全 文 ：　　1996—09—10收稿。
赖焕林讲师,王章荣(南京林业大学森林资源与环境学院　南京　210037)。
* 本研究属 1993年江苏自然科学基金资助项目“林木人工群体交配系统遗传学研究”部分内容。感谢王明庥院士、陈天
华教授对研究及论文提出了许多宝贵意见!
马尾松种子园及其附近人工林的
亲子代群体遗传结构分析*
赖焕林　王章荣
　　摘要　利用同工酶标记对广西覃塘林场马尾松无性系种子园及其附近一人工林的亲子代群体
遗传结构进行研究。研究结果表明, 不论是种子园还是附近人工林均表现为: 亲代群体处于遗传平
衡状态, 杂合体相对过量,但子代已偏离遗传平衡, 杂合体相对不足,亲子代的基因频率变化不大。
种子园亲代群体的遗传多样性略高于子代,而附近人工林的亲代群体遗传多样性略低于子代。本文
研究的种子园具有较宽的遗传基础,该种子园附近人工林的遗传多样性与种子园接近 ,但不论是人
工林本身还是它的子代其多样性平均水平都较种子园的亲代和子代略低。
　　关键词　马尾松　种子园　人工林　遗传结构
　　纵观各国林木改良的历史, 本世纪 40年代以来针叶树种的遗传改良基本上是围绕着种子
园的建立而开展的。目前世界范围内已建立种子园的树种已达 72个以上,涉及松科、杉科、柏
科、南洋杉科、桃金娘科、壳斗科、马鞭草科、樟科、胡桃科、桦木科、蔷薇科、蝶形花科、槭树科、
藜科等针阔叶树种 [ 1] , 这些建园树种也是世界范围内的主要造林树种。一旦种子园投产,一定
地区的造林用种便有了相对固定的来源,种子园成为育种与育林的最终连接桥梁。种子园生产
种子的遗传品质决定着未来林分的质量,因此了解种子园子代的遗传结构具有十分重要的意
义。子代群体的遗传结构与其亲代的遗传结构是密切相关的,为了探讨它们之间的关系,本文
对种子园的亲代与子代的遗传结构进行比较。同时考虑到一般人工林的建立材料和经营方式
与种子园有所不同,为了更深刻地揭示造成亲子代遗传结构变化的诸多因子的作用,对靠近本
次研究的种子园的一片人工林也开展同样的研究。
1　材料与方法
1. 1　种子园及其附近人工林概况
本文研究的马尾松( P inus massoniana Lamb. )无性系种子园位于广西贵港市覃塘林场。
该种子园于 1977年规划, 其中种子生产区 66. 67 hm2 , 优树收集区 10 hm 2, 子代测定区6. 67
hm2。种子生产区于 1980年嫁接,包括168个无性系。在离该种子园边缘不足 200 m 处有一片
马尾松人工林,林龄约 20～25 a, 造林用种为普通商品种子(未改良种子) ,该林分目前长势与
结实状况良好。当地群众在采种季节有时也从该林分采种给林业部门。
1. 2　种子样品采集分析
林业科学研究　1997, 10( 5) : 490～494
Forest Research 　 　　
从种子园的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ大区采集了 38个无性系的自由授粉种子。采集方
法是:将采种母树上的所有球果采下,混合均匀, 再从中随机取 5个, 风干脱粒保存, 样品代号
为 SO。
在种子园附近人工林(简称 NSO)随机选择 20株母树进行采种。每株采 5到 10个球果不
等,视球果发育好坏而增减,球果处理方法与 SO 样品相同。
将上述样品种子按文献[ 2]报道的方法进行同工酶分析,对 SO 样品, 每个单系种子至少
分析 12粒种子的胚乳与相应的胚, 对 NSO样品每个单系至少分析 8粒种子的胚及相应的胚
乳。用胚乳的分析结果代表亲代,相应胚的数据则代表其子代。为了便于比较亲代与子代的遗
传结构,选用在胚与胚乳中没有数据缺失的 3个酶系统 MDH, PGM , MNR。对其中的多态性
位点(包括 MDH2, PGM, MNR 2)进行分析。对相应酶系统的遗传方式请见文献[ 2]。
1. 3　统计方法
主要统计参数包括:期望杂合度( H e) , 观测杂合度( H 0) , 等位基因有效数( N e) , 固定指数
( F )等, 对这些参数的估算方法请参见文献[ 3]。同时分析了各群体与 Hardy- Weinberg 平衡
的偏离程度( X 2) (对 N e( Ef fect iv e Number of Alles)的翻译, 葛颂( 1989) [ 3]将它译为“有效等
位基因数”,为避免“有效基因”和“无效基因”之误,笔者将它译为“等位基因有效数”)。
2　结果与分析
2. 1　种子园亲子代群体遗传结构的比较
种子园亲代群体与其子代群体的遗传结构比较结果见表 1。从表 1可以看出种子园亲代
与子代的基因频率均有所变化, 在分析的 3个多态性位点上, 亲代群体的观测杂合度均高于子
代群体,在 MDH2、PGM 等位点上亲代群体的期望杂合度及等位基因有效数高于子代群体, 但
是 H e、N e 从亲代到子代下降的幅度〔(亲代数值- 子代数值) /亲代数值×100%〕很小, MDH2
位点 H e、N e 的降幅分别为 0. 83%、0. 80%, 在 PGM 位点 H e、N e 的降幅分别为 0. 55%、0.
88%。在 MNR2位点子代的 H e与 N e稍有提高。从总体平均水平看亲代与子代的遗传多样性
变化很小, H e、N e 均如此,但是亲代群体杂合体相对过量( F< 0)而子代群体则纯合体相对过
量( F> 0) ;另外子代群体除在 MNR2 位点保持平衡外, 其它两个位点均已极显著地偏离遗传
平衡。
表 1　种子园亲代与子代的遗传结构
位点 M DH2 PGM M NR2 平均
群体 亲代1 子代1 亲代1 子代1 亲代1 子代1 亲代1 子代1
基因 a= 0. 447 4 a= 0. 430 7 a= 0. 460 5 a= 0. 409 9 a= 0. 340 9 a= 0. 414 5
频率 b= 0. 552 6 b= 0. 569 3 b= 0. 157 9 b= 0. 146 9 b= 0. 659 1 b= 0. 584 6
c= 0. 381 6 c= 0. 443 2
H 0 0. 421 1 0. 413 4 0. 684 2 0. 459 3 0. 625 0 0. 480 8 0. 578 6 0. 451 0
H e 0. 494 5 0. 490 4 0. 617 4 0. 614 0 0. 449 4 0. 459 7 0. 520 4 0. 521 4
N e 1. 978 1 1. 962 2 2. 613 6 2. 590 5 1. 816 1 1. 850 9 2. 135 9 2. 134 5
F 0. 148 4 0. 157 0 - 0. 108 0 0. 252 0 - 0. 390 7 - 0. 044 8 - 0. 116 8 0. 121 4
X 2 0. 837 1 10. 564 9 1. 441 2 83. 075 5 5. 898 8 0. 461 9
NS * * * NS * * * * NS
　　注: NS表示不显著, * 表示 5%显著水平, * * * 表示 1%显著水平,以下各表含义与此相同。
4915 期　　　　　赖焕林等: 马尾松种子园及其附近人工林的亲子代群体遗传结构分析
2. 2　种子园附近人工林亲子代之间遗传结构比较
关于种子园附近人工林的亲代群体( PA 2)与子代群体( OF 2)的遗传结构分析结果见表 2。
从表 2看亲代群体与遗传平衡没有显著偏离,各位点均表现为杂合体过量( F) ;子代群体除
MDH2位点未显著偏离遗传平衡外,其它两个位点均已偏离遗传平衡;亲子代之间的基因频率
稍有改变。有趣的是从亲代与子代的多位点平均水平来看,子代的遗传多样性略有提高,但幅
度很小。这与种子园亲子代之间的遗传多样性变化趋势有所不同, 估计营造该人工林的种子来
源较广,且受种子园花粉的影响。不过由于该林分亲子代之间的多样性变化幅度很小,可以认
为连续世代的亲子代之间的遗传多样性保持相对稳定。
表 2　种子园附近人工林亲代与子代的遗传结构
位点 M DH2 PGM M NR2 平均
群体 亲代2 子代2 亲代2 子代2 亲代2 子代2 亲代2 子代2
基因 a= 0. 400 0 a= 0. 439 6 a= 0. 375 0 a= 0. 362 6 a= 0. 500 0 a= 0. 361 1
频率 b= 0. 600 0 b= 0. 560 4 b= 0. 050 0 b= 0. 091 5 b= 0. 500 0 b= 0. 638 9
c= 0. 575 0 c= 0. 565 8
H 0 0. 600 0 0. 503 4 0. 600 0 0. 338 0 0. 684 2 0. 583 3 0. 628 1 0. 479 4
H e 0. 480 0 0. 492 7 0. 526 2 0. 562 2 0. 500 0 0. 461 4 0. 502 1 0. 505 5
N e 1. 923 1 1. 971 2 2. 110 8 2. 284 2 2. 000 0 1. 856 7 2. 011 3 2. 037 4
F - 0. 250 0 - 0. 021 7 - 0. 140 3 0. 398 7 - 0. 368 4 - 0. 264 2 - 0. 252 9 0. 037 6
X 2 1. 250 0 0. 039 5 0. 660 2 40. 841 5 1. 884 7 5. 676 7
NS NS NS * * * NS *
2. 3　种子园与附近人工林亲代群体的遗结构比较
从表 3来看, 总的说来种子园亲代群体 PAR 1比附近人工林亲代群体 PAR2 的遗传变异
更为丰富, 这两个群体在研究的位点上基本上保持了遗传平衡。从这两个群体的固定指数 F
来看,在大部分位点上种子园附近人工林观测杂合度与期望杂合度的偏离程度高于种子园群
体,其原因推测是: 种子园的栽培条件相对比较优越,优树材料进入种子园后尚未进行进一步
的淘汰;而人工林从种子到幼苗乃至林地幼树均受到较强的人工和自然选择的影响,由于选择
大都有利于杂合体的生存, 从而使人工林的杂合度较种子园更高。
表 3　种子园与附近人工林亲代群体的遗传结构
位点 M DH2 PGM M NR2 平均
群体 亲代1 亲代2 亲代1 亲代2 亲代1 亲代2 亲代1 亲代2
H 0 0. 421 1 0. 600 0 0. 684 2 0. 600 0 0. 625 0 0. 684 2 0. 578 6 0. 628 1
H e 0. 494 5 0. 480 0 0. 617 4 0. 526 2 0. 449 4 0. 500 0 0. 520 4 0. 502 1
N e 1. 978 1 1. 923 1 2. 613 6 2. 110 8 1. 816 1 2. 000 0 2. 135 9 2. 011 3
F 0. 148 4 - 0. 250 0 - 0. 108 0 - 0. 140 3 - 0. 390 7 - 0. 368 4 - 0. 116 8 - 0. 252 9
X 2 0. 837 1 1. 250 0 1. 441 2 0. 660 2 5. 898 8 1. 884 7
NS NS NS NS * NS
2. 4　种子园与附近人工林子代的遗传结构比较
从表 4可以看出, 种子园子代群体OF 1以及种子园附近人工林子代 OF2在大部分位点上
均已偏离遗传平衡状态,导致这一结果的原因是多方面的,其中主要原因之一是种子园与附近
人工林进行的是非随机交配。平均水平上, OF 1与 OF 2群体均表现为杂合体相对不足, OF 1的
492 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
遗传多样性高于 OF2 (以 H e、N e为主要指标)。与表 3相比较不难看出,子代的遗传变异水平
主要取决于它们各自的亲代群体。
表 4　种子园与附近人工林子代的遗传结构
位点 M DH2 PGM M NR2 平均
群体 子代1 子代2 子代1 子代2 子代1 子代2 子代1 子代2
H 0 0. 413 4 0. 503 4 0. 459 3 0. 338 0 0. 480 8 0. 583 3 0. 451 0 0. 474 9
H e 0. 490 4 0. 492 7 0. 614 0 0. 562 2 0. 459 7 0. 461 4 0. 521 4 0. 505 5
N e 1. 962 2 1. 971 2 2. 590 5 2. 284 2 1. 850 9 1. 856 7 2. 134 5 2. 037 4
F 0. 157 0 - 0. 021 7 0. 252 0 0. 398 7 - 0. 044 8 - 0. 264 2 0. 121 4 0. 037 6
X 2 10. 564 9 0. 039 5 83. 075 5 40. 841 5 0. 461 9 5. 676 7
* * * NS * * * * * * NS *
3　讨论与结论
　　( 1)根据 Mit ton [ 4]的分析, 针叶树种的期望杂合度的平均值为 0. 270, 根据 Brown[ 5]的统
计其平均值为 0. 387 6(变幅 0. 14～0. 55,共分析了包括 Abies, P icea, Pinus, P seudotsuga等属
的 17个树种)。本次研究的种子园亲代群体的平均期望杂合度为 0. 520 4,说明种子园亲代具
有较高的遗传多样性,遗传基础比较广泛,这验证了Wheeler & Jech[ 6]的观点:遗传学家们不
必担心种子园由于群体数量有限可能导致遗传变异较天然群体低的问题。本文研究的种子园
无性系数目高达 168个,多于国外大多数种子园(大约 30～70个无性系) ,这也是维持较宽遗
传基础的有力保障。
对该马尾松种子园子代的遗传多样性分析表明:种子园生产的种子其多样度明显高于马
尾松天然林1) , 2) , 3) ,至少与已有的有关针叶树种的较高数值(如文献[ 5] )相持平。Szm idt ( 1984)
通过对欧洲赤松种子园子代与天然林分种子的分析结果也表明:与天然林子代相比,种子园子
代的遗传多样性并没有显著下降 [ 7]。由于大部分种子园生产的种子生长量方面都可获得较高
的遗传增益, 由此进一步说明种子园作为林木改良途径具有十分明显的优势。
( 2)根据本研究结果,种子园子代与其亲代相比, 遗传多样性略有下降, 但降幅不大, 以
H e、N e为主要指标时可以说亲子代之间几乎没有改变。种子园附近人工林亲子代之间的遗传
多样性变化趋势与种子园亲子代之间的变化趋势不同, 种子园附近人工林的子代遗传多样性
略有上升,但亲子代之间的变化幅度也是十分微小的。尽管人工林和种子园都已受到人类活动
的干扰,但它们的亲子代之间的这种变化与天然林亲子代之间的变化基本一致。Roberds &
Conkle( 1984)
[ 8]对火炬松天然林的亲代群体与子代群体的研究表明: 亲子代之间各位点上的
最常见等位基因的频率没有明显变化,亲代群体表现为杂合体过量,子代则杂合体不足。从生
物进化的历史来看,在外界环境条件没有发生突发性的剧变时,上下两个连续世代间的遗传结
构如果发生变化的话, 这种变化不会太大,这是一个物种得以持续稳定地繁衍的重要条件, 上
述结果可以认为是这种状况的一个具体表现。
( 3)本次研究的马尾松人工林是在种子园种子开始用于造林之前营建的,其遗传多样性与
种子园接近, 但不管是人工林自身还是它的子代遗传多样性都较种子园的亲代和子代略低。
　　1)葛颂.用同工酶研究马尾松群体的遗传结构.南京林业大学硕士研究生学位论文, 1986.
2)解荷锋.马尾松天然群体的同工酶遗传变异和遗传结构研究.南京林业大学硕士研究生学位论文, 1986.
3)黄启强.马尾松同工酶遗传变异研究.贵州林科院(鉴定材料) , 1993.
4935 期　　　　　赖焕林等: 马尾松种子园及其附近人工林的亲子代群体遗传结构分析
参　考　文　献
　　1　王章荣,赖焕林. 种子园发展现状与种子园产量和质量的提高. 见: 沈熙环主编.种子园优质高产技术. 北京:中国林
业出版社, 1994. 9～13.
　　2　Lai H L ,C hen T H, Wang Zh R, et al . Inheritan ce of isozymes in megag ametophytes of masson pine ( P inus massoni-
ana Lamb. ) . In : S hen X H( ed) . Forest T ree Improvemen t in the Asia-Pacif ic Region. Beijing: China Fores t ry Pub-
lish ing Hou se. 1995. 10: 53～58.
　　3　葛颂.用同工酶定量分析林木群体变异和分化的方法.西南林学院学报, 1989, 9( 1) : 83～91.
　　4　Mit ton J B. Conifers . In: T ank sley S D & Orton T J ( eds) . Is oz ymes in Plant Genet ics and Breeding Els evier S ci-
ence Publis her s. Amster dam ,Part B. 1983, 443～472.
　　5　Brow n A H D. Genetic characteri zat ion of p lan t mat ing sys tems Ib : Br oen A H D( ed) . Plant popu lation genet ics,
b reeding and genet ic resources . S inzuer As sociates Inc. S underland Ma. 1990, 145～162.
　　6　Wheller N C, Jech K S. T he use of electr oph et ic markers in seed orchar d research . New Forest s , 1992, 6: 311～328.
　　7　Szm idt A E. Genet ic studies of Scots pine( Pinus syl v etr is L. ) domes t icat ion . Sw ed . Univ. Agri. S ci. Ph. D. Dis serta-
tion .U mea, 1984.
　　8　Roberds J H, Conk le M T . Genet ic s tr ucture in loblolly pine stands: alloz yme variat ion in parents and progeny. For.
Sci, 1984. 30( 2) : 319～329.
Comparison of Genetic Structure between Parents and Progeny
from a Masson Pine Seed Orchard and a Plantation Nearby
L ai H uanlin　Wang Zhangr ong
　　Abstract　Genet ic st ructure of parents and their pro geny from a masson pine clonal seed
orchar d and a plantat ion near the orchard in Guigan, Guangxi Pr ovince was studied w ith
isozyme marker s. T he results show ed that for both the seed orchard and the plantation near
the seed o rchard, the parental populat ions did not deviate f rom the Hardy-Weinberg Equilib-
rium signif icant ly w ith excess of heterozygo ts, the progeny populat ions had the opposite
case, i. e. diveat ing f rom the Equilibrium significant ly w ith excess of homozygo ts. T here w as
a small difference in gene frequencies betw een the par ents and their pro geny . Pr ogeny of the
seed orchar d go t a lit t le low er g ene diversity than that o f it s parental population, w hile the
pr ogeny o f the plantat ion near the seed or chard got a l it t le higher gene diversity than that o f
it s parents. The genet ic base of the seed orchard w as fair ly w ide. Although bo th par ents and
of fspring f rom the plantat ion near the seed orchard held relat ively low er g ene diversit ies than
tho se f rom the seed o rchard, the dif ference betw een them was very small.
　　Key words　Pinus massoniana　seed o rchard　plantation　genet ic st ructur e
　　Lai Hu anl in, Lecturer, Wan g Zhangrong ( Col leg e of Forest Resource and Environm ent , Nan jing Forest ry University
Nanjing　210037) .
494 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷