云南松母树和不同采种时间对球果发育及种子质量的影响

吴俊多， 沈 松， 李莲芳， 张青青， 杨历雨， 杨永洁，叶桂荣， 吴柏良， 马 敬， 李杨涛， 郑川玲， 杨 博， 刘 进

（西南林业大学 林学院，云南 昆明650224）

云南松（Pinus yunnanensis），松科（Pinaceae）松属，常绿乔木，天然分布于海拔1 500 ～2 500 m 的云贵高原地区及周边，具有耐干旱贫瘠土壤和材质优良等特点，是分布区主要的植被类型和重要的乡土造林用材树种之一［1-3］.种子繁殖是苗木培育的主要方式之一，确定适宜的采种期可有效提高种子质量和播种品质.韩云花等［4］指出，灰楸（Catalpa fargesii）的鲜质量、出种率和千粒质量随采种期的不同呈规律性变化，10 月底至11 月中旬是最佳采种期；喻方圆［5］指出，每年的9 月8 日至10 月31日，随采种时间后延，金钱松（Pseudolarix amabilis）种子的出籽率逐渐提高；陈颖等［6］开展喜树（Camptotheca acuminata）秋、冬和雪后3 个采收期的种子发芽研究，雪后采种的发芽高峰较秋季采种提前6 d，发芽率和发芽势分别提高34. 8%和148.8%，采种期对种子品质具有重要影响.前人研究表明，林木的果实是较为稳定的遗传性状，不同家系的果实性状呈现显著的差异［7-8］.双德良等［7］根据油桐（Vernicia fordii）家系间果实形态、数量和产量等性状的差异现象，进行其优良家系和单株良种选择；候远瑞等［8］利用番荔枝（Annona squamosa）果实表型性状的差异筛选出具有不同优良性状的家系.

已有研究指出，云南松不同时间采种显著影响其种实的质量和品质［9-10］；徐杨等［11］指出，云南松群体内不同个体的种实性状具有丰富的遗传变异.目前结合采种时间和母树研究种实性状变化的文献较少，在已有研究的基础上，本研究于弥渡第一代云南松无性系种子园混合家系种子培育苗木营造的11 a生人工林中，随机选择10株采种母树为研究对象，从10 月底（10 月27 日）到翌年3 月中旬（3 月19日），共分6次（前3 次采种间隔时间约1 个月，后3次约为半个月）采集球果，在时间和个体差异的尺度上分析球果和种子的变化规律及其对种实的影响，丰富云南松种实成熟相关资料，为云南松以家系为主选择最佳采种时间提供科学依据.

1 采种地及其林分概况

采种地位于昆明市宜良县禄丰村国有林场的尖山林区.尖山林区的地理位置为24°33′70″N，103°09′54″E，海拔约1 980 m，属亚热带季风气候.据资料记载，林区年均气温约17.5 ℃，最热月（8月）和最冷月（1 月）的月平均气温分别为22.0 ℃和8.6 ℃，年均降水量995.3 mm，年相对湿度约68%，干、湿季分明，降雨主要集中于每年的5—10月，无霜期约260 d［12-13］；处于云南省中部地区，属云南松的分布中心.

采种的云南松为采用2 a生实生苗造林的11 a生人工林，其种子来源于弥渡第一代无性系种子园自由授粉的混合家系；林地坡度10° ～15°，位于北坡，经过1 次疏伐和修枝抚育，郁闭度0.5 ～0.6，林木生长良好.

2 研究方法

在林分内随机选择10 株形质指标优良的I 或II级优势木作为采种母树，满足结实较多、可供多次采种需求.采种前测定母树胸径、树高、枝下高和冠幅.当年成熟和宿存球果的判断依据如下：云南松的主干和侧枝每年生长一个节段（即每年发一轮枝），当年成熟球果位于主稍或侧枝顶端第1 轮分枝的下一轮分枝处，宿存球果则分布于其下分枝处，根据宿存球果所在枝轮的位置可区分球果成熟的年份［9，14］；首次采集时，当年预成熟球果为绿色，极易辨认，据此统计当年预成熟及宿存1 a 和2 a球果数（表1）.首次采种时，根据当年成熟球果的数量和采种次数（6 次：分别为2017 年10 月27 日、12 月02 日、2018 年1 月05 日、2 月10 日、2 月26日和3 月19 日）确定每次采种球果数.球果数量较多的每次采集12 个，部分母树因球果数量不足，相应减少采集球果数至5 ～10 个.

采种时从上、中、下3 部分以及东、南、西、北4个方向均匀选取球果，如母树球果数量不足，则优先从不同方向选择球果.多个球果着生于同一轮枝节的则每次只采1 个，若球果成熟出现种鳞开裂且种子脱落，则不作为采集对象.采种当日将其带回室内测定球果横径和纵径（横径测定球果直径最大处），每一球果分别装入信封并编号，置于60 ℃的烘箱中［11］，烘至球果种鳞开裂、种子可自由脱落时，将种子取出测定其粒数、质量以及取种时所产生的种翅和种鳞碎屑等杂质的质量（除计数外，于自然风干至恒重时测定），后将球果烘至恒重，测定其烘干质量.

以母树（M1～M10分别为第1 ～10 株采种母树的代号）和采种时间（T1～T6分别为第1 ～6 次采种时间的代号）为因素，构成2 因素包含60 个处理组合的完全随机设计，其中，处理组合1 ～10 为第一批次采种的，11 ～20 为第二批次，以此类推，每个处理组合包含不等概的5 ～12 个重复（即球果数）.

相关指标计算公式如下：

表1 采种母树的生长指标Tab. 1 Information of maternal trees

其中，mMDW表示平均单个球果的烘干总质量（g/个），mDW为单个球果烘干质量（g/个）；mSW为单个球果的种子气干质量（g），mIW为单个球果的杂质烘干质量（g），mWC是母树平均单个球果含水质量分数（%），mSP为母树平均球果出种率（%），mFW为单个球果鲜质量（g/个），mTSW是每一母树的种子千粒质量（g），n为每一球果种子数（粒），N为每一母树的球果数（个）.

采用Excel 2003 和SPSS 22.0 进行数据整理和分析，若处理组合或因素水平间差异显著或极显著，则以Duncan’s检验法进行多重比较.

3 结果与分析

3.1 球果尺寸随母树和采种时间的变化 处理组合球果的横、纵径分别为29. 6 ～46. 6 mm 和51.21 ～85.7 mm（表2）.不同处理组合的此2 指标呈现极显著的差异（P≈0.000 ＜0.01），其中，处理组合1、11、21、31、41 和51（M1的T1～T6）的横径极显著地大于除处理组合3（M3的T1）、10（M10的T1）、30（M10的T3）、53（M3的T6）和59（M9的T6）外的其他处理组合，即横径较大的处理组合集中于M1、M3、M9和M10的4 株母树；处理组合1、11、21、31、41 和51（M1的T1～T6）的纵径均显著或极显著地大于其他处理组合，与横径相同，即M1的球果尺寸最大，且显著大于其他母树球果.

母树是影响球果横、纵径的主导因子，其对球果尺寸具有极显著的差异影响（P≈0.000 ＜0.01），单株母树间球果尺寸的变异极为丰富（10 株母树横、纵径分别呈现具有极显著差异的5 和6 类），表明球果的尺寸大小主要由母树决定，即受遗传控制为可选择的性状，在云南松遗传改良中，可通过幼树选择繁育，获得理想尺寸要求的球果.除第一和最后一次采种外，其余时期的球果显著缩小（表3），这是因为种鳞随球果成熟而收缩.而最后一次采种时球果横纵径增大，是由球果成熟时种鳞开裂（种子未脱落）引起的.从球果横纵径的变化，表明每年10 月底后滇中的云南松球果趋于成熟，可准备采种.

3.2 球果的质量及水份含量变化分析处理组合的单个球果干质量和含水质量分数分别为15.4 ～50.4 g/个和8.9% ～51.8%（表4），与横纵径相同，不同处理组合的此2 指标也呈现极显著的差异（P≈0.000 ＜0.01）.其中，处理组合1、11、31、50、51 和59（M1的T1、T2、T4和T6；M9的T6；M10的T5）的球果干质量极显著地重于其他处理组合，与球果横纵径类似，球果干质量最大的处理组合集中于M1、M9和M10等3 株母树；球果含水质量分数最大的为处理组合1（M1T1），其极显著地大于除处理组合2、3、4、6、8、9、10、11、21、23、26、27、28 和30（M2、M3、M4、M6、M8、M9和M10的T1；M1的T2；M1、M3、M6、M7、M8和M10的T3）外的其他处理组合（表5），即含水质量分数较大的主要集中于1 ～3批次（10 月26 至次年1 月5 日）所采的球果，该时期球果中水分含量较高，表明成熟初期的球果含水质量分数较高，此时期采种制种过程相对较长.球果含水质量分数也可作为表征种子成熟的指标之一，于含水量下降期开展采种，可提高制种效率.

表4 处理组合的球果干质量和含水质量分数Tab. 4 Mean dry weights and moisture contents of a cone in the TCs

表 4（续）

影响球果干质量的主导因子仍为母树，母树间的球果干质量具有极显著的差异（P≈0. 000 ＜0.01），M1的单个球果干质量（47.7g）极显著地大于其他采种母树（表5），即云南松球果较大的单株较少；不同采种时间的球果干质量也具有极显著差异（P≈0.000 ＜0.01），第6 次采种时的球果干质量极显著地大于除第一和第二次的其余采种时期（表5）.

母树与采种时期的交互作用对球果干质量具有极显著的差异影响（P=0.007 ＜0.01），表明球果质量量受母树和采种时间的共同作用，采种期内母树的球果质量仍发生变化，可能是不同母树球果的成熟期不一致引起的.

影响球果含水质量分数的主导因子为采种时期（表5），其对球果含水质量分数具有极显著的差异影响（P≈0.000 ＜0.01）.采种期内，含水质量分数从高到低变化随时间呈慢（10 月27 日-翌年1月5 日）-快（1 月6 日-2 月26 日）-慢（2 月27日-3 月16 日）的趋势，即1 月6 日至2 月26 日期间球果的含水质量分数急剧下降，该阶段是球果成熟的高峰期.同样，不同母树的球果含水质量分数具有极显著的差异（P≈0.000 ＜0.01），即不同母树其整个成熟期球果平均含水量也不同，结合采种时间含水质量分数的差异，进一步表明母树间球果成熟期参差不齐的现象.

在种子园中，可根据母树成熟时间差异分单株于不同时间采种，为种子采集获得充足的时间，合理安排时间的同时，可获得品质优良的种子.

表5 球果干质量和含水质量分数的极差分析Tab. 5 Range analysis of the dry weights and moisture contents

3.3 不同采种时间和母树对球果出种率和种子千粒质量的影响处理组合间球果（鲜果）的出种率和种子千粒质量分别为1.7% ～4.1%和10.4 ～20.6 g，均具有极显著的差异（P≈0.000 ＜0.01）.

其中，处理组合56（M6的T5）的出种率极显著地高于处理组合36、45、46、54 和55（M6的T4和T5；M5的T4和T6；M4的T6），以上处理组合均极显著地高于其他处理组合，即球果出种率较大的集中于第5 和6 批次采种，并集中于部分母树，表明出种率同时受采种时间和母树的共同作用.种子千粒质量最大的处理组合40（M10的T4，20.1 g）极显著地高于其他处理组合，同时，处理组合10、20、30、50 和60（M10的T1～T3和T5～T6）仅低于处理组合40，表明选择家系采种可获得千粒质量较大的种子（表6）.

表6 处理组合的出种率和千粒质量Tab. 6 Mean seed yield and 1 000-seed weights of the TCs

表 6（续）

极差分析结果表明（表7），母树仍然是影响单个球果出种率和种子千粒质量的主导因子，其对此2 指标具有极显著的差异影响（P≈0.000 ＜0.01）.母树M5 和M6 的单果出种率极显著地大于其他母树，M6 和M10 的出种率和种子千粒质量分别极显著地高于其余母树，选择不同家系采种对提高种子收获量具有重要作用.采种时间对以上2 指标也具有极显著的差异影响（P≈0.000 ＜0.01），随采种时间延后，球果的出种率呈上升趋势，其主要受采种期球果含水质量分数和干质量的影响.

表7 出种率和千粒质量的极差分析Tab. 7 Range analysis of the seed yield and 1 000 -seed weights of cone

3.4 球果和种子指标间的相关分析Person相关分析结果（表8），球果横径和纵径与干质量、含水质量分数和种子千粒质量间均呈极显著正相关（R=0.161 ～0.873，P≈0.000 ＜0.01），表明球果尺寸大小可指示其质量、含水质量分数和种子质量状况，采种时选择尺寸较大的球果可获得相对较优的种子，与前述结果相一致.球果出种率则与球果横径、干质量和含水质量分数呈极显著的负相关（R=-0.558 ～-0.189，P≈0.000 ＜0.01），表明球果尺寸和含水质量分数越大，其出种率则越低，符合球果出种率变化规律.

表8 相关分析Tab. 8 The correlation analysis

4 结论和讨论

4.1 结论以滇中地区11 a 生云南松人工林为对象，分6 个时期对10 株母树进行采种，采用2 因子完全随机设计分析球果和种子性状的变化.处理组合的球果横径、纵径、干质量、含水质量分数、出种率和种子千粒质量分别为29. 6 ～46. 6 mm、51.21 ～85. 7 mm、15. 4 ～50. 4 g/个、8. 9% ～51.8%、1.7% ～4.1%和10.4 ～20.6 g，不同处理组合的以上指标均具有极显著的差异（P≈0.000 ＜0.01）.其中，影响球果横径、纵径、干质量和种子千粒质量的主要因子为母树，影响球果含水质量分数的则为采种时间；相关性分析结果，横径和纵径与球果干质量、含水质量分数及种子千粒质量间均呈极显著正相关（R=0. 161 ～0. 873，P≈0. 000 ＜0.01），即球果尺寸可指示种实的质量.

4.2 讨论云南松人工林主要采用种子繁殖，适宜的时间采种可获得优质种子，有益于壮苗培育［15］.据资料记载，云南松球果的成熟期为每年的12 月至次年3 月，成熟球果的种鳞于2—3 月开裂释放种子，部分球果则宿存于枝条上逐渐开裂，宿存时间可长达9 a［9，14］.李滨等［10］于12 月至3 月对西昌地区的云南松采种研究指出，球果干质量、含水质量分数和千粒质量随采种时间的推迟逐渐下降，出种率则不断提高，其中球果含水质量分数于12月份稳定在40%左右，1 月份后迅速下降.本研究采种的初始时间提前48 d，结束时间则相对一致；含水质量分数、出种率和种子千粒质量随采种时间的变化呈相同的变化规律.本研究与已有研究具有共性，也有差异，不同之处受云南松采种地不同决定.球果尺寸随采种期延后，呈现缩小的趋势，是由于采种时球果已发育成熟，随时间变化，球果尺寸随体内的含水量下降而种鳞缩小.

针叶树种的球果和种子性状受环境和遗传因子的双重调控，已有研究指出，遗传因素是控制球果和种子性状变异的主要因子［11，15-17］.徐亮等［16］指出，岷山柏（Cupressus chengiana）种群间球果和种子的大小具有显著的遗传变异；王庆华等［17］研究秃杉（Taiwania flousiana）8 个种源52 个家系球果和种子的形态变异指出，群体内的分化差异大于群体间，表明同一群体内存在丰富的遗传多样性.在本研究中，同一林分中不同母树的横径、纵径、干质量、含水质量分数、出种率和种子千粒质量均具有极显著的差异，与已有研究结果相似，即单株间球果和种子现状呈现极显著变异，进一步为云南松遗传改良的单株选择奠定理论基础.

致谢西南林业大学徐婷婷、凌丽芳、李阿花、颜杰和夏云杉等同学参与了指标的测定和数据的收集整理，在此谨致谢意.