不同种源云南松种子发芽性状与幼苗早期生长1)

高成杰 缪迎春 李瑾 李昆 崔凯 杨发成

(中国林业科学研究院资源昆虫研究所，昆明，650224) (云南省白竹山州级自然保护区管护局)

种源选择对种群的维持具有深远影响，寻找适当的种子来源，能够恢复人工林的稳定及最大生产力[1-2]。选择当地生态型种子造林能够更好地适应当地环境，但如果种群是近亲繁殖或已不再适应当地气候，选择本地种子造林容易导致林分衰退[3]。当地种群衰退时，来自不同气候、地区的非本地种子可以提供新的优良遗传物质[2-4]。选择种子来源时，人们经常考虑种源地所选母树的优良生长性状，往往忽略了不同种源的种子萌发变异，而这些变异对物种的存活、生长以及种群的发展具有重要意义[5-6]。

云南松(Pinusyunnanensis)是我国西南地区特有树种，广泛分布于23°～29°N，98°～106°E的西藏东南部、四川西南部、贵州西部、广西西部及云南大部分地区。分布区海拔500～3 200 m，处于横断山脉、云贵高原山岳地带。错综复杂的自然环境使云南松形成与环境相适应且具有不同性状的多个种群。云南松具有适应性强、生长较快、耐干旱瘠薄、木材用途广泛等特点，现已成为我国西南地区荒山造林先锋树种及主要用材树种[7]。云南松生境多高山陡坡，以天然更新为主，其种子产量高、传播能力强，具有“飞子成林”的能力。但上世纪过度采伐、利用导致的逆向选择，使自然更替中林分衰退问题日益突出[8]，很多地区的云南松林分中低矮、扭曲等不良个体比例逐渐增加[9]。天然林分日益衰退，优良遗传资源大量流失，如何更好的保存和评价现有云南松种质资源，是云南松天然林保护和人工林发展过程中急需解决的问题。

由于云南松分布区气候多样，同时存在选择压力差异等因素，导致其种源间存在丰富的遗传变异，具有很大的遗传改良潜力[9-11]。种源选择是最基础、最速效的树种改良措施，同时也是进行优良家系、无性系繁殖及种子园营造等育种工作和良种化进程的基础[12-14]。对云南松自然种群的研究多集中在针叶及种子表型性状变异等方面[9-10]，有关云南松种子对水分、温度适应性方面也有部分研究，但多以单一种源作为研究对象[15-16]，关于不同种源地种子发芽性状的评价甚少。发芽性状是确定播种的主要依据，其次是种子质量。因此，通过不同种源种子在相同条件的发芽试验，比较各种源间的差异，对推进林业良种化进程具有重要的意义。本研究在前人对云南松种源区划研究的基础上，选择我国西南地区15个云南松种源地，通过优树选择获取不同种源地种子，比较不同种源种子质量、发芽性状及幼苗生长差异，分析种子质量、发芽性状与种源地理、气候因子及幼苗生长间的关系，以期为云南松种质资源的收集保存和优良种源的选育提供基础研究数据和参考。

1 研究区概况

试验地位于云南省昆明市中国林业科学研究院资源昆虫研究所苗圃地(25°4′N，102°45′E)，地处云贵高原中部云南松中心分布区。海拔为1 945 m，年平均气温15.4 ℃，年降水量700～1 100 mm，年均日照时间2 327.5 h，年均蒸发量1 856.4 mm，属北亚热带半湿润高原季风气候。

2 材料与方法

2.1 试验材料

以云南松种源区划为基础[17]，选择云南、贵州、四川及西藏察隅等地区的15个种源地作为采种点，各种源地间最小距离约为30 km。以种源地林分郁闭度在0.7以上，面积大于10 hm2，平均年龄为25～50 a的云南松天然林作为采种林分[18]。按照优树入选原则，每个种源地选择优树30株，所选优树之间距离至少为100 m。采集当年生还未开裂的云南松球果，每株优树采集球果数20～50个。同时记录采种点经纬度、海拔，根据不同种源地理位置利用ArcGIS 10.2软件从Global Climate Data的Worldclim下载中心提取各采种点年降水量、年均温等气候数据(表1)。将各种源地所采收的球果置于太阳底下暴晒，待球果开裂后收集种子，将每个种源地30株优树种子等量混合后作为该种源地种子。

表1 云南松15个种源基本概况

2.2 种子质量测定

根据林木种子检验规程(GB 2772-1999)测定各种源地种子质量。从每个种源随机选取100粒正常饱满种子用电子天平称质量(精度0.001 g)，重复8次，计算各种源地种子质量。

2.3 不同种源种子萌发试验

随机选取饱满健康的不同种源种子各50粒，每个种源重复5次。用质量分数为0.1%的HgCl2消毒5 min，然后用蒸馏水冲洗后，均匀地置于直径11 mm的培养皿中，培养皿内铺设2层滤纸，滴入少许蒸馏水保湿。将培养皿放置于光周期为16/8 h(白天/黑夜)的人工气候箱中。前期研究表明，云南松种子最适萌发温度为20 ℃左右[16]，因此人工气候箱设置温度为恒温20 ℃。种子萌发过程中，每天检查种子发芽情况并记录发芽数，滤纸每3 d更换1次。根据林木种子检验规程(GB 2772-1999)，当种子芽长约为种子长一半，根长约为种子长时即为发芽。当连续10 d无种子发芽时，结束发芽试验。

以发芽率、平均发芽时间2个指标评价各种源种子发芽能力，计算公式如下：

发芽率=(正常发芽种子粒数/供试种子总粒数)×

100%；

平均发芽时间=∑(Gi×Di)/∑Gi。

式中：Gi为第i天发芽种子数；Di为种子发芽时所需时间。

2.4 不同种源幼苗生长试验

在实验室进行种子萌发试验的同时，在田间进行播种育苗试验。试验的育苗容器规格为20 cm×15 cm，供试土壤为苗圃地壤土。试验前采用环刀法测得供试土壤的田间持水量为(26.56±2.81)%，土壤密度为(1.28±0.12)g·cm-3，播种前使用500倍15%多菌灵进行土壤消毒。按照单因素随机区组设计，每个种源播种30袋，3次重复。苗圃地上方架设90%遮阳网，苗期采用雾状喷灌管理，保证所有种源幼苗的培育条件具有一致性。播种6个月后，各种源随机选择12株健康幼苗，获取其幼苗生物量。每株幼苗从营养袋中完整取出后，用水冲洗干净，放在阴凉处风干。将幼苗分为根、茎、叶，分别装入纸袋，在实验室烘箱内85 ℃烘干至恒质量，之后用分析天平称量各器官干质量(精确度0.000 1 g)。

2.5 数据分析

采用EXCEL 2003软件处理试验数据，SPSS18.0软件对不同种源种子质量、发芽率、平均发芽时间、幼苗生物量进行方差分析。利用Levene’s test进行方差齐性检验，方差齐性时，采用LSD法多重比较各种源间种子质量、发芽性状和幼苗生物量差异显著性；方差不齐时，对数据进行以10为底的对数转换(平均发芽时间)或反正弦平方根转换(发芽率)。同时，运用Pearson’s相关系数评价种子发芽能力与种源地理、气候因子、种子质量、幼苗生长间的关系。

3 结果与分析

3.1 不同种源地种子质量的差异

各种源地云南松种子质量在13.662～22.957 mg·粒-1之间，最大值和最小值间相差9.295 mg·粒-1(表2)。种子质量在不同种源间存在极显著差异(P<0.01)。其中以云南广南、永仁、四川西昌种子质量最大，均超过20 g；西藏察隅、云南保山种子质量最低，不足15 g。

表2 不同种源云南松种子质量、发芽率、平均发芽时间

3.2 不同种源地种子发芽率和平均发芽时间

相同萌发条件时，不同种源地云南松种子发芽率差异较大，达到极显著水平(P<0.01)。发芽率最高的种源是云南广南种源；其次为云南宁蒗种源；最低为云南弥渡种源(表2)。发芽率在90%以上的有7个种源，占供试种源数的46.67%；发芽率在80%～90%的有2个种源，占种源数的13.33%；发芽率在70%～80%的有4个种源，占种源数的26.67%；发芽率低于70%的仅有2个种源，占种源数的13.33%。

各种源云南松种子平均发芽时间为11.98～17.54 d，差异极显著(P<0.01)。西藏察隅种源的发芽时间最长，云南广南种源的发芽时间最短，两者相差近6 d。发芽时间低于14 d的有8个种源，占种源数的53.33%；发芽时间为14～16 d的仅3个种源，占20.00%；发芽时间长于16 d的有4个种源，占26.67%。

3.3 不同种源地幼苗生物量

不同种源云南松幼苗总生物量及各器官生物量均存在极显著差异(P<0.01，表3)。幼苗总生物量以云南广南种源种子最大，保山种源种子最小，最大生物量为最小生物量的1.87倍。根生物量以云南新平种源种子最大，保山种源种子最小。茎、叶生物量均以广南种源种子最大，保山种源种子最小。

表3 不同种源云南松幼苗生物量

3.4 云南松种子质量、发芽能力与种源地理、气候因子的关系

相关分析表明，云南松种子质量与种源地经度、年均温呈极显著正相关(表4)，即靠近云南松分布区东部、年均温较高的种源地种子质量较大。发芽率与经度呈极显著正相关，与年降水量呈极显著负相关，即靠近东部、年降水量较低的地区种源发芽率较高。平均发芽时间受种源地所处纬度、年均温、年降水量影响，与纬度、年降水量呈正相关，与年均温呈负相关关系，即纬度越高，年均温越低，年降水量越大，平均发芽时间越长。

表4 种子质量、发芽率、平均发芽时间与种源地理、气候因子的相关性

3.5 云南松种子质量、发芽能力与幼苗生长的关系

云南松种子发芽率与平均发芽时间呈极显著负相关(表5)，表明较高的种子发芽率常伴随着较短的发芽时间。种子质量显著影响发芽率、发芽时间，种子质量与发芽率呈极显著正相关，与发芽时间呈极显著负相关，表明云南松种子质量越大，发芽越快且发芽率越高。种子质量、发芽能力同时影响幼苗早期的生长。种子质量与幼苗总生物量、各器官生物量呈极显著正相关；发芽率与总生物量及茎、叶生物量也呈极显著正相关，但与根生物量无显著相关；发芽时间与幼苗生物量呈负相关，但仅叶生物量达到显著性水平。

表5 种子质量、发芽率、平均发芽时间与幼苗生物量的相关性

4 结论与讨论

对不同种源云南松发芽性状的研究表明，云南松种子发芽率在不同种源地之间差异较大，最高发芽率达98%，最低发芽率仅为60%左右。不同种源种子间平均发芽时间也存在极显著差异，西藏察隅种源种子的平均发芽时间最长(17.54 d)，云南广南种源种子的平均发芽时间最短(11.98 d)。研究表明，云南松种子发芽率和平均发芽时间具有明显的种源效应，这与国内很多树种种子发芽性状在种源间的变异研究结果类似[13，19-20]，因此仅评价1个种源不足以表征该物种的萌发性状。云南松分布区大多为深谷、高山，在地形、环境因素的共同作用下，不同种源地的云南松居群产生了很大的遗传分化[21]。已有研究表明，云南松针叶、种实表型性状在不同居群间存在高度的遗传变异[8，10]。不同种源间云南松发芽性状的差异是由于云南松种源间遗传变异引起，同时受种源地理、气候因子的影响。相关性分析结果表明，发芽率受种源所处经度、年降水量的显著影响；平均发芽时间受纬度、年均温的显著影响。因此，低降水量地区的种子发芽率较高；年均温较高、年降水量较大地区的种子发芽速度较快。

种子质量是繁殖策略中的重要方面，在许多物种种源间存在极高的变异性[13，22-23]。种源间种子萌发性能的变化与种源间种子质量有关，而种子质量又受种子成熟过程中遗传因素和环境因子的控制[24]。在本研究中，种子质量受种源地年均温显著影响，且种源之间存在极显著差异，因此导致种源间种子发芽性状的变化。相关性分析显示，云南松种子质量与发芽率呈极显著正相关，但与发芽时间呈极显著负相关，表明云南松种子质量越大，发芽越快且发芽率越高，这与许多其他树种的相关研究结果类似[12，14，19]，说明云南松种子质量可作为种子萌发的预测因子。

幼苗早期生物量的增长对幼苗未来存活率具有重要影响[6]。本研究中，不同种源云南松幼苗总生物量及各器官生物量均存在显著差异。幼苗总生物量以云南广南种源最大，保山种源最小。相同生长环境、栽培措施时，不同种源云南松幼苗早期生物量的差异反映云南松种质的遗传多样性，这有利于对云南松优良种源的选育。研究表明，种子大小对幼苗的生存有间接影响，质量较大的种子出苗后生物量增长较快，此优势提高了幼苗存活率[6]。有研究发现，种子发芽性状与幼苗生长之间关系不显著，但这些研究均以苗高、地径反映幼苗生长性状[22，25]，相较于苗高、地径，幼苗生物量更能准确反映幼苗生长情况。本研究中云南松种子质量与幼苗总生物量、各器官生物量均呈极显著正相关，这与质量较大的种子含有更多营养物质，更有利于出苗后幼苗快速生长的观点一致[26-27]。种子发芽时间的长短能够体现幼苗早期生物量的巨大差异，发芽时间短的种子能够更早地获取资源，满足自身地快速生长[6]。本研究中，云南松种源间发芽性状的差异在不同程度上影响幼苗早期生物量。相关性分析显示，云南松种子发芽率与总生物量、茎、叶生物量呈极显著正相关，与根生物量无显著相关。发芽时间与幼苗生物量呈负相关，表明发芽率高、发芽速度快的种源，其幼苗早期生物量较大，这与张国君等[19]对华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)25个种源种子萌发及苗期生长特性的研究结果类似。

种源间的变异是进行优良种源选择和种质资源保护、规划的先决条件。本研究中，云南松种子质量、发芽性状、幼苗早期生长在种源间均具有显著差异，所有种源中以云南广南种源种子质量最大，发芽率最高，平均发芽时间最短，且幼苗生物量最大，在种源选择时可以优先考虑。