簡春霞 鄒丹 段聞 楊帥 宮淵波 陳林武 彭曉曦 馮涌

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，成都，611130) (四川省林業(yè)科學(xué)研究院)

種子是植物世代繁衍的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。種子作為物種繁殖系統(tǒng)的重要特征，是研究性狀表型多樣性、梯度變異、表型區(qū)劃的重要材料，一直是生物學(xué)家所關(guān)注的重要研究對象[1]。對于廣泛分布的那些植物來說，種源選擇不僅是科學(xué)調(diào)撥種子的主要依據(jù)，也是最基礎(chǔ)、最速效的樹種改良措施，同時也是進行優(yōu)良家系、優(yōu)良單株、優(yōu)良雜交和無性系繁殖等育種研究工作和加速良種化進程的基礎(chǔ)。近年來，不少學(xué)者通過比較不同樹種不同種源種子形態(tài)、質(zhì)量、發(fā)芽率等的差異，分析種子性狀與地理氣候因子的相關(guān)性，以揭示不同地理區(qū)域同一樹種種子表型變異程度及其變異規(guī)律，這對林業(yè)生產(chǎn)中進行引種、種子調(diào)撥和種質(zhì)資源保護等具有重要意義[1-5]。

杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)屬杜仲科植物，該科僅1屬1種，為地質(zhì)史上第三紀冰川運動殘留下來的古生樹種[6]，還是我國特有的名貴經(jīng)濟樹種。鑒于其起源古老，具有重要的研究價值及重要的藥用價值，已被列為國家二級保護植物[7]。杜仲既是貴重藥材，又是提取天然橡膠的工業(yè)原料，同時也是很好的用材樹種、園林綠化及水土保持樹種。因此，杜仲是一種集經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、社會效益于一身的植物，具有極高的開發(fā)利用價值[6]。

四川是杜種的天然分布區(qū)和主要栽培區(qū)之一[8]，但是長期以來，在杜仲基地建設(shè)及優(yōu)良品種選育較弱，缺乏對種質(zhì)資源的系統(tǒng)評價，影響了我省杜仲資源的健康發(fā)展。文中擬對四川主要栽培區(qū)不同種源杜仲種子性狀進行分析，比較不同種源杜仲種子形態(tài)、質(zhì)量、發(fā)芽率的差異，分析種子性狀與地理氣候因子的相關(guān)性，以揭示不同地理區(qū)域杜仲表型變異程度及其變異規(guī)律，這對杜仲的引種、種子調(diào)撥和種質(zhì)資源保護等具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2015年11月份在前期對四川省杜仲栽培區(qū)進行普查的基礎(chǔ)上，選擇8個主要栽培縣并結(jié)合優(yōu)良母樹選擇條件確定優(yōu)良單株作為采種對象，共選擇50個優(yōu)良單株，各縣采種株數(shù)(重復(fù)數(shù))見表1，采集的種子分單株編號，置于干燥通風(fēng)處陰干，帶回實驗室低溫保存?zhèn)溆?。采樣點地理位置及環(huán)境條件見表1。

表1 四川不同產(chǎn)地杜仲種源地理位置及環(huán)境條件

1.2 種子形態(tài)指標的測定

將各主栽區(qū)種子分單株充分混合，采用四分法從各單株種子中隨機取100粒種子，以種子縱軸長為縱徑(D縱)，以橫向最大寬度為橫徑(D橫)，用游標卡尺分別測量種子的縱徑和橫徑，計算種子的縱橫徑比值，同產(chǎn)地各單株的平均值作為該種源區(qū)的種子形態(tài)指標。

1.3 種子質(zhì)量指標測定

將各主栽區(qū)單株種子分別充分混合，采用四分法各選取100粒，剝?nèi)シN皮，根據(jù)林木種子檢驗規(guī)程(GB2772—1999)的方法測定各產(chǎn)地種子質(zhì)量、含水量、發(fā)芽率及發(fā)芽勢；種子生活力采用氯化三苯基四氮唑法(TTC法)測定。相同產(chǎn)地各單株的平均值作為該種源區(qū)的種子質(zhì)量指標。

發(fā)芽率=(正常發(fā)芽種子粒數(shù)/參試種子總粒數(shù))×100%；

發(fā)芽勢=(到達高峰時正常發(fā)芽種子粒數(shù)/參試種子總粒數(shù))×100%；

生活力=(有生活力的種子粒數(shù)/參試種子總粒數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析處理采用EXCEL2007和SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源杜仲種子形態(tài)差異

種子大小在同一植物種內(nèi)或品種內(nèi)被認為是相對穩(wěn)定的，而在種群內(nèi)或種群間甚至個體間，種子的大小會有差異[2]，這種差異可能是由采種母樹所處的生長環(huán)境不同造成的。經(jīng)多重比較結(jié)果表明，不同產(chǎn)地杜種種子的縱徑、橫徑和縱橫徑比均差異顯著，說明不同產(chǎn)地杜仲種子性狀在群體內(nèi)和群體間都存在顯著的差異(表2)，各產(chǎn)地間存在不同程度的分化變異。其中，縱徑值最大為昭化，其次為旺蒼，最小值為蒲江。橫徑最大值為昭化，最小為蒲江。縱橫徑比最大為青川，其次是昭化和旺蒼。總的來看，產(chǎn)于黑水和青川的種子與其他6個產(chǎn)地的縱橫徑比差異性較大，而昭化、旺蒼、朝天之間相隔距離較近，差異性較小。縱徑、橫徑以及縱橫徑比在各地區(qū)間的變異系數(shù)分別為15.35%、3.63%和7.71%。

表2 不同產(chǎn)地杜仲種子形態(tài)差異及多重比較

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同列不同小寫字母表示差異顯著，相同字母表示差異不顯著(α=0.05)。

2.2 不同產(chǎn)地杜仲種子質(zhì)量指標變異分析

種子質(zhì)量作為種子質(zhì)量檢驗中重要的指標之一，可以體現(xiàn)種子大小與飽滿程度、營養(yǎng)物含量和種子成熟度等。因此，種子質(zhì)量一定程度上反映了種子的質(zhì)量情況，凡粒大、飽滿充實的種子，其內(nèi)部儲藏的營養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)含物越多，種子壽命相對較長，貯藏時間也較長，種子發(fā)芽后能夠持續(xù)自養(yǎng)時間越長，苗木生長就越健壯，抗性也強。對不同產(chǎn)地杜種種子質(zhì)量進行多重比較分析結(jié)果見表3。從表3可以看出，不同產(chǎn)地間種子質(zhì)量差異達到極顯著水平。不同產(chǎn)地杜仲種子平均質(zhì)量為69.26 mg·粒-1，變異系數(shù)為10.42%。其中表現(xiàn)最好是產(chǎn)于旺蒼的種子，質(zhì)量達到78.99 mg·粒-1，產(chǎn)地昭化的種子次之，種子質(zhì)量為78.36 mg·粒-1，產(chǎn)于蒲江的種子最低，種子質(zhì)量只有56.65 mg·粒-1，僅為旺蒼種子平均質(zhì)量的71.71%，但個別單株表現(xiàn)優(yōu)異，如昭化6號達到107.45 mg·粒-1，旺蒼6號為102.50 mg·粒-1，可作為今后選種的重要母樹。

2.3 不同產(chǎn)地杜仲種子發(fā)芽能力變異分析

種子萌發(fā)是植物生長發(fā)育的起點和重要過程，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和生活力是表征種子萌發(fā)能力的重要指標。種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和生活力指數(shù)高，則表示種子活力強，發(fā)芽整齊，出苗一致，幼苗健壯，增產(chǎn)潛力大。四川不同產(chǎn)地杜仲種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和生活力的變化情況多重比較見表3。從表3可以看出，不同產(chǎn)地種子率、發(fā)芽勢和生活力均呈現(xiàn)極顯著水平，其變異系數(shù)分別為28.19%、31.60%和24.23%。其中昭化產(chǎn)地的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均為最高，分別為40.00%、27.14%；其次為旺蒼產(chǎn)地，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及生活力分別為37.25%和24.50%和48.71%；發(fā)芽率、發(fā)芽勢及生活力較低的為平武和蒲江產(chǎn)地的種子，分別為15.00%、9.00%、22.77%，19.20%、13.20%、24.68%?？傮w來看，各產(chǎn)地種子發(fā)芽率整體水平較低，均未達到50.00%，僅有個別單株如昭化6號、2號和青川7號達到50.00%，分別為52.00%、50.00%和50.00%。不同產(chǎn)地之間杜仲種子發(fā)芽指標在相同的培養(yǎng)條件下差別很大，表明產(chǎn)地間出現(xiàn)較大的變異，這可能與各產(chǎn)地環(huán)境條件差異不同所致，從而也說明地理環(huán)境條件是影響種子質(zhì)量的重要因素。

表3 不同產(chǎn)地杜仲種子發(fā)芽、活力差異及多重比較

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同列不同小寫字母表示差異顯著，相同字母表示差異不顯著(α=0.05)。

2.4 不同產(chǎn)地杜仲種子指標間相關(guān)性分析

通過對不同產(chǎn)地杜仲種子間各指標進行相關(guān)性分析(表4)，表明種子性狀間相關(guān)系數(shù)較大的是發(fā)芽率與發(fā)芽勢(0.959** )，種子質(zhì)量與發(fā)芽勢(0.955** )，發(fā)芽率與種子質(zhì)量(0.815** )等均為顯著正相關(guān)(p<0.01)，說明以上這些性狀之間有著極強的相關(guān)性，這在漆樹[9]、香椿[10]、丹參[11]以及云杉屬[12]等植物中均有體現(xiàn)。種子質(zhì)量與發(fā)芽率之間有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與種子的內(nèi)含物有直接的關(guān)系，種子內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)積累多，種子的發(fā)芽能力就高，反之則低。發(fā)芽率越高，則預(yù)示著達到發(fā)芽高峰時的發(fā)芽勢越高，二者呈正相關(guān)。

2.5 不同產(chǎn)地杜仲種子性狀與地理、環(huán)境因子的相關(guān)分析

不同產(chǎn)地杜仲種子性狀與地理、氣候等環(huán)境因子的相關(guān)性檢驗結(jié)果見表4，由表4可以看出，杜仲種子性狀總體來看地理、氣候等環(huán)境因子相關(guān)性不明顯。杜仲種子的縱徑、縱橫比與海拔高度有較大正相關(guān)，橫徑與海拔也呈正相關(guān)，但相關(guān)性較小，表明杜仲種子形態(tài)隨著海拔增高有變狹長的趨勢；種子的縱徑、縱橫比與年均溫、年降水無霜期呈負相關(guān)，表明種子隨年均氣溫、年降水量、無霜期的增加，果實形態(tài)形狀越接近圓形。種子發(fā)芽率、生活力與海拔高度、年均溫及年降水呈正相關(guān)，與無霜期呈負相關(guān)；而發(fā)芽勢與無霜期呈負相關(guān)，年均溫及年降水呈正相關(guān)。種子質(zhì)量與年均溫、年降水量及無霜期分別呈正相關(guān)，與海拔高度呈負相關(guān)。

表4 不同產(chǎn)地種子性狀間及與地理、氣候因子的相關(guān)性

注:*表示p<0.05的顯著水平；** 表示p<0.01的極顯著水平。

3 結(jié)論與討論

種子大小、質(zhì)量和發(fā)育能力是體現(xiàn)種子質(zhì)量的重要內(nèi)容。它們影響子代的更新，進而影響植物種群擴大及延續(xù)[13]。不同產(chǎn)地種子在表型上存在一定變異，這些變異是植物對當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和物候長期適應(yīng)的結(jié)果，從而使得分布在不同地域的種群通過長期的自然選擇，產(chǎn)生了一定的地理差異[14]，因此，種子性狀的變異是植物對復(fù)雜自然環(huán)境的一種適應(yīng)，也是林業(yè)生產(chǎn)進行優(yōu)樹選擇的重要依據(jù)。

不同產(chǎn)地杜仲種子縱徑、橫徑、縱橫比、質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢及生活力間差異均顯著，產(chǎn)地效應(yīng)明顯。在四川杜仲主要栽培區(qū)內(nèi)，杜仲種子縱徑、縱橫比與種子質(zhì)量差異顯著，但橫徑差異較小，尤其是產(chǎn)地越相近，差異越小。從變異系數(shù)也可看出，杜仲種子縱徑變異幅度較大。地理、氣象因子與杜仲種子質(zhì)量、性狀及大小呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，但相關(guān)性都不顯著，這與其他學(xué)者針對不同樹種的相關(guān)研究類似[1-5]，說明地理與氣象等環(huán)境因素是影響種子質(zhì)量形態(tài)特征的重要因素，但種子作為繁殖器官，保持了相對穩(wěn)定性，特別是栽培品種，環(huán)境因素的影響將會隨種源的差異性及栽培時間增加而體現(xiàn)出較大的變異性。

種子質(zhì)量是影響發(fā)芽及生活力的主要因素。本研究表明，種子質(zhì)量與發(fā)芽勢(0.955** )、發(fā)芽率(0.815** )、生活力(0.955)等均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)(p<0.01)，說明以上這些性狀之間有著極強的相關(guān)性，其中種子質(zhì)量對杜仲種子發(fā)芽率的影響最大，與相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果一致[15-20]。旺蒼、昭化的種子質(zhì)量較高，其對應(yīng)的發(fā)芽能力也表現(xiàn)較好。通過其單株分析也得出類似的結(jié)果，如昭化6號達到107.45 g，旺蒼6號為102.50 g，其發(fā)芽率分別達到52.00%、50.00%，顯著高于其他產(chǎn)地單株水平，可作為優(yōu)良母樹加以利用和保護。種子質(zhì)量、發(fā)芽勢、發(fā)芽率及生活力與地理、氣候等環(huán)境因素相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，這可能與本研究區(qū)域重點在四川的杜仲主要栽培區(qū)采種，且部分采種區(qū)地理位置相隔較近有關(guān)。

杜仲同一植株種子數(shù)量較多，個體質(zhì)量差異較大，且內(nèi)含杜仲膠。因此，杜仲種子發(fā)芽率低、幼苗發(fā)育不良以及種子隔年喪失發(fā)芽能力等問題是一個長時間無法解決的問題。為此，不少學(xué)者對杜仲種子發(fā)芽率進行了測定，針對不同催芽處理方法對其發(fā)芽率的影響展開了廣泛的研究。于靖[15]測定杜仲種子發(fā)芽率為50.00%～60.00%，僅有少部分樣本可高達92.8%；吳清華等[16]研究不同的前處理對杜仲種子發(fā)芽率影響試驗中，種子發(fā)芽率為8.6%～74.0%；余啟高等[17，20]重點分析溫度和前處理的影響，其發(fā)芽率為9.80%～68.80%，申延等[18]采用全種發(fā)芽法種子測定的平均發(fā)芽率只有50.00%，均與本研究結(jié)果類似。申延等[18]、季志平等[19]、李云科[21]通過種子選優(yōu)及在杜仲種子兩端剪去部分胚乳后，種子發(fā)芽率明顯提高。由于本研究的目的在于比較不同產(chǎn)地杜仲種子質(zhì)量，為采種母樹林的建立及種子調(diào)撥等提供依據(jù)，對參試種子采用混合隨機抽取的方式而不進行選優(yōu)處理，種子發(fā)芽率偏低，但其結(jié)果更符合產(chǎn)地實際。由此也可看出，在生產(chǎn)實踐中，對種子進行選優(yōu)及采用適宜的催芽處理是提高種子出苗率的重要措施之一。

不同產(chǎn)地杜仲種子縱徑、橫徑、縱橫比、質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢及生活力間差異均顯著，產(chǎn)地效應(yīng)明顯。旺蒼、昭化、青川、峨眉產(chǎn)地的種子縱徑、橫徑、縱橫比、質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢及生活力表現(xiàn)較優(yōu)，可作為杜仲采種基地，其中昭化6號、2號和青川7號等單株可作為優(yōu)良母樹加以利用和保護。

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