Ann. For. Sci. 54 (1997) 129-144
DOI: 10.1051/forest:19970201

Flowering and cone production variability and its effect on parental balance in a Scots pine clonal seed orchard

J Burczyk^a and W Chalupka<sup>b

a</sup>  Pedagogical University, Department of Biology and Environment Protection, ul Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz 1
^b  Polish Academy of Sciences, Institute of Dendrology, 62-035 Kórnik, Poland

Abstract - Clonal variation in flowering characteristics and cone production was investigated in a Scots pine (Pinus sylvestris L) clonal seed orchard consisting of 32 clones. At the time of observations, the orchard was 17-19 years old. It was found that on average, within a clone, female flowers were receptive about 1 day before the beginning of pollen shedding and there was a significant correlation between the ranks of clones according to their onset of flowering in 2 consecutive years. Male and female flowering periods were synchronized among the majority of clones and the index of phenological overlap was over 0.41. Significant variations among clones were found for male and female cone production as well as for some selected pollen-related characteristics. On average, individual clones in the orchard produced in total from 0.4 to 4.5 kg of pollen and from 900 to 6500 cones a year. It was found that 25% and 50% of clones produced 46% and 72% of pollen, respectively. Analogous numbers for cone production were 35% and 63%. Some patterns of sexual asymmetry among clones were detected; however, genetic correlations between pollen and cone productions were positive. Effective population sizes were generally high, but the estimate was lower for pollen (75.9%) than for cone production (95.9%). The expected outcrossing rate, based on effective population size calculated using both male and female contribution and background pollination, was high (0.977). The efficiency of the orchard and its potential use for reforestation purposes is discussed.

Résumé - Variabilité de la floraison et de la fructification et son effet sur l'équilibre entre parents dans un verger à graines de clones de pin sylvestre. Les variations clonales de caractéristiques de floraison et de fructification ont été étudiées dans un verger à graines de clones de pin sylvestre (Pinus silvestris L) comportant 32 clones. Le verger est situé dans le district forestier de Gniewkowo, en Pologne. Au moment des observations, ce verger était âgé de 17 à 19 ans. Les caractéristiques de floraison ont été observées sur quatre ramets de chacun des 32 clones pendant 2 (fructification et phénologie de la floraison) ou 3 (floraison mâle) années consécutives. On a montré qu'en moyenne à l'intérieur d'un même clone les cônes femelles sont réceptifs environ 1 jour avant le début de la libéralisation du pollen (fig 1). Il existe une corrélation significative dans le classement des clones pour leur mise à fleur entre les 2 années consécutives mais les dates de début de floraison sont décalées de 3 semaines entre ces 2 années. Les périodes de floraison mâle et femelle sont synchronisées pour la majorité des clones et l'index de recouvrement phénologique est de 0,41. Les indices de recouvrement phénologique sont corrélés pour les paires de clones s'intercroisant et les clones intervenant comme mâles, mais pas pour les clones intervenant comme femelles. Des variations significatives entre clones sont observées pour la production de cônes mâles et femelles (tableaux I et II), de même que pour certaines caractéristiques liées au pollen (tableau II, fig 2). Le nombre de pousses portant des cônes mâles, et le nombre de ces cônes varie selon les années et selon les secteurs de la couronne. Quelques interactions apparaissent statistiquement significatives. En moyenne, chaque clone du verger produit entre 0,4 et 4,5 kg de pollen par an à partir de 900 à 6 500 cônes (figs 3 et 4). On a trouvé que 25 et 50 % des clones ont produit respectivement 46 et 72 % du pollen. Les estimations correspondantes pour la floraison femelle sont respectivement de 35 et 63 % (figs 3 et 4). Des asymétries sexuelles ont été détectées chez certains clones (fig 5) mais les corrélations génétiques entre production de pollen et de cônes femelles sont positives (tableau IV). Une contribution clonale combinée à la descendance du verger a été estimée en prenant en compte à la fois les effets mâles et femelles (fig 6). Les effets phénologiques semblent expliquer la légère modification de classement des contributions clonales d'une année à l'autre. La taille effective de population estimée pour ce verger est généralement élevée, mais les estimations sont plus faibles pour la production de pollen (75,9%) que pour la production de cônes femelles (95,9%). Les taux d'allogamie attendus, en se basant sur la taille effective de population calculée en utilisant à la fois les contributions mâles et femelles, et la pollution pollinique sont élevés (0,977). La productivité de ce verger et les possibilités de l'utiliser pour les reboisements sont discutées.

Key words: Pinus sylvestris / seed orchard / phenology / pollen and cone production / sexual asymmetry / mating patterns

Mots clés : Pinus sylvestris / verger à graines / phénologie / production pollen et cônes / asymétrie sexuelle / lois de croisements