火炬松木材密度和纖維長度近紅外光譜分析

火炬松木材密度和纖維長度近紅外光譜分析

使用近紅外光譜技術(shù)，可以快速有效地分析樣本，節(jié)約實驗成本。同時，還可以進(jìn)行在線分析和損傷分析，這有助于提高實驗效率。為了提高育種選擇效率同時也能減少對試驗林的損傷，本研究使用近紅外光譜技術(shù)對火炬松材性性狀進(jìn)行分析，運(yùn)用本課題組已建立的火炬松木材密度和纖維長度近紅外預(yù)測模型(1結(jié)果與分析1.1家系大小木材密度變異程度對火炬松木材密度、纖維長度和胸徑數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計，可知(表1;表2)。木材密度在單株中的最大值及最小值分別出現(xiàn)在家系290和家系296中，家系295的木材密度變異程度最大，家系289的木材密度變異程度最??；纖維長度在單株中的最大值及最小值也分別出現(xiàn)在家系290和家系296中，家系255的纖維長度變異程度最大，家系298的纖維長度變異程度最小。胸徑在單株中得最大值及最小值分別出現(xiàn)在家系294和家系257中，家系245的胸徑變異程度最大，家系287的胸徑變異程度最小。對火炬松3種性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗，其正態(tài)檢驗Q-Q圖顯示(圖1)，三種性狀的數(shù)據(jù)符合正態(tài)性分布，可以用于后續(xù)分析。1.2火炬松生長和生長重性狀成分間、區(qū)組間比較木材密度、纖維長度和胸徑在不同家系方差分析結(jié)果表明(表3)，3個性狀在家系間、區(qū)組間存在極顯著的差異，家系與區(qū)組互作效應(yīng)極顯著，這表明環(huán)境對火炬松木材密度、纖維長度和胸徑有顯著影響，3個性狀在家系間均具有較大的選擇潛力。1.3家系間相關(guān)性狀的分析使用Duncan法(ALPHA=0.05)進(jìn)行多重比較，分析每兩個家系間的顯著性差異(表4)。結(jié)果表明，木材密度、纖維長度和胸徑入選A組的家系分別有16、15、14個。其中286、236和290號家系在木材密度和纖維長度兩性狀中均處在前三位，294號家系在胸徑性狀中處于第一位。同時入選3種性狀A(yù)組的家系有7個，分別為294、245、246、290、291、232和237號家系。在后續(xù)的造林工作中，可以重點使用同時入選3種性狀A(yù)組的家系營造火炬松人工林，并且可以提高286、236、290和294號家系內(nèi)優(yōu)良單株的入選率，以進(jìn)一步獲得較好的遺傳增益，豐富火炬松育種資源。1.4優(yōu)良家系和優(yōu)良性狀分析使用ASReml軟件估算3種性狀的家系育種值及遺傳力。將優(yōu)良家系入選率定為10%，則3種性狀分別入選3個優(yōu)良家系(表5)，入選的高木材密度優(yōu)良家系依次為286、236和245號家系，其中286號家系的育種值最大，為0.015；入選的長纖維優(yōu)良家系依次為286、236和290號家系，其中286號家系的育種值最大，為0.113。入選的大胸徑優(yōu)良家系依次為294、237和245號家系，其中294號家系的育種值最大，為1.628。286和236號家系同時入選高木材密度和長纖維長度的優(yōu)良家系，245號家系同時入選木材密度和大胸徑的優(yōu)良家系，圍繞這3個家系進(jìn)行人工造林將有利于獲得木材密度大、纖維長度長和胸徑大的火炬松人工林。計算3種性狀的家系及單株遺傳力(表6)，火炬松木材密度的家系遺傳力與單株遺傳力分別為0.44±0.21和0.42±0.17，纖維長度的家系遺傳力與單株遺傳力分別為0.34±0.18和0.29±0.02，胸徑的家系遺傳力與單株遺傳力分別為0.46±0.16和047±0.52，說明三種性狀均受到較強(qiáng)的遺傳控制。1.5表型和遺傳的相關(guān)性對火炬松3個性狀進(jìn)行遺傳和表型相關(guān)分析(表7)，結(jié)果表明，木材密度、纖維長度和胸徑3種性狀兩兩之間均呈表型正相關(guān)關(guān)系，其中纖維長度和木材密度間的表型和遺傳均呈極顯著正相關(guān)，胸徑與木材密度和纖維長度在遺傳上呈弱相關(guān)關(guān)系。這說明，在遺傳選育工作中，火炬松木材密度與纖維長度兩性狀具有同步改良的潛力，胸徑與兩性狀需要進(jìn)行獨立選擇進(jìn)行改良。2dunpan多重比較分析準(zhǔn)確的遺傳評估和測定對林木遺傳育種工作有著重要的意義。本研究以引自美國火炬松第一代種子園的27個自由授粉家系為研究對象，對共計467個單株進(jìn)行生長調(diào)查，測定其胸徑大小，并且使用近紅外預(yù)測模型測定樣本的木材密度和纖維長度。方差分析結(jié)果顯示，3種性狀在家系間存在顯著差異，有較大的選擇潛力。DUNCAN多重比較分析顯示，7個同時入選3種性狀A(yù)組的家系(294,245,246,290,291,232,237)配合選擇各組中有明顯優(yōu)勢的家系(286,236,290,294)可以進(jìn)行人工林的營造，以獲得木材密度大、纖維長度長、胸徑大的火炬松人工林。以育種值作為參考，可以有效縮小選育范圍，提高選育效率，降低選育成本(本研究中對火炬松木材密度、纖維長度、胸徑3種性狀的家系遺傳力、單株遺傳力及性狀間的遺傳和表型相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明3種性狀的家系及單株遺傳力均處于較高的水平。火炬松木材密度的家系遺傳力為0.44±0.21，本研究是基于近紅外預(yù)測模型對火炬松的材性性狀的測定結(jié)果進(jìn)行的分析，通過使用該方法，我們提高了性狀數(shù)據(jù)獲取的效率，可以在相同時間內(nèi)獲得更多樣本的數(shù)據(jù)，研究工作得以更加高效、穩(wěn)定得開展。在未來的育種研究工作中，增加建模樣本數(shù)量、優(yōu)化建模參數(shù)、提高模型準(zhǔn)確率以及建立其他性狀的預(yù)測模型可以更好的輔助推進(jìn)育種工作的發(fā)展。3材料和方法3.1南緣熱價區(qū)營造區(qū)氣候特點試驗地位于廣東省英德市林業(yè)科學(xué)研究所(24°15′N,113°45′E)。試驗地年平均溫度20.1℃，最高溫度38.5℃，最低溫度-3.6℃，年積溫6200℃，年降雨量1918mm，屬南亞熱帶北緣區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，適于火炬松生長。試驗地為低丘，坡度<25°，海拔50m，土壤為砂頁巖發(fā)育而成的赤紅壤，pH5.2-6.7，土層深>1m。3.2材料設(shè)置區(qū)組以美國引進(jìn)的27個第一代種子園自由授粉家系為試驗材料。依地形將試驗安排在2個地塊上進(jìn)行(分別編號為9和10)，在9號樣地上設(shè)置了2個區(qū)組(編號為V,VI)，在10號樣地上設(shè)置了4個區(qū)組(編號為I,II,III,IV)。試驗采取隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計，6次重復(fù)，5株行式小區(qū)。試驗區(qū)的栽植密度為2.75m×2.75m，于1997年春季造林。另以英德火炬松第一代種子園自由授粉子代作為對照(CK)。2016-07對試驗林進(jìn)行生長調(diào)查，使用12mm生長錐鉆取全部單株樹高1.3m處的木芯并貯存于-80℃冰箱，樣品共計467個。3.3光譜采集和近紅外預(yù)測模型的測定)的操作方法，使用DA7200近紅外儀進(jìn)行光譜采集，采集波段為650-950nm，分辨率為5nm。運(yùn)用近紅外預(yù)測模型測定樣品的木材密度和纖維長度。模型概述(3.4遺傳模型的建立運(yùn)用ASReml軟件對三種性狀的育種值、遺傳力和相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計算((1)家系線性模型：式中：(2)表型相關(guān)