Selection of Excellent Families and Evaluation of Selection Method for Pulpwood Half-sibling Families of Betula platyphylla

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.006

Abstract

Abstract:

To provide the theoretical basis for genetic improvement of Betula platyphylla， the genetic variation of the growth and wood characters of B. platyphylla half-sibling families were studied， and the excellent pulp families were selected， and 32 seven-year-old half-sibling families were measured respectively， and the growth and wood characters of each family were analyzed by ANOVA， genetic parameters were calculated and general combining ability was estimated， multiple selection methods were used to select excellent families and evaluate excellent parents. The results showed that there were significant differences （P<0.01） in growth and wood characters among families， and the family heritability was 0.71-1.00， the heritability per plant was 2.0-3.0， the coefficient of variation ranged from 5.88% to 49.84%. There was a significantly and strongly positive correlation among DBH， tree height and volume（r：0.70-0.97）， and fiber length to width ratio had a significantly and strongly positive correlation with the fiber length（r：0.69）， while it had a significantly and strongly negative correlation with the fiber width（r：-0.76）. The general combining ability was used to evaluate the excellent parents， and the general combining ability ranges of volume， basic density and fiber length were -0.001 1-0.001 0， -0.04-0.07 and -112.09-77.36， respectively. The maternal parents of A13， A12， A21 and A24 were selected as excellent parents， and three different selection methods， including Brekin multi-trait comprehensive analysis method， principal component analysis method and breeding value method， were used to select the excellent family. After comparing the advantages and disadvantages of the three methods， five excellent pulp families were selected， and the average genetic gain of volume and cellulose reached 12.97% and 3.40%， respectively. A12， A17， A23， A19， A1 were selected as the excellent pulpwood families， which provided material for further breeding of improved varieties of fast- growing B. platyphylla.

Key words: Betula platyphylla, half sibling family, pulp wood, selection method evaluation, evaluation of maternal parent

CLC Number:

S792.153

Binghua CHEN, Jie ZHANG, Guifeng LIU, Siting LI, Yuanke GAO, Huiyu LI, Tianfang LI. Selection of Excellent Families and Evaluation of Selection Method for Pulpwood Half-sibling Families of Betula platyphylla[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(5): 690-699.

Figures/Tables 11

Table 1

Table 2

Genetic variation parameters of traits in half sibling families of B. platyphylla

性状 Traits	变异幅度 Range	均值±标准差 Average±SD	表型变异系数 Coefficient of variation/%	家系遗传力 $h F 2$	单株遗传力 h²
胸径D_BH/cm	3.60~14.00	7.67±1.68	21.88	0.79	2.38
树高H/m	4.10~10.50	7.41±0.93	12.51	0.83	2.48
材积V/m³	2.56×10^-4~65.05×10^-4	（18.26±9.10）×10^-4	49.84	0.76	2.00
基本密度 D_B/（g·cm^-3）	0.60~0.43	0.50±0.04	7.14	0.71	2.14
木质素 L/%	22.80~33.60	27.51±2.39	8.69	0.96	2.87
纤维素 C/（mg·g^-1）	92.48~276.94	173.96±44.43	13.61	1.00	3.00
半纤维素 C_H/（mg·g^-1）	166.87~251.07	203.52±22.42	5.88	0.96	2.87
纤维长度 F_L/μm	367.31~1 416.58	716.43±127.58	17.80	0.92	2.75
纤维宽度 F_W/μm	6.95~28.83	16.37±3.34	20.25	0.93	2.78
纤维长宽比 R_FLW	19.20~131.10	45.27±11.17	24.66	0.94	2.82

Table 2

Table 3

General combining ability of characters in half sibling families of B. platyphylla

家系 Family	胸径 D_BH	树高 H	材积 V	基本密度 D_B	木质素 L	纤维素 C	半纤维素 C_H	纤维长度 F_L	纤维宽度 F_W	纤维长宽 R_FLW
A1	0.87	0.57	0.000 501	-0.011 347	-1.71	26.00	-11.65	-6.23	-0.05	-0.39
A2	-0.60	0.13	-0.000 312	0.011 144	0.02	-10.51	-1.52	-112.09	0.52	-7.93
A3	-2.42	-1.42	-0.001 081	-0.008 517	0.98	-13.25	-11.24	-25.84	-0.07	-1.47
A4	-0.36	0.02	-0.000 208	-0.027 347	-1.71	15.59	-10.82	-7.08	-1.89	5.72
A5	-0.57	-0.47	-0.000 355	0.008 560	-3.95	-5.93	-19.32	14.04	1.66	-2.62
A6	-0.48	-0.24	-0.000 325	0.049 109	-3.02	-77.43	4.67	-4.72	-0.87	2.17
A7	0.68	-0.12	0.000 192	0.012 041	0.35	-22.93	-31.81	9.76	0.86	-1.49
A8	-0.46	-0.65	-0.000 410	0.011 840	-2.05	-40.12	-7.55	24.58	-0.09	2.23
A9	0.00	-0.82	-0.000 199	-0.028 702	-1.16	81.17	-16.69	-15.10	-0.33	-0.17
A10	0.66	0.01	0.000 237	-0.017 013	-2.15	11.39	2.99	16.03	-1.57	5.79
A11	0.24	0.06	0.000 054	0.012 930	2.71	-39.33	12.89	-10.05	-0.41	0.06
A12	0.83	0.29	0.000 432	0.066 960	1.27	-16.15	33.17	36.48	-0.66	4.43
A13	1.67	0.49	0.000 943	0.000 359	2.62	37.49	-29.21	-33.66	1.07	-4.14
A14	1.04	0.25	0.000 434	0.007 510	2.66	-51.20	-24.51	15.25	0.21	-0.24
A15	0.62	0.47	0.000 361	-0.014 749	0.23	-40.97	40.96	-11.91	1.64	-4.05
A16	-1.36	-0.41	-0.000 537	-0.022 780	-1.59	97.85	43.63	23.61	-0.79	3.74
A17	0.40	-0.20	0.000 011	0.001 165	-3.22	4.51	-2.14	34.60	1.16	-1.04
A18	-2.06	-0.32	-0.000 892	0.020 689	1.21	6.35	29.72	12.89	1.41	-2.07
A19	1.14	0.54	0.000 740	-0.005 367	-2.02	-32.13	4.00	-1.90	-1.25	3.54
A20	-0.12	0.80	0.000 057	-0.006 147	0.08	43.19	-8.96	20.07	-0.63	3.59
A21	-1.05	-0.11	-0.000 446	0.019 123	-1.93	72.33	-8.80	43.17	-1.77	8.29
A22	1.02	0.23	0.000 502	-0.024 676	-1.54	-14.76	4.53	-9.32	0.47	-1.48
A23	0.56	0.71	0.000 398	0.009 973	0.22	53.56	22.22	-70.13	0.33	-4.62
A24	-0.17	0.21	-0.000 017	0.037 505	3.06	1.06	-12.71	77.36	-1.60	10.40
A25	0.04	0.46	0.000 160	-0.014 038	5.57	-21.31	-30.23	58.91	1.40	0.08
A26	0.69	0.31	0.000 358	-0.014 459	2.43	20.54	-16.44	23.65	3.04	-5.51
A27	-0.02	0.02	-0.000 013	-0.040648	-1.34	-37.26	-20.31	-24.29	-0.38	-0.71
A28	0.53	-0.15	0.000 120	-0.010954	2.49	-1.37	-5.21	-42.25	0.36	-3.55
A29	-0.48	-0.56	-0.000 375	0.007702	1.50	-35.42	35.61	-11.88	-0.23	-0.26
A30	0.87	1.21	0.000 693	0.012656	2.27	-81.24	32.05	56.89	0.40	2.49
A31	-0.15	-0.34	-0.000 189	-0.008159	-4.17	-8.05	-13.11	-58.43	-0.04	-3.66
SL	-1.56	-0.98	-0.000 835	-0.034360	1.91	78.33	15.78	-22.40	-1.91	-7.13

Table 3

Fig.1

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

Table 8

Table 9

Table 10

References 24

1	孙晓梅，张守攻.21世纪中国纸浆用材林综合发展战略［J］.世界林业研究，2002，15（1）：61-67.
	SUN X M， ZHANG S G.Comprehensive development strategy of pulp forest in China in the 21st century［J］.World Forestry Research，2002，15（1）：61-67.
2	姜岳忠，秦光华，乔玉玲，等.杨树胶合板材纸浆材新品种鲁林1号、2号、3号选育［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2011，35（6）：11-16.
	JIANG Y Z， QIN G H， QIAO Y L，et al.Breeding of new poplar varieties Lulin 1，Lulin 2 and Lulin 3 for plywood and pulpwood purpose［J］.Journal of Nanjing Forestry University（Natural Science Edition），2011，35（6）：11-16.
3	荀守华，姜岳忠，乔玉玲，等.无絮黑杨‘鲁林9号杨’、‘鲁林16号杨’新品种选育［J］.山东林业科技，2016，46（6）：1-7.
	XUN S H， JIANG Y Z， QIAO Y L，et al.Breeding of new poplar varieties non-catkin lulin 9、lulin 16［J］.Journal of Shandong Forestry Science and Technology，2016，46（6）：1-7.
4	胡兴峰，吴帆，孙晓波，等.38年生马尾松种源生长及材性联合分析［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（3）：203-212.
	HU X F， WU F， SUN X B，et al.Joint analysis of growth and wood property of 38-year-old Pinus massoniana from 55 provenances［J］.Journal of Nanjing Forestry University（Natural Sciences Edition），2022，46（3）：203-212.
5	季孔庶，徐立安，王登宝，等.中国马尾松遗传改良研究历程与成就［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（6）：10-22.
	JI K S， XU L A， WANG D B，et al.Progress and achievement of genetic improvement on Masson pine （Pinus massoniana Lamb.） in China［J］.Journal of Nanjing Forestry University（Natural Sciences Edition），2022，46（6）：10-22.
6	ZHANG Q H， PEI X N， XU L F，et al.Genetic improvement of Betula platyphylla Suk.in China：a review［J］.Phyton-International Journal of Experimental Botany，2022，91（8）：1585-1599.
7	马庆，李芳蕊，刘桂丰，等.航天诱变白桦生长性状分析［J］.植物研究，2021，41（4）：540-546.
	MA Q， LI F R， LIU G F，et al.Analysis on the growth characters of Betula platyphylla in the aerospace mutation［J］.Bulletin of Botanical Research，2021，41（4）：540-546.
8	刘宇，徐焕文，张广波，等.白桦半同胞子代多点生长性状测定及优良家系选择［J］.北京林业大学学报，2017，39（3）：7-15.
	LIU Y， XU H W， ZHANG G B，et al.Multipoint growth trait test of half-sibling offspring and excellent family selection of Betula platyphylla ［J］.Journal of Beijing Forestry University，2017，39（3）：7-15.
9	刘超逸，刘桂丰，方功桂，等.四倍体白桦木材纤维性状比较及优良母树选择［J］.北京林业大学学报，2017，39（2）：9-15.
	LIU C Y， LIU G F， FANG G G，et al.Comparison of tetraploid Betula platyphylla wood fiber traits and selection of superior seed trees［J］.Journal of Beijing Forestry University，2017，39（2）：9-15.
10	祝泽兵，刘桂丰，姜静，等.小兴安岭地区白桦纸浆材优良家系选择［J］.东北林业大学学报，2009，37（11）：1-3；10.
	ZHU Z B， LIU G F， JING J，et al.Preliminary selection of Betula platyphylla superior family for pulpwood production［J］.Journal of Northeast Forestry University，2009，37（11）：1-3；10.
11	宁坤，刘笑平，林永红，等.白桦子代遗传变异与纸浆材优良种质选择［J］.植物研究，2015，35（1）：39-46.
	NING K， LIU X P， LIN Y H，et al.Germplasm selection of the progeny genetic variation and superior pulpwood of Betula platyphylla ［J］.Bulletin of Botanical Research，2015，35（1）：39-46.
12	PAN Y Y， JIANG L P， XU G Y，et al.Evaluation and selection analyses of 60 Larix kaempferi clones in four provenances based on growth traits and wood properties［J］.Tree Genetics & Genomes，2020，16（2）：27.
13	童春发，卫巍，尹辉，等.林木半同胞子代测定遗传模型分析［J］.林业科学，2010，46（1）：29-35.
	TONG C F， WEI W， YIN H，et al.Analysis of genetic model for half-sib progeny test in forest trees［J］.Scientia Silvae Sinicae，2010，46（1）：29-35.
14	MURTADHA M A， ARIYO O J， ALGHAMDI S S.Analysis of combining ability over environments in diallel crosses of maize（Zea mays）［J］.Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences，2018，17（1）：69-78.
15	陈存，丁昌俊，苏晓华，等.欧美杨纤维含量构成因素的相关和通径分析［J］.林业科学，2016，52（11）：124-133.
	CHEN C， DING C J， SU X H，et al.Correlation and path analysis of the components of fiber content for Populus × euramericana ［J］.Scientia Silvae Sinicae，2016，52（11）：124-133.
16	王成，滕文华，李开隆，等.白桦5×5双列杂交子代生长性状的遗传效应分析［J］.北京林业大学学报，2011，33（3）：14-20.
	WANG C， TENG W H， LI K L，et al.Analysis of genetic effects on growth traits in a 5×5 diallel cross of Betula platyphylla ［J］.Journal of Beijing Forestry University，2011，33（3）：14-20.
17	刘宇，徐焕文，滕文华，等.白桦全同胞子代测定及优良家系早期选择［J］.北京林业大学学报，2017，39（2）：1-8.
	LIU Y， XU H W， TENG W H，et al.Full-sib progeny test and early selection in superior families of Betula platyphylla ［J］.Journal of Beijing Forestry University，2017，39（2）：1-8.
18	姜静，杨光，祝泽兵，等.白桦强化种子园优良家系选择［J］.东北林业大学学报，2011，39（1）：1-4.
	JIAGN J， YAGN G， ZHU Z B，et al.Selection of superior families in Betula platyphylla enhanced seed orchard［J］.Journal of Northeast Forestry University，2011，39（1）：1-4.
19	鲍甫成，江泽慧.中国主要人工林树种木材性质［M］.北京：中国林业出版社，1998.
	BAO F C， JIANG Z H.Wood properties of the main plantation trees in China［M］.Beijing：China Forestry Publishing House，1998.
20	李嘉琪，韩喜东，马盈慧，等.樟子松无性系生长性状与结实量变异研究［J］.植物研究，2020，40（2）：217-223.
	LI J Q， HAN X D， MA Y H，et al.Variation analysis of growth traits and coning quantity of Pinus sylvestris var.mongolica clones［J］.Bulletin of Botanical Research，2020，40（2）：217-223.
21	JOLLIFFE I T， CADIMA J.Principal component analysis：a review and recent developments［J］.Philosophical Transactions of the Royal Society.Mathematical，Physical，and Engineering Sciences，2016，374（2065）：20150202.
22	刘天颐，杨会肖，刘纯鑫，等.火炬松基因资源的育种值预测与选择［J］.林业科学，2014，50（8）：60-67.
	LIU T Y， YANG H X， LIU C X，et al.Prediction of breeding values and selection to the gene resources of loblolly pine［J］.Scientia Silvae Sinicae，2014，50（8）：60-67.
23	金国庆，张振，余启新，等.马尾松2个世代种子园6年生家系生长的遗传变异与增益比较［J］.林业科学，2019，55（7）：57-67.
	JIN G Q， ZHANG Z， YU Q X，et al.Comparisons of genetic variation and gains of 6-year-old families from first-and second-generation seed orchards of Pinus massoniana ［J］.Scientia Silvae Sinicae，2019，55（7）：57-67.
24	李光友，杨雪艳，徐建民，等.尾叶桉（Eucalyptus urophylla）杂种家系遗传测定及抗风选择［J］.分子植物育种，2020，18（6）：2041-2051.
	LI G Y， YANG X Y， XU J M，et al.Wind-resistance level selection and genetic testing of Eucalyptus urophylla hybrids family［J］.Molecular Plant Breeding，2020，18（6）：2041-2051.

性状 Traits	变异来源 Source of variation	自由度 df	离差平方和 Adj SS	均方 Adj MS	F	P
胸径 D_BH	区组 Blocks	2	84.48	42.24	15.46**	0
	家系 Families	31	381.34	12.30	4.50**	0
	家系×区组 Families×Blocks	62	237.41	3.83	1.40*	0.03
树高 H	区组 Blocks	2	2.39	1.19	1.93	0.15
	家系 Families	31	130.36	4.21	6.79**	0
	家系×区组 Families×Blocks	62	86.64	1.40	2.25**	0
材积 V	区组 Blocks	2	1.80×10^-5	9.00×10^-6	13.21**	0
	家系 Families	31	9.90×10^-5	3.00×10^-6	4.55**	0
	家系×区组 Families×Blocks	62	6.30×10^-5	1.00×10^-6	1.46*	0.02
基本密度 D_B	家系 Families	31	1.91	0.06	3.54**	0
木质素 L	家系 Families	31	518.08	16.19	22.33**	0
纤维素 C	家系 Families	31	1 096.52	34.27	726.54**	0
半纤维素 C_H	家系 Families	31	224.84	7.03	22.23**	0
纤维长度 F_L	家系 Families	31	5 845 176.00	182 662.00	12.48**	0
纤维宽度 F_W	家系 Families	31	4 246.00	132.69	13.53**	0
纤维长宽比 R_FLW	家系 Families	31	57 486.00	1 796.40	16.75**	0

家系 Family	材积 V/%	基本密度 D_B/%	综纤维素 C_I/%	纤维长度 F_L/%
A12	14.14	8.51	4.25	4.84
A13	25.52	0.11	2.11	-4.06
A7	16.00	-3.66	-2.74	-0.77
A19	6.77	1.75	-16.67	1.66
A22	21.54	-0.72	-7.92	0.19

性状 Traits	主成分Ⅰ PC Ⅰ	主成分Ⅱ PC Ⅱ	主成分Ⅲ PC Ⅲ	主成分Ⅳ PC Ⅳ
特征值Eigenvalues	3.005	2.162	1.353	1.022
贡献率Contribution rate/%	30.053	21.621	13.526	10.219
累积贡献率Cumulative contribution rate/%	30.053	51.674	65.200	75.419
胸径D_BH	0.894	0.136	0.296	0.143
树高H	0.831	0.276	0.098	0.065
材积V	0.925	0.195	0.272	0.091
基本密度 D_B	0.132	0.433	-0.682	0.213
木质素 L	-0.328	-0.053	0.332	0.715
纤维素 C	-0.415	0.057	0.574	-0.312
半纤维素 C_H	-0.144	0.288	-0.373	0.294
纤维长度 F_L	0.047	0.766	-0.094	-0.397
纤维宽度 F_W	0.485	-0.575	-0.315	-0.298
纤维长宽比 R_FLW	-0.326	0.914	0.173	-0.049

家系 Family	材积 V/%	基本密度 D_B/%	综纤维素 C_I/%	纤维长度 F_L/%
A19	21.54	-0.72	-7.92	0.19
A12	14.14	8.51	4.25	4.85
A13	25.52	0.11	2.11	-4.06
A1	15.98	-1.60	3.60	-0.37
A14	14.17	1.12	-24.64	2.33

家系 Family	材积 V/%	基本密度 D_B/%	综纤维素 C_I/%	纤维长度 F_L/%
A12	14.14	8.51	4.25	4.85
A17	-0.03	0.23	0.61	4.63
A23	13.20	1.46	16.47	-9.45
A19	21.54	-0.72	-7.92	0.19
A1	15.98	-1.60	3.60	-0.37