马尾松二代无性系种子园的花期同步性

DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190117

文章信息

陈坦, 张振, 楚秀丽, 金国庆, 周志春, 丰忠平.

Chen Tan, Zhang Zhen, Chu Xiuli, Jin Guoqing, Zhou Zhichun, Feng Zhongping.

马尾松二代无性系种子园的花期同步性

The Flowering Synchronicity of Second-Generation Clonal Seed Orchard of Masson Pine (Pinus massoniana)

林业科学, 2019, 55(1): 146-156.

Scientia Silvae Sinicae, 2019, 55(1): 146-156.

DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190117

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收稿日期：2018-03-05

修回日期：2018-07-24

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张振

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金国庆

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丰忠平

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陈坦, 张振, 楚秀丽, 金国庆, 周志春, 丰忠平. 2019. 马尾松二代无性系种子园的花期同步性. 林业科学, 55(1): 146-156.

Chen Tan, Zhang Zhen, Chu Xiuli, Jin Guoqing, Zhou Zhichun, Feng Zhongping. 2019. The Flowering Synchronicity of Second-Generation Clonal Seed Orchard of Masson Pine (Pinus massoniana). Scientia Silvae Sinicae, 55(1): 146-156. DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190117

马尾松二代无性系种子园的花期同步性

陈坦¹, 张振¹, 楚秀丽¹, 金国庆¹, 周志春¹, 丰忠平²

1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江省林木育种技术研究重点实验室国家林业和草原局马尾松工程技术研究中心杭州 311400;
2. 浙江省淳安县姥山林场淳安 311700

收稿日期：2018-03-05; 修回日期：2018-07-24

基金项目：国家重点研发计划（2017YFD0600301）；"十三五"浙江省农业（林木）新品种选育重大专项（2016C02056-4）；中国林业科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（CAFYBB2017ZA001-2）；江西省林业科技创新专项（201703）

通讯作者：张振

摘要：【目的】研究马尾松二代种子园无性系的开花物候特征、花期同步性、结实状况及气候影响因子，评价无性系花期同步性规律，指导种子园经营生产及提高种子遗传品质与产量。【方法】连续2年对浙江省淳安县姥山林场马尾松二代无性系矮化种子园的22个无性系进行花期、花量和结实性状调查，分析其开花物候与花期同步指数。【结果】各无性系雌雄球花整体花期持续时间为8~17天，2014年始花期相对于2013年滞后约6天，且持续时间缩短约6天。整体水平上，年度内雌球花及雄球花的各花期时长差异较小；无性系的始花期和盛花期的物候特征年度间存在差异，2014年无性系内雌雄球花开花的同步性更强。无性系的开花物候受气候因素影响较大，这使得无性系间开花同步程度降低，花期同步指数变异增加，2013年和2014年花期同步指数变化范围分别为0.041~0.556和0.284~0.802，无性系的平均变异系数分别为32.3%和16.8%。各无性系分别作为父、母本时，年度内无性系花期整体同步性水平差异较小，表现出无性系作为父本时的散粉期整体的同步性要高于作为母本时的可授粉期的同步性。年度间无性系作为父、母本及自交的花期同步指数均有极显著差异，2014年各无性系的花期同步指数在整体水平均高于2013年，但自交指数在年度间无显著差异。相关分析表明，雌球花越多的无性系的球果数越多；而雌球花花期持续时间越长的无性系座果率越高；不同年度的雌球花盛花期和花期的持续时间均与千粒质量指标呈显著或极显著正相关。【结论】浙江姥山林场马尾松二代无性系种子园雌、雄球花的花期具有较好的同步性，无性系间没有出现花期不遇现象。无性系交配组合的雌球花可授粉期和雄球花的散粉期影响了种子园无性系的种实品质及座果率。连续2年的观测表明无性系间花期整体同步性水平存在差异，且这种差异与二代种子园无性系的亲本遗传背景有关。各无性系分别作为父、母本时，表现出无性系作为父本时的散粉期整体的同步性要高于作为母本时的可授粉期的同步性，无性系作为父本和母本时花期同步指数呈负相关，且种子园内存在1/3无性系具有高于异交平均水平的自交可能性，是马尾松二代种子园管理和无性系再选择应综合考虑的因素。

关键词：马尾松二代种子园无性系花期同步性

The Flowering Synchronicity of Second-Generation Clonal Seed Orchard of Masson Pine (Pinus massoniana)

Chen Tan¹, Zhang Zhen¹, Chu Xiuli¹, Jin Guoqing¹, Zhou Zhichun¹, Feng Zhongping²

1. Engineering Research Center of Masson Pine of National Forestry and Grassland Administration Key Laboratory of Tree Breeding of Zhejiang Province Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry Hangzhou 311400;
2. Laoshan Forest Farm of Chun'an County, Zhejiang Province Chun'an 311700

Abstract: 【Objective】The flowering phenology, flowering synchronism, seed setting and impacting climate factors of clones of the second-generation clonal seed orchard of Pinus massoniana were studied to evaluate the synchronization rule of clones, guide seed orchard management and production as well as improve seed genetic quality and yield.【Method】For two consecutive years, we investigated 22 clones in dwarfed second-generation clonal seed orchard of Pinus massoniana into the normal flowering and fruiting period in Laoshan Forest Farm in Chun'an County of Zhejiang province, including flowering phase, flower number and fruit characteristics, to analyze the flowering phenology and flowering synchrony index.【Result】The flowering period of both female and male flowers of all clones was 8-17 days. The initial flowering in 2014 was 6 days later than in 2013, and the lasting period was shortened by about 6 days relative to 2013. Overall, there were small differences in flowering period between female and male flowers in the same year, bigger differences were found among years in the initial time and peak time of flowering, and the flowering of female and male flowers of the same clone were more synchronized in 2014. The flowering phenology of clones was different greatly between the two years, related to climate during the flowering phase, which caused decrease of flowering synchronicity and increase of variation of flowering synchrony index, ranging from 0.041 to 0.556 and 0.284 to 0.802 respectively in 2013 and 2014. The average coefficient of variation of clones was 32.3% and 16.8%, respectively. When a clone was used respectively as male and female parent, the difference level of flowering synchronization was small within the same year. The level of flowering synchronization in male parent was higher than that as female parent. There was a significant difference between the two years in synchronism index when respectively used as male, female parent and for selfing. Compared with 2013, the flowering synchronization index in 2014 was significantly increased, but there was no significant difference in self-compatibility index between the two years. Correlation analysis showed that the clones with more female flowers had more fruits; and the clones with longer flowering period of female flowers had higher fruit-setting rate. There was significant positive correlation between the peaking time and flowering duration of female flowers and the weight of thousand seeds.【Conclusion】The second-generation clonal seed orchard of Pinus massoniana in Laoshan Forest Farm of Zhejiang Province had good flowering synchrony between female and male flowers, no asynchrony was found among the clones. The pollinating period of female flowers and the pollen dispersing period of male flowers of the mating pairs affected the quality of seeds and fruit setting rate. The synchronism of clone was influenced by meteorological factors. Observations in two consecutive years indicated that there were differences among clones in flowering synchronization level, which was made by the differences in flowering phenology of clone, and the differences were related to the genetic background of the parental clones in the second generation clonal seed orchard. The synchronicity of pollen dispersion period was higher when used as male parent than the synchronicity of the pollinating period when used as female parent. The flowering synchronization index showed a negative correlation when a clone uses respectively as male and female parent. The possibility of self-crossing of 1/3 of the clones in the seed orchard was higher than the average level of out-crossing, which was the factor that should be taken into account in the management of seed orchard and the selection of clones.

Key words: Pinus massoniana second-generation seed orchard clones flowering synchronism

开花物候是植物繁殖生物学研究的重要内容之一，也是了解和认识植物的传粉和繁育系统的基础。目前，在林业生产中，无性系种子园以亲本来源清楚、品质优良和开花结实早等优点被广泛应用。种子园内无性系花期规律的研究对于种子园的建立、经营管理不可或缺。种子园内亲本花期同步性是影响种子园产量和质量的关键因素，亲本花期不同步，会限制亲本间基因的充分交流，降低种子的遗传品质，并减少种子园产量。国内外对油松(Pinus tabulaeformis)(李悦等，2010)、火炬松(Pinus taeda)(Byram et al., 1986)、辐射松(Pinus radiata)(Codesido et al., 2005)、花旗松(Pseudotsuga menziesii)(El-Kassaby，1984)、青海云杉(Picea crassifolia)(吕东等，2016)、西加云杉(Picea sitchensis)(El-Kassaby et al., 1990)、柚木(Tectona grandis)(Gunaga et al., 2009)等种子园开展了开花物候等相关方面的研究，表明开花物候及花期同步规律对种子园无性系繁育能力及种子遗传品质有重要影响，揭示了种子园无性系开花结实遗传变异规律，对强化优质高产无性系管理，实现种子园高产稳产具有重要作用。

马尾松(Pinus massoniana)是我国南方具有重要经济和生态价值的主要乡土造林树种，其适生性强，不仅是荒山绿化、水土保持的先锋树种，而且还是多功效的用材林和具有高附加值林产品的经济林树种(谭小梅等，2011)。马尾松已完成了第2代遗传改良并进入第3代育种新阶段，但良种供应总量仍不足，未能实现分布区全部良种化造林，急需提高种子园产能。目前各马尾松生产基地逐步推进高世代种子园的矮化丰产技术，旨在集约化经营管理无性系种子园，提高单株结实能力。但大多处于开始阶段，高世代种子园生产过程中仍存在着诸多降低种子产量和遗传品质的因素，如雌雄球花花期同步性差，花粉量少或雄球花散粉期不稳定等因素导致的种子园无性系间基因交流水平低，雌球花未充分授粉；种子园内少数无性系垄断雌雄配子导致的种子园无性系近交现象及种子产能下降等(谢焰锋等，2013；唐效蓉等，2016)。由于种子园无性系间的花期同步性不仅是雌球花可授粉期或雄球花散粉期开始和结束期的同步性，还涉及花期内无性系间相遇的雌、雄球花数量比例，这直接影响了种子园无性系的结实能力。已有研究发现亲本来源、气候、坡向和坡位等明显影响马尾松的开花物候和结实，表明不同无性系雌雄球花花期持续时间、花量和球果数差异的普遍性(谭小梅等，2011；唐效蓉等，2016)。本文利用进入正常开花结实期的浙江省淳安县姥山林场马尾松二代无性系矮化种子园，开展连续2年的开花结实调查，分析不同无性系开花物候和结实变化规律及重要气候因子的影响，旨在为马尾松二代无性系种子园丰产经营提供科学依据。

1 材料和方法 1.1 材料来源

材料来自浙江省淳安县姥山林场马尾松二代无性系种子园。园区位于29°32′24″N，119°03′57″E，面积3.7 hm²，海拔250~300 m；年均温17 ℃，≥10 ℃的年积温5 410 ℃，年降水量1 430 mm，年日照时数1 951 h；坡度20°左右，坡向南偏东，土壤为山地黄土，立地条件中等。种子园建园无性系来自第1代育种亲本控制授粉子代测定林中选择的优树，于2002年5月嫁接，2004定植建成。种子园共44个结实无性系，分5个生产小区，小区内无性系配置以随机和调整相结合，株行距6 m×6 m，同一无性系分株间隔在20 m以上。2008年种子园进入正常开花结实期，当年3月对种子园内母树进行了截干矮化处理，具体方法为保留下部4~5轮，截去顶部1~2轮。本研究在课题组前期研究(谭小梅等，2011)的基础上，选择种子园内的22个无性系(表 1)进行花期物候、雌雄球花及结实量的调查。每个无性系的亲本组合中父本、母本优树来源情况见表 2。

表 1 无性系亲本组合 Tab.1 The parental combination of clones

表 2 无性系的亲本组合中父、母本优树来源 Tab.2 The origin of paternal and maternal excellent tree in the parent combination

1.2 调查测定和统计方法

分别在2013年和2014年花期阶段对种子园内5个小区的22个无性系进行雌雄球花量调查及花期观测，每个无性系选择5个分株，共110株。在树冠中上部的东、南、西、北4个方向上各选择1个生长正常的一级侧枝作为固定观测枝，每2日观测1次雌雄球花的物候，末花期时统计记载各观测枝的雌球花数量和观测株全株的雄球花穗数量，次年11月记载各观测枝和全株的球果数。根据物候观测数据确定，以2013年的3月19日为花期统计的第1天，往后每过1日加1，并于第2年采集上述4个标准枝的全部球果。为便于统计分析，将2014年的3月19日作为2014年花期数据统计分析的起始日期。座果率计算方法为：每个单株4个标准枝的总球果数除以4个标准枝的总雌球花数。

花期各时段的确定标准为：1)将30%以上雌球花珠鳞裂开或雄球花散粉定为初花期；2)将60%以上雌球花珠鳞裂开或雄球花散粉定为盛花期；3)将90%以上的雌球花珠鳞闭合，珠鳞增厚，球花转为暗紫红色定为雌球花末花期，90%以上的雄球花花粉散粉完毕，花枝变为黄褐色，呈枯萎状定为雄球花末花期。始花期至盛花期的持续天数为始花时段，盛花期至末花期的持续天数为盛花时段，末花期至花全部开完期间的持续天数为末花时段。花期各时段时长包含：始花期长、盛花期长和末花期长，3部分时长相加为花期长。各花期时段占比为：各花期时段时长除以花期长。

在无性系分别作为父本和母本及自交的花期同步指数的研究中，采用Askew等(1990)提出的开花同步性指数(W_ij)计算方法：

$ {W_{ij}} = \sum\limits_{k = 1}^n {\min \left({{M_{ik}}, {\mathit{P}_{jk}}} \right)/} \sum\limits_{k = 1}^n {\max } \left({{M_{ik}}, {\mathit{P}_{jk}}} \right)。$

式中：W_ij为第i个无性系雄球花与第j个无性系雌球花间的花期同步指数，M_ik为第i个无性系雄球花在第k天的开花频率，P_jk为第j个无性系雌球花在第k天的开花频率，n是i和j无性系最早开花至最晚结束的天数。当i=j时为无性系自交的花期同步指数W_i。第i个无性系的自交指数计算方法为：(W_i×第i个无性系雄球花数)/(第i个无性系作为母本的花期同步指数的均值×所有无性系雄球花数总数)。

在无性系间的花期同步指数的研究中，W_(ij)为第i个无性系与第j个无性系组合间的花期同步指数，i与j互换得到W_(ji)。2个亲本雌雄花期都完全相同则W_(ij)=1，完全不相同W_(ij)=0，部分相同0 < W_(ij) < 1。马尾松种子园无性系花期的气候数据由中国国家气象局网站提供。无性系雌雄球花的花期、花量及结实量等采用Excel统计，数据的方差分析、相关分析和回归分析等采用SPSS19.0。

2 结果与分析 2.1 花期观测

如图 1所示，2年花期中，各无性系雌雄球花整体的开花持续时间为8~17天。2014年花期(3月25日—4月5日)相对于2013年花期(3月19日—4月4日)存在延迟现象(始花期延迟6天)，开花持续时间也较2013年度短6天(图 2)。2013年雌球花始花期早于雄球花且先结束花期，雌球花盛花期长2~6天，盛花期平均占比38.2%，而雄球花盛花期持续时间2~6天，盛花期平均占比44.6%(图 1)。2013年，14个无性系的雌雄球花在盛花期间相遇1~4天，8个无性系在盛花期没有相遇。2014年雌雄球花同时达到始花期且雌球花比雄球花晚1天结束花期，雌球花盛花期持续时间2~4天，盛花期占比38.9%，而雄球花盛花期持续时间1~3天，盛花期占比40.0%(图 1)。2014年，21个无性系的雌雄球花在盛花期间相遇2~4天，1个无性系在盛花期没有相遇。年度内雌球花和雄球花的始花期、盛花期和末花期等花期时长差异较小；年度间无性系在始花期和盛花期的物候特征上有一定差异，且2014年无性系内雌雄球花开花的同步性更强。

图 1 马尾松二代种子园无性系花期观测结果 Fig. 1 Observation result of flowering period of the second-generation seed orchard of Pinus massoniana clones 整条线表示花期持续时间，第1段虚线表示始花期时段，第2段实线表示盛花期时段，第3段虚线表示末花期时段；上面一条线代表雄球花，下面一条线代表雌球花。 The whole line means the duration of flowering period; the first section of a dotted line indicates the initial flowering period, the second section of a solid line indicates the peak flowering of clones, and the third section of a dotted line indicates the end flowering period. The upper line represents the male flowers, and the lower line represents the female flowers.

图 2 各时段处于花期的无性系个数与降水量 Fig. 2 The number of flowering clones and precipitation in the flowering process

进一步分析2年度花期的气候，发现2014年花期间的日均温和日均风速均高于2013年，且差异极显著(表 3)。2年的花期间均出现降水现象(图 2)，2013年花期出现8次降水，每次降水量0.2~35 mm，日均降水量6.17 mm；2014年有5次降水，每次降水量0.2~24.3 mm，日均降水量4.55 mm。2013年花期间降水量大且密集，日均温度较低、日均风速较小和日均湿度较大的气候特征(表 3)导致其花期持续时间长于2014年。通过对2年始花期前积温的统计发现，≥10 ℃活动积温天数均为22天，即2013年始花期前≥10 ℃活动积温累计天数达到22天时，始花期开始(3月19日)，2014年同样是始花期开始前≥10 ℃活动积温累计天数达到22天，说明2014年始花期较2013年延后，与≥10 ℃活动积温时间相关。

表 3 2013和2014年花期气候因子统计 Tab.3 The statistics of climate factors of the flowering phase in 2013 and 2014

2.2 无性系间花期同步指数

1) 无性系间花期同步指数W_(ij)的变化由图 3可看出，约47.2%的无性系组合之间的花期同步指数大于0.4，52.8%无性系组合之间的同步指数低于0.4，这表明种子园无性系间花期同步性存在一定差异性。年度间比较可知，2014年无性系间花期同步指数普遍高于2013年，这与年度间的气候差异有一定关系(图 3)。以2014年的观测结果(表 4)为例，55号(5907×1003)无性系花期同步指数整体水平较高(0.629)，54号(3412×6610)无性系为中位水平(0.551)，57号(1217×1121)无性系最低(0.352)，且无性系组合之间的花期同步指数差异显著(P < 0.05)；而同一无性系与其他无性系的花期同步指数也有较大差异，如55号无性系与1号无性系花期同步指数达到0.802，但与39号无性系的同步指数则为0.456；这些差异与马尾松二代种子园无性系来自不同产地的亲本遗传背景有关。分别对含有广东广西(偏南)产地作为亲本的无性系(15个)类型及以其他(偏北)产地作为亲本的无性系(7个)类型进行无性系组合间的花期同步指数W_(ij)比较分析，发现含有两广(偏南)产地无性系组合与其他(偏北)产地无性系组合的花期同步指数在2013年开花期间受气象因素影响较大，差异极显著(P＜0.01)，2014年受气象因素影响小，差异不显著。初步说明来自纬度较低的两广产地的无性系组合与纬度较高的偏北产地的无性系组合的花期同步性在气候因素影响下存在一定差异，进一步印证了无性系间花期同步指数的差异与二代种子园无性系的亲本遗传背景有关。根据2个年度的观测说明无性系组合间花期同步性的差异在种子园中普遍存在，这是种子园管理、无性系再选择等方面需考虑的因素。

图 3 花期同步指数范围内无性系所占比例 Fig. 3 The proportion of clones into class of flowering synchronization index

表 4 马尾松二代种子园各无性系间花期同步指数(W_(ij))^① Tab.4 The flowering synchronization index ( W_(ij) ) among clones in the second-generation seed orchard of Pinus massoniana

表 4 马尾松二代种子园各无性系间花期同步指数(W_(ij))^①

Tab.4 The flowering synchronization index ( W_(ij) ) among clones in the second-generation seed orchard of Pinus massoniana

系号	均值	1	5	7	9	11	14	15	16	17	23	30	31	39	45	48	49	53	54	55	57	58	61
Clone	Average	0.615	0.523	0.520	0.609	0.473	0.556	0.539	0.520	0.483	0.563	0.538	0.590	0.436	0.584	0.505	0.554	0.577	0.551	0.629	0.352	0.601	0.530
1	0.282		0.602	0.598	0.799	0.501	0.645	0.551	0.650	0.551	0.727	0.656	0.688	0.394	0.783	0.465	0.679	0.575	0.529	0.802	0.377	0.735	0.619
5	0.274	0.378		0.514	0.608	0.420	0.539	0.518	0.498	0.448	0.533	0.480	0.595	0.426	0.557	0.502	0.539	0.614	0.573	0.638	0.299	0.580	0.507
7	0.292	0.290	0.338		0.614	0.424	0.524	0.503	0.505	0.395	0.565	0.487	0.573	0.486	0.538	0.490	0.518	0.706	0.565	0.604	0.294	0.576	0.458
9	0.153	0.152	0.177	0.154		0.489	0.729	0.530	0.685	0.521	0.696	0.622	0.634	0.442	0.747	0.456	0.670	0.616	0.521	0.752	0.383	0.666	0.615
11	0.302	0.346	0.266	0.357	0.190		0.506	0.568	0.441	0.478	0.448	0.542	0.491	0.343	0.507	0.561	0.462	0.467	0.500	0.515	0.313	0.523	0.428
14	0.286	0.258	0.491	0.272	0.156	0.372		0.461	0.596	0.531	0.690	0.581	0.617	0.289	0.744	0.414	0.612	0.467	0.481	0.736	0.344	0.615	0.550
15	0.257	0.270	0.208	0.291	0.166	0.301	0.315		0.485	0.550	0.488	0.526	0.595	0.465	0.491	0.659	0.532	0.639	0.677	0.600	0.400	0.561	0.526
16	0.310	0.355	0.307	0.382	0.181	0.357	0.412	0.292		0.483	0.589	0.518	0.528	0.303	0.690	0.388	0.617	0.461	0.447	0.633	0.313	0.546	0.554
17	0.310	0.350	0.210	0.352	0.258	0.360	0.278	0.385	0.366		0.539	0.483	0.549	0.374	0.566	0.467	0.447	0.480	0.498	0.548	0.284	0.550	0.400
23	0.161	0.178	0.123	0.200	0.075	0.178	0.209	0.132	0.155	0.306		0.619	0.600	0.383	0.675	0.436	0.618	0.524	0.478	0.654	0.360	0.585	0.613
30	0.369	0.365	0.381	0.403	0.235	0.465	0.350	0.397	0.556	0.366	0.294		0.574	0.390	0.641	0.452	0.549	0.550	0.522	0.658	0.351	0.615	0.491
31	0.256	0.288	0.272	0.296	0.142	0.290	0.284	0.262	0.285	0.323	0.131	0.396		0.520	0.588	0.573	0.610	0.679	0.659	0.701	0.369	0.683	0.575
39	0.197	0.220	0.153	0.249	0.106	0.216	0.266	0.165	0.194	0.350	0.058	0.361	0.167		0.370	0.563	0.392	0.658	0.678	0.456	0.304	0.517	0.401
45	0.324	0.352	0.345	0.381	0.192	0.401	0.363	0.308	0.416	0.380	0.204	0.487	0.325	0.252		0.413	0.654	0.528	0.444	0.708	0.397	0.628	0.603
48	0.268	0.292	0.269	0.300	0.163	0.316	0.283	0.290	0.325	0.301	0.174	0.388	0.259	0.212	0.344		0.449	0.606	0.697	0.513	0.452	0.543	0.509
49	0.229	0.252	0.222	0.271	0.118	0.261	0.237	0.244	0.242	0.334	0.118	0.367	0.227	0.145	0.287	0.250		0.595	0.519	0.708	0.328	0.630	0.517
53	0.106	0.091	0.137	0.105	0.041	0.131	0.082	0.137	0.116	0.162	0.062	0.173	0.081	0.070	0.116	0.097	0.096		0.616	0.655	0.364	0.697	0.619
54	0.222	0.231	0.241	0.237	0.120	0.271	0.221	0.227	0.261	0.339	0.120	0.318	0.222	0.153	0.275	0.236	0.193	0.067		0.590	0.377	0.623	0.584
55	0.289	0.299	0.379	0.325	0.142	0.353	0.281	0.273	0.366	0.307	0.193	0.410	0.292	0.238	0.389	0.294	0.260	0.092	0.235		0.369	0.723	0.646
57	0.363	0.519	0.390	0.455	0.260	0.394	0.445	0.333	0.439	0.181	0.250	0.403	0.398	0.278	0.438	0.375	0.324	0.217	0.352	0.475		0.409	0.303
58	0.176	0.198	0.148	0.212	0.068	0.196	0.210	0.161	0.174	0.344	0.059	0.310	0.162	0.082	0.227	0.182	0.128	0.066	0.136	0.203	0.259		0.616
61	0.257	0.252	0.330	0.261	0.131	0.325	0.230	0.251	0.328	0.273	0.175	0.326	0.271	0.216	0.331	0.277	0.234	0.087	0.218	0.269	0.440	0.184
①下方为2013年花期同步指数，上方为2014年花期同步指数。The below is the W_(ij)value in 2013, and the above is the W_(ij)value in 2014.

2) 无性系间花期同步指数W_(ij)在年度内和年度间的变化2013和2014年花期观测年度内无性系间的花期同步指数W_(ij)变化范围分别为0.041~0.556和0.284~0.802，变异幅度分别为20.5%~43.7%和12.6%~24.3%(表 5)，平均变异系数分别为32.3%和16.8%，2年度变异系数平均值为24.6%。说明年度内各无性系与其他无性系异性花期整体同步性水平存在差异，无性系间进行花期同步指数的筛选和优化具有较大潜力。

表 5 马尾松二代种子园无性系的平均花期同步指数变异系数 Tab.5 The coefficients of variation of mean value of flowering synchronization index in the second-generation seed orchard of Pinus massoniana clones

在图 3中可以看出，2013年花期同步指数相对于2014年整体上降低了约0.3，而2013年无性系的平均花期同步指数的变异系数却是2014年的2倍，这种差异与其开花期间特殊的气候因子有关，2013年低温、风速小和湿度小的气候因素(表 3)导致其花期持续时间过长，雄球花花期明显滞后。

2.3 无性系作为父本和母本的花期同步指数及自交同步性

如图 4所示，2013年无性系作为父本和母本的花期同步指数平均值分别为0.265和0.251，2014年无性系作为父本和母本的花期同步指数平均值分别为0.539和0.488，反映了各无性系分别作为父、母本时，年度内无性系花期整体同步性水平差异较小，无性系作为父本时的散粉期整体的同步性要高于作为母本时的可授粉期的同步性。分析无性系自交的花期同步指数表明，无性系整体的自交花期同步指数均值超过分别作父本和母本时的花期同步指数均值，且整体水平上有1/3的无性系自交的花期同步指数高于分别作父本和母本时的花期同步指数。说明在种子园管理时应关注这些高于异交平均水平而存在自交可能性的无性系。进一步分析各无性系分别作为父、母本和自交的花期同步指数，发现除17号、57号无性系外，无论作为父、母本和自交，2014年各无性系的花期同步指数在整体水平均高于2013年。整体呈现出随着年度无性系的花期同步性增强，异交和自交程度均同步增强，雌雄球花间自由交配机会增加。

图 4 各无性系作为父本及母本的花期同步指数(W_ij)及各无性系的自交指数 Fig. 4 The flowering synchronization index (W_ij) as the male and female parent and the self-compatibility index of the clones

研究马尾松无性系组合的自交指数表明，2013年和2014年无性系的自交指数均值分别为0.064和0.053(图 4)。方差分析显示年度间自交指数差异不显著(F=1.67，P=0.655)。22个无性系中，17号无性系的自交指数变幅最大，年度间相差15倍。若将17号无性系的影响去除，2014年和2013年的自交指数减小，均值分别为0.054和0.041。

2.4 开花结实与花期相关性

如表 6所示，雌球花数与球果数在不同年度均存在显著的正相关，表明雌球花越多的无性系其球果数越多。雌球花开花持续时间与座果率在2013年呈微弱的正相关(0.135)，在2014年为显著的正相关(0.597^*)，说明雌球花开花持续时间越长，座果率越高。不同年度雌球花盛花期和花期的持续时间与千粒质量指标均呈显著或极显著正相关，雄球花散粉盛期与千粒质量在2013年呈显著正相关，在2014年为弱的正相关，但不显著(0.197)，说明雌球花盛花期和雄球花散粉盛期的持续时间影响到种子园无性系的结实产量和种实品质。雌球花盛/末花期长与雌球花花期持续时间、雄球花盛/末花期长与雄球花花期持续时间呈显著正相关或正相关，初步表明各无性系的雌球花盛/末花期长在雌球花花期的时间占比、雄球花盛/末花期长在雄花花期的时间占比相对稳定。

表 6 马尾松二代种子园无性系开花结实性状的相关分析^① Tab.6 The correlation analysis of flowering and fruiting characters in the second-generation seed orchard of Pinus massoniana clones

表 6 马尾松二代种子园无性系开花结实性状的相关分析^①

Tab.6 The correlation analysis of flowering and fruiting characters in the second-generation seed orchard of Pinus massoniana clones

性状 Character		雌球花数 Number of female flowers (N♀)	雄球花数 Number of male flowers (N♂)	球果数 Quantity of cones (QC)	千粒质量 Thousand kernel weight (TKW)	座果率 Fruit-set rate (FS)	雌球花Female flowers(♀)				雄球花Male flowers(♂)
性状 Character		雌球花数 Number of female flowers (N♀)	雄球花数 Number of male flowers (N♂)	球果数 Quantity of cones (QC)	千粒质量 Thousand kernel weight (TKW)	座果率 Fruit-set rate (FS)	始花期长 Early flowering duration (EFD♀)	盛花期长 Peak flowering duration (PFD♀)	末花期长 Final flowering duration (FFD♀)	花期长 Flowering duration (FD♀)	始花期长 Early flowering duration (EFD♀)	盛花期长 Peak flowering duration (PFD♀)	末花期长 Final flowering duration (FFD♀)	花期长 Flowering duration (FD♀)
	N♀		0.144	0.438^*	0.260	-0.596^**	-0.228	-0.135	-0.073	-0.294	0.118	0.410	0.134	0.464^*
	N♂	0.053		-0.052	0.332	-0.223	-0.011	-0.073	-0.286	-0.320	0.300	-0.036	0.224	0.255
	QC	0.853^**	-0.030		-0.407	0.326	0.147	0.047	0.234	0.343	0.181	-0.069	-0.153	-0.103
	TKW	0.403	0.182	-0.323		0.297	-0.124	0.517^**	0.301 8	0.418^*	0.172	0.197	-0.306	0.175
	FS	-0.070	0.049	0.415	-0.341		0.304	0.071	0.379	0.597^**	0.080	-0.504^*	-0.163	-0.486^*
雌球花 Female flowers
	EFD♀	-0.214	-0.100	-0.063	0.178	0.260		-0.296	-0.058	0.432^*	0.299	-0.247	-0.533^*	-0.486^*
	PFD♀	0.164	-0.260	0.177	0.453^*	0.069	-0.117		-0.325	0.060	-0.226	-0.171	0.035	-0.190
	FFD♀	0.171	0.379	0.002	0.309	-0.168	-0.653^**	-0.300		0.725^**	-0.097	0.236	-0.027	0.126
	FD♀	0.236	0.154	0.135	0.413^*	0.135	-0.292	0.526^*	0.540^**		-0.023	-0.035	-0.353	-0.305
雄球花 Male flowers	EFD♂	0.420	-0.007	0.437^*	-0.188	0.038	-0.306	0.511^*	0.057	0.374		0.156	-0.326	0.240
	PFD♂	0.196	0.348	0.270	0.433^*	0.310	-0.346	0.231	0.205	0.261	0.103		-0.186	0.688^**
	FFD♂	-0.098	0.153	-0.119	0.066	-0.157	-0.093	-0.597^**	0.203	-0.386	-0.272	-0.095		0.499^*
	FD♂	0.305	0.357	0.362	0.192	0.191	-0.468^*	0.121	0.295	0.190	0.408	0.813^**	0.301
①左下角为2013年数据，右上角为2014年数据。，，显著性概率分别为0.05和0.01。The below was the correlation value in 2013, the above was the correlation value in 2014. , ** indicate significant difference at 0.05 or 0.01 level, respectively.

3 讨论 3.1 马尾松二代种子园无性系间开花同步性差异

植物的开花物候与植物遗传特性及生长环境密切相关(Byram et al., 1986)。浙江姥山林场马尾松二代无性系种子园表现出年度内雌球花及雄球花的始花期、盛花期和末花期持续时间差异较小，年度内无性系的雌雄球花均在花期内相遇，尤其2014年，约95%无性系的雌雄球花在盛花期可相遇2~4天，说明年度内无性系的雌雄球花开花物候相近，花期同步性较高，进而能够相互传粉的机会就多，授粉效率就高(张华新等，2001)。同时，由于花期不遇或只有部分相遇，晚花与早花2种物候类型也有出现，尤其2013年，约30%的无性系雌雄球花不在盛花期相遇，除天气是造成这种现象的原因外，亲本来源也是需要考虑的因素。分别对含有两广(偏南)产地作为亲本的无性系类型及以其他(偏北)产地作为亲本的无性系类型进行花期物候分析，表明偏南产地无性系的花期相对较晚，但2种无性系类型的雌球花与雄球花的各花期时长相差均不超过1.3天，差异不显著(P>0.05)，这同唐效蓉等(2016)分析桂阳马尾松二代无性系种子园研究结果类似，表明偏北产地的花期相对较早，不同无性系类型间，雄球花的初花期、末花期以及雌球花的盛花期和末花期差异均不显著。但这种现象也造成种子园一定程度的花期不遇，不同亲本来源无性系类型间的花期同步性存在差异，因此，在种子园无性系再选择时这是应考虑的一个重要因素。

姥山林场马尾松二代种子园无性系在不同年度出现花期滞后与花期持续时间延长，且无性系在始花期和盛花期的物候期存在一定差异，这与不同年度的花期持续时间内的温度、风速、降水量及积温有较大关系(陈晓阳等，1995；张华新等，2001)。2014年花期缩短与当年花期日均温增高、风速增大、降水较少且雨量较小的气候状况有关，2个年度间花期相差6天，这与张华新等(2001)和李悦等(2010)研究油松花期同步稳定性得出的年度间气象因素对花期的同步性有较大影响的结论一致。各无性系的花期同步性在不同年度均有一定程度的变化，2014年无性系组合的花期同步性更强。2个年度的观测说明无性系组合间花期同步性的差异在种子园中普遍存在，而无性系间花期同步性差异以及雌雄球花量的差异将阻碍种子园无性系间的随机交配，降低传授粉效率，减少有效亲本结合，提高了自交机率，进而降低种子的遗传品质。因此，在种子园无性系管理中，应开展辅助授粉、栽植密度控制和激素处理等措施，缩小不同亲本间及气象因素造成的花期物候同步性差异(Bilir et al., 2004；Banziger et al., 2006; Funda et al., 2008; Torimaru et al., 2009; El-Kassaby et al., 2010)。

3.2 无性系内开花同步指数差异及年度稳定性

在姥山马尾松无性系二代种子园，无性系分别作为父本和母本的花期同步指数在2个年度的均值分别为0.402和0.370(图 4)，高于油松种子园无性系分别作为父母本的花期同步指数(张华新等，2001；李悦等，2010)，略低于杉木(Cunninghamia lanceolata)种子园无性系的花期同步指数(陈晓阳，1994)，但均表现出年度内无性系作为父本时的散粉期整体的同步性要高于作为母本时的可授粉期的同步性。年度内无性系作为父本和母本时花期同步指数的相关系数均为负值(2013年为-0.453^*，2014年为-0.192)，且在2013年度其负相关达到了显著水平，说明同一无性系分别作为父本和母本时与其他无性系的异性花期同步性程度具有相反趋势，与李悦等(2010)对油松的研究结论一致。在自交同步性研究中，2013年无性系作为母本及2014年无性系作为父本时的花期同步指数，分别与当年自交时的花期同步指数达到极显著正相关(2013年为0.559^**，2014年为0.665^**)。整体水平上有1/3的无性系自交的花期同步指数高于分别作父本和母本时的花期同步指数。这种相关性和自交现象的存在是种子园无性系合理利用和管理需考虑的重要因素(李悦等，2010)。2014年各无性系的花期同步指数在整体水平均高于2013年，2年度花期同步指数相差约1倍，说明年度间无性系花期同步指数具较大变化，因此应对无性系的花期同步指数进行多个年度的分析，仅通过个别年份的无性系花期同步指数并不能反映无性系的相对差异，用多年份物候期无性系同步指数评价种子园各无性系作为父本、母本及自交的相对同步性水平及相关关系，进行无性系花期同步指数的筛选和优化较为可靠，为种子园无性系随机交配、减少自交概率提供依据。

3.3 花期同步性的利用

研究种子园的无性系花期同步性，将对提高生产的种子品质，评价种子园无性系间随机交配和遗传多样性状况，增加遗传资源的增益水平有重要参考价值(沈熙环，1994；Funda et al., 2009；张冬梅等，2004)。杨汉波等(2017)研究木荷(Schima superba)得出开花数和开花持续时间与座果数均存在极显著的正相关关系的结论，本研究同样得出雌球花数与球果数存在显著或极显著的相关性，雌球花开花持续时间与座果率呈正相关或显著正相关。同时，可授期与散粉期的早晚对种子园无性系的结实产量和种实品质也有重要影响，El-Kassaby(1984)对花旗松的研究和陈晓阳等(1995)对杉木的研究表明雌球花可授期较早和较迟的无性系，其种子饱满度低于中等花期的无性系。本研究雌雄花期多在盛花期相遇，雌球花盛花期和花期的持续时间均与千粒质量呈显著或极显著正相关，雄球花散粉盛期持续时间与千粒质量成正相关或显著相关，进一步印证了种子园无性系的种实品质受无性系交配组合的雌球花可授粉期和雄球花散粉期的影响。

本研究中雄球花数表现出年度间极显著的相对稳定性(r=0.735，P < 0.01)，雄球花数多(少)的无性系在年度间会保持优(劣)势，如2013年雄球花数量最少的4个无性系为55、23、49、31号，2014年仍为23、55、31、49号，说明无性系的雄球花开花性状具有很高的重复力。雌球花数(r=0.129，P=0.568)和球果数(r=0.411，P=0.058)在年度间却没有表现出相对稳定性，这与种子园无性系的大小年现象及气象因素相关(金国庆等，1998；唐效蓉等，2016)。谭小梅等(2011)对相同马尾松二代无性系种子园开展开花结实变异规律研究表明，种子园中约20%高产无性系提供开花结实总量的41.27%~49.15%，50%的无性系提供开花结实总量的75.50%~85.52%。本研究在谭小梅等(2011)筛选出的高产无性系基础上，分析了无性系分别作为父、母本时的花期同步性程度，研究结果对于指导种子园控制授粉和辅助授粉工作具有重要的参考价值。

4 结论

浙江姥山林场马尾松二代无性系种子园雌、雄球花的花期具有较好的同步性，没有出现花期不遇现象，说明种子园无性系的开花物候相近，授粉效率较高。无性系花期同步性受降水等气象因素影响较大，种子园无性系的种实品质及座果率受无性系交配组合的雌球花可授粉期和雄球花的散粉期影响；且种子园内部分无性系存在高于异交平均水平的自交可能性。因此，马尾松二代无性系种子园应综合考虑无性系花期物候特征和亲本来源等方面的差异，优化种子园无性系配置。

参考文献(References)

陈晓阳. 1994.杉木种子园生殖系统和遗传改良的研究.北京: 北京林业大学博士学位论文.
(Chen X Y. 1994. Studies on reproductive system and genetic improvement of Cunninghamia lanceolata seed orchard. Beijing: PhD thesis of Beijing Forestry University.[in Chinese]) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=Y213967

陈晓阳, 潘其敏, 沈熙环. 1995. 杉木种子园开花物候特点的研究. 北京林业大学学报, 17(1): 10-18.
(Chen X Y, Pan Q M, Shen X H. 1995. Study on the flowering phenology of Cunninghamia lanceolata seed orchard. Journal of Beijing Forestry University, 17(1): 10-18. [in Chinese])

金国庆, 秦国峰, 周志春, 等. 1998. 马尾松无性系种子园球果产量的遗传变异. 林业科学研究, 11(3): 277-284.
(Jin G Q, Qin G F, Zhou Z C, et al. 1998. Genetic variation of cone production in clonal seed orchard of Pinus massoniana.. Forest Research, 11(3): 277-284. DOI:10.3321/j.issn:1001-1498.1998.03.009 [in Chinese])

李悦, 王晓茹, 李伟, 等. 2010. 油松种子园无性系花期同步指数稳定性分析. 北京林业大学学报, 32(5): 88-93.
(Li Y, Wang X R, Li W, et al. 2010. Flowering synchronization stability of clones among plant ages in a seed orchard of Pinus tabulaeformis.. Journal of Beijing Forestry University, 32(5): 88-93. [in Chinese])

吕东, 张宏斌, 李秉新, 等. 2016. 青海云杉无性系开花特性及种子园花粉流时空变化. 东北林业大学学报, 44(3): 68-73.
(Lü D, Zhang H B, Li B X, et al. 2016. Flowering characters of Picea crassifolia clones and temporal-spatial variation of pollen flow in Picea crassifolia orchard. Journal of Northeast Forestry University, 44(3): 68-73. DOI:10.3969/j.issn.1000-5382.2016.03.014 [in Chinese])

沈熙环. 1994. 种子园优质高产技术. 北京: 中国林业出版社.
(Shen X H. 1994. Seed orchard techniques for high genetic quality. Beijing: China Forestry Publishing House. [in Chinese])

谭小梅, 金国庆, 张一, 等. 2011. 截干矮化马尾松二代无性系种子园开花结实的遗传变异. 东北林业大学学报, 39(4): 39-42.
(Tan X M, Jin G Q, Zhang Y, et al. 2011. Genetic variation of flowering and fruiting in dwarfed second-generation clonal seed orchard of Pinus massoniana.. Journal of Northeast Forestry University, 39(4): 39-42. DOI:10.3969/j.issn.1000-5382.2011.04.013 [in Chinese])

唐效蓉, 李宇珂, 夏合新, 等. 2016. 马尾松二代种子园无性系开花物候观测. 林业科学研究, 29(3): 436-441.
(Tang X R, Li Y K, Xia H X, et al. 2016. The analysis of flowering phenology of clones in Guiyang Pinus massoniana second-generation seed orchard. Forest Research, 29(3): 436-441. DOI:10.3969/j.issn.1001-1498.2016.03.020 [in Chinese])

谢焰锋, 张卓文, 高大雄, 等. 2013. 马尾松种子园花粉散发及其空间分布特征. 华中农业大学学报, 32(6): 32-37.
(Xie Y F, Zhang Z W, Gao D X, et al. 2013. The distribution and spatial distribution of pollen in Pinus massoniana seed orchard. Journal of Huazhong Agricultural University, 32(6): 32-37. DOI:10.3969/j.issn.1000-2421.2013.06.006 [in Chinese])

杨汉波, 张蕊, 宋平, 等. 2017. 木荷种子园无性系开花物候及同步性分析. 林业科学研究, 30(4): 551-558.
(Yang H B, Zhang R, Song P, et al. 2017. Flowering phenology and synchronization of clones among plant ages in a seed orchard of Schima superba.. Forest Research, 30(4): 551-558. [in Chinese])

张冬梅, 沈熙环, 张华新, 等. 2004. 油松种子园交配系统的时空变化研究. 林业科学, 40(1): 70-77.
(Zhang D M, Shen X H, Zhang H X, et al. 2004. Study on temporal and spatial change of the mating system in a seed orchard of Pinus tabulaeformis.. Scientia Silvae Sinicae, 40(1): 70-77. DOI:10.3321/j.issn:1001-7488.2004.01.012 [in Chinese])

张华新, 陈丛梅. 2001. 油松无性系开花物候特点的研究. 林业科学研究, 14(3): 288-296.
(Zhang H X, Chen C M. 2001. Study on the characteristics of flowering phenology of Pinus tabulaeformis clones. Forest Research, 14(3): 288-296. DOI:10.3321/j.issn:1001-1498.2001.03.009 [in Chinese])

Askew G R, Blush T D. 1990. An index of phenological overlap in flowing for clonal seed orchards. Silvae Genetica, 39(3/4): 168-171.

Banziger M, Setimala P S, Hodson D. 2006. Breeding for improved abiotic stress tolerance in maize adapted to Southern Africa. Agricultural Water Management, 80(1/3): 212-224.

Bilir N, Kang K S, Zang D, et al. 2004. Fertility variation and status number between a base population and a seed orchard of Pinus brutia.. Silvae Genetica, 53(4): 161-163.

Byram T D, Lowe W J, Megriff J A. 1986. Clonal and annual variation in cone production in loblolly pine seed orchards. Forestry Scientific, 32(4): 1067-1073.

Codesido V, Merlo E, Fernandezlopez J. 2005. Variation in reproductive phenology in a Pinus radiata seed orchard in northern Spain. Silvae Genetica, 54(4/5): 246-256.

Funda T, Chen C C, Liewlaksaneeyanawinc C, et al. 2008. Pedigree and mating system analyses in a western larch (Larix occidentalis Nutt) experimental population.. Annals of Forest Science, 65: 705. DOI:10.1051/forest:2008055

Funda T, Lstiburak M, Lachout P, et al. 2009. Optimization of combined genetic gain and diversity for collection and deployment of seed orchard crops. Tree Genetics & Genomes, 5(4): 583-593.

Gunaga R P, Vasudeva R. 2009. Overlap index:a measure to assess flowering synchrony among teak (Tectona grandis Linnf) clones in seed orchards.. Current Science, 97(6): 941-946.

El-Kassaby Y A. 1984. Reproductive phenology and its impact on genetically improved seed production in a Douglas-fir seed production in a Douglas-fir seed orchard. Silvae Genetica, 33(4): 120-125.

El-Kassaby Y A, Reynolds S. 1990. Reproductive phenology, parental balance and supplemental mass pollination in a Sitka spruce seed orchard. Forest Ecology Management, 31: 45-54. DOI:10.1016/0378-1127(90)90110-W

El-Kassaby Y A, Funda T, Lai B S K. 2010. Female reproductive success variation in a Pseudotsuga menziesii seed orchard as revealed by pedigree reconstruction from a bulk seed collection. Journal of Heredity, 101(2): 164-168. DOI:10.1093/jhered/esp126

Torimaru T, Wang X R, Fries A, et al. 2009. Evaluation of pollen contamination in an advanced scots pine seed orchard. Silvae Genetica, 58(5/6): 262-269.