，长度的变异系数在表型性状中最小，仅为1.87%，宽度次之，为2.43%，长宽比再次之，为2.54%，表明不同种源的沙松冷杉种子形态较为稳定；种子质量和含水量的变化范围分别为45.48～54.25 mg/粒和5.74%～6.76%，变异系数明显高于其他表型性状，表明种源间种子质量差异相对较大。

2.1.2 不同种源沙松冷杉种子萌发特性的差异

不同种源间沙松冷杉种子的发芽率和平均发芽速度的差异均达到极显著水平(P<0.01)，发芽势和发芽指数的差异均达到显著水平(P<0.05)(表3)。种子的发芽率明显地分为3个层次：发芽率在30.00%以上的桓仁、岫岩和新宾种源种子，在25%～30%之间的凤城和本溪种源种子，仅在20%左右的清原和宽甸种源种子；种子发芽势最高的是清原种源，为19.50%，最低的是宽甸种源，仅为9%，其发芽率也最低；发芽指数的变化范围为0.47～0.94，最低的宽甸种源仅为最高的清原种源的50%；种子平均发芽速度最快的是清原种源，仅需13.70 d，其发芽势和发芽指数也最高，岫岩种源的平均发芽速度最慢，需24.81 d，比清原种源晚11.11 d。从变异系数看，发芽势的变异系数最高，略大于发芽率和发芽指数的变异系数，而平均发芽速度的变异系数最低。综合而言，清原种源的发芽率虽然不高，但其发芽整齐程度和发芽速度均最高，这与表型性状的分析结果是一致的，因为清原种源的种子形态最大，种子质量最大，说明种子较为饱满，可能贮藏着更多的营养物质，而种子萌发时所需要的营养物质全部来源于种子内部，这也是种子大小在播种品质上的体现。

表2 不同种源沙松冷杉种子表型性状的比较

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

表3 不同种源沙松冷杉种子萌发特性的比较

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

2.1.3 不同种源沙松冷杉种子营养成分的差异

不同种源间沙松冷杉种子的可溶性糖质量分数、淀粉质量分数和可溶性蛋白质量分数等营养成分的差异均达到极显著水平(P<0.01)(表4)。在7个种源中，沙松冷杉种子的可溶性糖质量分数的变化范围为28.96～52.75 mg·g-1，以新宾种源为最高，清原种源最低，前者是后者的1.82倍；淀粉质量分数的变化范围为8.21～12.13 mg·g-1，以凤城种源为最高，岫岩种源最低；可溶性蛋白质量分数的变化范围为0.51～1.02 mg·g-1，以宽甸种源为最高，桓仁种源为最低，种源间变异系数达27.33%，为3种营养成分中最高。

表4 不同种源沙松冷杉种子营养成分的比较 mg·g-1

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

2.2 沙松冷杉种子品质指标的主成分分析

以7个沙松冷杉种源种子的表型性状、萌发特性和营养成分中的13个品质指标作为变量进行主成分分析，结果见表5。第1、第2和第3主成分的特征根均大于1，贡献率分别为39.062%、31.223%和15.217%，累计贡献率达85.502%。在第1主成分上载荷量较大的因子前3位从大到小依次是种子的发芽势、长度和发芽指数，充分说明萌发特性和种子形态是沙松冷杉种子品质构成的最重要因子；在第2主成分上载荷量较大的因子前3位依次是宽度、可溶性蛋白质量分数和厚度，表明饱满程度和营养成分是沙松冷杉种子品质构成的次重要因子；在第3主成分上载荷量较大的因子前3位依次是可溶性糖质量分数、宽度和厚度，与第2主成分类似，仍然反映出饱满程度和营养成分对沙松冷杉种子品质构成的影响。

表5 沙松冷杉种子品质指标的主成分分析

2.3 沙松冷杉种子品质指标间的相关分析

沙松冷杉种子的厚度与长度和宽度之间均呈显著正相关关系，表明种子的形态发育具有良好的协调性，维持着种子的基本形态；而种子的长度与发芽势和发芽指数之间也呈极显著和显著正相关关系，说明了种子基本形态与种子发芽表现关系密切；种子的发芽势和发芽指数间达到了显著正相关的水平，表明发芽势和发芽指数可以同时反映种子的发芽整齐程度；厚度和质量与种子的平均发芽速度之间则呈显著和极显著负相关关系，表明了种子体积大小对发芽速度的影响，饱满种子由于所含营养物质充分，可能萌发更快；营养成分指标与表型性状和萌发特性指标间均无显著相关关系，在一定程度上说明沙松冷杉种子的表型性状、萌发特性和营养成分这3类品质指标间互相较为独立，分别体现了沙松冷杉种子品质的不同方面(表6)。

表6 沙松冷杉种子品质指标间的相关矩阵

注：*表示显著相关(P<0.05)；** 表示极显著相关(P<0.01)。

2.4 沙松冷杉种子品质指标与种源地地理气候因子间的相关分析

沙松冷杉种子的长度随纬度的升高和年均温的降低而显著升高，发芽势也与纬度呈显著的正相关关系(表7)，证明种子的形态和萌发特性变化规律表现为纬度变异模式。年降水量与种子的淀粉质量分数和可溶性蛋白质量分数均呈显著的正相关关系，说明降水量的提高可以促进种子内部营养成分的积累，同时年降水量与种子的发芽指数呈显著的负相关关系，日照时间与种子的发芽率呈极显著的负相关关系，说明低年降水量和短日照时间可能更有利于沙松冷杉种子的生长发育。总体上看，沙松冷杉种子在高纬度、低年均温、低年降水量和短日照时间条件下会发育得更好。地理气候因子与种子的表型性状、萌发特性和营养成分3类品质指标间均有显著的相关关系，说明沙松冷杉种子的品质与地理气候因子间的关系十分密切。

表7 沙松冷杉种子品质指标与种源地地理气候因子间的相关关系

注：*表示显著相关(P<0.05)；** 表示极显著相关(P<0.01)。

3 结论与讨论

沙松冷杉种子的表型性状(长度、宽度、厚度、长宽比、质量和含水量)在不同种源间均有极显著或显著差异，表现出较为丰富的多样性，这与国内对其他针叶树种如云杉[11]和油松[12]种子性状的种源变异研究结果类似。从变异系数看，以质量和含水量变异幅度最大，分别达5.66%和5.13%，长度和宽度变异幅度最小，仅为1.87%和2.43%，说明沙松冷杉种子的基本形态较为固定，从而保持了种内不同种源间种子的遗传稳定性。

萌发特性测定的结果表明，不同种源沙松冷杉种子的发芽率为17.50%～35.50%，这与元宝山冷杉培养箱发芽试验9%～30%的发芽率[13]相比略高，也高于一般认为的冷杉属种子的发芽率10%～25%[14]，这可能是由于沙松冷杉种子与其他冷杉属种子[15]相比，体积、质量较大，从而可以储藏更多的营养物质，更有利于种子的顺利萌发，并使发芽迅速整齐。相同条件下，沙松冷杉种子的发芽势、发芽指数和平均发芽速度在不同种源表现出显著和极显著差异，表明不同种源沙松冷杉种子的萌发速度与整齐程度差异较大，在一定程度上说明了沙松冷杉在育种选择上的潜力较大，为沙松冷杉的优良种源选择提供了条件[16]。

沙松冷杉种子的营养成分(可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白)质量分数在不同种源间均存在极显著差异，这可能与采种母树生长环境的不同有关[17]，与地理气候因子的相关分析也表明，年降水量与种子中淀粉和可溶性蛋白的积累关系密切。

主成分分析结果显示，表型性状、萌发特性和营养成分等3类指标均对沙松冷杉种子品质造成了影响，其中影响最大的是种子的长度和萌发特性(发芽势和发芽指数)，说明种子形态和萌发特性是沙松冷杉种子品质构成的主要因子。刘志龙等[18]对不同种源麻栎种子的研究则认为影响麻栎种子品质的主要性状是种子的长度、宽度和质量。

Loha等[19]认为相关联的数量性状在林木遗传改良中非常重要，因为某个性状的改良可能引起其他性状的类似变化。本研究中发现表征沙松冷杉种子体积的种子长度、宽度、厚度和质量等指标与表征种子萌发特性的发芽势、发芽指数和平均发芽速度等指标间均有显著相关关系，今后或可直接根据种子的体积指标判断发芽表现，进行优良种源选择。

种源间种子品质存在的差异主要取决于种子的遗传基因和环境优劣[20]。各种源地的生物气候、土壤肥力和地形条件有所不同[21]，与种源地的地理位置直接相关的降水量、年均温和日照时间等雨热条件的变化，共同影响了沙松冷杉种子内部养分的积累和转化。本研究认为沙松冷杉种子的形态和萌发特性变化规律主要表现为纬度变异模式，即在自然分布区内，自南向北，随着纬度逐渐升高，年均温降低，种子长度增加和发芽势提高，这一结论与杨志玲等[22]对厚朴种子的研究结果一致。沙松冷杉种子的各品质指标均没有出现随经度变化的趋势，这可能与所选7个种源地经度范围较窄有关。

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Seed Quality Difference ofAbiesholophyllaMaxim. from Different Provenances in Eastern Liaoning Province/

Yao Zhengmao, Xu Chengyang, Chai Yuan, Pan Lin

(Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-15～19

We analyzed the differences in phenotypic traits, germination characters, and nutrient content ofAbiesholophyllaMaxim. seeds from seven provenances in Eastern Liaoning Province. There were highly significant differences (P<0.01) in the length, thousand seed weight, water content, germination percentage, mean germination rate, soluble sugar content, starch content and soluble protein content and significant differences (P<0.05) in the width, thickness, length-width ratio, germination energy, and germination index ofA.holophyllaMaxim. seeds from different provenances. The seed length and germination characters of germination energy and germination index influenced seed quality ofA.holophyllaMaxim. significantly. The seed volume has a significant correlation (P<0.05) with germination character. The variation of seed shape and the germination characters were affected mainly by latitude.

AbiesholophyllaMaxim.; Provenance; Seed quality; Phenotypic trait; Germination character; Nutrient content

腰政懋，男，1986年3月生，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，博士研究生。

徐程扬，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，教授。E-mail：cyxu@bjfu.edu.cn。

2013年10月29日。

S791.149

1) 北京市教育委员会共建项目计划(科学研究与研究生培养共建项目)。

责任编辑：潘 华。