Genetic Variation and Joint Selection of Growth and Wood Traits in Half-sib Families of Larix olgensis

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.03.008

Abstract

Abstract:

As the important timber tree in Northeast China，comprehensive selection based on growth traits and wood traits was essential for Larix olgensis. A total of 49 half-sib families of L. olgensis at 32-year-old from Wangqing Forestry Bureau， in Yanbian Korean Autonomous Region of Jilin Province was selected as materials. Nine growth traits（tree height， ground diameter， diameter of breast height， diameter of stem at 3 m height， volume， taperingness， crown width， branch angle and stem straightness degree） and four wood traits（wood density， tracheid length， tracheid width and tracheid length-width ratio） were measured and analyzed respectively. The difference of all traits among different sources of variation reached extremely significant levels（P<0.01）. The heritability of all traits was high（0.51-0.96）. The range of phenotypic variation coefficient was 3.04%（branch angle）-23.15%（crown width）. The correlation coefficient ranged from -0.367（tracheid width and tracheid length-width ratio） to 0.994（diameter of breast height and volume）. Principal component analysis showed that the cumulative contribution rate of the four principal components reached 78.46%， which included most of the information about the growth traits and wood traits of the pedigree. The pedigrees were evaluated by growth and wood traits， respectively. Five elite pedigrees with good growth（S78， S81， S80， S84 and S83）， five elite pedigrees with good wood quality（S37， S51， S6， S30 and S19）， and five elite pedigrees combined with growth and wood traits（S89， S74， S76， S82 and S83） were selected respectively. The selected materials could provide the basis for breeding superior varieties and improving seed orchards construction.

Key words: Larix olgensis, growth traits, wood traits, genetic variation, joint selection

CLC Number:

S722.5

Xueyan ZHOU, Biying WANG, Xuefeng HAO, Xinguo HU, Jiangtao WU, Kai LANG, Qinbo HU, Xiyang ZHAO. Genetic Variation and Joint Selection of Growth and Wood Traits in Half-sib Families of Larix olgensis[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(3): 383-393.

Figures/Tables 7

Table 1

Table 2

ANOVA analysis of different traits among 49 half-sib families

性状 Traits	变异来源 Source of variation	平方和 Sum of squares	自由度 df	地方值 Mean square	F
树高 Tree height	家系 Families	229.099	48	4.773	4.246
	区组 Blocks	42.557	5	8.511	7.572
	家系×区组 Families × Blocks	650.491	240	2.710	2.411
地径 Ground diameter	家系 Families	2 152.472	48	44.843	5.460
	区组 Blocks	367.156	5	73.431	8.941
	家系×区组 Families × Blocks	3 720.600	240	15.502	1.888
胸径 Diameter of breast height	家系 Families	445.095	48	9.273	6.195
	区组 Blocks	69.003	5	13.801	9.221
	家系×区组 Families × Blocks	824.856	240	3.437	2.296
3m径 Diameter of stem at 3 m height	家系 Families	1 447.606	48	30.158	7.178
	区组 Blocks	228.178	5	45.636	10.862
	家系×区组 Families × Blocks	2 167.623	240	9.032	2.150
材积 Volume	家系 Families	0.186	48	0.004	5.313
	区组 Blocks	0.032	5	0.006	8.741
	家系×区组 Families × Blocks	0.381	240	0.002	2.180
尖削度 Taperingness	家系 Families	2.705	48	0.056	5.834
	区组 Blocks	0.406	5	0.081	8.405
	家系×区组 Families × Blocks	3.777	240	0.016	1.629
冠幅 Crown width	家系 Families	1 389 237.642	48	28 942.451	5.266
	区组 Blocks	444 145.011	5	88 829.002	16.162
	家系×区组 Families × Blocks	6 918 499.433	240	28 827.081	5.245
分枝角 Branch angle	家系 Families	553.047	48	11.522	2.041
	区组 Blocks	126.208	5	25.242	4.472
	家系×区组 Families × Blocks	3 362.854	240	14.012	2.483
通直度 Stem straightness degree	家系 Families	49.490	48	1.031	10.322
	区组 Blocks	18.849	5	3.770	37.740
	家系×区组 Families × Blocks	212.068	240	0.884	8.846
木材基本密度 Wood density	家系 Families	0.885	48	0.018	2.467
管胞长度 Tracheid length	家系 Families	15 095 690.487	48	314 493.552	18.289
管胞宽度 Tracheid width	家系 Families	1 483.846	48	30.913	22.112
管胞长宽比 Tracheid length/Tracheid width	家系 Families	18 943.197	48	394.650	12.747

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

The genetic gain calculation table of selected families

入选家系 Families	生长性状平均值 $X ¯$					木材性状平均值 $X ¯$			选择差 W								遗传增益 ΔG
入选家系 Families	树高 H	地径 GD	胸径 DBH	3m径 D3	材积 V	管胞长度 TL	管胞宽度 TW	管胞长宽比 TL/TW	树高 H	地径 GD	胸径 DBH	3m径 D3	材积 V	管胞长度 TL	管胞宽度 TW	管胞长宽比 TL/TW	树高 H	地径 GD	胸径 DBH	3m径 D3	材积 V	管胞长度 TL	管胞宽度 TW	管胞长宽比 TL/TW
S6	17.08	20.52	17.48	13.79	0.15	2 311.18	23.73	97.39	-0.31	-0.77	-0.38	-0.69	-0.01	8.17	-3.39	12.42	-1.35	-2.97	-1.79	-4.10	-5.06	0.34	-11.88	14.10
S19	16.89	19.66	17.08	13.08	0.14	2 407.30	25.63	93.93	-0.50	-1.63	-0.78	-1.40	-0.02	104.29	-1.49	9.01	-2.19	-6.28	-3.67	-8.31	-10.13	4.30	-5.27	10.19
S30	17.20	20.56	17.53	13.87	0.15	2 550.27	26.39	96.64	-0.19	-0.73	-0.33	-0.61	-0.01	247.26	-0.73	11.72	-0.83	-2.81	-1.55	-3.62	-5.06	10.20	-2.56	13.25
S37	17.21	20.61	17.56	13.91	0.15	2 436.32	23.79	102.41	-0.18	-0.68	-0.30	-0.57	-0.01	133.31	-3.33	16.93	-0.79	-2.62	-1.41	-3.39	-5.06	5.50	-11.66	18.99
S51	17.17	20.53	17.52	13.87	0.15	2 519.37	25.98	96.97	-0.22	-0.76	-0.34	-0.61	-0.01	216.36	-1.14	12.05	-0.96	-2.93	-1.60	-3.62	-5.06	8.92	-3.99	13.62
S74	17.75	22.28	18.41	15.48	0.17	2 484.76	28.24	87.99	0.36	0.99	0.55	1.89	0.01	181.75	1.12	3.07	1.57	3.81	2.59	6.04	6.77	7.50	3.92	2.74
S76	17.84	22.73	18.59	15.84	0.17	2 199.93	26.29	83.68	0.45	1.44	0.73	1.92	0.01	-103.08	-0.83	-1.53	1.97	5.55	3.43	8.08	6.89	-4.25	-2.91	-1.40
S78	17.90	23.11	18.68	16.01	0.18	2 027.77	25.45	79.68	0.51	1.78	0.82	1.53	0.02	-275.24	-1.67	-5.24	2.22	7.01	3.84	9.11	9.13	-11.35	-5.85	-5.92
S80	17.89	23.00	18.57	15.74	0.17	2 153.77	26.56	81.09	0.50	1.71	0.71	1.26	0.01	-149.24	-0.56	-3.83	2.18	6.59	3.34	7.53	7.19	-6.16	-1.96	-4.33
S81	17.93	22.99	18.58	15.77	0.18	2 190.80	27.29	80.28	0.54	1.70	0.72	1.34	0.02	-112.21	0.17	-4.64	2.35	6.55	3.39	7.66	10.13	-4.63	0.60	-5.25
S82	17.91	22.90	18.53	15.66	0.17	2 351.53	28.36	82.92	0.52	1.61	0.67	1.88	0.01	48.52	1.24	-2.32	2.27	6.20	3.13	7.01	6.62	2.00	4.34	-2.26
S83	17.91	22.90	18.53	15.68	0.17	2 151.76	26.04	82.63	0.52	1.61	0.67	1.20	0.03	-151.25	-1.08	-2.29	2.26	6.20	3.14	7.15	7.06	-6.24	-3.78	-2.59
S84	17.89	22.93	18.56	15.67	0.17	2 178.24	26.38	82.57	0.50	1.64	0.70	1.19	0.01	-124.77	-0.74	-2.35	2.19	6.32	3.28	7.09	5.06	-5.15	-2.59	-2.66
S89	17.87	22.95	18.52	15.56	0.17	2 428.34	28.11	86.39	0.48	1.66	0.66	1.96	0.01	125.33	0.99	1.47	2.10	6.29	3.10	6.41	7.24	5.17	3.44	1.71

Table 7

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材料来源 Material source	编号 Number
49个半同胞家系 49 half-sib families	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8	S9	S10
	S11	S12	S13	S15	S16	S17	S18	S19	S25	S30
	S37	S38	S51	S54	S55	S57	S58	S60	S61	S62
	S63	S64	S71	S72	S73	S74	S76	S77	S78	S80
	S81	S82	S83	S84	S88	S89	S90	S91	S92

性状 Traits	均值±标准差 Mean±SD	变幅 Range	表型变异系数 PCV（%）	遗传力 h²
树高 Tree height /m	17.39±1.21	10.76~21.12	6.95	0.76
地径 Ground diameter /cm	21.28±3.22	13.20~36.00	15.14	0.82
胸径 Diameter of breast height /cm	17.86±1.42	12.71~21.59	7.93	0.84
3 m径 Diameter of stem at 3 m height /cm	14.48±2.39	7.20~20.00	16.47	0.86
材积 Volume /m³	0.16±0.03	0.06~0.26	19.28	0.81
尖削度 Taperingness	1.22±0.11	1.09~1.70	8.97	0.83
冠幅 Crown width /cm	422.02±97.71	205.00~700.00	23.15	0.81
分枝角 Branch angle /（˚）	87.10±2.65	77.50~90.00	3.04	0.51
通直度 Stem straightness degree	4.77±0.49	3.00~5.00	10.31	0.90
木材基本密度 Wood density /（g·m^-3）	0.60±0.09	0.35~0.97	15.30	0.59
管胞长度 Tracheid length /μm	2 303.01±215.36	1 311.65~2 821.04	6.35	0.95
管胞宽度 Tracheid width /μm	27.12±2.07	18.47~33.51	7.64	0.95
管胞长宽比 Tracheid length/Tracheid width	85.05±6.20	61.77~111.84	7.30	0.96

性状 Traits	树高 Tree height	地径 Ground diameter	胸径 Diameter of breast height	3 m径 Diameter of stem at 3 m height	材积 Volume	尖削度 Taperingness	冠幅 Crown width	分枝角 Branch angle	通直度 Stem straightness degree	木材基本密度 Wood density	管胞长度 Tracheid length	管胞宽度 Tracheid width
地径 Ground diameter	0.908^**
胸径 Diameter of breast height	0.978^**	0.943^**
3 m径 Diameter of stem at 3 m height	0.930^**	0.973^**	0.976^**
材积 Volume	0.977^**	0.967^**	0.994^**	0.979^**
尖削度 Taperingness	0.742^**	0.953^**	0.823^**	0.907^**	0.857^**
冠幅 Crown width	0.066^**	0.077^**	0.074^**	0.077^**	0.076^**	0.077^**
分枝角 Branch angle	0.038	0.057^*	0.040	0.043	0.045	0.063^**	0.035
通直度 Stem straightness degree	0.126^**	0.140^**	0.137^**	0.139^**	0.139^**	0.137^**	0.376^**	0.150^**
木材基本密度 Wood density	-0.115^**	-0.126^**	-0.137^**	-0.141^**	-0.129^**	-0.126^**	0.022	0.016	0.045
管胞长度 Tracheid length	-0.065^**	-0.092^**	-0.082^**	-0.099^**	-0.080^**	-0.105^**	0.107^**	-0.060^*	0.023	0.142^**
管胞宽度 Tracheid width	-0.016	-0.022	-0.027	-0.032	-0.023	-0.027	0.038	-0.045	-0.022	-0.064^**	0.461^**
管胞长宽比 Tracheid length/Tracheid width	-0.060^*	-0.084^**	-0.071^**	-0.085^**	-0.071^**	-0.093^**	0.078^**	-0.024	0.041	0.205^**	0.652^**	-0.367^**

性状 Traits	主成分Ⅰ PCA Ⅰ	主成分Ⅱ PCA Ⅱ	主成分Ⅲ PCA Ⅲ	主成分Ⅳ PCA Ⅳ
树高 Tree height /m	0.95	0.05	0.04	-0.06
地径 Ground diameter /cm	0.99	0.03	0.02	-0.04
胸径 Diameter of breast height /cm	0.98	0.04	0.03	-0.06
3 m径 Diameter of stem at 3 m height /cm	0.99	0.02	0.02	-0.05
材积 Volume /m³	0.99	0.04	0.03	-0.05
尖削度 Taperingness	0.91	0.01	0.00	-0.02
冠幅 Crown width /cm	0.10	0.38	-0.21	0.63
分枝角 Branch angle /（°）	0.07	0.00	-0.32	0.31
通直度 Stem straightness degree	0.18	0.30	-0.36	0.65
木材基本密度 Wood density /（g·m^-3）	-0.17	0.36	-0.23	-0.13
管胞长度 Tracheid length /μm	-0.13	0.86	0.46	-0.08
管胞宽度 Tracheid width /μm	-0.03	0.10	0.88	0.42
管胞长宽比 Tracheid length/Tracheid width	-0.12	0.81	-0.27	-0.44
特征值 Eigenvalues	5.72	1.77	1.38	1.33
贡献率 Contribution rate /%	44.00	13.62	10.63	10.20
累计贡献率 Cumulative contribution rate /%	44.00	57.63	68.26	78.46

生长性状联合选择 Comprehensive evaluation based on growth traits		木材性状联合选择 Comprehensive evaluation based on wood traits		生长与木材性状联合选择 Comprehensive evaluation based on growth and wood traits
家系 Families	Q_i	家系 Families	Q_i	家系 Families	Q_i
S78	2.24	S37	1.08	S89	2.41
S81	2.23	S51	1.04	S74	2.41
S80	2.23	S6	1.04	S76	2.40
S84	2.23	S30	1.04	S82	2.40
S83	2.23	S19	1.01	S83	2.40
S82	2.23	S54	1.01	S84	2.40
S76	2.23	S16	1.00	S78	2.40
S88	2.22	S12	0.99	S80	2.39
S89	2.22	S62	0.98	S72	2.39
S77	2.22	S18	0.98	S81	2.39
S72	2.22	S8	0.98	S91	2.39
S90	2.21	S2	0.97	S16	2.39
S74	2.21	S74	0.96	S73	2.39
S91	2.20	S15	0.95	S37	2.39
S73	2.20	S61	0.95	S62	2.39
S4	2.20	S57	0.94	S90	2.38
S92	2.18	S89	0.94	S77	2.38
S55	2.18	S58	0.94	S88	2.38
S62	2.18	S73	0.94	S55	2.37
S71	2.17	S60	0.93	S30	2.37
S16	2.17	S55	0.93	S51	2.37
S63	2.17	S91	0.93	S2	2.37
S2	2.16	S9	0.92	S6	2.36
S18	2.14	S71	0.92	S71	2.36
S58	2.14	S10	0.92	S92	2.36
S64	2.13	S76	0.91	S18	2.36
S37	2.13	S82	0.90	S54	2.36
S54	2.13	S90	0.90	S4	2.35
S30	2.13	S92	0.90	S63	2.35
S61	2.13	S83	0.90	S58	2.34
S11	2.13	S84	0.90	S12	2.34
S25	2.13	S63	0.89	S61	2.33
S3	2.13	S72	0.89	S8	2.32
S51	2.13	S64	0.89	S19	2.32
S6	2.12	S25	0.88	S60	2.31
S38	2.12	S80	0.88	S57	2.31
S60	2.12	S81	0.87	S64	2.31
S5	2.11	S38	0.87	S25	2.30
S12	2.11	S13	0.87	S10	2.30
S10	2.11	S78	0.86	S9	2.30
S1	2.11	S5	0.86	S15	2.29
S57	2.11	S77	0.86	S38	2.29
S13	2.11	S17	0.86	S5	2.28
S7	2.11	S88	0.85	S3	2.28
S9	2.10	S4	0.83	S13	2.28
S8	2.10	S3	0.83	S11	2.27
S15	2.09	S7	0.80	S1	2.26
S17	2.09	S11	0.80	S17	2.25
S19	2.08	S1	0.80	S7	2.25