中国林木种子园建设与管理技术探讨

从建园时种子园园址选择、优良亲本的选择、优良无性系或家系选择和配置以及种子园经营管理等几个方面探讨中国种子园发展现状,深入分析种子园建设与管理存在的重要问题,提出今后研究中应关注以下几个方面:种子园亲本和园址选择的重要性;优良家系或无性系配置应同时兼顾遗传多样性与遗传增益;种子园经营管理中应树立良种价值观,注重种子产量和品质的保障;种子园发展中应重视分子育种与常规育种的有效结合。     

种子园

(一)什么叫种子园:“种子园是由遗传上有所改良的树木构成的人工林”。(二)种子园的种类:一般可分为:无性系种子园和实生苗种子园两大类。1、无性系种子园它是用嫁接苗或插条苗建成的,又可分为:优树即未经测验的亲本树的无性系组成的种子园,和由优树即经过测验的亲本树的无性系组成的种子园。     

基于非支配排序与遗传算法的毛边锯材优化下锯算法研究

【目的】为解决我国木材加工企业在毛边锯材锯切过程中存在出材率低和智能化加工能力不足的问题,本研究基于非支配排序与遗传算法提出一种毛边锯材优化下锯智能算法。【方法】通过分析毛边锯材下锯方式,确定了先截断后纵解再截断的加工方法。分析毛边锯材传统纵向等宽锯切方法不足,以出材率为最终求解目标,完成两阶段优化下锯模型构建。将毛边锯材视作无缺陷锯材进行下锯方案求解,同时考虑出材率与坯料价值,基于坯料宽度编码,采用非支配排序与拥挤度排序确定个体优劣,提出多种群寻优策略完成种群迭代,获取多种下锯方案。取出所有下锯方案对原含缺陷锯材模拟锯切,使用遗传算法寻找方案的最优下锯顺序,以得到最终下锯方案。选用C++编程实现算法功能,并通过OpenCV C++编程显示仿真锯切结果。实测毛边锯材分别采用传统等宽锯切方法与本算法对锯材进行模拟锯切,对比锯切结果以验证算法可行性。【结果】本算法在使用不同横向截断长度、不同输入坯料宽度和不同锯材的情形下,仿真锯切结果均优于传统等宽锯切方法,锯材完整坯料出材率与总出材率明显提升。【结论】优化下锯方法相比传统等宽锯切方法可提供更好的下锯方案,能在一定程度上实现毛边锯材优化下锯...     

木荷种子园的遗传多样性和交配系统

【目的】研究木荷种子园遗传多样性和交配系统,揭示种子园交配机制对后代遗传多样性的影响以及亲、子代遗传多样性变化规律,为木荷种子园遗传管理提供科学依据。【方法】以浙江省兰溪苗圃木荷种子园自由授粉子代为研究对象,运用13对SSR引物,对种子园内44个亲本及11个无性系的328个子代进行分析。【结果】在亲本群体中检测到等位基因数(N_a)5~9个不等,平均为6.286,有效等位基因数(N_e)为3.097;在子代群体中检测到5~11个等位基因(N_a),平均为7.786,较亲本群体高出1.500个等位基因,子代群体的有效等位基因数(N_e)为3.751,较亲本群体高出0.654个有效等位基因。子代群体包含亲本群体所有的等位基因,此外,还检测到1~5个子代特有等位基因。亲本群体遗传多样性水平适中(H_e=0.632),子代群体遗传多样性(H_e=0.600)比亲本略有降低,观测杂合度(Ho)略高于亲本,说明子代群体中实际观察到的杂合单株占全部单株的比例均较亲本有所增加,但差异不大。子代群体Nei’s基因多样度(h)和Shannon’s信息指数(I)分别为0.611和1.152,均与亲本群体基本保持一致。子代群体的F值为-0.143,存在杂合子过剩。多位点交配系统分析(MLTR)结果表明:种子园异交率较高,多位点异交率(t_m)为1.000,单位点异交率(t_s)为0.939,亲本的近交现象不显著(t_m-t_s=0.061),只有较少的双亲近交事件发生;但有效花粉供体数目较少(N_(ep)=2.3),单位点和多位点父本相关性的差值r_p(s)-r_p(m)=0.0120,表明只有小部分花粉供体是近亲关系。参试11个家系间异交率不存在明显差异(t_m为0.992~1.073),少数存在近交现象(31号:t_m-t_s=0.107;9号:t_m-t_s=0.117)。11个家系的父本相关性(r_p)和有效花粉供体数目变化较大,分别为0.210~0.762和1.3~4.8,说明各家系的父本相关性程度不一致,其中31号最高,最低的是48号。【结论】木荷种子园异交率高,近交现象不明显;无性系之间基因交流相对充分,遗传多样性丰富,子代能保持亲本所具有的较高的遗传多样性。     

樟子松种子园花期观测

<正> 樟子松是我国北方的优良用材树种,研究种子园的花期,对于种子园的花粉管理,减少自交,提高种子产量和遗传品质均具有重要意义。1985年对30个无性系进行了花期观测,1986年又增加30个无性系重复观测。一、试验方法本试验地设于长春市林科所樟子松种子园内,该种子园年龄为11—13年,现已大量结实。     

马尾松2个世代种子园6年生家系生长的遗传变异与增益比较

【目的】研究与评价马尾松一代、二代无性系种子园的遗传增益及改良效果,指导马尾松良种选育、生产及应用。【方法】利用营建在浙江省淳安县燕山林场和福建省邵武市卫闽林场的6年生马尾松一代和二代自由授粉家系遗传测定林,分析不同世代种子园子代生长性状的遗传变异,并进行家系育种值估算及生长评价。【结果】马尾松不同世代的种子园子代生长差异很大,其树高、胸径和单株材积等生长量显著大于马尾松优良天然林分的混系子代,其中一代种子园子代各家系单株材积表型值和育种值分别大于优良天然林分混系55.78%~84.62%和40.66%~71.39%,二代其值分别大于优良天然林分混系58.96%~108.97%和42.97%~91.89%,二代种子园子代的平均生长量和遗传稳定性总体上高于一代种子园子代。树高、胸径和单株材积等主要生长性状在世代内家系间的生长差异均达极显著水平,在一代种子园子代中最优家系的树高、胸径和单株材积分别大于最差家系21.94%、30.72%和97.75%,在二代种子园子代中最优家系的树高、胸径和单株材积分别大于最差家系23.42%、29.60%和90.09%,说明种子园中对亲本材料的再选择非常重要。依据子代的单株材积育种值在两测定点的位次及其变幅大小,将38个家系分成速生型、较速生稳定型、较速生不稳定型和慢生型4类,各类所占家系数分别有23.68%、26.32%、21.05%和28.95%,其中速生型和较速生稳定型家系所对应的亲本无性系可作为新建马尾松二代无性系种子园的优良建园材料。种子园子代主要生长性状的地点×家系、区组×家系的互作效应极显著,说明各家系在不同立地环境中生长表现不一致。【结论】马尾松无性系种子园良种效益显著,二代增益大于一代。通过选择速生型和较速生稳定型家系将有助于种子园建园亲本的再选择、现有种子园的留优去劣疏伐和重建新的种子园。鉴于子代主要生长性状的基因型与环境互作使各家系在不同立地环境中生长表现不同,建议对子代生长表现突出、结实量较多的无性系进行单系采种利用。     

马尾松二代无性系种子园的花期同步性

【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。     

介绍种子园的一种新配置设计——模式不完全区组设计

<正> 种子园的配置设计,是指参与建园的无性系 (或家系) 植株在各定植点上的安排方式。它涉及到种子园的产量和质量,也影响到种子园的施工和经营管理,这是种子园规划设计中的一个重要问题。早期建立的种子园,人们着眼于施工和经营管理的方便,但根据近二、三十年的经验,特别是对湿地松、火炬松、欧洲赤松和柳杉等种子园中花粉传播和自花授粉的研究,认为要提高种子的遗传品质,种子园配置中应着重考虑两个主要问题:一、同一无性系不同分株间应有较大的间隔距离,以减少自交;二、尽量减少不同无性系的固定搭配 (固     

基于自适应伪并行遗传算法的虚拟企业合作伙伴选择优化

针对虚拟企业运作期的任务分配要求,分析合作伙伴选择优化的目标,构建虚拟企业合作伙伴选择的多目标模型。针对传统遗传算法过早陷入局部收敛和收敛速度慢的缺陷,设计改进的遗传算法——自适应伪并行遗传算法对模型求解,通过算例验证算法的有效性。     

木荷优树无性系种质SSR标记的遗传多样性分析

【目的】利用SSR标记深入研究木荷优树无性系种质的遗传多样性,揭示其遗传多样性地理分布特点及种质间遗传关系,为木荷种质资源的保护和育种亲本的选择提供理论依据。【方法】利用10对SSR引物,分析我国5个省份24个地区的734份木荷优树无性系种质的遗传多样性和遗传结构。利用CERVUS、Gen AIEx 6.5、NTSYS、Arlequin和STRUCTURE 2.3软件进行无效等位基因检测、遗传参数估算、主坐标分析、聚类图构建、遗传变异分析及遗传结构分析。【结果】10对引物共检测到105个等位基因(Na),平均每个引物为10.5个,ss16引物检测到的等位基因数最多,为16个。Shannon’s信息指数(I)变化范围为1.121~1.908,平均值为1.473;多态信息指数(PIC)范围为0.557~0.807,平均值为0.668;平均期望杂合度(He)和观测杂合度(Ho)分别为0.713和0.735。木荷优树无性系种质的主坐标(PCo A)和遗传结构分析基本可以保持一致,供试734份木荷优树无性系种质可被分为3个PCo A类群,而在遗传结构上可划分为5个群组。24个种质群体间遗传距离范围为0.030~0.804,平均为0.230,表明群体间的亲缘关系较近,但仍有部分种质群体间存在较远的亲缘关系,如HNSZ和GDSX,JXFY和FJSX等;不同种质群体Shannon’s信息指数(I)变化范围为0.980~1.431,遗传多样性与地理分布不完全相关。STRUCTURE分析表明,71.1%的木荷优树无性系种质遗传组分相对比较单一,28.9%的种质遗传背景比较复杂。分子方差分析(AMOVA)表明,供试的木荷优树无性系种质有5.91%的遗传变异存在于群体间,而94.09%的遗传变异来自于群体内。【结论】木荷优树无性系种质存在丰富的遗传多样性,各群体间遗传多样性水平相差较大。在木荷杂交育种亲本选配时不仅要考虑地理远缘,还应考虑亲本群体(个体)间的亲缘关系。     

基于SSR的刺槐无性系遗传多样性分析和指纹图谱构建

【目的】对山东省刺槐无性系进行遗传多样性分析和指纹图谱构建,为刺槐新品种选育、遗传改良和品种鉴定提供可靠的依据,为中国其他省市刺槐遗传资源保存、评价与利用提供参考。【方法】采用荧光SSR引物进行PCR扩增,产物经毛细管电泳仪进行检测;利用所得结果分析49个无性系遗传多样性并构建其指纹图谱;采用非加权组平均法(UPGMA)进行基于亲缘关系的无性系聚类分析。【结果】8对SSR引物共检测到51个等位基因,每个位点的等位基因为2~15个,平均每对引物扩增出6.375个多态性等位基因。不同位点的PIC值变化范围很大,在0.092~0.879之间,平均PIC值为0.509 8。使用组间平均数联结法进行UPGMA聚类分析,结果表明49份无性系没有严格按照不同区域聚类到一起,无性系分组与现有栽培区没有明显的规律。来自临沂的‘鲁刺8’和‘鲁刺13’、青岛的‘鲁刺40’和‘鲁刺42’以及日照的‘鲁刺10’和‘鲁刺86’亲缘关系最近。本研究所使用的9对引物中,其中2对Rply109和rops16可以区分开45份无性系,鉴定率达到91.84%。检测到22个刺槐无性系在1个或者2个位点得到3个等位基因,表明这些无性系可能是发生自然变异的多倍体。【结论】山东省刺槐具有较高的遗传多样性。无性系分组与现有栽培区没有明显的规律。引物Rply109和rops16对49份无性系的分子鉴定率为91.84%,可作为刺槐指纹图谱构建和分子鉴定的高效分子标记。利用SSR标记构建的指纹图谱可为刺槐遗传资源管理、品种鉴定和知识产权保护奠定坚实的基础,同时为刺槐的引种和遗传育种亲本选择提供科学的理论依据。     

桉树无性系多区域联合测试的G×E分析及选优

【目的】对广西、广东和海南的五个地点桉树无性系进行生长性状遗传多样性分析和基因型与环境互作评价,以筛选出优良无性系。【方法】基于3.5年生桉树无性系的树高、胸径、材积、保存率和蓄积量数据。首先联合五个地点数据对各性状进行单因素方差分析和多重比较。然后建立线性混合模型进行单地点和多地点方差分析,以无性系、无性系×重复(地点)为随机效应,得出各性状的方差分量以及各无性系的BLUP值,从而计算各性状的遗传参数值。最后综合AMMI模型与BLUP-GGE模型选择优良无性系及适生环境。【结果】1)该研究表明各生长性状中的不同亲本、无性系、地点之间存在显著差异(P<0.01)。不同亲本中,粗皮桉×韦塔桉的各性状表现较好,其年均材积和蓄积量可达到每株0.069 0 m³、26.6 m³·hm^-2a^-1;不同无性系中,EC245为较为优良的无性系,材积和年均蓄积量可达每株0.090 9 m³、118.46 m³·hm^-2a^-1     

基于距离相关系数和KNN回归模型的森林蓄积量估测研究

【目的】探究Landsat8 OLI数据和KNN算法在森林蓄积量估测中的潜力。【方法】以湖南省湘潭县为研究区,采用Landsat8 OLI数据和同时期的二类调查数据,通过距离相关系数筛选特征,分别采用线性回归模型(MLR)、K-近邻模型(KNN)、距离加权KNN模型(DW-KNN)和优化欧式KNN模型(FW-KNN)对森林蓄积量进行估测。使用十折交叉方法进行精度检验,对检验结果进行对比分析。【结果】3种KNN模型的估测结果均高于传统的线性模型,并且在3种KNN模型中,FW-KNN算法效果最好,决定系数达到0.69,为3种模型中最高;3种KNN模型中,本研究优化欧氏距离KNN模型的估测精度最高,其均方根误差为30.3%,相比于传统KNN模型的均方根误差降低了5.1%,相比于DW-KNN模型降低了3.3%。【结论】采用DW-KNN蓄积量估测结果明显优于其他两种模型,说明通过特征与蓄积量的相关性优化样本间的距离是一种可行的KNN优化方法。     

马尾松建园无性系选配及亲缘关系控制的分析

以福建省邵武卫闽马尾松2代种子园无性系选配为例,分析建园无性系选配与亲缘关系控制的关系。结果表明,无性系选配应遵循遗传多样性、遗传增益高、结实性状再选择等原则,从广泛遗传基础中选择生长结实性状优异的无性系作为建园材料,利用随机与间距限止方法配置无性系,控制无性系之间自交与近交,尽可能防止近亲衰退现象发生。     

第七讲 针叶树嫁接技术

嫁接是树木无性繁殖方法之一,也是营建无性系种子园的关键性技术措施。嫁接有好多优越性:一是能够保持亲本的优良特性;二是能够提早开花结实,我区建立的落叶松、油松、樟子松种子园,一般嫁接五、六年后就可开花结实;三是能够选用不同性状的砧木,从而提高树木的适应性和抗逆性。目前国内外的林木种子园,绝大多数是通过嫁接方法培育良种。我区已建成种子园4,960亩,都是采用嫁接方式建立的。这一讲主要谈谈落叶松、油松、樟     

基于改进差分进化算法的鳞翅目昆虫图像识别方法

【目的】应用计算机图像处理技术提取昆虫图像特征,提出一种新的特征选择技术筛选昆虫识别相关的特征,以准确、快速地识别出鳞翅目昆虫种类。【方法】基于开源的利兹蝴蝶数据集和拍摄的以森林鳞翅目昆虫为主的数据集,采用改进的纹理特征提取算法(DRLBP)提取鳞翅目昆虫图像纹理特征,应用汉明距离计算的粒子间距离度量种群多样性,提出进化过程中自动调整多样性的方法,给出二进制自适应差分进化算法(BADE)。利用BADE算法筛选合适的较小维数的纹理特征子集,并用基于概率协同表示的分类器(PROCRC)进行图像分类。【结果】PROCRC分类器在所有数据集上均展现出良好分类效果,平均识别率分别为81.73%和88.18%。经特征选择后的昆虫的分类精度显著提升,最高提升率达13.49%。BADE的性能高于其他特征选择算法,且经BADE算法特征选择后纹理数据集的维数和分类所需时间均显著下降,其降维率接近50%,时间减少率最高达50%。【结论】BADE算法可有效进行特征选择,提高识别精度,节约模型的识别时间,利用群体智能优化算法对鳞翅目昆虫图像进行特征选择的方法具有可行性,DRLBP和BADE算法相结合的鳞翅目昆虫识别方法在农林昆虫的快速、准确识别中具有广阔应用前景。     

基于遗传算法的森林抚育间伐小班智能选择

【目的】探索在森林抚育间伐任务目标控制下,基于空间分析和遗传算法的森林抚育间伐小班智能选择方法,为以小班为单位的作业方案编制等后续森林经营活动提供决策支持。【方法】以内蒙古赤峰市桦木沟林场为例,根据抚育间伐任务和经营者指定的基本属性条件,基于空间查询或点缓冲区分析方式选择出空间分布连续的小班作为初始小班集合,设计环带控制算法(ACA)动态计算点缓冲区的初始半径和步长。以迫切度、难易度和立地因子构建目标条件函数,用目标条件值衡量小班与任务目标的符合程度,并以目标条件值最大为目标条件、任务面积为限制条件建立抚育间伐小班智能选择的数学模型,使用改进的遗传算法(IGSEGA)进行求解,从而对初始小班集合内的小班进行优选,得到最符合任务目标的小班集合。【结果】研究区内指定任务面积300 hm~2、上限值5%和其他条件,基因交叉率0.6,变异率0.3,变长系数3,迭代次数100,目标函数各参数根据任务要求进行设置。ACA算法计算得到初始半径1 407 m,且只需1次半径扩增即可构造出初始小班集合,普通点缓冲区分析由于初始半径和步长的不确定性,分析效率明显低于ACA算法。以林场场部为中心点选择时得到小班40个,所选小班皆为符合基本条件且最接近目标条件值的小班,另外2个测试点得到的结果同样说明算法的智能性和有效性。由于IGSEGA算法构建的初始个体适应值已较为接近最优解,经14~15次迭代即可求解出任务目标小班集合,求解效率优于标准遗传算法(SGA)。【结论】提出森林抚育间伐小班智能选择概念,以迫切度、难易度和立地因子构建目标条件函数,同时构建小班选择的数学模型并采用IGSEGA算法进行求解。设计ACA算法优化点缓冲区分析,可提高空间分析效率,改进贪婪策略对遗传算法的编码方式及对应的遗传算子,为森林抚育间伐小班智能选择的实现提供一种有效方法,该方法还可应用于造林、林分改造等其他经营任务中对小班进行智能选择,为后续森林经营活动提供决策支持。     

火炬松种子园球果生产中无性系间和年份间的变异

在种子园生产经营中,无性系间球果生产的差异、年份间的变化以及种子生产与后代生长的遗传相关性,往往影响到经营方案的制订。本文对美国两个火炬松种子园的球     

红松坚果园(林)营建方法的探讨

根据红松坚果园(林)营建存在的问题和已有遗传改良基础上总结出原有红松种子园改建、原有红松人工林的疏伐改建、原有樟子松人工林的改建等现有人工林改建坚果园方法,并提出利用原有红松种子园无性系测定资料、新选坚果型优树、坚果型采穗圃的营建和管理等新建坚果园营建及管理方法,建议持续进行红松高世代改良研究。     

基于转录组测序的陈山红心杉EST-SSR开发及应用

【目的】目前杉木分子标记数量无法满足种质资源评价及分子标记辅助育种等相关研究需求,需要开发更多的杉木SSR标记十分重要。【方法】以陈山红心杉转录组测序数据为基础,进行EST-SSR标记的检测和开发,并对陈山红心杉二代种子园进行遗传变异分析。【结果】转录组测序共获得99 122 394个reads片段,包含了14.87 Gb的序列数据。序列组装后,获得76 597个unigene,共计104.18 Mb数据,平均长983 bp。寻找到8 072个SSR位点,单核苷酸和三核苷酸是主要重复类型,分别占总数的66.30%和17.48%,其次是二核苷酸重复类型,占总数的12.31%。AT/TA和AG/TC是主要的双碱基重复序列,分别占总位点数的6.79%和1.93%。AGA/TCT和AAG/TTC是主要的三碱基重复序列,分别占总位点数的1.45%和1.44%。从随机挑选的150对SSR引物中筛选出11对多态性引物。陈山红心杉二代种子园SSR位点间的平均等位基因数为4.4个,有效等位基因为2.4个;群体平均观察杂合度、期望杂合度、Shannon多样性指数分别为0.533 5、0.563 8、1.003 4,表明该种子园遗传多样性较高。陈山红心杉二代种子园无性系间的遗传相似系数在0.240 0～0.977 8之间,平均值为0.589 3,说明这一群体有较宽的遗传基础。在阈值0.62处可将无性系划分为6个亚群体,亚群体内个体数量差异较大。【结论】本研究基于陈山红心杉转录组数据开发出11对EST-SSR标记,丰富了杉木分子标记库,这些标记可用于杉木种质资源评价、遗传多样性分析及分子标记辅助育种等方面。