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(1.西南林业大学 云南省高校林木遗传改良与繁育重点实验室， 云南 昆明650224；2.西南林业大学 国家林业局西南地区生物多样性保育重点实验室， 云南 昆明 650224；3.西南林业大学 西南山地森林保育与利用省部共建教育部重点实验室, 云南 昆明 650224)

云南松(PinusyunnanensisFranch.)是松科常绿针叶乔木，又称“飞松”、“青松”、“长毛松”，云南松以云南高原为起源中心和分布中心，分布于东经96°～108°之间、北纬23°～30°之间[1-2]；云南松是荒山造林的先锋树种和重要的用材树种，云南松林是云南省现存面积最大的森林类型，占云南省林分总面积的19.63%、森林总蓄积量的14.28%[3-4]；云南松具有生长较快、材质较好、耐干旱瘠薄、天然更新能力强等优良品性，在我国西南地区被广泛用于人工造林，在国民经济建设和生态建设中发挥着重要作用[5-6]。但是，云南省成林的云南松林面积仅344.84万hm2，占云南省内云南松有林地面积的29.19%[7]。随着国家天然林保护与退耕还林工程的实施，云南松林的分布面积将更加扩大，云南松林保护与培育研究已经成为云贵高原森林资源经营管理及其可持续发展的重要任务之一[8]。

大量调查研究表明，在云南高原不同生态地理背景中云南松居群的形态特征表现出明显不同的变异式样[2,9]。由于云南松变异丰富，其变异的不可控性自然也会出现劣势的一面，而弯、扭木正是云南松的一种衰退表现，它是制约云南松经济效益、生态效益和社会效益发挥的一个重要原因，减小弯、扭木在云南松林的比例将有利于提高云南松林分的质量。调查发现，在现存天然林、人工林林分里，云南松单株或成片死亡现象严重，且林冠下幼苗更新困难，分布面积逐渐缩小，连续的秋冬春连旱情况已经导致云南松林地受灾面积达到286万hm2，甚至导致云南松分布主产区出现了云南松成片死亡的现象[10]。随着森林起源过程中干扰(人为干扰和自然干扰)程度的逐渐增加，云南松群落的稳定性、生物多样性、协调平衡能力及自然修复能力相应下降，云南松种群正处于衰退边缘[11]。在现有云南松林分内，茎干扭曲、生长矮小、材质低劣的“小老头树”面积高达836.24万hm2，占整个林分的2/3[12]。这些生长性状具有较高的遗传性，其中树干通直度被遗传的估值高达0.85[13]，天然更新后代也会影响林分质量。陈守常等[14]在对云南松林进行树干扭转问题的观察时发现，其扭转率平均达75.4%，最高者达到91.6%，这大大影响了林木的生长和木材的利用价值。

森林天然更新是林木依靠种子繁殖对幼树进行补充的一个自然再生过程，同时也是森林生态系统中，植物种群增殖、扩散和延续的一个重要而复杂的生态过程[15-16]。云南松林的更新主要是以天然更新为主，种子是云南松林更新最重要的物质基础，对不同类型群体间云南松种子早期萌发特征进行比较和分析，可为云南松的更新及其干形的改良提供技术支撑。因此，研究云南松通直木和扭曲木种子形态及萌发特征之间的差异有助于了解云南松的衰退与更新，而现阶段对这个方面的研究很少有报道。鉴于此，本试验拟采用云南松的通直木和弯扭木2个群体的种子进行试验，通过观察种子的形态特征和萌发特性，了解2种类型群体间及群体内的变异规律，为进一步探讨云南松的更新提供指导，对开展云南松的遗传改良也具有一定的理论与现实意义。

1 材料和方法

1.1 材料来源

试验所用的通直群体(POP 1)种子采集于云南省红河州建水县大观村，扭曲群体(POP 2)种子采集于云南省玉溪市新平县平甸乡白鹤村。在2个地区内使用高枝剪随机采取结实植株的当年生成熟球果，其中，建水县采取了27株植株的球果，新平县采取了32株植株的球果，各株间间隔均在5倍树高以上。将采摘的球果带回实验室晾晒或者自然风干，待球果开裂取出球果中的种子，用信封分别保存并做好记录，供后期试验使用。

1.2 试验方法

1.2.1 形态相关指标测定

根据种子性状测定方法[17-20]，对各单株所获得的种子，随机选择15～30粒，用于种子和种翅形态指标的测定。用游标卡尺分别测量种子长度(SL)、种子宽度(SW)、种翅长度(SWL)、种翅宽度(SWEW)，精确到0.01 mm。采用电子天平称量种子总重(SWISWW)、种子重(SWESWW)，精确到0.001 g。并计算相关的指标，包括：种翅重(SWW)、种子形状指数(SI)、种翅形状指数(SWI)。

SWW=SWISWW-SWESWW ;

……(1)

SI=SL/SW;

……(2)

SWI=SWL/SWEW。

……(3)

1.2.2 发芽相关指标测定

1) 试验设计：通直群体和扭曲群体各随机选取9个单株和8个单株，分单株播种，每个单株30粒为1个处理，重复3次，完全随机排列。

2) 种子处理：每个单株按种子饱满情况随机取90粒以上的种子，用纱布包好，系上标签，用0.5%的高锰酸钾溶液消毒30 min后，用蒸馏水冲洗干净，将其置于50 ℃温水中浸种，自然冷却，浸泡24 h后冲洗干净换自来水再浸泡24 h。

表1 云南松天然种群间和种群内的形态指标方差分析和方差分量

形态指标 均 方 F值 方差分量 群体间群体内群体间群体内群体间群体内表型分化系数(%)SL(mm)1．70274．5735812．06∗∗32．40∗∗0．000000．202900．00SW(mm)0．716560．8774213．54∗∗16．58∗∗0．000000．037800．00SI0．653490．3227132．44∗∗16．02∗∗0．000580．013854．01SWL(mm)1．49971111．71180．7152．87∗∗0．000005．017790．00SWEW(mm)93．452436．94869224．58∗∗16．70∗∗0．144130．2990832．52SWI21．323062．28116166．35∗∗17．80∗∗0．031800．0985724．39SWISWW(g)0．000510．0003628．44∗∗20．00∗∗0．000000．000021．78SWESWW(g)0．000090．000275．37∗16．74∗∗0．000000．000010．00SWW(g)0．000180．00001158．07∗∗11．87∗∗0．000000．0000032．85

注：“**”表示在1%水平上差异极显著；“*”表示在5%水平上差异显著。

3) 种子摆盘：将经过处理的种子用镊子随机挑选并整齐地摆放到铺有2层滤纸的培养皿中(试验中的所有试验材料均经过灭菌干燥处理)，每个培养皿摆放30粒作为1个重复， 重复3次。将摆放好的种子放入恒温培养箱内培养，培养采用2个时段模拟种子自然发芽条件，第1时段为16 h(温度为25 ℃、光照为3 000 lx)，第2时段为8 h(温度为16 ℃、无光照)。

4) 试验观察及记录：每天观察种子情况，要及时观察滤纸的干湿程度，保持种子发芽所需水分；若出现霉菌，要使用75%的酒精清洗种子并更换滤纸；当种子胚根长度达到种子长度的1/2时认定其发芽，发芽期内，每日定时记录发芽数。

根据所记录的数据，计算出发芽率、发芽势、发芽指数、平均发芽时间、日均发芽率，计算公式如下：

发芽率(%)=发芽种子数/供试种子数×100%；

……(4)

发芽势(%)=发芽达到顶峰时正常发芽种子数/供试种子数× 100%；

……(5)

日均发芽率(%)=发芽率/试验终止天数× 100%；

……(6)

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为逐日发芽数，Dt为相应Gt的发芽天数 ；

……(7)

平均发芽时间=∑(Di×Ni)/∑Ni(式中：Di为从置床之日算起的天数，Ni为相应天数发芽数)。

……(8)

1.3 数据处理

采用Excel、SAS、SPSS 19.0等软件处理种子形态特征、种子发芽特征的数据，其中百分率方差分析前经反正弦转换，变异系数CV%=标准差/平均值×100%。

2 结果与分析

2.1 云南松群体间和群体内的种子形态特征分析

云南松种子形态指标在群体间和群体内的分析见表1。由表1可知，云南松种子的平均表型分化系数为9.87%，各性状指标的表型分化系数均小于50%，说明其表型分化主要来源于群体内。经F检验，群体间除种翅长度(SWL)无差异，其他的形态指标在群体间和群体内均存在显著或极显著的差异。说明除了种翅长度(SWL)外，2个群体云南松表型间的差异既来自于群体间也来自于群体内，群体内的方差分量均大于群体间的方差分量，群体内的变异是表型分化变异的主要来源。

由表1可知，云南松通直群体的种子长度为3.63～7.07 mm，平均长度为5.25 mm，大于扭曲群体的种子长度(5.17 mm)，扭曲群体种子长度是2.75～7.98 mm，变异系数为13.22%，大于通直群体9.72%的变异系数，说明通直群体种子的平均长度较长且种子长度较扭曲群体种子稳定。通直群体种子宽度(3.16 mm)小于扭曲群体种子宽度(3.21 mm)，通直群体种子宽度变异系数为8.66%，小于扭曲群体(10.50%)，说明通直群体种子宽度较扭曲群体种子窄且较为稳定。通直群体种子形状指数(1.67)稍高于扭曲群体(1.62)，通直群体种子形状指数变异系数为9.95%，扭曲群体变异系数为12.92%，说明2个群体的种子形状存在一定的差异。从变异系数的大小来看，通直群体的种子形态比扭曲群体的种子形态稳定。对种翅长度、种翅宽度和种翅形状指数的分析可知(表2)，通直群体和扭曲群体的种翅长度平均值分别为18.84 mm和18.91 mm，两者之间差异不大，但是通直群体种翅长度的变异系数稍低于扭曲群体，表现较为稳定。通直群体种翅较扭曲群体窄(6.47 mm)，两者变异系数分别为13.34%和14.20%，通直群体较为稳定。

表2 云南松2个群体种子形态特征的描述分析

形态指标 平均值 标准差 最小值 最大值 变异系数(%) POP1POP2POP1POP2POP1POP2POP1POP2POP1POP2SL(mm)5．255．170．510．683．632．757．077．989．7213．22SEW(mm)3．163．210．270．342．291．944．134．378．6610．50SI1．671．620．170．211．171．002．232．249．9512．92SWL(mm)18．8418．912．562．7610．0011．7427．4327．2613．6014．61SWEW(mm)5．916．470．790．923．332．928．099．6313．3414．20SWI3．222．950．480．451．551．865．174．5715．0515．28SWISWW(g)0．01760．01890．010．010．00620．00460．03400．039230．9133．21SWESWW(g)0．01450．01500．010．010．00420．00260．02900．032835．3536．68SWW(g)0．00310．00380．000．000．00060．00040．00900．013431．1944．05

注：POP 1：通直群体(建水大观)；POP 2：扭曲群体(新平白鹤)。下同。

表3 云南松不同类型群体发芽特性分析

发芽指标 平均值 标准差 最小值 最大值 变异系数(%) POP1POP2POP1POP2POP1POP2POP1POP2POP1POP2GITIME(d)6．46．12．011．3055131031．1321．33GPTIME(d)8．57．92．141．9865131325．0925．23GETIME(d)14．315．52．813．461010202119．7022．35MTG(d)9．29．52．022．097．06．614．414．722．0321．91GR(%)77．7848．6125．3526．9213．330．00100．0086．6732．6055．37GE(%)45．5624．5819．8920．7810．0000．0086．6766．6743．6784．52MDG(%)5．703．432．342．211．110．009．677．5841．0164．39

注：GITIME：起始天数；GPTIME：高峰天数；GETIME：结束天数；MTG：平均发芽时间；GR：发芽率；GE：发芽势；MDG：日均发芽率；下同。

除分析种子形状大小外，进一步对种子总重量、种子重量和种翅重量等进行分析，结果(表2)表明，2个群体的种子总重变化幅度较大，通直群体种子总重量为0.006 2～0.034 0 g，扭曲群体种子总重量为0.004 6～0.039 2 g，平均重量分别为0.017 6 g和0.018 9 g，通直群体种子总重量低于扭曲群体，但变异系数(30.91%)小于扭曲群体的变异系数(33.21%)，说明通直群体种子总重量较扭曲群体轻，总重量比扭曲群体更趋于稳定。2个群体的种子重量间不存在明显的差异，但是2个群体的种子重量变异幅度很大，通直群体为0.004 2～0.029 0 g，扭曲群体为0.002 6～0.038 2 g，两者变异系数分别为35.35%和36.68%。2个群体的平均种翅重量分别为0.003 1 g和0.003 8 g，通直群体轻于扭曲群体，扭曲群体种翅重量的变异系数达到44.05%，通直群体中的变异系数也很大(31.19%)，表明2个群体种翅重量都不稳定。

2个群体在形状方面的指标相对变化不大，其中以种子宽度最为稳定，而在重量方面变异系数比较高，说明种子的重量是不稳定的，变异较大。在通直群体中，种子重量表现为最不稳定；扭曲群体内，种翅的重量是最不稳定的。

2.2 云南松群体内和群体间的种子发芽特征对比分析

对发芽起始天数、高峰天数、结束天数和平均发芽时间的分析可以看出(表3)，通直群体的发芽起始天数、高峰天数、结束天数和平均发芽时间分别为6.4，8.5，14.3 d和9.2 d，扭曲群体的分别为6.1，7.9，15.5 d和9.5 d，2个群体间差异不明显。云南松通直群体的发芽率比扭曲群体高，分别为77.78%和48.61%，其中通直群体内家系间发芽率为13.33%～100.00%，扭曲群体内家系间发芽率为0.00%～86.67%。进一步分析日均发芽率可知，通直群体(5.70%)大于扭曲群体(3.43%)。发芽势的分析可知，2个群体分别为45.56%和24.58%，通直群体高于扭曲群体，扭曲群体家系间的种子发芽势变异系数较大(84.52%)，说明2个种群中通直群体的发芽势较高，种子质量较好。综合来看，云南松通直群体的发芽率和发芽势以及日均发芽率均优于扭曲群体，由此表明，在相同条件下，通直群体在早期种子萌发阶段比扭曲群体更占优势。

表4 云南松两个类型群体间和群体内的差异显著性分析(p值)

群体GITIMEGPTIMEGETIMEMTGGRGEMDG通直群体0．0220．0000．4980．0050．0000．0000．000扭曲群体0．0120．2530．0110．0010．0000．0650．000

注：萌发特征性状缩写见表3。

对各个群体内的单株发芽特征进行分析，结果见表4。通直群体除了结束天数(p=0.498>0.05)在各单株间差异不显著外，其他指标均存在显著或极显著的差异；对于扭曲群体，高峰天数(p=0.253>0.05)和发芽势(p=0.065>0.05)在单株间不存在显著差异，其他指标均存在显著或极显著的差异。由此可以看出，各发芽性状指标在同一群体不同单株间存在一定的差异性，同时也表明群体内的变异比较明显。因此，有望于不同群体内选择优良的单株。

进一步对2个群体各单株的发芽速度进行比较(图1)，由图1可以看出，扭曲群体在第5、6天时，每天的平均累计发芽数比通直群体多，但是到了第7天以后，通直群体的平均累计发芽数明显多于扭曲群体，说明总的发芽数量也多于扭曲群体。

注：实验开始之日为第0天。图1 云南松平均每日累计发芽数

3 结论与讨论

云南松的平均表型分化系数为9.87%，说明云南松天然种群表型变异在种群间的贡献占9.87%，种群内占90.13%，本研究结果与虞泓[21]的研究结果相似，即变异主要来源于群体内，但云南松的表型分化程度存在一定的差异，平均达36%。

种子的形态性状尤其是质量和数量性状与植物的有性生殖能力密切相关，对缙云卫矛(Euonymuschloranthoides)的研究表明，果实、种子的重量与质量相关，进一步影响了种子向幼苗的转化率，从而影响缙云卫矛的有性生殖能力[22]。种子的质量是决定种子生殖能力的因素之一，种子重量与质量密切相关，所以种子的重量最为重要[23]。在本试验中，2个群体的种子平均重量约为0.1475 g，两者不存在明显的差异，但两者变异系数都很高(35.35% & 36.68%)，扭曲群体的种子种翅重于通直群体，分别为0.003 1 g和0.003 8 g；通直群体的种翅形状指数大于扭曲群体，说明通直群体种子的种翅趋于狭长型，但何种形状的种翅适于云南松种子的传播有待进行深入探索。蔡琰琳等对濒危植物夏腊梅(Sinocalycanthuschinensis)的研究表明，夏腊梅果实和种子的表型性状在种群间、种群内、个体间都存在一定的变异[24]。云南松2个群体的种子表型性状除了种翅长度在群体间不存在显著的差异性外，其他表型性状在群体间及群体内家系间均存在显著或极显著的差异。研究表明，生活在干燥或郁闭度高、稳定生境中的植物植株常具有较大的种子，而在空旷、潮湿、易受干扰生境的物种通常生产较小的种子[24-26]。对濒危植物马蹄参(Diplopanaxstachyanthus)枝叶形态变异与环境因子的相关性分析[27]、濒危植物云南金钱槭(Dipteroniadyeriana)果实、种子形态分化及其与环境因子的相关性[28]、缙云卫矛与生境土壤条件的关系[22]，以及对山茱萸(Cornusofficinalis)种子形态变异及与环境因子的相关性[29]等的研究表明，不同的环境会产生不同的果实和种子形态，果实和种子形态与环境的某方面或某几方面存在相关性。本试验的材料收集于2个不同地区，其种子形态与环境的相关性有待今后进行深入研究。

种子萌发能力的大小与树种的更新直接相关，在杨貌仙等[30]对云南松种子的萌发和幼苗的形成研究中，揭示了直松和扭松种子的萌发过程相似，直松种子萌发稍快，萌发率较高。在本试验中，通直群体和扭曲群体的种子萌发过程也趋于相似，2个群体的发芽期基本相同，为5～21 d，通直群体平均结束天数为14.3 d，扭曲群体为15.5 d，通直群体种子发芽完成时间较扭曲群体稍快，通直群体发芽率、发芽势以及日均发芽率均大于扭曲群体。在相同的条件下，云南松通直群体的萌发能力比扭曲群体的萌发能力稍强。由此表明，在相同条件下，优良群体在自然更新竞争中没有明显的优势，需要合理的经营管理措施，以保证后代群体的遗传品质。此外，在自然环境影响下的后期生长趋势仍有待进一步研究。从分析的结果也可以看出，在2个群体内的家系中，各萌发指标存在着显著或极显著的差异，群体内的差异比较明显。

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