杉木不同无性系种子品质分析及综合评价

程 琳， 李魁鹏， 董利军， 陈代喜， 谭文婧， 陈 琴， 蓝 肖，戴 俊， 黄开勇， 余代渊， 欧阳春华

(1.广西壮族自治区林业科学研究院国家林业局中南速生材繁育实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室广西杉木良种培育中心， 南宁 530002；2.融水苗族自治县国营贝江河林场， 广西 融水 545300)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方重要的商品用材树种之一，具有生长迅速、材质优良的生长特性，是优质建筑、装饰和纸浆用材[1-4]。广西是我国杉木的主产区之一，森林覆盖率为62.3%，占全国第三；现有杉木林面积超145万hm2，蓄积量达1.3亿m3，在林业发展中占有重要地位[5-7]。根据国家在2016年《全国林木种苗“十三五”发展规划》提出的造林良种使用率达75%以上、种子储存量超700万kg的目标及市场对苗木需求增长的情况，特别是良种苗木的需求也在不断增加，良种苗木市场前景广阔。

种子园种子品质是良种壮苗的保障，也是有效提高林木产量和质量的前提。因此，提升种子品质和降低育苗成本是种子选育的重点，而种子品质与其相关因子间的联系是良种选育的关注点。种子品质评价的最终目标是推广利用，发芽特性是种子萌芽能力的重要评价指标，优良程度和生物量是质量评价的重要因子。前人对杉木种子园管理措施[8-12]、种质来源[13-15]、地形[16]、气象[17]等多因素与种子质量间的关系进行了研究，但对2代杉木种子园无性系种子质量的研究不多，特别是关于广西2代杉木种子园种子品质综合评价的研究尚未见报道。

本研究以16个杉木无性系种子为试验材料，结合发芽特性、优良程度和生物量等3方面共11项品质指标进行多层次分析，探索无性系种子品质的变异规律，并筛选出品质优良的无性系，为加速全国杉木良种的推广步伐和提高国家木材战略储备基地建设成效提供优良种质材料和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广西融水县贝江河林场，林场地以中、低山地貌为主，属于温润亚热带季风气候，年平均日照1 379.7 h，年平均气温18.8 ℃，年平均降雨量1 824.8 mm。试验点以红壤为主，pH值5.0～6.0，土壤透气性良好。

1.2 试验方法

试验材料来源于广西省融水县贝江河林场国家级杉木良种基地2代杉木种子园。2019年12月对种子园16个杉木无性系进行采种和研究。试验共分析16个杉木无性系种子的10项主要品质指标：6个发芽特性指标(发芽率、霉变率[18]、发芽势、发芽指数、发芽持续时间和发芽时间)、3个优良程度指标(优良度、空粒率和涩粒率[19])和生物量指标(千粒重)。

每个无性系随机选取300粒种子，1个重复为100粒种子，共设3个重复。将种子均匀放入铺有滤纸的培养皿中，置于恒温培养箱(26 ℃)中培养，期间加入去离子水保持培养皿湿润。5 d连续没有种子发芽时该发芽试验结束[20]。每日统计发芽情况，计算发芽率、霉变率、发芽势、发芽指数及发芽持续时间、发芽起始时间和发芽时间[21-23]。

1.3 指标测定

发芽率(%)=(发芽种子数/试验种子总数)×100%；

发芽势(%)=(发芽初期前7 d内正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=Gi/Di(Gi表示第i天发芽数，Di表示天数)；

种子优良度(%)=(优良粒/测定种子粒数)×100%。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007软件按照不同无性系分别对种子品质指标的均值、标准差和变异系数进行分析、制图和隶属计算，采用SPSS 19.0软件分别进行数据方差分析、Pearson相关分析和聚类分析。

1.5 种子品质综合评价

不同无性系杉木种子品质综合评价采用模糊隶属函数法[25]进行分析，隶属函数值越大，表示种子品质越优良。

隶属函数计算公式：U(i)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

反隶属函数计算公式：U(i)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

式中Xi为各指标测定值，Xmin为各测定指标的最小值，Xmax为各测定指标的最大值。

2 结果与分析

2.1 不同无性系种子发芽特性差异分析

杉木种子发芽情况统计、方差分析及变异分析结果见表1。由表1可知，发芽率均值为32.02%，最大值是53.67%(BJ 9)，大于均值1个标准差的无性系为3个，占参试无性系的18.75%。发芽势均值为11.54%，无性系BJ 3发芽势最高(24.33%)，极差为22.66%，大于均值1个标准差的无性系占参试无性系的12.5%。发芽指数均值为3.99，无性系BJ 9的发芽指数最高，为6.38，极差为6.04。霉变率均值为10.65%，大于均值1个标准差的无性系个数占比为25.0%。发芽持续时间最高值为10.00 d(BJ 5)，均值为7.33 d，大于均值1个标准差的无性系个数占比为6.25%。发芽时间均值为12.52 d，无性系最大值和最小值分别为15.00 d(BJ 5)和8.00 d(BJ 4)，极差为7.00 d。

表1 杉木无性系种子发芽情况

杉木种子发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间在无性系间差异达极显著水平，各发芽特性指标标准差分别为12.63、6.21、1.54、9.96、2.10和1.74。从变异结果来看，霉变率的变异系数最高，达93.52%，其次是发芽势(53.84%)和发芽率(39.43%)，发芽时间变异系数最小，为13.86%。

以杉木16个无性系种子发芽率均值绘制发芽趋势图(图1)。由图1可知，杉木种子发芽过程呈“慢-快-慢”规律。种子在播种后4 d开始萌芽，之后萌发速度快速增加，第9天达到峰值；之后萌发速度快速减少，17 d后种子停止发芽。

图1 杉木无性系种子发芽规律

2.2 不同无性系种子优良程度指标差异分析

种子优良程度作为评价种子品质的重要因子之一，为杉木种质遗传改良提供理论依据。由表2可知，16个杉木无性系种子优良度、空粒率、涩粒率均值分别为76.46%、6.75%和16.79%，标准差依次为6.13%、1.79%和4.72%。

表2 杉木无性系种子优良程度及生物量情况

无性系中优良度最大的无性系为BJ 3(89.33%)，最小值为65.33%(BJ 14)，极差为24%。在参试无性系中，空粒率高于均值1个标准差的无性系数量占比为12.5%，其中，BJ 10出现空粒的概率最大(10.00%)，BJ 2和BJ 3空粒率最小，均为3.33%，极差为6.67%。涩粒率极差为19.33%，高于均值1个标准差的无性系个数占比为12.5%，BJ 3涩粒率最小，为7.33%，BJ 14出现涩粒的概率最高，为26.67%。

无性系各优良指标变异程度不一。其中，涩粒率变异率最大，为28.12%，其次是空粒率，为26.56%，最小的是优良度，为8.01%。优良度、涩粒率在无性系间差异均呈极显著水平，空粒率在无性系间呈显著性水平，说明优良程度具有较强的遗传改良潜力。

2.3 不同无性系种子生物量指标差异分析

种子重量是种子生物量的衡量因子，一般千粒重与种子播种品质呈正相关关系，对种子萌发和良种壮苗培育至关重要。由表2可知，16个参试无性系中，无性系BJ 6的千粒重最高，为10.050 g；无性系BJ 12的千粒重最低，为5.323 g，极差为4.727 g。

参试无性系中，千粒重大于均值1个标准差的有3个，占参试无性系的18.75%。千粒重在参试无性系间差异呈极显著水平，均值为6.699 g，标准差为1.32 g，变异系数为19.64%。

2.4 不同无性系种子聚类分析

对杉木无性系这10个质量性状进行聚类，聚类方法采用Ward法，以平方欧氏距离为遗传距离，结果见图2。由图2可知，在欧式距离11处，16份杉木种质被分为四类。

图2 杉木无性系种子品质指标的聚类分析

类群Ⅰ包括11个无性系，占参试无性系的68.75%，分别是BJ 8，BJ 9，BJ 5，BJ 7，BJ 14，BJ 15，BJ 6，BJ 10，BJ 16，BJ 11，BJ 13，种子发芽特性好，优良程度较高。类群Ⅰ发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间、优良度、空粒率、涩粒率、千粒重均值分别为：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 杉木无性系各品质指标分类

类群Ⅱ包括3个无性系，占参试无性系的18.75%，分别为BJ 1，BJ 2，BJ 12，总体特征为：种子优良程度好，发芽特性较好。类群Ⅱ发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间、优良度、空粒率、涩粒率、千粒重均值分别为：28.78%、7.89%、3.33、6.33%、7.11 d、12.33 d、84.22%、4.44%、11.33%、6.677 g。

类群Ⅲ(BJ 3)发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间、优良度、空粒率、涩粒率、千粒重均值分别为：44.67%、24.33%、6.16、25.33%、8.33 d、13.00 d、89.33%、3.33%、7.33%、8.133 g；属于种子发芽特性、优良程度和生物量均好的类型。

类群Ⅳ(BJ 4)属于种子优良程度较好、发芽特性欠佳的类型，发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间、优良度、空粒率、涩粒率、千粒重均值分别为：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 种子品质指标间相关性分析

由表4可知，发芽率与发芽势、发芽指数、发芽持续时间、发芽时间均呈极显著正相关，与霉变率呈极显著负相关。发芽势与发芽指数呈极显著正相关。发芽指数与发芽持续时间、发芽时间呈极显著正相关，与霉变率呈极显著负相关。霉变率与发芽持续时间、发芽时间呈极显著负相关，与涩粒率呈显著负相关。发芽持续时间与发芽时间呈极显著正相关，与千粒重呈显著正相关。发芽时间与千粒重呈显著正相关。优良度与空粒率、涩粒率呈极显著负相关。空粒率与涩粒率呈极显著正相关。各指标间存在相关性，表明筛选出种子发芽特性、优良程度及生物量兼优的无性系是可能的。

表4 种子品质各主要品质指标的相关性分析

2.6 不同无性系种子品质的综合分析及种质筛选

对16个杉木无性系种子10项品质指标进行隶属函数分析，得出生长指标综合分数U(表5)。经综合评价种子发芽特性、优良程度和生物量等品质指标，得出综合评分U和综合排序。种子品质排名前五位的杉木无性系依次为：BJ 3、BJ 5、BJ 1、BJ 9和BJ 2；其中，无性系BJ 3的种子品质最佳，可为杉木遗传改良和高效栽培提供优良种质材料。

表5 杉木不同无性系种子品质各指标隶属函数均值及综合评价

3 结论与讨论

植物种子发芽是生命的起始，对良种壮苗的培育具有重要影响[26]。优良度是评价种子品质的重要指标之一[15]。种子千粒重跟种子质量指标有关，遗传效应强，一般千粒重越高，种子品质越好[27]。杉木种子发芽阶段显现出“S型”曲线[28]，与本研究结果相同。发芽特性中发芽率与其他性状均呈极显著相关，其中发芽率与霉变率呈极显著负相关，与其他指标呈极显著正相关。种子优良程度(优良度、空粒率、涩粒率)指标间均呈极显著相关，其中优良度与空粒率、涩粒率呈极显著负相关。种子生物量(千粒重)与发芽特性、优良程度均有相关关系，其中与发芽持续时间和发芽时间呈显著正相关。种子发芽特性与优良程度[29]、生物量[24]具有一定相关性，说明种子品质是无性系选择的有效途径，可通过种子品质性状筛选出优良的无性系。

同时，16个杉木参试无性系发芽率、发芽势、发芽指数、霉变率、发芽持续时间、发芽时间、优良度、空粒率、涩粒率、千粒重均值分别为32.02%、11.54%、3.99、10.65%、7.33 d、12.52 d、76.46%、6.75%、16.79%、6.699 g；标准差依次为：12.63%、6.21%、1.54、9.96%、2.10 d、1.74 d、6.13%、1.79%、4.72%、1.32 g。本试验中10项种子品质指标变异系数大小排序依次为：霉变率(93.52%)>发芽势(53.84%)>发芽率(39.43%)>发芽指数(38.55%)>发芽持续时间(28.61%)>涩粒率(28.12%)>空粒率(26.56%)>千粒重(19.64%)>发芽时间(13.86%)>优良度(8.01%)；霉变率变异程度最高，说明种子霉变数量受环境影响大；种子发芽势变异程度高于发芽率和优良度，与陈琴等[23]、陈仕昌等[28]研究结果一致。种子品质指标在无性系间差异大[29]，除了空粒率在无性系间存在显著差异外，其他9项种子品质指标在无性系间均存在极显著差异。说明种子品质指标遗传变异性强，具有较大的选择潜力，可为杉木种子园良种选育提供理论支撑。

综上所述，种子品质作为种子园优产高产的重要评定指标，种质筛选可为种子园和人工林营建提供种质保障[30-31]，对于杉木产业发展具有重要意义。本研究结果显示，杉木种子品质综合排序前五名的无性系分别为：BJ 3、BJ 5、BJ 1、BJ 9和BJ 2，可为杉木优良种质资源评价、开发利用和良种选育提供优良种质材料和科学依据。