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苗期变异与初步选择的研究

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《山地农业生物学报》2014年第六期

1材料与方法

1.1试验地概况试验地位于闽中南的仙游溪口国有林场林木苗圃地,地处东经118°28''''~118°33''''之间,北纬25°23''''~25°43''''之间。苗圃地位于木兰溪岸边,海拔高60m,土壤为冲积沙壤土,立地等级为Ⅱ类地。

1.2材料来源、处理与播种试验种子分别收集自福建省内红锥主要分区的优树单株(林龄40a以上)以及广东、广西优良家系,共50个。收集到的种子用清水筛选,除去空壳和虫洞的种子后,加2%的高锰酸钾溶液消毒(浸种5min后用清水冲洗干净)后与湿沙混合进行沙培,贮藏期间经常检查翻动,湿度不够时及时洒水补充(沙的湿度以控制在手抓成团,放开即散开)。采用容器育苗,容器规格为9cm×16cm,基质为黄心土,待种子露出胚根长约1cm时经断根处理后移入容器袋内(2012年3月播种),每个容器播种一粒,种子植入深度为带面与种子基本平行。播种后,容器袋放置畦面上排列整齐,每个家系用塑料标签做上记号,搭小拱棚并覆盖透光率50%的遮阴网。随后,经常喷水保持容器内的土壤处于半湿半干状态,待种子长出真叶后每个月用0.3%托布津消毒一次,并喷施2%的复合肥溶液。

1.3调查测定方法每个家系选择3个测定小区,每小区30株为固定测定株。2013年12月底调查,苗高用木尺测量,游标卡尺测量地径;每个家系选择10株平均苗木调查根系的主根长度和侧根宽度,起苗时应注意保持根系完整,苗木生物量分地上和地下部分,用小型电子天平称量;千粒重在实验室内用电子天平称量。

1.4统计分析方法数据整理、计算和方差分析主要在Excel软件上进行,生物量比是指地上部鲜重/地下部鲜重,根幅比指侧根宽度/主根长度;主成分分析、多维标度分析和聚类分析计算采用SPSS20.0分析软件。

2结果与分析

2.1不同家系表型特征及性状因子分析参试的50个家系中,因个别种子量很少或应放置时间较长而出苗率低,只对出苗数量较多的46个家系的苗木进行调查分析,红锥不同家系苗木各因子具体调查数据结果见表1,各家系苗木生长性状、生物量等特征因子的主成分分析结果见表1。从表1看出,46个家系的种子千粒重、成苗率、苗高、根幅比、生物量比以及地径群体均值分别为818.16±21.99g、86.41±6.44%、21.32±1.70cm、0.60±0.23、1.48±0.14和0.39±0.05cm,家系间的种子千粒重、成苗率、苗高、根幅比、生物量比以及地径等性状相差较大,鉴于苗木性状因子较多,必需选择主要影响因子来进行分析,以提高评价和选择的可信度,为此采用主成分分析法对46个家系的上述因子进行分析。从表2结果可以看出,第1和第2主成分的累计贡献率为83.809%,主成分的数目可以根据累计贡献率来判定,只要累计百分比达到80%~85%以上对应的主成分信息量就够了。从第1主成分的因子负荷量看出苗高、地径和生物量比负荷量较大,其次是种子千粒重,与第1主成分相关系数较高,说明红锥不同家系的苗期差异主要是苗高、地径和生物量比决定的;第2主成分的因子负荷量主要是根幅比,体现了苗木根系形态对苗期差异也有影响。

2.2不同家系表型特征及性状因子的多维标度分析通过主成分分析对红锥不同家系的苗期差异影响因子有了初步了解,但因子较多,且分析存在主观因素,因此采用多维标度法(MDS)进行降维,为家系的初步筛选做准备。MDS是一种把高维降为低维,在低维空间展示距离数据结构的多元数据分析技术[11],对于模型拟合结果用胁强系数S和拟合优度R2判断。使用表1的性状因子进行度量多维标度计算,S=0,R2=1。一般认为S>0.3拟合效果较差;0.1<S<0.2拟合效果一般;0.05<S<0.1拟合效果较好,S<0.05则认为拟合效果极好;R2>0.6时模型被认为是可以接受的[12]。从分析结果来看拟合效果极好。得到多维尺度空间见图1。从平面图比较直观地反映各性状因子关联的信息,苗高、地径、生物量比和根幅比彼此距离相近意味着相似性越强,代表着苗木的生长特性;千重位于维数1的最左边,成苗率位于维数1的最上边,与生长性状距离较远,相似性不强。结合主成分分析中因子负荷量的大小,选择苗高、地径、生物量比和根幅比4个主要因子可以较好地解释苗期差异性,使得进一步进行的苗期选择也具有客观性。

2.3不同家系遗传力与遗传参数分析选择苗高、地径、生物量比和根幅比4个主要因子作为评价因子,对46个家系做方差分析,结果见表3。方差分析结果表明,家系之间的苗高、地径和生物量比的差异均达到极显著水平,变异主要来源于家系,即遗传因素,根幅比家系之间的差异不显著,变异主要来源于环境因素。遗传参数计算见表4。从表4的结果可以看出,红锥苗高、地径和生物量比的广义遗传力都较高,分别为89.74%、77.66%和72.26%,也即是在表型方差(遗传方差+环境方差)中,遗传方差所占的比例均大于环境方差;而根幅比表型方差中,环境方差大于遗传方差,或许是因为容器育苗的原因。遗传变异系数是标准差与总平均值的比值,苗高、地径和生物量比的遗传变异系数分别为7.96%、12.92%和9.40%,遗传变异系数小的性状的遗传力较变异系数大的性状高[13]。综上所述,在环境、管理等一致的情况下,不同家系的红锥苗高、地径和生物量比这种差异主要由遗传因素决定,说明可通过分析这3个因子的遗传差异并初选家系有意义。

2.4优良家系苗期的初步选择选择欧式平方距离进行相似性度量,采用组间连接法,对苗高、地径和生物量比3个因子进行统聚类分析,树状聚类图如图2所示。根据树状图将红锥46个家系分为4组。具体结果见表5。根据组别的苗高和地径平均数据,按顺序从大到小将4组划分为优、良、中、差4个等级组,其中优良组的家系有11个,序号分别为22、23、25、38、39、40、41、42、20、21、24,其苗高、地径与生物量比的平均值大于群体平均值,苗高平均值29.91cm,地径平均值0.547cm,生物量比平均值为1.90,通过遗传增益计算,苗高、地径与生物量比的遗传增益分别为23.84%~69.02%、19.36%~58.80%和11.84%~44.11%。

3结论与讨论

3.1红锥不同家系间的表型性状相差较大,主成分分析中第1主成分中的因子负荷量表明红锥不同家系的苗期差异主要由苗高、地径和生物量比决定,其次是种子千粒重。第2主成分中根幅比的因子负荷量对苗期差异起决定作用。多维标度法分析结果中胁强系数S=0,拟合优度R2=1,说明拟合效果极好,能最大限度提取数据中所包含的主要因子成分信息,与主成分分析相结合选择苗高、地径、生物量比和根幅比4个主要因子。

3.2以苗高、地径、生物量比和根幅比4个因子为指标对46个家系的遗传参数进行估算,红锥的生长性状中,苗高广义遗传力为89.74%,遗传变异系数为7.96%;地径广义遗传力为77.66%,遗传变异系数为12.92%;生物量比的广义遗传力72.26%,遗传变异系数为9.40%。广义遗传力大,说明该性状受遗传控制较强,受环境影响较弱,对其进行性状选择比较可靠,选择所能获得的遗传增益也大。根幅比广义遗传力为负值,说明其差异中环境方差所占的比例大于遗传方差,容器育苗也许是影响的主要原因,苗木根系在营养袋中盘结无法伸展,今后将用大田育苗的方式做进一步研究。综合以上分析,确定苗高、地径和生物量比三因子能较好保持亲本优势且稳定遗传,也说明通过它们对家系进行遗传增益估算并初期选择是有效的。

3.3用系统聚类法将46个红锥家系划分为优、良、中、差4个等级组,其中优良组的家系有11个,序号分别为22、23、25、38、39、40、41、42、20、21、24,其苗高、地径与生物量比的平均值大于群体平均值,苗高平均值29.91cm,地径平均值0.547cm,生物量比平均值为1.90,通过遗传增益计算,苗高、地径与生物量比的遗传增益分别为23.84%~69.02%、19.36%~58.80%和11.84%~44.11%。

3.4红锥家系苗高、地径等主要生长性状方差分析表明,家系间的方差均达到极显著的水平。一方面表明从参试家系中进一步选择,可望选出生产力更高的优良家系,另一方面也说明根据表型选择得到的优树后代仍分化明显,表型优良并不意味基因型一定优良,必须经过遗传测定,选出优良基因型,才能取得更大的效益。

3.5本研究仅是苗期的初步遗传评价与选择,山上造林后受立地环境因素的影响,适应性和遗传力会发生变化,还有待继续测定和评价。

作者:朱炜李宝福潘琼蓉严平勇刘正渭单位:福建省林业科学研究院仙游溪口国有林场

山地农业生物学报责任编辑:杨雪    阅读:人次
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