不同種源云南松種子發芽性狀與幼苗早期生長1)

高成杰 繆迎春 李瑾 李昆 崔凱 楊發成

(中國林業科學研究院資源昆蟲研究所，昆明，650224) (云南省白竹山州級自然保護區管護局)

種源選擇對種群的維持具有深遠影響，尋找適當的種子來源，能夠恢復人工林的穩定及最大生產力[1-2]。選擇當地生態型種子造林能夠更好地適應當地環境，但如果種群是近親繁殖或已不再適應當地氣候，選擇本地種子造林容易導致林分衰退[3]。當地種群衰退時，來自不同氣候、地區的非本地種子可以提供新的優良遺傳物質[2-4]。選擇種子來源時，人們經常考慮種源地所選母樹的優良生長性狀，往往忽略了不同種源的種子萌發變異，而這些變異對物種的存活、生長以及種群的發展具有重要意義[5-6]。

云南松(Pinusyunnanensis)是我國西南地區特有樹種，廣泛分布于23°～29°N，98°～106°E的西藏東南部、四川西南部、貴州西部、廣西西部及云南大部分地區。分布區海拔500～3 200 m，處于橫斷山脈、云貴高原山岳地帶。錯綜復雜的自然環境使云南松形成與環境相適應且具有不同性狀的多個種群。云南松具有適應性強、生長較快、耐干旱瘠薄、木材用途廣泛等特點，現已成為我國西南地區荒山造林先鋒樹種及主要用材樹種[7]。云南松生境多高山陡坡，以天然更新為主，其種子產量高、傳播能力強，具有“飛子成林”的能力。但上世紀過度采伐、利用導致的逆向選擇，使自然更替中林分衰退問題日益突出[8]，很多地區的云南松林分中低矮、扭曲等不良個體比例逐漸增加[9]。天然林分日益衰退，優良遺傳資源大量流失，如何更好的保存和評價現有云南松種質資源，是云南松天然林保護和人工林發展過程中急需解決的問題。

由于云南松分布區氣候多樣，同時存在選擇壓力差異等因素，導致其種源間存在豐富的遺傳變異，具有很大的遺傳改良潛力[9-11]。種源選擇是最基礎、最速效的樹種改良措施，同時也是進行優良家系、無性系繁殖及種子園營造等育種工作和良種化進程的基礎[12-14]。對云南松自然種群的研究多集中在針葉及種子表型性狀變異等方面[9-10]，有關云南松種子對水分、溫度適應性方面也有部分研究，但多以單一種源作為研究對象[15-16]，關于不同種源地種子發芽性狀的評價甚少。發芽性狀是確定播種的主要依據，其次是種子質量。因此，通過不同種源種子在相同條件的發芽試驗，比較各種源間的差異，對推進林業良種化進程具有重要的意義。本研究在前人對云南松種源區劃研究的基礎上，選擇我國西南地區15個云南松種源地，通過優樹選擇獲取不同種源地種子，比較不同種源種子質量、發芽性狀及幼苗生長差異，分析種子質量、發芽性狀與種源地理、氣候因子及幼苗生長間的關系，以期為云南松種質資源的收集保存和優良種源的選育提供基礎研究數據和參考。

1 研究區概況

試驗地位于云南省昆明市中國林業科學研究院資源昆蟲研究所苗圃地(25°4′N，102°45′E)，地處云貴高原中部云南松中心分布區。海拔為1 945 m，年平均氣溫15.4 ℃，年降水量700～1 100 mm，年均日照時間2 327.5 h，年均蒸發量1 856.4 mm，屬北亞熱帶半濕潤高原季風氣候。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

以云南松種源區劃為基礎[17]，選擇云南、貴州、四川及西藏察隅等地區的15個種源地作為采種點，各種源地間最小距離約為30 km。以種源地林分郁閉度在0.7以上，面積大于10 hm2，平均年齡為25～50 a的云南松天然林作為采種林分[18]。按照優樹入選原則，每個種源地選擇優樹30株，所選優樹之間距離至少為100 m。采集當年生還未開裂的云南松球果，每株優樹采集球果數20～50個。同時記錄采種點經緯度、海拔，根據不同種源地理位置利用ArcGIS 10.2軟件從Global Climate Data的Worldclim下載中心提取各采種點年降水量、年均溫等氣候數據(表1)。將各種源地所采收的球果置于太陽底下暴曬，待球果開裂后收集種子，將每個種源地30株優樹種子等量混合后作為該種源地種子。

表1 云南松15個種源基本概況

2.2 種子質量測定

根據林木種子檢驗規程(GB 2772-1999)測定各種源地種子質量。從每個種源隨機選取100粒正常飽滿種子用電子天平稱質量(精度0.001 g)，重復8次，計算各種源地種子質量。

2.3 不同種源種子萌發試驗

隨機選取飽滿健康的不同種源種子各50粒，每個種源重復5次。用質量分數為0.1%的HgCl2消毒5 min，然后用蒸餾水沖洗后，均勻地置于直徑11 mm的培養皿中，培養皿內鋪設2層濾紙，滴入少許蒸餾水保濕。將培養皿放置于光周期為16/8 h(白天/黑夜)的人工氣候箱中。前期研究表明，云南松種子最適萌發溫度為20 ℃左右[16]，因此人工氣候箱設置溫度為恒溫20 ℃。種子萌發過程中，每天檢查種子發芽情況并記錄發芽數，濾紙每3 d更換1次。根據林木種子檢驗規程(GB 2772-1999)，當種子芽長約為種子長一半，根長約為種子長時即為發芽。當連續10 d無種子發芽時，結束發芽試驗。

以發芽率、平均發芽時間2個指標評價各種源種子發芽能力，計算公式如下：

發芽率=(正常發芽種子粒數/供試種子總粒數)×

100%；

平均發芽時間=∑(Gi×Di)/∑Gi。

式中：Gi為第i天發芽種子數；Di為種子發芽時所需時間。

2.4 不同種源幼苗生長試驗

在實驗室進行種子萌發試驗的同時，在田間進行播種育苗試驗。試驗的育苗容器規格為20 cm×15 cm，供試土壤為苗圃地壤土。試驗前采用環刀法測得供試土壤的田間持水量為(26.56±2.81)%，土壤密度為(1.28±0.12)g·cm-3，播種前使用500倍15%多菌靈進行土壤消毒。按照單因素隨機區組設計，每個種源播種30袋，3次重復。苗圃地上方架設90%遮陽網，苗期采用霧狀噴灌管理，保證所有種源幼苗的培育條件具有一致性。播種6個月后，各種源隨機選擇12株健康幼苗，獲取其幼苗生物量。每株幼苗從營養袋中完整取出后，用水沖洗干凈，放在陰涼處風干。將幼苗分為根、莖、葉，分別裝入紙袋，在實驗室烘箱內85 ℃烘干至恒質量，之后用分析天平稱量各器官干質量(精確度0.000 1 g)。

2.5 數據分析

采用EXCEL 2003軟件處理試驗數據，SPSS18.0軟件對不同種源種子質量、發芽率、平均發芽時間、幼苗生物量進行方差分析。利用Levene’s test進行方差齊性檢驗，方差齊性時，采用LSD法多重比較各種源間種子質量、發芽性狀和幼苗生物量差異顯著性；方差不齊時，對數據進行以10為底的對數轉換(平均發芽時間)或反正弦平方根轉換(發芽率)。同時，運用Pearson’s相關系數評價種子發芽能力與種源地理、氣候因子、種子質量、幼苗生長間的關系。

3 結果與分析

3.1 不同種源地種子質量的差異

各種源地云南松種子質量在13.662～22.957 mg·粒-1之間，最大值和最小值間相差9.295 mg·粒-1(表2)。種子質量在不同種源間存在極顯著差異(P<0.01)。其中以云南廣南、永仁、四川西昌種子質量最大，均超過20 g；西藏察隅、云南保山種子質量最低，不足15 g。

表2 不同種源云南松種子質量、發芽率、平均發芽時間

3.2 不同種源地種子發芽率和平均發芽時間

相同萌發條件時，不同種源地云南松種子發芽率差異較大，達到極顯著水平(P<0.01)。發芽率最高的種源是云南廣南種源；其次為云南寧蒗種源；最低為云南彌渡種源(表2)。發芽率在90%以上的有7個種源，占供試種源數的46.67%；發芽率在80%～90%的有2個種源，占種源數的13.33%；發芽率在70%～80%的有4個種源，占種源數的26.67%；發芽率低于70%的僅有2個種源，占種源數的13.33%。

各種源云南松種子平均發芽時間為11.98～17.54 d，差異極顯著(P<0.01)。西藏察隅種源的發芽時間最長，云南廣南種源的發芽時間最短，兩者相差近6 d。發芽時間低于14 d的有8個種源，占種源數的53.33%；發芽時間為14～16 d的僅3個種源，占20.00%；發芽時間長于16 d的有4個種源，占26.67%。

3.3 不同種源地幼苗生物量

不同種源云南松幼苗總生物量及各器官生物量均存在極顯著差異(P<0.01，表3)。幼苗總生物量以云南廣南種源種子最大，保山種源種子最小，最大生物量為最小生物量的1.87倍。根生物量以云南新平種源種子最大，保山種源種子最小。莖、葉生物量均以廣南種源種子最大，保山種源種子最小。

表3 不同種源云南松幼苗生物量

3.4 云南松種子質量、發芽能力與種源地理、氣候因子的關系

相關分析表明，云南松種子質量與種源地經度、年均溫呈極顯著正相關(表4)，即靠近云南松分布區東部、年均溫較高的種源地種子質量較大。發芽率與經度呈極顯著正相關，與年降水量呈極顯著負相關，即靠近東部、年降水量較低的地區種源發芽率較高。平均發芽時間受種源地所處緯度、年均溫、年降水量影響，與緯度、年降水量呈正相關，與年均溫呈負相關關系，即緯度越高，年均溫越低，年降水量越大，平均發芽時間越長。

表4 種子質量、發芽率、平均發芽時間與種源地理、氣候因子的相關性

3.5 云南松種子質量、發芽能力與幼苗生長的關系

云南松種子發芽率與平均發芽時間呈極顯著負相關(表5)，表明較高的種子發芽率常伴隨著較短的發芽時間。種子質量顯著影響發芽率、發芽時間，種子質量與發芽率呈極顯著正相關，與發芽時間呈極顯著負相關，表明云南松種子質量越大，發芽越快且發芽率越高。種子質量、發芽能力同時影響幼苗早期的生長。種子質量與幼苗總生物量、各器官生物量呈極顯著正相關；發芽率與總生物量及莖、葉生物量也呈極顯著正相關，但與根生物量無顯著相關；發芽時間與幼苗生物量呈負相關，但僅葉生物量達到顯著性水平。

表5 種子質量、發芽率、平均發芽時間與幼苗生物量的相關性

4 結論與討論

對不同種源云南松發芽性狀的研究表明，云南松種子發芽率在不同種源地之間差異較大，最高發芽率達98%，最低發芽率僅為60%左右。不同種源種子間平均發芽時間也存在極顯著差異，西藏察隅種源種子的平均發芽時間最長(17.54 d)，云南廣南種源種子的平均發芽時間最短(11.98 d)。研究表明，云南松種子發芽率和平均發芽時間具有明顯的種源效應，這與國內很多樹種種子發芽性狀在種源間的變異研究結果類似[13，19-20]，因此僅評價1個種源不足以表征該物種的萌發性狀。云南松分布區大多為深谷、高山，在地形、環境因素的共同作用下，不同種源地的云南松居群產生了很大的遺傳分化[21]。已有研究表明，云南松針葉、種實表型性狀在不同居群間存在高度的遺傳變異[8，10]。不同種源間云南松發芽性狀的差異是由于云南松種源間遺傳變異引起，同時受種源地理、氣候因子的影響。相關性分析結果表明，發芽率受種源所處經度、年降水量的顯著影響；平均發芽時間受緯度、年均溫的顯著影響。因此，低降水量地區的種子發芽率較高；年均溫較高、年降水量較大地區的種子發芽速度較快。

種子質量是繁殖策略中的重要方面，在許多物種種源間存在極高的變異性[13，22-23]。種源間種子萌發性能的變化與種源間種子質量有關，而種子質量又受種子成熟過程中遺傳因素和環境因子的控制[24]。在本研究中，種子質量受種源地年均溫顯著影響，且種源之間存在極顯著差異，因此導致種源間種子發芽性狀的變化。相關性分析顯示，云南松種子質量與發芽率呈極顯著正相關，但與發芽時間呈極顯著負相關，表明云南松種子質量越大，發芽越快且發芽率越高，這與許多其他樹種的相關研究結果類似[12，14，19]，說明云南松種子質量可作為種子萌發的預測因子。

幼苗早期生物量的增長對幼苗未來存活率具有重要影響[6]。本研究中，不同種源云南松幼苗總生物量及各器官生物量均存在顯著差異。幼苗總生物量以云南廣南種源最大，保山種源最小。相同生長環境、栽培措施時，不同種源云南松幼苗早期生物量的差異反映云南松種質的遺傳多樣性，這有利于對云南松優良種源的選育。研究表明，種子大小對幼苗的生存有間接影響，質量較大的種子出苗后生物量增長較快，此優勢提高了幼苗存活率[6]。有研究發現，種子發芽性狀與幼苗生長之間關系不顯著，但這些研究均以苗高、地徑反映幼苗生長性狀[22，25]，相較于苗高、地徑，幼苗生物量更能準確反映幼苗生長情況。本研究中云南松種子質量與幼苗總生物量、各器官生物量均呈極顯著正相關，這與質量較大的種子含有更多營養物質，更有利于出苗后幼苗快速生長的觀點一致[26-27]。種子發芽時間的長短能夠體現幼苗早期生物量的巨大差異，發芽時間短的種子能夠更早地獲取資源，滿足自身地快速生長[6]。本研究中，云南松種源間發芽性狀的差異在不同程度上影響幼苗早期生物量。相關性分析顯示，云南松種子發芽率與總生物量、莖、葉生物量呈極顯著正相關，與根生物量無顯著相關。發芽時間與幼苗生物量呈負相關，表明發芽率高、發芽速度快的種源，其幼苗早期生物量較大，這與張國君等[19]對華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)25個種源種子萌發及苗期生長特性的研究結果類似。

種源間的變異是進行優良種源選擇和種質資源保護、規劃的先決條件。本研究中，云南松種子質量、發芽性狀、幼苗早期生長在種源間均具有顯著差異，所有種源中以云南廣南種源種子質量最大，發芽率最高，平均發芽時間最短，且幼苗生物量最大，在種源選擇時可以優先考慮。