白桦核心种质构建的抽样方法

1 n
CVC ( i) i = 1 CV I( i)
×100% 。式 中 :
CVC ( i)是核心子集第 i个性状的变异系数 ; CV I( i) 是原始群体
第 i个性状的变异系数 ; n是数量性状总数 。
参考文献 [ 19 ]的方法 ,以核心种质与原种质资源群体均
值存在显著差异 (α = 0. 05)的性状小于等于 20%和极差符合
聚类方法 :采用系统聚类法中的不加权类平均法 (UPG2 MA ) ,即定义组 GK 和组 GL 之间的距离为 DM2 J = ( nK / nM ) D2KJ + ( nL / nM ) DL2J 。式中 : nK 和 nL 分别为 GK 和Fra Baidu bibliotekGL 的家系个数 ; dij
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netic parameters, clustering result, and distribution pattern of the three samp ling methods were studied in term s of four
quantitative traits of diameter at breast height, tree height, volume and cellulose content of 240 fam ilies of B etu la platyphy lla, by the M ahalanobis distance and the Unweighted pair2group method under 10 percent samp ling p roportion.
germp lasm s. Keywords B etu la pla typhy lla; Germp lasm collection; Core collection; Samp ling methods
植物种质资源是作物品种选育的重要物质基础 。截止 2001年 ,已有 610万份作物种质资源被收集保存 [1 ] 。但种质 资源库数量的不断增加给保存 、评价 、研究和利用带来了众多 困难 。1984年 , Frankel等 [2 ]在种质资源的基础上提出构建核 心种质 ,以最少数量的遗传资源 、最大限度地保存整个资源群 体的遗传多样性 ,从而解决种质资源收集和保存中存在的问 题 [3 ] 。20世纪末 ,已有 51 个物种构建了 63 个核心种质 [4 ] 。 然而 ,林木核心种质构建严重滞后于作物 ,国内外进行过相关 研究的 树 种 仅 限 于 咖 啡 ( Coffea ) [5 ] 、可 可 ( Theobrom a caca2 o) [6 ] 、大叶千斤拔 ( F lem ing ia m acrophy lla) [7 ] 、桃 ( P runus per2 sica (L. ) ) [8 ] ,中国蜡梅 ( Ch im onan thus praecox) [9 ] 、中国茶树 ( Cam ellia sinecsis) [10 ] 、桃 ( P runus persica) [11 ]和珙桐 (D avid ia involucra ta) [12 ]等树种 ,针对白桦核心种质构建抽样方法的研 究国内外均无报道 。白桦 (B etula pla typhylla)耐寒强 、山地适 应性好 、生长速度快 ,集中分布于我国东北三省及内蒙古自治 区 ,是我国极为重要的树种之一 [13 ] 。“八五 ”以前 ,人们对其 经济价值及重要性认识不足 ,在营林生产中经常对其进行清 除处理 ,导致其种质资源严重流失 。因此 ,开展白桦核心种质 构建研究势在必行 。笔者以白桦种质资源收集圃 (种源试验 林 )中 240个家系胸径 、树高 、材积和纤维素含量数据为依据 , 通过比较和分析多次聚类随机抽样法 、多次聚类优先取样法 和多次聚类偏离度取样法建立的核心种质遗传参数 、聚类结 果和分布格局后 ,选择适合白桦核心种质构建的抽样方法 ,从 而使构建的核心种质在保存原资源群体变异模式和变异量的 前提下 ,也能保持原有的分布格局 。
遗传距离计算 :由于生物性状间一般存在不同程度的相 关性 ,因此采用马氏距离计算家系间的遗传距离 。假设有 n 个家系 ,采用 p个性状进行聚类 , 则第 i个家系与第 j个家系
间的 马 氏 距 离 为 dij = ( xi - xj ) ′S - 1 ( xi - xj ) 。式 中 : xi = ( xi1 , xi2 , …, xip ) ′; xj = ( xj1 , xj2 , …, xjp ) ; S 为样本协方差矩阵 。
关键词 白桦 ;种质资源 ;核心种质 ;抽样方法 分类号 S792. 153
Sam pling M ethod for Con structing Germ pla sm Core Collection s of B e tu la p la typhylla /W ei Zhigang, Gao Yuchi, Yang Chuanp ing, L iu Guifeng, L iu Guanjun, Zhang Hanguo ( Key Laboratory of Forest Tree Genetic and B iotechnology, M inistry of Education (Northeast Forestry University) , Harbin 150040, P. R. China) / /Journal of Northeast Forestry Uni2 versity. - 2009, 37 (7). - 1～4
Stepw ise clustering w ith random samp ling strategy, stepwise clustering w ith p referred samp ling strategy, and stepw ise clustering w ith deviation samp ling strategy were used to construct germp lasm core collection of B etula pla typhylla. The ge2
布类群 ,需要首先确定白桦种质资源的自然类群 。即采用马 氏距离计算 240个家系间的距离 ,并以不加权类平均法进行 聚类划群 (图 1) 。根据树状图确定距离为 8. 089 (相似性为 83. 206)时进行分类 ,因而共得 5个不同的类群 :宁夏的六盘 山种源家系聚为一类 ;新疆的天山西部种源家系为一类 ;内蒙 古自治区的绰尔和莫尔道嘎种源家系为一类 ;辽宁省的草河 口 、桓仁 、清源 、长白山和吉林省的汪清 、辉南和露水河种源家
2 研究方法
性状测定 :对每个区组内的各家系随机挑选 10株树测量 胸径及树高 ,并取胸径处的木芯用来测量纤维素含量 ,以 5个 区组平均值作为家系各性状值 。根据测定的单株树高和胸径 值 ,按照文献 [ 14 ]提出的白桦二元材积表计算单株材积 。为 了分析数据时统一小数位数 ,材积计算结果均 ×100 作为每 个单株材积大小 。由于试验过程中利用的是不同家系的纤维 素含量的相对值而非各家系纤维素含量的绝对值 ,因此 ,试验 采用文献 [ 15 ]的方法测量单株纤维素含量 ,从而减少试验工 作量 。另外 ,由于纤维素含量属百分数数据 ,不符合方差分析 时正态分布的要求 ,因此 ,测定值经反正弦转化后进行 z分数 转换 ,转换公式 : z = ( x - μ) /σ。随后对于分数 z进行 T 分数 线性转换 ,转换公式 : T = 10z + 50。
2
东 北 林 业 大 学 学 报 第 37卷
为 GK 中的家系与 GL 中家系之间的距离 。 抽样策略 :采用 3种抽样方法 ,即 :多次聚类随机聚样法 、
多次聚类优先取样法和多次聚类偏离度取样法 [16 - 18 ] 。
核心材料的评价 :通过 4个指标评价不同方法构建的白 桦核心种质代表性 。
(林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室 (东北林业大学 ) ,哈尔滨 , 150040)
摘 要 以白桦种质资源 240个家系的胸径 、树高 、材积和纤维素含量数据为依据 ,在采用马氏距离计算家系 间距离 、不加权类平均聚类法和 10%的抽样比例下 ,研究了多次聚类随机抽样法 、多次聚类优先取样法和多次聚 类偏离度取样法构建的核心种质遗传参数 、聚类结果和分布格局 。结果表明 ,多次聚类优先取样法构建的核心种 质最能代表原种质群体 。
Result show s that the core collection constructed by the stepw ise clustering w ith p referred samp ling strategy could not only
conserve the pattern and quantity of variance of each trait, but also keep the distribution structure of B etu la platyphy lla
n
n
∑ ∑ 均值差异百分率 :MD
=
1 n
i=1
(1 -
p2ij ) 。式中 , pij是第
j=1
i个性状第 j种表现型的频率 ; m 是第 i个性状表现型的数目 ;
n是数量性状总数 。
方差差异百分率 : VD = ( SF / n) ×100% 。式中 : SF 为核心 子集与原始群体进行 F测验得到的方差差异显著 (α = 0. 05)
率不低于 80%作为白桦核心种质代表原群体遗传变异及结
构的最低标准 ,而且 , CR 和 VR 值越大 ,核心种质的代表性就 越强 。
数据处理 :数据标准化 、距离计算 、聚类分析 、核心子集构 建和评价参数计算 ,均通过 SAS 8. 0软件完成 。
3 结果与分析
3. 1 白桦原始群体的聚类和空间分布 为了保证构建的核心种质能代表白桦种质资源的自然分
1 材料
白桦 240个家系材料来源于东北林业大学帽儿山试验林 场 1999年营造的白桦种源试验林 ,该试验林按完全随机区组 排列 ,重复 5次 ,每小区 15～20株 ,单行排列 ,株行距 1. 5 m × 1. 5 m。种源的试验产地分别来自宁夏的六盘山 ,新疆的天山 西部 ,内蒙古自治区的绰尔和莫尔道嘎 ,辽宁省的草河口 、桓 仁 、清源和长白山 ,吉林省的汪清 、辉南和露水河 ,黑龙江省的 小北湖 、东方红 、乌伊岭 、凉水和帽儿山 。每个种源包括 15个 家系 。
的性状数 ; n是数量性状总数 。
n
∑ 极差符合率 : CR =
1 n
RC ( i) R i = 1 I ( i)
×100% 。式中 : RC ( i) 是核
心子集第 i个性状的极差 ; R I( i) 是原始群体第 i个性状的极
差 ; n是数量性状总数 。
n
∑ 变异 系 数 变 化 率 : VR
=
1) 科技基础性工作专项课题 ( 2007FY110400 - 3 ) 、黑龙江省重 点科技攻关课题 ( GA06B301 - 4) 。
第一作者简介 :魏志刚 ,男 , 1973年 5 月生 ,林木遗传育种与生物 技术教育部重点实验室 (东北林业大学 ) ,副教授 。
收稿日期 : 2008年 7月 24日 。 责任编辑 :张建华 。
第 37卷 第 7期 2009年 7月
东 北 林 业 大 学 学 报 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY
Vol. 37 No. 7 Jul. 2009
白桦核心种质构建的抽样方法 1)
魏志刚 高玉池 杨传平 刘桂丰 刘关君 张含国