杉木不同無性系種子品質分析及綜合評價

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.廣西壯族自治區林業科學研究院國家林業局中南速生材繁育實驗室 廣西優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、材質優良的生長特性，是優質建筑、裝飾和紙漿用材[1-4]。廣西是我國杉木的主產區之一，森林覆蓋率為62.3%，占全國第三；現有杉木林面積超145萬hm2，蓄積量達1.3億m3，在林業發展中占有重要地位[5-7]。根據國家在2016年《全國林木種苗“十三五”發展規劃》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。

種子園種子品質是良種壯苗的保障，也是有效提高林木產量和質量的前提。因此，提升種子品質和降低育苗成本是種子選育的重點，而種子品質與其相關因子間的聯系是良種選育的關注點。種子品質評價的最終目標是推廣利用，發芽特性是種子萌芽能力的重要評價指標，優良程度和生物量是質量評價的重要因子。前人對杉木種子園管理措施[8-12]、種質來源[13-15]、地形[16]、氣象[17]等多因素與種子質量間的關系進行了研究，但對2代杉木種子園無性系種子質量的研究不多，特別是關于廣西2代杉木種子園種子品質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，結合發芽特性、優良程度和生物量等3方面共11項品質指標進行多層次分析，探索無性系種子品質的變異規律，并篩選出品質優良的無性系，為加速全國杉木良種的推廣步伐和提高國家木材戰略儲備基地建設成效提供優良種質材料和技術支撐。

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項主要品質指標：6個發芽特性指標(發芽率、霉變率[18]、發芽勢、發芽指數、發芽持續時間和發芽時間)、3個優良程度指標(優良度、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皿中，置于恒溫培養箱(26 ℃)中培養，期間加入去離子水保持培養皿濕潤。5 d連續沒有種子發芽時該發芽試驗結束[20]。每日統計發芽情況，計算發芽率、霉變率、發芽勢、發芽指數及發芽持續時間、發芽起始時間和發芽時間[21-23]。

1.3 指標測定

發芽率(%)=(發芽種子數/試驗種子總數)×100%；

發芽勢(%)=(發芽初期前7 d內正常發芽種子數/供試種子總數)×100%；

發芽指數=Gi/Di(Gi表示第i天發芽數，Di表示天數)；

種子優良度(%)=(優良粒/測定種子粒數)×100%。

1.4 數據處理與分析

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

1.5 種子品質綜合評價

不同無性系杉木種子品質綜合評價采用模糊隸屬函數法[25]進行分析，隸屬函數值越大，表示種子品質越優良。

隸屬函數計算公式：U(i)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

反隸屬函數計算公式：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 結果與分析

2.1 不同無性系種子發芽特性差異分析

杉木種子發芽情況統計、方差分析及變異分析結果見表1。由表1可知，發芽率均值為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%。發芽勢均值為11.54%，無性系BJ 3發芽勢最高(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%。發芽指數均值為3.99，無性系BJ 9的發芽指數最高，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占比為25.0%。發芽持續時間最高值為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占比為6.25%。發芽時間均值為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 杉木無性系種子發芽情況

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

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

圖1 杉木無性系種子發芽規律

2.2 不同無性系種子優良程度指標差異分析

種子優良程度作為評價種子品質的重要因子之一，為杉木種質遺傳改良提供理論依據。由表2可知，16個杉木無性系種子優良度、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 杉木無性系種子優良程度及生物量情況

無性系中優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量占比為12.5%，其中，BJ 10出現空粒的概率最大(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占比為12.5%，BJ 3澀粒率最小，為7.33%，BJ 14出現澀粒的概率最高，為26.67%。

無性系各優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%，最小的是優良度，為8.01%。優良度、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呈正相關關系，對種子萌發和良種壯苗培育至關重要。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，結果見圖2。由圖2可知，在歐式距離11處，16份杉木種質被分為四類。

圖2 杉木無性系種子品質指標的聚類分析

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，種子發芽特性好，優良程度較高。類群Ⅰ發芽率、發芽勢、發芽指數、霉變率、發芽持續時間、發芽時間、優良度、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：種子優良程度好，發芽特性較好。類群Ⅱ發芽率、發芽勢、發芽指數、霉變率、發芽持續時間、發芽時間、優良度、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)發芽率、發芽勢、發芽指數、霉變率、發芽持續時間、發芽時間、優良度、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；屬于種子發芽特性、優良程度和生物量均好的類型。

類群Ⅳ(BJ 4)屬于種子優良程度較好、發芽特性欠佳的類型，發芽率、發芽勢、發芽指數、霉變率、發芽持續時間、發芽時間、優良度、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 種子品質指標間相關性分析

由表4可知，發芽率與發芽勢、發芽指數、發芽持續時間、發芽時間均呈極顯著正相關，與霉變率呈極顯著負相關。發芽勢與發芽指數呈極顯著正相關。發芽指數與發芽持續時間、發芽時間呈極顯著正相關，與霉變率呈極顯著負相關。霉變率與發芽持續時間、發芽時間呈極顯著負相關，與澀粒率呈顯著負相關。發芽持續時間與發芽時間呈極顯著正相關，與千粒重呈顯著正相關。發芽時間與千粒重呈顯著正相關。優良度與空粒率、澀粒率呈極顯著負相關。空粒率與澀粒率呈極顯著正相關。各指標間存在相關性，表明篩選出種子發芽特性、優良程度及生物量兼優的無性系是可能的。

表4 種子品質各主要品質指標的相關性分析

2.6 不同無性系種子品質的綜合分析及種質篩選

對16個杉木無性系種子10項品質指標進行隸屬函數分析，得出生長指標綜合分數U(表5)。經綜合評價種子發芽特性、優良程度和生物量等品質指標，得出綜合評分U和綜合排序。種子品質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的種子品質最佳，可為杉木遺傳改良和高效栽培提供優良種質材料。

表5 杉木不同無性系種子品質各指標隸屬函數均值及綜合評價

3 結論與討論

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

同時，16個杉木參試無性系發芽率、發芽勢、發芽指數、霉變率、發芽持續時間、發芽時間、優良度、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項種子品質指標變異系數大小排序依次為：霉變率(93.52%)>發芽勢(53.84%)>發芽率(39.43%)>發芽指數(38.55%)>發芽持續時間(28.61%)>澀粒率(28.12%)>空粒率(26.56%)>千粒重(19.64%)>發芽時間(13.86%)>優良度(8.01%)；霉變率變異程度最高，說明種子霉變數量受環境影響大；種子發芽勢變異程度高于發芽率和優良度，與陳琴等[23]、陳仕昌等[28]研究結果一致。種子品質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項種子品質指標在無性系間均存在極顯著差異。說明種子品質指標遺傳變異性強，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，種子品質作為種子園優產高產的重要評定指標，種質篩選可為種子園和人工林營建提供種質保障[30-31]，對于杉木產業發展具有重要意義。本研究結果顯示，杉木種子品質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，可為杉木優良種質資源評價、開發利用和良種選育提供優良種質材料和科學依據。