普通油茶岑软3号苗木分级研究

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  摘要 [目的]对岑软3号苗木分级进行研究,进一步规范其出圃规格,提高苗木质量。[方法]以1年生的岑软3号嫁接苗为材料,测量其苗高、地径、叶片数等8个性状,利用主成分分析和逐步聚类分析法对苗木质量进行分级。[结果]28对性状组合中有22对存在(极)显著相关;主成分分析提取了前4个主成分,保留了82.8%的信息,地径、苗高、叶片数和上部鲜重为主要指标;逐步聚类将岑软3号苗木分成3类;确定其苗木分级:Ⅰ级苗的苗高H≥32.739 cm,地径D≥0.410 cm;Ⅱ级苗的苗高H≥20.666 cm,地径D≥0.323 cm。[结论]逐步聚类将岑软3号苗木分为3类,其中Ⅰ级苗5株,Ⅱ级苗29株,Ⅲ级苗38株。
  关键词 普通油茶;岑软3号;苗木分级;主成分分析;逐步聚类
  中图分类号 S727.32 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2016)32-0155-03
  Study on Seedling Grading of the Oil-tea Cultivar Cenruan No.3
  TANG Wei-long1,YANG Li-ping2,WANG Hua-yu2,XU You-hou3*,Wang Peng-liang3,4* et al (1.Sanmenjiang State-owned Forestry Farm,Liuzhou,Guangxi 545006;2.Qinzhou Key Laboratory of Plant Biotechnology Research,Qinzhou Plant Biological Engineering Technology Centre,Qinzhou Forestry Science Research Institute,Qinzhou,Guangxi 535099;3.Guangxi Key Labortory of Beifu Gulf Marine Biodiversity Conversation,School of Ocean,Qinzhou University,Qinzhou,Guangxi 535011;4.Guangxi Key Laboratory of Special Non-wood Forest Cultivation& Utilization,Guangxi Forestry Research Institute,Nanning,Guangxi 530002 )
  Abstract [Objective]Seedling grading of the oil-tea cultivar Cenruan No.3 was studied to standardize planting specification,improve the seedling’s quality.[Method]8 traits such as height, ground diameter,leaf number,etc.were measured based on the one-year old grafting seedlings of Cenruan No.3.Seedlings grading was carried out using the principal component analysis and clustering analysis.[Result]The results indicated that 22 of 28 pairwise traits were (extremely) significant between 8 traits; 4 principal component analysis were extractedwith 82.8% information.Height,ground diameter,leaf number and above fresh weight were major indices.The seedlings of Cenruan No.3 were divided into 3 groups by stepwise clustering; seedling grading was determined as following: Ⅰ grade H≥32.739 cm,D≥0.410 cm,Ⅱ grade H≥20.666 cm,D≥0.323 cm.[Conclusion]The seedlings of Cenruan No.3 were divided into 3 groups by stepwise clustering,Ⅰ grade 5 plants,Ⅱ grade 29 plants,IIIgrade 38 plants.
  Key words Camellia oleifera Abel; Cenruan No.3; Seedling grading; Principal component analysis; Stepwise cluster
  油茶(Camellia oleifera Abel)是山茶科常綠木本油料树种[1],是种子含油量高、有栽培价值的山茶科物种的统称[2]。油茶主要用于榨/提取高质量的茶油,其剩余物还可以作为优良的工业原料,因而具有非常高的价值。
  普通油茶是面积最广、总产量最多的1个油茶物种[3],也是较受重视的油茶物种。2000年前油茶已被开始利用,但当时未受到重视。1949年之后,油茶逐渐受到重视,得到快速恢复和发展,同时油茶遗传改良研究也逐步开展,至今已经选育出了很多品种(农家种)、家系、地方种等[2,4-5]。
  岑软3号是由广西林业科学研究院从岑溪软枝油茶优良农家种中筛选而成,其具有生长快,结实早,产量高且稳定,含油率高及适应性广等优点,通过国家林木良種审定(国S-SC-CO-002-2008)。目前,关于岑软3号组织培养、繁殖技术体系等方面的研究[6-12]相对比较成熟。   苗木质量是造林的基础,直接决定着造林的成活率和初期的生长状况[13],对苗木质量开展分级研究至关重要。笔者以普通油茶岑软3号优良无性系1年生嫁接苗为材料,对其苗木分级进行研究,以期为岑软3号造林苗木的选择提供科学依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验地概况 2014 年 4 月在广西柳州市国有三门江林场马步分场进行芽苗砧嫁接,该地区属中亚热带气候区,年平均气温为20 ℃,>10 ℃年积温为6 720 ℃,年降雨量为 1 300~1 700 mm,年蒸发量为 1 471~1 750 mm。
  1.2 材料
  试验以岑软3号的芽为接穗,以普通油茶种子发芽得到的苗为砧木,将嫁接苗在基质(泥炭土∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1)上培养1年。
  1.3 调查指标
  从培养的苗木中随机抽取72株,编号1~72,对其苗高x1、地径x2、叶片数量x3、主根长x4、主根数x5、次级根数x6、上部鲜重x7和下部鲜重x8进行测量,获取数据。
  1.4 统计分析方法
  1.4.1 相关性分析。
  利用R=(xi-)(yi-)∑(xi-)2(yi-)2 (Ⅰ)分析岑软3号嫁接苗苗高、地径、叶片数量、主根长、主根数、次级根数、上部鲜重和下部鲜重各性状之间的相关性。
  1.4.2 主成分分析。多个性状之间存在一定的相关性,信息上也有一定程度的重叠。性状越多,分析的难度越大,为降低复杂程度,利用主成分分析法在尽可能多地反映原有信息的情况下,将多性状简化为少数几个综合性状。利用R语言的princomp()函数进行主成分分析。
  1.4.3 逐步聚类分析。
  利用逐步聚类分析法对苗木进行分级。苗木单株性状之间的距离为欧式聚类,利用dij=ni=1(xik-xjk)2 (Ⅱ)计算获得,其中dij为单株性状间距离;xik为第i个单株第k性状值;xjk为第j个单株第k性状值。聚类分析采用R语言的kmeans()函数进行分析。
  1.4.4 苗木分级。
  苗高和地径是苗木最容易观测的2个指标。由于2个性状的量纲不同,为了能进行比较,按Zij=xij-xi(min)xi(max)-xi(min)(Ⅲ)进行标准化,其中Zij为第i个单株第j性状标准化值;xij为第i个单株第j性狀值;xi(min)为第i个性状的最小值;xi(max)为第i个性状的最大值。根据逐步聚类分析,最终分级结果以不同的级最终凝聚中心为圆心,以其d为半径的圆内,d=KS2H(标)+S2D(标) (Ⅳ),其中K=1;S2H(标)、S2D(标)为苗高和地径标准化后的标准差平方。
  2 结果与分析
  2.1 苗木性状的变异分析
  由表1可知,8个性状中主根长的变异系数最小(9.304%),上部鲜重的变异系数最大(59.431%),其余6个性状的变异系数居于两者之间。这说明不同性状间的变异程度存在很大差异。
  2.2 苗木性状的相关性分析
  由表2可知,在28对性状组合相关性分析中,主根长与地径和叶片数、主根数与叶片数和主根长、次级根数与主根长、上部鲜重与主根数6对性状组合没有显著相关,苗高与主根数、主根长与上部鲜重和下部鲜重、主根数与下部鲜重4对性状组合为显著相关,其余18对性状组合均为极显著相关,其中苗高和上部鲜重相关系数最大(0.70),苗高与主根数的相关系数最小(0.25)。
  2.3 主成分分析
  由表3可知,第1~4主成分的累积贡献率为82.8%,高于80%。提取第1~4主成分,损失的信息为17.2%,仍能较好地反映出普通油茶岑软3号苗木质量的真实情况。第1主成分对应的特征向量均为负值,其中苗高、地径、叶片数、上部鲜重和下部鲜重的载荷量为-0.4左右,主要反映苗木大小信息;第2主成分对应的特征向量中,苗高和主根长为正值,叶片数和次级根数为负值,其余均为0,主根长的特征分量值为0.807,主要反映整株苗木的长度;第3主成分对应的特征向量中,苗高、叶片数和上部鲜重为正值,主根数和次级根数为负值,其余均为0,主要反映了地上部分的信息;第4主成分对应的特征向量中,苗高、次级根数和上部鲜重为正值,而地径、主根数和下部鲜重为负值,主要反映了次级根和茎生长关系。岑软3号苗木质量的评价公式如下:y=0.475 y1+0.152y2+0.124y3+0.077y4,其中y为岑软3号苗木质量的得分;y1为苗木大小信息的得分;y2为整株苗木长度的得分;y3为地上部分信息的得分;y4为次级根和茎生长关系的得分。
  2.4 聚类分析和苗木分级
  对岑软3号苗高、地径等8个性状资料数据进行逐步聚类,聚类结果将测定的苗木分为3类,其中Ⅰ级苗5株(18、33、34、46、48),Ⅱ级苗29株(1、2、4、8、9、12、15、16、17、21、25、26、28、30、31、35、36、37、45、47、51、52、53、57、65、66、67、68、72),Ⅲ级苗38株(3、5、6、7、10、11、13、14、19、20、22、23、24、27、29、32、38、39、40、41、42、43、44、49、50、54、55、56、58、59、60、61、62、63、64、69、70、71)。
  根据逐步聚类划分的结果,再将各单株的苗高和地径按照公式(Ⅲ)进行标准化,按不同等级标准化的苗高和地径平均值所在点为圆心,以标准化苗高和地径的方差和的二次方根为半径,以准确确定其临界值。优质苗在左上方,劣质苗在右下方。计算结果表明,Ⅰ级苗的凝聚中心为x21(0.796,0.813),dI=0.220,Ⅱ级苗的凝聚中心为x2Ⅱ(0.385,0.552),dⅡ=0.204。Ⅰ、Ⅱ级苗的下限分别为I1(0.642,0.656)、Ⅱ2(0.268,0.385)。把Ⅰ1、Ⅱ2代入公式(Ⅲ)   得到岑软3号苗木分级标准如下:Ⅰ级苗的苗高H≥32.739 cm,地径D≥0.410 cm;Ⅱ级苗的苗高H≥20.666 cm,地径D≥0.323 cm。
  3 讨论与结论
  苗木分级是对苗木出圃时进行的质量分级评价,苗木质量的高低直接决定造林成活率的高低。
  在苗木分级研究中,用于分析的指标越多,越能准确地反映苗木的真实信息,也越利于准确分级[15]。岑软3号具有高产、优质、高抗及适应性广等特性[14],是华南地区重要的普通油茶品种。在8个性状相关性分析中发现,28对性状组合中,22对存在(极)显著相关,这表明大多数性状间存在相关性,即存在重叠信息。采用主成分分析法降低信息维度,在保留82.8%信息的情况下,提取第1~4主成分,有效地降低了复杂程度。以地径、苗高、叶片数和上部鲜重为主要指标,这与之前报道基本一致[16-17]。将供试岑软3号苗木通过逐步聚类分为3类,其中Ⅰ级苗5株,Ⅱ级苗29株,Ⅲ级苗38株;得到岑软3号苗木分級标准如下:Ⅰ级苗的苗高H≥32.739 cm,地径D≥0.410 cm;Ⅱ级苗的苗高H≥20.666 cm,地径D≥0.323 cm。地径和苗高是反映苗木质量最直接的主要指标,也是最容易测量的指标,所以将苗木质量分解到以苗高和地径为苗木分级的主要衡量指标。该研究得出的岑软3号分级标准要高于彭绍峰等[16]研究得出的苗木分级标准,这可能是由于供试材料为单一品种,可以有效去除由不同基因型导致的苗木大小不同的因素。研究测定的8个性状为苗木分级提供了较为充足的信息,为岑软3号苗木质量分级的可靠性提供较好的数据支撑。
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