第六章 交配设计和遗传测定

1、第六章,遗传测定和交配设计,通过本章学习，掌握林木遗传交配设计、环境设计的,常用方法以及遗传测定分析与评价的方法。,1,林木遗传测定,2,遗传交配设计,3,环境设计,4,遗传测定分析与评价,1,林木遗传测定,一、遗传测定及其目的,1,概念,遗传测定（,Genetic testing,）：通过对选育材,料当代（无性系）以及通过各种交配设计获得,的子代所进行的田间对比试验以及对试验结果,进行遗传评价的过程。,遗传改良的核心工作。,1,林木遗传测定,遗传测定的对象：包括种源、林分、优树及,其子代、无性系、杂种等。对家系及其亲本的,遗传测定称作子代测定（,Progeny test,），对无,性系的遗传

2、测定称作无性系（,Clonal test,）测,定，它们是遗传测定的两个主要方面。,1,林木遗传测定,2,遗传测定的主要目的,1),测定性状受遗传控制的程度，估算不同选,择方式下的改良效果，指导性状的改良；,2),评价测定对象性状表现的优异程度，为进,一步的选择利用提供依据；,1,林木遗传测定,3),研究改良性状与环境因素的相互关系，导致,性状变异的主要因素，为良种的推广利用提,供参考。,4,）在遗传测定群体中，也收集和保存了大量,的优良育种资源，可以为持续的遗传改良提,供合适的遗传材料。,1,林木遗传测定,二、子代测定,子代测定：主要是用于评价一母本或父本性,状遗传的程度，以及一个亲本与其它

3、亲本交,配所产生子代的遗传品质的优异程度。,1,林木遗传测定,（一）子代测定的主要研究内容,1,估算主要经济性状的变异来源和遗传控制程,度,(,遗传力,),。,2,估算亲本的育种值（）、一般配合力,（,GCA,）和组合的特殊配合力（,SCA,）。,1,林木遗传测定,3,估算不同选择方式的遗传增益。,4,估算性状间的相关、多性状综合改良、主要,性状的间接和早期选择效果。,5,研究家系与环境交互作用,影响家系稳定性,的环境因素，家系对环境的适应性。,1,林木遗传测定,（二）用途,1,为进一步的遗传改良提供指导性遗传参数。,2,依据测定结果来剔除初级种子园中的不良亲,本，筛选改良种子园的建园亲本，为

4、下一改,良世代提供亲缘关系清楚的遗传材料。,3,筛选优良家系和提供优良家系的适用范围。,4,示范与宣传作用。,1,林木遗传测定,（三）配合力,1,概念,1,）配合力（,Combining ability,）：亲本某一性状,在不同交配后代中表现的相对差异。是反应杂,交组合中各性状配合能力的指标，是选择亲本,的依据。,1,林木遗传测定,2,）一般配合力（,General Combining ability,，,GCA,）：在一个交配群体中，某个亲本的若,干交配组合子代平均值距交配群体子代总平,均值的离差。一般认为是由基因的加性效应,作用的结果，相当于亲本育种值的一半；,亲本,P,i,的一般配合力：

5、,g,i,=X,i,.-X.,1,林木遗传测定,3,）特殊配合力（,Special Combining ability,，,SCA,）：在一个交配群体中，某个交配组合,的子代平均值距交配群体子代总平均值及双,亲一般配合力的离差。,特殊配合力是由基因的非加性效应，即,显性和上位作用的结果；特殊配合力仅能反,映特定交配组合中父母本的互作效应，特殊,配合力大小本身不能说明亲本的优劣。,特殊配合力,S,ij,=X,ij,-X.-g,i,-g,j,S,C3,=X,c3,-u-,g,c,-,g,3,=11.6-10.6-0.3-0.1=0.6,10.2 11.0 10.6 10.8,10.1 10.0 9

6、.6 9.8,9.2 12.0 11.6 10.8,10.6 10.3 11.1 11.5,10.7,9.9,10.9,10.9,10.0,10.9,10.7,10.7,10.6,平,均,平,均,g.c.a,0.1,-0.7,0.3,0.3,g.c.a,-0.6,0.3,0.1,0.1,2,1,3,4,A,B,C,D,某,杂,交,组,合,性,状,调,查,与,配,合,力,计,算,1,林木遗传测定,2,配合力的应用,1,）育种值是林木育种工作的重要参数，它等,于一般配合力的两倍。加倍的原因是由于每,个亲本只能为其子代提供半数基因。,2,）配合力是针对各个测定性状而言，不是对,亲本个体而言；同一亲本

7、不同性状的配合力,不同，多个性状同时改良时，要综合考虑各,性状的表现；,1,林木遗传测定,3,）只有在亲本的一般配合力表现较好时，特殊,配合力的利用才更有价值,;,在林木良种繁育中，常选用一般配合力,高的无性系建立由许多无性系组成的种子园；,而用特殊配合力高的无性系营建由两个无性,系组成的种子园。,1,林木遗传测定,三、,无性系测定,（一）无性系测定的目的,掌握优良个体在无性繁殖时性状表现的稳定,性或可重复性，是优良无性系选择的基础工,作。,1,林木遗传测定,（二）无性系测定中要注意的特殊问题,1.,用无性系测定结果不能准确估测其子代的,性状表现程度,2.,成熟效应与位置效应的影响,3.,插条

8、粗细和长度、采集部位的影响,4.,砧木与嫁接效应,1,林木遗传测定,四、,遗传测定内容,主要根据育种目标和树种的特点来规定，涉,及的性状有：生长性状、干形指标、树冠结,构特征、木材质量、抗逆性、非木质经济产,品的产量和质量、形态特征、结实能力等,2,遗传交配设计,交配设计（,Mating design,）：根据遗传测定的,具体要求和工作条件，对亲本交配组合或制种,所作的安排。,2,遗传交配设计,一、,交配设计的分类与评价,1,不完全谱系设计（,Incomplete pedigree mating,design,）：只知一个亲本的交配设计。通常是,只知母本、不知父本。,2,遗传交配设计,?,自由

9、授粉交配设计,（,Open pollinated mating,design,）：直接从选择的优树上，或从种子园,的嫁接植株上采收自由授粉种子，按无性系或,单株进行性状测定。,自由授粉交配设计,?,最简单、最容易、最便宜,的获得子代群体的,方法,?,可用于子代测定，能估算亲本的一般配合力,。,可用于种子园的去劣疏伐；需等到开花结实,盛期，因为生殖力变异等导致非随机授粉，,使育种值估计有偏差,?,能估算加性遗传方差和遗传力,，不能估算非,遗传方差（父本未知）和特殊配合力,自由授粉交配设计,?,不能用于高世代育种,。因为谱系不清，亲缘,关系不清，不利于控制近交，而林木多为异,花授粉，近交衰退。如果

10、从天然林种距离较,远的母树上采集种子建立子代测定林，则可,以从中选择植株用于下一代育种，但由于中,选植株的父本未经选择，会降低通过选择获,得的遗传增益。（分子生物学技术，,BWB,）,2,遗传交配设计,?,多系混合花粉交配设计,（,Polycross,（,Pollen,mix,，,Polymix,）,mating design,）：用多个没有,亲缘关系的父本花粉混合后对待测母本进行授,粉的交配设计方法。,?,可以估算加性遗传方差、遗传力、母本育种值,，,不能估算非加性遗传方差和特殊配合力；由于,可能的非随机授粉（花粉生活力变异、花粉竞,争）会,导致育种值估计偏差,；,不单独用于高世,代育种,。

11、,2,遗传交配设计,2,完全谱系设计（,Complete pedigree mating,design,）,:,子代的双亲都已知的交配设计,2,遗传交配设计,?,单交,（,Single-pair mating design,）：指在一个,育种群体中，每一个亲本只与另一个亲本交配,一次，或作母本，或作父本，不再参与第二次,交配。,单交,（,Single-pair mating design,）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,X,2,3,X,4,5,X,6,7,X,8,单交,?,可以通过,最少的交配组合产生最多数目的没,有亲缘关系的子代家系，,最适用于高世代育,种产生育种群体；,?,同其它交

12、配设计配合，,维持较大的有效群体,大小,（保持遗传多样性）；,?,不能估算一般配合力，,能估算特殊配合力,，,也不能估算加性和非加性遗传方差。,巢式（套式）交配设计,（,Nested mating design,，,Hierarchical mating design,，,NC,（,North Carolina,）,State Design I,）,?,即将亲本分为父本组和母本组，每一组父本,与另一组不同母本之间进行交配。,1,2,3,巢式（套式）交配设计,?,可以估算加性和非加性遗传方差和遗传力。,?,缺点：,只能估算性别组较小的亲本（一般是,父本组）的一般配合力,，因为较大的性别组,（母本

13、组）的每一个成员通常只参与一次交,配；由于从子代中得到没有亲缘关系的植株,的数量受父本组数量的影响而太少，,较难用,于高世代育种,。,测交系设计（,Tester design,）,?,又称析因交配设计（,Factorial design,，,NC State Design,II,），是指人为利用测交系按所有可能的组合与另一个,性别组的待测亲本交配。,测交系,是指用来与待测亲本交,配的少数亲本或无性系，一般作父本，亦可作母本。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,测交系设计,?,能估算方差组分、遗传力、一般配合力和特,殊配合力,?,缺点是得到没有亲缘关系的子代数等于测交,系的数目，不

14、利于高世代育种。,不连续的析因交配设计,（,Disconnected factorial mating design,）,?,将亲本分成几组，在每组内采用析因交配设计,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,不连续的析因交配设计,?,可以增加没有亲缘关系的子代数目，但由于,每一组中的个体是同不同的亲本交配，子代,测定的效果不如测交系设计,?,一般配合力估算有偏差，每一组中的亲本数,目越多，这个问题越不严重。,2,遗传交配设计,?,双列交配设计（,Diallel mating design,）：包,括一组亲本间所有可能杂交组合的交配设计。,?,四种形式：包括正交、反交和自交；包括自

15、,交和正交（或反交）；包括正交和反交，不,含自交；包括正交（或反交），不包括自交。,完全双列交配设计（,Complete,（,Full,）,diallel mating design,）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,完全双列交配设计,?,包括所有有可能的交配组合：正交、反交、,自交,?,有,n,个个体，则有,n,2,个交配组合,?,能估算一般配合力、特殊配合力、方差组分，,产生最大数目的没有亲缘关系的子代,?,理论上最理想，缺点是,交配组合数太多，工,作量太大,双列交配设计,（自交和正交（或反交）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,

16、8,完全双列交配设计,（正交和反交，不含自交）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,半双列交配,（正交或反交，不含自交）,（,Half diallel mating design,）：效果几乎同完全双列,交配，工作量、交配组合数大大减少，但仍然较多,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,部分双列交配,（,Partial diallel mating design,）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,具有完全双列交配或半双列交配的大多数优点，,能估算所有亲本的,GCA,和部分亲本的,SCA,，能估,算加性和非加

17、性方差，产生最大数目的没有亲,缘关系的子代。,不连续的半双列交配,?,把所有亲本分为若干组，每一组通常包括,6,个,亲本，在每组内采用半双列交配。,不连续的半双列交配,（,Disconnected half diallel mating design,）,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,不连续的半双列交配,?,具有完全双列交配的很大部分优点,?,交配组合数大大减少：如,n=18,，,完全双列交配组合数,：,n,2,=324,；,半双列交配（不包括自交）组合数,：,18,（,18-1,）,/2=153,；,三个,6,亲本（,n=6,）不连续半双列交配组合数,：,3

18、,n,（,n-1,）,/2=3,6,（,6-1,）,/2=45,2,遗传交配设计,二、交配设计的评价与选择原则：,1,是否估算,GCA,、,SCA,，遗传力，育种值，方差,组分等,2,产生无亲缘关系子代的数量及是否适于选择,，,是否适于高世代育种,3,工作量的大小和选择效率,4,时间的早晚：能否立即开展子代测定，或需等,开花后再制种测定,?,各有特点和适用范围，应灵活选用或组合选用,3,环境设计,（田间试验设计）,一、试验设计的目的、要求和原则,1.,试验设计目的：使所得数据能准确可靠地,反映供试材料的性状遗传表现特征。,2.,试验要求：,减小试验误差,利于正确估计试验误差，防止系统误差,试验

19、结果有代表性,准确高效,3,环境设计,3.,总原则,:,重复：估算误差，提高精度，增强试验代表,性；,随机化：,防止系统误差，正确估计试验误差,和处理间遗传差异；,局部控制：降低误差，各试验重复（区组）,内的试验条件尽量一致。,3,环境设计,二、试验地和试验小区,1.,试验地的选择要求,试验地的代表性,：试验环境能代表将来遗传材料利用,地区的自然环境；,试验地的立地条件一致,：在梯度环境变化的试验地要,通过合理按排区组和小区来减小系统误差；,根据需要设置多地点试验,：了解遗传型和环境的交互,作用,.,一定环境下各遗传材料相对表现不一的现象,影,响良种推广的适宜环境选择。,3,环境设计,2.,试

20、验小区的合理安排,（,1,）试验小区大小：,单株小区,：测定材料多、时间短、统计效率高。,少株小区,4-25,株,用于子代和无性系测定等。,多株小区,49-100,株，,利用估算产量，多用于初,选优良遗传材料的进一步对比试验,/,推广试验,/,良,种示范林等。,3,环境设计,（,2,）小区的合理排布,在有环境梯度变化的试验地，少株或多株小,区为长方形，排列时小区长轴平行于环境变,化梯度，各小区相互平行。,3,环境设计,三、试验要求,1,测定的材料要有代表性；,2,测定方式以田间对比试验为主，有足够重复；,立地条件要均一，苗木和栽培措施一致；试验,设计符合田间试验设计的基本原则,3,遗传测定中要设有当前生产水平的,对照材料,。,3,环境设计,四、林木育种中常用试验设计,1.,完全随机区组设计,2.,平衡不完全区组设计,(BIB),3.,多点完全随机区组设计,4.,巢,(,套,),式设计,4,遗传测定分析与评价,一、数据处理,测定取得数据后，了解数据的性质，能直接利,用的直接用于统计分析，不能直接利用的要进,行数据转换。,4,遗传测定分析与评价,二、遗传参数估算：,?,遗传力,?,重复力,?,配合力,?,遗传增益,?,遗