第九章 试验设计.ppt

1、第九章 林木育种中的实验设计Experimental design in forest tree breeding,一、试验设计的基本内容,1、制定试验方案 包括试验因素、处理水平、测定指标、试验规模、小区大小、重复次数的确定，即试验小区排列方式的设计等。 2按统计学原理安排试验，并收集和整理数据。 3对实验结果进行统计分析并作出合理的统计推断。,二、林业试验的特点,1林木是多年生植物，具有生命周期和年周期两个生长和发育周期，增加了实验的长期性和复杂性。,2林木个体大，根系深，占地多，试验面积大，因此容易造成地形、土壤、营养、光照以及气候条件的不一致，加大株间差异。,3林木如果用种子繁殖，则变

2、异大；如果用嫁接繁殖，砧木与接穗相互影响，都会造成复杂的误差；,5常有缺株现象发生，,4由于试验的长期性，若最初的试验设计发生错误，会导致错误累加，进一步影响以后的试验。,三、林业试验设计的基本要求,1试验要有合理性,2试验要有代表性,3试验要有可靠性,5林业试验还要有延续性和完整性,4试验结果要求重现性,四、试验误差,试验各处理观测值间的差异除包含处理效应外，还含有由于其它非试验因素不能完全一致而产生的差异，这部分差异叫试验误差(experimental error)。,（一）试验误差的分类,2随机误差,1系统误差,3过失误差,1试验材料的差异,2试验中人为条件的差异,3试验环境条件的差异,

3、1试验要有重复,五、试验设计的基本原则,（二）林业试验误差的来源,一个试验处理只有一个实验单元（即一个试验小区）叫无重复。重复有两个作用： （1）估算误差。 （2）减小试验误差。 （3）使试验更富有代表性。,2试验要遵从随机化原则,使各处理有同等机会分配到不同试验小区中，从而使各实验单元观测值成为相互独立的随机变量，使同一处理内各观测值间的差异成为试验误差的无偏估计。,3试验要实施局部控制,将对试验结果有影响的非试验因素实行分段（分级）控制，以减小试验误差， 在场圃试验中，可将试验地按其肥力不同划分成若干不同肥力等级的地段，再将每个地段分成与处理数目相等的小区。同一地段内各小区差异较小，而不同

4、地段土壤小区差异较大。这种土壤肥力相对一致的地段叫区组。,六、试验误差控制的途径,（一）试验地的选择,1试验地要有代表性。,2地势以平坦为宜。地势高低不平会影响土壤的水分和土壤肥力状况，山地试验，应利用局部控制原理，使同一区组内各小区的土壤情况尽量一致。,3. 试验地位置要适当,4. 试验地肥力应均匀。,土壤肥力差异表现有2种形式：一是趋向性的差异，如土壤肥力由下坡到上坡或从地段的一侧到另一侧有规律地变化，这属于系统误差之一，可通过正确的田间试验设计技术，对系统误差进行局部控制，提高精度。,另一种形式是点发性的，肥力变化没有一定规律可循，较难以克服，可通过深耕施肥，或采用扩大小区等方法来降低误

5、差。,（1）观察实验地段杂草生长情况； （2）根据以往树木生长结果的档案记录来判断； （3）空白试验。,（二）试验树的选择,1供试材料要有代表性。 2苗木要求高质量、生长健壮、整齐一致。育苗要大于实验用苗的13倍。 3试验苗木及树木的管理要一致。,（三）小区技术,1小区的面积与形状,在试验中，安排一个处理的小块地段或单元，称为试验小区，简称小区。,(1) 单株小区。以一株树木作为一个小区，作为一次重复。,(2) 少株小区。一般由425株小区。,(3) 多株小区。以49100株树木为一个小区。,林业试验以每小区栽110株效率最高。,无性系试验材料，试验地地势较平坦，较一致，栽植管理措施跟得上可采

6、用单株小区，提高试验效率。在改良的初级阶段或短期试验时间，多采用少数小区；在优良材料的推广阶段，多采用多株小区，这样与生产上实际情况更接近。,当环境呈梯度变化时，如肥力，区组长边应与环境梯度垂直，而区组内小区的长边与环境变化相平行。,在山地试验时，区组的长边应与坡向垂直，即平行于等高线。小区长边应与坡向平衡，即垂直于等高线。一般来说，小区长宽比为3：110：1为宜。平地可用正方形。,2小区的重复次数。,一般在土壤差异不大的地区安排随机区组设计需要46次重复。土壤差异较大或精度高时，可安排810次，比较粗放或小区面积较大时，也可23次。从统计学观点看，方差分析时误差项自由度最好不小于12。,3设

7、置对照和保护行,对照很关键，对照一般用当地生产的苗木，可以设置多个对照。如引种试验，需有当地的优良树种作对照，才能正确评价。施肥实验，必须设不施肥小区为对照。,例如，优树自由授粉子代测定，应选择选优林分的一般种子或是选优林分所在地区同性质林分混合种子作对照；第二代种子园选育效果，应以第一代种子园作对照；种源试验应以当地种源种子作对照等。总之，对照一定要有可比性。,由于边际效应，场圃试验一般要设置保护行，以减少误差和防止人畜践踏，区组和小区间一般不设保护行。,林业试验研究方案制定的原则,试验目的要明确 试验方案中内在比较处理效果时,必须应用单一差异原则 尽量排除非试验因素的限制 试验方案设计的繁

8、、简要恰当 试验因素中水平的确定 试验方案中应设有共同可以比较的水平（对照）,七、多点完全随机区组设计和分析,在育种试验中，经过子代测定或无性系测定所选择出的优良品种（种源、家系或无性系），在推广之前，需进行区域试验，即在统一设计下进行多点试验。 所谓统一设计，主要是指每一个试验点的参试品种相同，采用的试验设计相同，小区技术相同，这样为品种多点试验结果的联合分析提供了客观可能性和可靠性，因而可用以测定新品种的优良特性及性状稳定性。,以4个白杨无性系（v=4）在5个地点（S5）对比试验为例。5个地点均采用完全随机区组设计，重复4次，（r=4），每小区3株，6年生树高测定数据列入下表。,1、计算各

9、种平方和和自由度,校正系数,总计,dfT= vsr 1 = 454 1 = 79,区组,dfrs ( r1 ) 5 (4 1) = 15,试验点,dfS = S 1 = 5 1 = 4,无性系,dfv = v 1 = 4 1 = 3,无性系试验点,df v = (v 1 ) ( S 1 ) = ( 4 1 )( 5 1)=12,误差,dfe = S ( v 1 ) ( r 1 ) = 5 ( 4 1) (4 1 ) = 45,2列方差分析表,八、品种稳定性分析,一个数量性状的表型值P可以看作是基因型和环境差值E的线性函数。,P G E,PGEG E,假设有两个无性系A和B，遗传结构上是有差异的

10、。再假定这两个无性系栽植于两个不同环境，例如，地区X和Y，然后看其产量性状的变化。如果A和B无性系在X和Y地区表现一致的趋势，那么遗传型和环境的互作就不存在。如果A和B无性系在X地区的产量是相似的，但在Y地区，A无性系的产量上升，而B无性系的产量表现下降，这就说明无性系和地区有互作存在。,在类型a和b，A 无性系是一个普遍适应的无性系；在类型 c和e，A无性系是一个特殊适应于Y地区的无性系；在类型d和f，A无性系是一个特殊适用于X地区的无性系。,基因型与环境互作在育种上应用较广的是品种稳定性测定。基因型与环境互作和品种稳定性有关。所谓品种稳定性是指品种在不同环境条件下能保持性状的稳定状态。 当

11、品种多点试验联合方差分析品种试验点的互作达显著或极显著时，表明不同品种在不同环境条件下的表现存在差异，必须进行品种稳定性测定。,测定品种稳定性的方法有很多，仅介绍Finlay 和Wilkinson（1963）提出的方法。,用每一个地点的所有品种的平均产量，作为地区的环境指数，然后计算每一品种的平均产量，计算与环境指数的回归系数。并用该回归系数作为品种稳定性的测度标准。回归系数小，表示品种对环境反应小，较稳定，反之不稳定。,设有v个品种，在n个环境（地点）栽种。V个品种在每个环境可求出一个平均数，作为该环境的环境指数，在n个环境可求出n个指数，求每一个品种在各环境的平均产量(Y)对环境指数X回归

12、系数及直线回归方程。,评定品种稳定性标准：,（1）当b1 表示该品种具有平均稳定性； （2）当b 1 表示该品种低于平均稳定性； （3）当 b 1 表示该品种高于平均稳定性。,以前一多点随机区组试验为例，稳定性计算方法如下：,首先进行多点完全随机区组试验，当品种多点联合方差分析中品种试验地点互作达到显著或极显著时，就要进行品种稳定性测定。由前列中计算得每一品种在每一地点相应平均产量及环境指数如下表所示。,环境指数 8.37 10.28 10.20 7.89 9.57,（1）由表中计算出每一品种在每一试验点的小区平均产量，及每一试验点个品种的平均值，即环境指数.,（2）计算每一品种的平均产量（Y）回归于环境指数（X）的回归系数（b）及回归方程。,回归方程为,同理可求其它无性系回归方程,303：,106：,毛白杨：,综合树高平均值和稳定性参数看，741、106的b值接近于1，由于741树高平均值高于全体平均值，所以认为741是适应性广，稳定性强，生长量大的无性系，适宜在试验区内大范围推广。,106树高接近全体平均数，但高于对照毛白杨，所以也是一个较理想的推广品种。,303的b值低于1，易在不良环境条件下发挥生长潜力。,毛白杨的b值大于1 ，适宜在环境较好的