膨大剂处理对樟子松种实性状的影响

徐玉金 王喜和 李平扬 李玉磊 李德尧 吴蕴洋 孙 权 葛丽丽 赵曦阳*

（1. 东北林业大学，林木遗传育种国家重点实验室，哈尔滨 150040；2. 长白山森工集团有限公司汪清林业分公司亲和种子园管理站，汪清 133200；3. 吉林省临江林业局，临江 134600）

植物生长调节剂是能够调节植物生长发育的激素类化学物质，在果实的生长发育过程中，会受到许多生长调节剂的调控，常见的植物生长调节剂有氯吡脲（CPPU）、复硝酚钠、奈乙酸钠盐和赤霉素等。膨大剂属于植物生长调节剂中的一类，其机理主要是刺激细胞，使果实细胞分裂、分化。王礼文等研究膨大剂对葡萄（的影响，研究结果表明使用膨大剂对于提高葡萄品质有显著作用，吴素芳等对于膨大剂在猕猴桃（各个方面的作用都有分析，表明膨大剂对于植物生长、果实发育等方面都有影响。不同的植物所选取的膨大剂的组分有差别，常见的有CPPU、腺嘌呤、-萘乙酸钠（-NA）等。本研究采用CPPU、-NA 2 种膨大剂，这2 种膨大剂均属于广谱、高效、低毒的植物生长调节剂。CPPU 作为一种新型高效植物生长调节剂，其生长促进作用效果优异，进而也被广泛应用，相关研究主要集中在猕猴桃、葡萄和草莓（等植物。而-NA 可经叶片、树枝的嫩表皮、种子进入到植株内，随营养流输送到全株，促进座果、生根和果实膨大等。-NA 也可增强植物的抗逆性，例如在苹果采收前10 d 用5～20 ng·L的-NA 药液进行整株喷施，可以起到减少落果的作用。关于-NA 的相关研究主要集中在辣椒（）、马铃薯（、茄子（等作物。

樟子松（var），又称蒙古赤松，为松科（Pinaceae）松属（）多年生常绿乔木，是重要的用材树种、园林绿化及造林树种。它主要分布于我国的大兴安岭海拔400～900 m的山区和呼伦贝尔沙地、砂丘和山脊等困难立地，在俄罗斯和我国内蒙古土壤含水量少的石砾砂土干旱地区和草原地区也有零星分布。樟子松的树干通直，颜色材质纹理等品质良好，具有很强的实用性，不仅可供建筑、家具、木质器皿等用材，还因含有树脂，提取松香。樟子松树形美观，是园林绿化、庭院观赏中常见树种。此外，樟子松具有耐寒、耐干旱、耐贫瘠、生长迅速以及适应性强等优良特性，在沙地以及半干旱地区，常被作为主要造林树种。随着社会的发展，人们对生态环境的改善、木材产量的需求越来越高，但樟子松存在育种周期长、周期性结实、天然授粉效果差等现象，严重影响樟子松种子的重量与产量，进一步影响樟子松的大面积推广和应用。

本研究借鉴农作物与果树的经验，首次利用膨大剂在樟子松不同无性系的开花与结实过程进行处理，对获得的球果与种子性状进行测定与分析，以期获得提高樟子松种子产量的生理手段，为樟子松的高产稳产技术提供依据。有利于为樟子松的种子园科学管理、种实性状的改良提供新的策略，为植物生长调节剂的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计及材料

试验地点位于吉林省延边朝鲜族自治州汪清县亲和种子园（129°51′E、43°06′N），平均海拔806 m，属于大陆性中温带多风气候，年平均气温3.9 ℃，年均降水量为580 m，无霜期为125 d，年日照时间为2 700 h。试验利用种子园收集区进行，试验林采用完全随机设计，3 次重复，株行距为5 m×5 m。选择4 号、7 号和9 号3 个无性系进行此试验，每个无性系选择无病虫害、生长正常的植株进行试验，2 株一组，在第1 年（2018）的花期（5-6月）、第2 年（2019）的幼果期（1-2 月、5 月）进行处理，各处理方法见表1，处理1 为对照，膨大剂类型选择CPPU 和-NA 2 种，利用邦农—广谱高效展着剂（D）配合使用。

表1 膨大剂处理因素和水平Table 1 The factors table of Cone-expander treatment

1.2 指标测定方法

于2019 年9 月末对樟子松球果进行采摘，分别装袋标记。每个无性系各处理随机取30 个球果，对球果长（mm）、球果宽（mm）、球果重（g）、单果出籽量、单果出籽重（g）等指标进行测定；各无性系每个处理随机选择60 个种子，进行种长（mm）、种宽（mm）、翅长（mm）、翅宽（mm）等指标测定；其中球果长、球果宽、种长、种宽、翅长、翅宽等用游标卡尺（精确到0.01 mm）测定；球果重及单果出籽重用电子天平（精确到0.000 1 g）测定。

1.3 统计方法

所有统计分析均使用SPSS 19、Excel 2019 软件进行分析。其中球果长、球果宽、球果重、单果出籽量、单果出籽重、种长、种宽、翅长和翅宽的方差分析模型为：

式中：y表示无性系在处理下的表现；表示总体均值；α表示无性系效应；β表示处理效应；αβ表示无性系与处理的交互作用；ε表示随机误差。

表型变异系数（）计算公式：

各性状的重复力采用如下公式计算：

式中：为某一性状重复力；为方差分析中的值。

表型相关系数的计算利用公式：

利用布雷金多性状综合评价法，对各无性系进行多性状综合评定和选择，其具体公式如下：

式中：Q为各性状综合评定值；a=X/X，其中为综合评价值，为X某一性状的平均值，X为某一性状的最优值，为评价指标的个数；

现实增益的估算采用如下公式：

式中：Δ为某一性状的现实增益；为选择差；为该性状群体均值。

2 结果与分析

2.1 膨大剂处理后的樟子松种实性状的均值分析

不同处理条件下樟子松所有无性系种实性状均值见表2。经膨大剂处理后的樟子松种实性状各项数据的平均值均大于对照组（CK），并且各处理的球果长、球果宽、球果重、单果出籽量、单果出籽重和种长等均大于CK，在处理2条件下，樟子松的球果重表现较优，为对照的1.62 倍；处理5 中单果出籽量最多，为对照的1.52 倍；处理7 的单果出籽重最大，为对照的1.63倍。

表2 膨大剂处理后樟子松种实性状的均值Table 2 Mean value of seed characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.2 膨大剂处理后的樟子松种实性状方差分析

不同处理条件下各无性系各测定指标方差分析结果见表3。除球果宽在处理间以及单果出籽重、翅长在无性系间差异不显著外，其余变异来源均达显著水平（＜0.05）。而球果重、单果出籽量、种长和种宽在各变异来源均达极显著水平（＜0.01）。

表3 膨大剂处理后的樟子松种实性状方差分析结果Table 3 Analysis of variance of seed characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.3 樟子松种实性状表现及表型变异参数

膨大剂处理后的樟子松各性状遗传变异参数分析见表4。膨大剂处理后的樟子松各性状表型变异系数为6.45%～33.88%，其中单果出籽重变异系数最大，而翅长变异系数最小；球果性状表型变异系数均超过10%，种子各性状的表型变异系数均低于10%。不同处理间除球果宽外，各指标的重复力均高于0.50，属于高等水平重复力。

表4 膨大剂处理下的樟子松各性状遗传变异参数Table 4 Genetic variation parameters of various characters of P.sylvestris treated with fruit-expander

2.4 膨大剂处理后的樟子松各项处理间的相关分析

膨大剂处理后樟子松不同性状间的相关系数见图1。球果长、球果宽、球果重、单果出籽量和单果出籽重等5 个指标间均达极显著正相关（0.26＜＜0.86）；种长、种宽和翅长3 个指标间均达极显著正相关（0.18＜＜0.43），而种长、种宽与球果长、球果宽、球果重、单果出籽量以及单果出籽重相关性均不显著（0.001＜＜0.16）；翅长除与球果长（=0.19）、球果宽（=0.19）相关达显著水平外，与其他指标均达极显著正相关（0.18＜＜0.43）；翅宽与球果长（=0.064）、种宽（=0.02）相关性不显著，与球果重（=0.23）、种长（=0.20）呈显著正相关，与球果重、单果出籽量、单果出籽重、翅长呈极显著正相关（0.32＜＜0.53）。

图1 膨大剂处理后樟子松不同性状间的相关性A.球果长；B.球果宽；C.球果重；D.单果出籽量；E.单果出籽重；F.种长；G.种宽；H.翅长；I.翅宽Fig.1 Correlation analysis of different traits of P.sylvestris treated with fruit-expanderA.Cone length；B.Cone width；C.Cone weight；D.Number of seed per cone；E.Seed weight；F.Seed length；G.Seed width；H.Wing length；I.Wing width

2.5 膨大剂处理后的樟子松综合评价

利用球果长、球果宽和球果重等3个球果性状为评价指标对各项处理进行综合评价，Q值见表5。以10%的入选率对各项处理进行选择，处理2入选最佳处理，入选的处理中3个樟子松无性系球果长、球果宽和球果重的平均值分别为47.43 mm、23.21 mm和8.18 g，较总体平均值分别高11.81%、6.41% 和24.35%，现实增益分别为11.81%、4.65%和24.35%。

表5 膨大剂处理后樟子松球果性状综合评价Table 5 The comprehensive evaluation of P. sylvestris cones treated with fruit-expander

利用单果出籽量、单果出籽重、种长、种宽、翅长和翅宽6 个种实性状为评价指标对各项处理进行综合评价，Q值见表6。以10%的入选率对各项处理进行选择，处理5 入选最佳处理，入选处理的樟子松无性系单果出籽量、单果出籽重、种长、种宽、翅长和翅宽平均值分别为30.89 个、0.22 g、4.12 mm、2.88 mm、18.03 mm 和5.61 mm，分别较总体平均值高21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.33%和2.16%，现实增益分别为21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.30%和2.16%。

表6 膨大剂处理后樟子松种实性状综合评价Table 6 The comprehensive evaluation of seed traits of P.sylvestris treated with fruit-expander

3 讨论

植物激素在器官发生的过程中是非常必要的，利用植物生长调节剂来提高林业生产力是一条有效的途径。不同的膨大剂种类对植物种子和果实发育影响不同，在果实的生长与发育方面，钱巍等研究发现猕猴桃经CPPU 处理后单果质量增效46.21%；张红菊等研究发现一定浓度的-NA 能够显著提高了辣椒生育后期的单果重，降低其落花落果率。本研究中，施用CPPU和-NA发现可显著提高樟子松球果与种子性状，说明合理施用膨大剂，对樟子松球果与种子发育有较好效果。在王礼文等对“红地球”葡萄的研究中发现膨大剂国光动力在800 倍浓度处理下能够明显的提高葡萄的横径与单果穗重，红提大宝在2 000倍浓度处理下能够明显的提高葡萄纵径与单果重。此外，膨大剂浓度对果实发育也有很大影响。钱巍等在不同浓度CPPU 对“徐香”猕猴桃研究中，发现10 mg·L浓度显著促进猕猴桃的单果重量的增长速率，随着浓度增加猕猴桃的单果重量下降，果形指数也显著降低。本研究中，CPPU 10 mg·L处理对促进樟子松球果发育的效果显著，樟子松球果长和球果重均达到最大值，但是当CPPU 为30 mg·L时，球果的各项指标均降低，表明激素质量浓度过高可能会抑制球果发育，与上述钱巍等的研究结果一致。而-NA 可以显著促进种子发育，当-NA的处理质量浓度为10 mg·L时樟子松的单果出籽量和单果出籽重皆达到最大值，但是随着质量浓度过高，呈现逐渐下降的趋势，与CPPU 的变化趋势一致，这可能是因为高质量浓度膨大剂处理使植株座果率提高，导致光合产物在单位库中的积累变小，所以导致其球果质量与结实量下降，这与卜青山等对马铃薯的研究结果相近。本研究发现两种膨大剂均能使樟子松球果膨大、单果出籽重以及出籽量明显增加，处理效果显著高于对照。本试验中设置的CPPU 和-NA 的质量浓度偏高，在下一步研究中应降低质量浓度梯度，以探究更适合的膨大剂处理质量浓度。此外，试验结果表明膨大剂与展着剂结合并没有单独施用膨大剂的效果明显，因此在接下来的试验中可以考虑不再施用这种组合。

在林木育种研究中，方差分析是评估变异幅度的重要方法。本研究中各指标在处理与无性系的交互作用间差异大部分达到显著水平（＜0.05），说明膨大剂处理对于樟子松的结实具有显著影响。遗传变异系数是衡量相关生长性状遗传变异潜力的有效指标，变异系数的大小反映群体的变异程度，表型变异系数大、重复力高，表明各变异受遗传因素控制强，这对林木育种策略制定具有十分重要的作用。在膨大剂处理下的樟子松各性状遗传变异参数分析中球果长、球果宽、球果重、单果出籽量和单果出籽重存在较大的表型变异系数（14.04～33.88），表明膨大剂处理后的樟子松球果等性状间存在丰富的遗传变异；其中单果出籽重的表型变异系数最大，为33.88%，说明在此处理条件下，单果出籽重性状的选择潜力要高于樟子松其他性状，单果出籽重更适宜作为樟子松膨大剂处理的选择因子。相关系数代表不同性状之间的关联程度，对了解不同测定指标之间的关系具有重要作用。相关分析显示球果长、球果宽、球果重、单果出籽量、种翅长、种翅宽与单果出籽重间均存在极显著的正相关（＜0.01），这与王娅丽等对云杉的研究类似，表明球果性状与单果出籽重也存在密切的关系，但是单果出籽重与种子长宽相关均未达显著水平，在张连生等对落叶松的研究中也有所体现。

综合评价可以对多个性状同时进行评价，选择出的优良处理效果最佳。本研究在对各处理的评价过程中，基于球果性状与种子性状初步共选出2 个优良处理：处理2（CPPU 10 mg·L）和处理5（-NA 10 mg·L）。在林木育种中，现实增益是衡量选择效果的最重要的参数之一，它反映出优良处理比整体均值增加的收获量，本研究入选的优良处理2（CPPU 10 mg·L）的球果长、球果宽和球果重的现实增益分别为11.81%、4.65%和24.35%，而优良处理5（-NA 10 mg·L）的单果出籽量、单果出籽重、种长、种宽、翅长和翅宽6 个种实性状的现实增益分别为21.32%、24.15%、0.24%、9.16%、0.33%和12.16%，入选处理在球果重、单果出籽量和单果出籽重显现较高的现实增益，可以为樟子松种子园的遗传改良提供参考意见，但是由于选择方法为综合评价法，种长、翅长、翅宽等表型变异系数较低，且入选处理这几个性状表现不佳，因此部分性状现实增益较低，与李上前和管兰华等有关生长性状现实增益的研究结果类似。所以在优良处理的选择中应根据育种目标进行性状综合分析，对遗传稳定的多数性状进行联合选择，可以最稳定地取得最大限度的增产效益。

在今后的樟子松种子园经营管理中，为了生产出品质优良的球果和种子，最佳的膨大剂处理方式是根据其生物学特性选择适宜的处理浓度，且处理后要对樟子松进行科学精心的管护。因此，樟子松经膨大剂处理后，可以通过疏伐来调整林分密度和树冠大小来建立良好的冠形结构，调整其郁闭度大小、增加樟子松的空间利用率，改善其光照条件，增强樟子松对病虫害的抵抗能力，人工辅助授粉、促进花芽分化，提高球果的产量和种子质量等，为樟子松遗传育种的持续发展准备物质和技术条件。