红松种实性状变异及无性系选择

韩龙海，潘凤刚，刘洪志，宿效忠，于连军，张含国

(1.苇河林业局青山林木种子园，黑龙江 尚志 150600；2.东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

红松(Pinuskoraiensis)主要分布于长白山、老爷岭、张广才岭、完达山和小兴安岭，是东北地区重要的用材与坚果树种，是天然林主要的森林组成树种[1-3].由于营养丰富、含油量高，关于红松种子在健康食品[4-5]、食用油加工[6-7]等方面的研究日益增多.已经证实，红松种子产量、营养品质在产地、群体间均存在较大变异[8-11].目前，红松种子园无性系间种实形态和营养成分变异的研究报道较少[12-13]，而红松无性系偏雌、偏雄现象普遍存在[14]，因此，开展种实性状变异分析及优良无性系选择十分必要.本次研究通过调查苇河1984年营建的红松种子园近81个无性系多年结实量和种实性状，研究无性系种实变异规律；通过稳定性和主成分分析选择出高产、稳产的优良无性系，为当地红松坚果林营建及遗传改良提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料来源

试验地点位于黑龙江省尚志市苇河林业局(44°40′N，128°03′E)，平均海拔300 m，年降水量666.1 mm，年日照时间2 552.3 h，7月均温21.6 ℃，年均温2.3 ℃，大于5 ℃积温2 753.2 ℃，年蒸发量1 084.4 mm.1984年，按顺序5错位法建立红松无性系种子园36.6 hm2，共238个无性系，每个无性系29～37株.优树选自鹤北林业局天然母树林.

1.2 数据调查

2019年，调查8、9、15区81个无性系的单株球果数、单株球果重、单果重、球果长、球果宽、种子长、种子宽、种仁重、种皮重、种子重、千粒重、种子粒数、出种率、出仁率、空壳率.2000年、2011年、2014年调查球果数量、球果产量、种子产量、千粒重、出种率、出仁率.其中，球果数为无性系单株球果数量；球果产量为无性系单株球果总重；种子产量为无性系单株球果脱粒后种子总重；出种率为种子(含外种皮)质量占单个球果质量的比；出仁率为单个球果种仁质量与带壳种子质量比；空壳率为种子空壳数量与所有种子数量的比.调查40个无性系球果长、宽，种子长、宽，用游标卡尺测定，种子的纵轴长为种长，垂直种脐、种面的最大横向宽度为种宽；采用四分法调查千粒重，取平均值.每个无性系测30粒种子，重复3次.

1.3 数据处理与分析

利用SPSS 22.0和DPS V14.10进行数量性状统计和分析，百分率数据经过反正弦平方根转换.

2 结果分析

2.1 无性系球果产量

球果调查结果显示：结实大于2株的无性系共有51个.单株平均球果数为6.3个，排名前10的无性系分别为44、148、42、180、11、200、112、50、62、41号无性系，平均为10.7个，大于无性系均值70.7%；单株球果重排名前10的无性系为44、42、11、148、180、200、62、50、112、115号，平均为1 818.8 g，大于无性系均值69.5%.单株球果数与单株球果重较高的前10个无性系基本一致，球果产量无性系间差异不显著(P球果数为0.391，P球果重为0.322).

2.2 种实性状

81个无性系种实性状方差分析结果见表1.由表1可知：15个种实性状在81个无性系间差异极显著.从整体变异系数看，除空壳率外，其余性状变异相对较小，变幅为2.36%～13.39%.球果重变异较大的无性系有131、68、137、63、40号，平均为18.8%；变异系数较小的无性系有74、64、118、2、65号，平均为1.3%.种子重变异系数平均为7.4%，变异系数较大的无性系有60、68、146、56、113号，平均为17.9%；变异系数较小的无性系有53、103、66、42、125号，平均为1.3%.出种率变异系数平均为8.4%，变异系数较大的无性系有120、39、61、146、129号，平均为21.0%；变异系数较小的无性系有62、45、88001、119、46号，平均为1.6%.球果长变异系数平均为12.2%，变异系数较大的无性系有38、48、74、58、179号，平均为18.3%；变异系数较小的无性系有119、191、63、121、126号，平均为6.8%.

从优到劣对81个无性系的9个种实质量性状和4个形态性状排序，前15位排序结果见表2.由表2可知：140号无性系的9个质量性状中有7个表现优良，42、58、64号有6个性状表现优良，45、48、49、50、200、88010号有5个表现优良，38、72、116号有4个表现优良.种实较重、球果种子较大的无性系有140、42、58、48、49、72号.

表1 81个无性系种实性状方差分析

表2 各性状排名前15位的无性系与均值比较

2.3 性状相关分析

对81个无性系球果、种实11个性状进行皮尔逊相关分析，结果见表3.由表3可知：球果重的无性系种仁重、种皮重、种子重较大，种子粒数较多，这些性状与千粒重、出种率之间的相关性均达到显著水平.由此表明，球果较重的无性系，其千粒重和出种率较高，直接影响到单株种子产量.种子长与单果重、种子重、千粒重、出种率，以及种子宽与千粒重、空壳率正相关显著或极显著.

表3 红松种实性状相关性

表3(续)

2.4 多性状综合选择

对2019年调查的无性系球果重、种仁重、种皮重、种子重、千粒重、出种率、出仁率、空壳率、种子粒数、种子质量10个性状进行主成分分析，结果见表4.由表4可知：前3个主成分累计贡献率达83.0%，能够反映种实性状的绝大部分信息.F1中球果重、种仁重、种皮重、种子重、出种率、种子粒数权重较大，代表了红松结实的“质量性状”；F2与出仁率和空壳率的相关性较大，代表了“籽粒饱满性状”；F3代表千粒重.3个主成分划分与性状相关性分析结果基本一致.

表4 红松种实性状主成分分析

根据成分得分系数矩阵分别计算得到3个主成分计算公式：

y1=0.154x1+0.18x2+0.177x3+0.186x4+0.069x5+0.147x6+0.047x7-0.068x8+0.161x9+0.08x10，

y2=0.103x1-0.131x2+0.151x3+0.053x4-0.093x5-0.018x6-0.473x7+0.444x8+0.115x9+0.175x10，

y3=-0.033x1-0.02x2+0.061x3+0.037x4+0.837x5+0.039x6-0.18x7+0.04x8-0.42x9+0.077x10，

其中：x1为球果重；x2为种仁重；x3为种皮重；x4为种子重；x5为千粒重；x6为出种率；x7为出仁率；x8为空壳率；x9为种子粒数；x10为种子质量.以每个主成分对应的特征值占所提取主成分总特征值之和的比例为权重，各系数乘以权重之和为综合模型系数，得出主成分综合模型：

y=0.118x1+0.083x2+0.156x3+0.136x4+0.132x5+0.095x6-0.101x7+0.063x8+0.075x9+0.101x10.

对81个无性系各性状测定值进行标准化转化，得到性状值标准化向量矩阵.将标准化向量分别带入主成分计算公式，得到无性系各性状主成分得分和排名.以10%的入选率选出综合得分前10%的无性系，共8个，分别为58、50、88010、42、140、64、45、48号无性系.入选无性系与总体无性系均值见表5.由表5可知：入选的8个无性系各性状表现均优于无性系平均值.其中，58号无性系单果重、种仁重、种子粒数、出种率表现优良；88010和42号无性系单株产量高；8个无性系种子重、种仁重、种子粒数、出种率及种子产量分别大于全部无性系平均值的44.2%、51.8%、25.1%、20.8%及85.0%.

表5 入选无性系种实性状分析

2.5 结实量多年稳定性

利用DPS软件对2000、2011、2014、2019年共有的23个无性系种子产量、球果产量和球果数量进行年度稳定性分析，结果见表6.由表6可知：种子产量丰产、稳产较好的无性系是58、60、74、11、47、200、56号.其中，58、60、74号产量较高，56、200、47号稳定性较好.球果数量丰产、稳产的无性系为58、60、74、47号.

表6 种子产量丰产性及稳定性

3 结论与讨论

研究结果表明，苇河林业局青山红松种子园无性系间种实性状差异显著，单株球果数量、球果产量差异不显著，可能是由于红松结实存在大、小年的规律[15]，在某些年份容易出现无性系间结实量差异不显著现象.

多性状综合分析筛选出的8个无性系分别为58、50、88010、42、140、64、45、48号，入选无性系的种子重、种仁重、种子粒数、出种率及种子产量分别大于全部无性系平均值的44.2%、51.8%、25.1%、20.8%及85.0%，空壳率小于全部无性系均值.产量性状多年综合表现优良且稳定的有58、60、74号无性系，3个无性系种子产量分别大于无性系均值32.2%、46.1%、38.0%.

性状相关性分析和主成分分析均表明：红松单株产量与球果重、单果种子重、出种率显著正相关，与出仁率、空壳率和千粒重等性状相关不显著.由此说明，红松种子大小和饱满程度与种子产量无关，这与那冬晨[16]的研究结果一致.红松的产量性状和种仁性状可以分别进行选择，有利于选出产量高、品质好的无性系.种子长与单果重、种子重、千粒重、出种率正相关显著，这为红松果用无性系间接选择提供了简便、快捷的选择方法.