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2017年  39卷  第2期

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林学
白桦全同胞子代测定及优良家系早期选择
刘宇, 徐焕文, 滕文华, 姜静, 刘桂丰
2017, 39(2): 1-8. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160138
摘要:
开展种子园全同胞家系造林试验不仅能够选择出优良杂交亲本和杂交组合,而且也能加快种子园的改良进程。本文以白桦种子园中产种母树为试材,按测交系交配设计进行控制杂交,共获得20个杂交组合,在帽儿山试验点营造试验林,对6年生试验林各组合的树高、胸径和材积等性状进行调查分析。树高、胸径和材积生长量在不同母本子代间和不同杂交组合间均表现极显著的差异(P<0.01),胸径与材积性状在不同父本子代间也表现显著的差异(P<0.05)。根据多重比较结果分别进行了优良父本和优良母本的初选,同时,采用多目标决策法对参试的杂交组合进行多性状综合评价,将综合评价值大于0.80的前5位组合评选为优良杂交组合,入选率为25.00%,其中Q2和Q19家系为最优杂交组合。入选的优良杂交组合各性状均值分别较参试整体均值高3.85%、10.01%、20.82%,3个性状的遗传增益分别为2.90%、7.64%、16.22%。研究结果不仅为白桦全同胞子代选择提供理论依据,而且也为白桦高世代种子园的亲本选配提供参考。
四倍体白桦木材纤维性状比较及优良母树选择
刘超逸, 刘桂丰, 方功桂, 姜传明, 姜静
2017, 39(2): 9-15. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160091
摘要:
为选出不仅生长速度快而且木材纤维性状表现优良适于制浆造纸的四倍体白桦母树。以制种园中31株四倍体白桦为研究对象,测量其胸径生长指标,测定木材密度、纤维长度、纤维宽度以及木质素、纤维素、综纤维素含量等木材品质指标,并对其进行了方差分析和多重比较。结果显示:各性状在母树间的差异均达到极显著水平(P<0.01),在31株四倍体母树中24株的纤维长显著高于二倍体对照。有13株母树综纤维素含量大于70%,12株母树纤维素含量高于50%,说明白桦染色体加倍后对木材纤维性状影响显著,在四倍体母树中可选出用于纸浆材的优良母树。参试母树胸径生长量为2.00或2.00 cm以上的有8株母树,并且均为四倍体白桦;根据胸径生长量及材性指标,采用隶属函数法对参试母树进行综合评价,表现最优的7株母树均为四倍体母树,说明染色体加倍可提高白桦的生长量及木材品质。虽然四倍体在树干通直度方面表现较差,仅有42%母树通直度为Ⅱ级或Ⅰ级,但作为纸浆材对该性状的要求可适当放宽,最后初步选出19株母树生长和材性均表现优良,其中5株兼具生长、材性、干型最优。在种子园中,生长及材性性状表现均较差的5株四倍体母树将被淘汰。
盆栽白桦优良无性系苗期的初步选择
李春旭, 刘桂丰, 刘宇, 徐焕文, 姜静
2017, 39(2): 16-23. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160064
摘要:
开展林木优良无性系选择,充分利用基因的加性效应和非加性效应,以获得最大遗传增益和经济效益为良种的选育目标。本研究针对白桦优良杂种子代的优良个体,通过组培扩繁技术建立了37个无性系,连续2个年度测定其苗高、地径、侧枝数、叶面积及节间距等性状,并进行差异显著性分析,利用隶属函数法结合主成分分析赋予各性状权重值,对各无性系进行综合评价。结果表明:无性系间的苗高、地径、侧枝数、叶面积及节间距等性状差异均达到极显著水平(P < 0.01);相关分析发现,凡是高生长量大的无性系,其地径粗、侧枝数量多、节间距长,但平均单个叶面积较小。根据2个年度隶属函数值的均值,将无性系划分为1、2、3、4级4个等级,其中有7个无性系被确定为1级,这些无性系苗高、地径、侧枝数的均值较整个群体均值分别提高了11.31%、9.91%、8.93%;被评为2级的无性系有13个,可作为增加白桦遗传多样性候选对象。
由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置
高健, 杜芳, 李俊清
2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
摘要:
云南金钱槭是金钱槭属中的濒危物种,其系统地位迄今存在一定争议。本研究利用6个叶绿体基因片段(psbM-trnD、rbcL、trnD-trnT、rpl16、trnL-trnF与psbA-trnH)和2个核基因片段(ITS与CHS)数据,采用最大简约法(MP)及贝叶斯法(BI)对该种及若干近缘类群进行了系统发育分析,从而探讨云南金钱槭的系统位置。结果显示:1)基于6个叶绿体基因联合数据分析,云南金钱槭所在的金钱槭属形成单系群并与槭属彼此独立,互为姐妹属。2)基于CHS数据分析,金钱槭属物种自身形成单系群,但与槭属物种混在一起。3)基于ITS数据分析,金钱槭属为并系群,其中云南金钱槭内嵌于系统发育树的末端与梣叶槭聚在同一进化分枝。本研究中,不同数据集的结果出现冲突,可能是由于不同基因片段进化速率存在差异的影响。此外,核CHS基因在槭树科植物中的有效变异信息位点较少以及核ITS基因存在多拷贝的现象,均可能造成与6个叶绿体基因组合的分析结果出现差异。综合研究结果并参考形态学证据,倾向于云南金钱槭的系统位置继续归属于金钱槭属。进一步增加基因片段可能有助于云南金钱槭系统位置的明确。
过筛处理对小兴安岭2种森林类型土壤有机碳矿化的影响
高菲, 林维, 崔晓阳
2017, 39(2): 30-39. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160100
摘要:
采用室内培养法研究了过筛处理对小兴安岭阔叶次生林和原始红松林土壤有机碳(SOC)矿化的影响,测定了土壤有机碳矿化速率和累积矿化量(Cm),以及培养前后土壤冷水提取碳水化合物(CWEC)和热水提取碳水化合物(HWEC),利用一级动力学模型拟合土壤有机碳矿化参数:潜在可矿化碳(C0)、易矿化有机碳(C1)等,并分析了土壤Cm与冷水提取碳水化合物和热水提取碳水化合物的关系。结果表明:阔叶次生林土壤有机碳矿化速率和Cm均大于原始红松林。过筛处理使2种森林类型土壤有机碳矿化速率和累积矿化量增加,其中1 mm过筛土壤有机碳矿化增加量大于2 mm过筛土。过筛处理对2种森林类型土壤有机碳矿化速率的影响随着培养时间延长而减小。过筛处理对土壤C0无影响,却使土壤C1增加,其中2 mm过筛土C1增加49.09%~68.06%,1 mm过筛土C1增加91.03%~133.83%。过筛处理使土壤CWEC增加,但对HWEC无影响。土壤Cm与CWEC和HWEC的初始含量及变化量均呈极显著正相关,表明水提取碳水化合物是土壤有机碳矿化的关键组成部分,碳水化合物的损耗可以在很大程度上解释土壤矿化释放的CO2。综上,过筛处理破坏土壤结构,释放出部分胶结团聚体的碳水化合物,增加土壤有机碳矿化。
甘肃大野口青海云杉距离加权大小比竞争指数研究
陈永辉, 张晓丽, 刘会玲, 王书涵
2017, 39(2): 40-48. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160210
摘要:
在研究对比距离加权的大小比竞争指数时,采用不同竞争木确定方法和参数可反映竞争压力效果差异,为其将来在林业生产实践尤其是林业遥感中的应用提供参考。本文以甘肃大野口青海云杉天然林为研究对象,以距离加权的大小比指数通用模型为基础,采用Pearson相关性和方差分离的方法,通过探究竞争对林木高径比(树高/胸径)生长的影响,对比分析了分别采用固定面积法、树冠重叠法、圆锥搜索法确定竞争木,以胸径、树高、冠幅分别为大小比参数,以固定半径、树高和、冠幅和分别为相对距离参数时,不同竞争指数反映竞争压力效果的差异。结果显示:1)竞争指数与高径比呈显著正相关(P < 0.01),并且相关性会随着下层林木从样本中的逐渐剔除而增强。2)针对研究区林分,圆锥搜索法是3种确定竞争木方法中效果相对最好的,其次为固定面积法,最差为树冠重叠法。3)除固定面积法外,选用树高和为相对距离参数的竞争指数与高径比的相关性大于选用冠幅和。4)以胸径比为大小比的竞争指数与高径比的相关性最大,其次为冠幅比,最小为树高比。5)排除与生长因子协同作用部分,以树高比为大小比的竞争指数对高径比变异的独立解释力最大(15.7%),其次为胸径比(7.3%),最小为冠幅比(3.6%)。综上表明,针对青海云杉天然林,距离加权的大小比竞争指数能够有效反映林木所受竞争压力情况,但竞争木确定方法和模型参数选用不同,其所反映的竞争效果也不同。3种竞争木的确定方法以圆锥搜索法为最佳,距离权重函数中以树高和为相对距离参数最好,而大小比参数选用树高相对更具生态学意义。
河北平山片麻岩山区微地形植物群落异质性
袁振, 魏松坡, 贾黎明, 张亚雄, 刘龙龙, 刘正立
2017, 39(2): 49-57. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160277
摘要:
微地形是导致植物群落特征产生差异的主要地形因子,探讨不同微地形对植物群落特征的影响,对于困难立地植被的恢复与重建具有重要意义。本文以河北省平山县片麻岩山区内的微地形及原状坡的植物群落调查数据为基础,分析了坡顶、塌陷、巨石背阴、缓台、陡坎、谷坡和U形沟7种微地形的植物群落特征及其与原状坡的差异,为片麻岩山区植被的恢复提供参考依据。结果表明:微地形与原状坡在植物群落数量特征方面存在明显差异,微地形植被平均高、盖度和生物量多优于原状坡(33.64 cm、59.61%、291.79 g/m2),其中以U形沟(49.12 cm、78.02%、574.84 g/m2)、塌陷(50.94 cm、74.81%、570.50 g/m2)最为显著,陡坎(30.65 cm、62.49%、89.13 g/m2)和坡顶(28.73 cm、52.67%、78.36 g/m2)较差。植物群落多样性方面,在各个微地形及原状坡中,谷坡与原状坡植物群落多样性特征相似,物种较少,多样性指数较高,分布较均匀;缓台和U形沟植物群落的多样性指数最优,且这两种微地形物种丰富且分布均匀;塌陷、巨石背阴、坡顶属于单优势种群落,物种种类少且分布不均匀,优势种的优势地位突出;陡坎虽然物种丰富,但是多样性指数较低,而且大都是伴生种或偶见种,且分布最不均匀。因此从植物群落数量特征及多样性的角度看,U形沟、塌陷、缓台是最有利于植被生长的微地形,是片麻岩山区进行植被恢复的较好选择。
用茉莉酸甲酯局部喷施长白落叶松苗对落叶松毛虫体内防御酶的影响
姜礅, 孟昭军, 严善春
2017, 39(2): 58-63. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160291
摘要:
为明确茉莉酸甲酯局部处理林木对落叶松毛虫解毒代谢的影响,本研究以3种不同浓度的茉莉酸甲酯(MeJA,0.01、0.10和1.00mmol/L)局部处理长白落叶松苗的侧枝,分析不同处理对取食其针叶的落叶松毛虫3~5龄幼虫体内保护酶和解毒酶活性的影响。研究发现,3个浓度的MeJA局部处理长白落叶松对松毛虫幼虫体内保护酶和解毒酶活性均有显著影响(P < 0.05),酶活变化趋势一致,但未呈浓度依赖关系。各处理组幼虫体内的SOD和POD活性均在第4龄显著高于CK(P < 0.05),但3、5龄幼虫体内的SOD和POD活性与CK差异不显著(P>0.05);而ACP、AKP和GSTs活性先在第3龄低于CK、第4龄均显著低于CK(P < 0.05),后在第5龄不同程度地高于CK。表明用MeJA局部喷施能诱导提高长白落叶松的系统抗性,且其对食叶害虫具有广谱性,能干扰落叶松毛虫的解毒代谢,抵御其危害;落叶松毛虫能在逐渐适应后,通过提高保护酶和解毒酶的活性去响应诱导抗性造成的毒害。
蓝莓果实花青苷积累与内源激素含量动态变化
李艳芳, 聂佩显, 张鹤华, 王力, 王红阳, 张凌云
2017, 39(2): 64-71. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160283
摘要:
为明确蓝莓果实花青苷积累与内源激素含量动态变化,本研究以5年生高丛蓝莓品种‘日出’和‘喜来’的果实为试验材料,运用高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱法、示差法等技术,测定了果实中花青苷含量、可溶性糖含量与5大内源激素(玉米素(ZT)、脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、乙烯(ETH))含量的变化规律并分析其相关性。结果表明,对整个蓝莓果实生长发育期间可溶性糖含量进行HPLC分析测定显示,蓝莓果实发育过程中主要以积累葡萄糖和果糖为主,蓝莓果实中可溶性糖的积累主要在果实发育后期。通过气相色谱测定蓝莓果实的ETH含量和ELISA试剂盒测定IAA、GA3、ZT、ABA显示,GA3与ZT含量较低,整体是先上升后下降的趋势,在果实发育中期出现一个峰值,IAA含量在蓝莓生长发育的过程中整体呈下降趋势,与之相反,蓝莓果实内ABA与ETH的含量变化总体呈上升的趋势。对整个蓝莓果实生长发育期间的花青苷含量、可溶性糖含量和内源激素含量3者之间进行相关性分析显示,ABA和ETH为糖类物质重要诱导因子,共同促进果实成熟和花青苷积累,IAA抑制糖类物质的积累和花青苷的合成,而GA3对糖类物质及花青苷的合成积累调控作用不明显,ABA、IAA和ETH等激素协同调控果实成熟过程。
不同品种金银花精油组分对比研究
刘亚, 吕兆林, 邹小琳, 任璇, 胡建忠
2017, 39(2): 72-81. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160183
摘要:
研究同一产地3个不同品种金银花精油的成分,并探索其化合物组成的异同。本实验以3种典型的忍冬科金银花(菰腺忍冬、灰毡毛忍冬、黄褐毛忍冬)为实验材料,采用提取率较高的精油提取装置提取其中的精油,并用气质联用仪(GC-MS)对其进行组分分析。3个不同品种的金银花共检出125种挥发性化合物;通过NIST11标准质谱库检索及人工图谱解析,确定了118种化合物结构。灰毡毛忍冬精油组成以烃类、酯类、醇类为主,其中所占比重最大为醇类,高达71.17%(C10的醇类相对含量为68.93%);化合物种类最多的为C5~C10(27种),占78.28%。菰腺忍冬精油以烃类、醇类为主,其中所占的比重最高为醇类,高达86.3%(C10的醇类相对含量为78.66%);化合物种类最多的为C5~C10(22种),相对百分含量为84.84%;并且没有羧酸类化合物。黄褐毛忍冬精油以酮类、酯类、醇类、醛类为主,其中所占的比例最大的为酯类,高达57.92%(C16~C20的酯类的相对含量为55.61%);种类最多为C5~C10(41种),相对百分含量为34.28%;但是C16~C20的含量最大,为59.33%(种类为15种)。研究表明:金银花种类不同,其精油组成成分在化合物种类、个数及相对含量方面差异很大,通过此次分析为金银花类别的鉴定及其精油的药用价值和香味来源的分析提供数据基础。
园艺学
百合雌蕊中杂交亲和性与不亲和性差异表达基因分析
王杰, 贾月慧, 张克中, 崔金腾
2017, 39(2): 82-91. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160292
摘要:
东方百合与卷瓣组野生百合杂交(简称OS组合),属于亲缘关系最远的组间杂交,杂交障碍最大。挖掘雌蕊中杂交亲和性与不亲和性差异表达基因,有可能解释不亲和性杂交中引起花粉管定向生长异常的机理,进而阐明不亲和性杂交的分子机理,为实施克服杂交不亲和障碍技术措施提供依据。本研究采用抑制消减杂交技术(SSH技术),分别以不亲和性杂交和亲和性杂交的东方百合雌蕊为试验组(tester)和驱动组(driver),建立正向抑制消减杂交文库,随机挑选180个阳性克隆,经过测序、去劣、去冗余、序列比对,有113个EST与数据库中的已知序列具有同源性,最终获得10个差异表达基因。采用RT-PCR技术对10个差异表达基因进行验证,其中有1个基因在不亲和性杂交的雌蕊中表达上调、7个基因表达下调、2个基因无明显变化。对差异表达基因进行功能注释及分类,差异表达基因主要集中于信号转导(包括丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶PP2A-3、钙依赖蛋白激酶CDPK、小G结合蛋白)、抗逆防御(包括分子伴侣(clpB)、过氧化氢酶CAT2)、转运(包括质膜ATPase、焦磷酸酶质子泵)、蛋白命运(包括60S核糖体蛋白)等功能类别。据此推测,在东方百合×山丹组(系)间不亲合性杂交育种过程中,可能引起雌蕊与花粉管信号交流异常、物质转运能力减弱和雌蕊耐受逆境能力降低,从而导致杂交不亲和性。
2个芍药品种不同花器官香气成分分析
宋朝伟, 于晓南
2017, 39(2): 92-99. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160198
摘要:
‘巧玲’和‘杨妃出浴’是杂交选育芳香型芍药新品种的重要亲本材料。为了弄清其不同花器官香气成分、含量及其分布规律,进而为芍药花香相关功能基因的分离、鉴定、克隆、时空表达及芳香型芍药分子育种等后续研究提供一定的理论依据。本文以典型芳香型芍药品种‘巧玲’与‘杨妃出浴’为试材,以淡香型芍药品种‘粉玉奴’为对照,采用顶空固相微萃取和气相-质谱联用技术,检测分析其花瓣、瓣化雄蕊、雌蕊、萼片4个不同花器官的香气成分。结果表明:‘杨妃出浴’含有29种香气成分,主要为香叶醇(27.62%)、苯乙醇(18.00%)、3, 7-二甲基-2-辛烯醇(14.56%)、α-蒎烯(9.79%),鉴于‘粉玉奴’花瓣样品中未能检测到以上香气成分,因此可初步确定香叶醇、苯乙醇、3, 7-二甲基-2-辛烯醇、α-蒎烯等为‘杨妃出浴’花冠释放香气的关键成分。‘巧玲’含有41种香气成分,主要为芳樟醇(30.06%)、桉油精(23.28%)、苯乙醇(22.09%)、乙酸叶醇酯(11.86%)、石竹烯(5.24%),其中芳樟醇与桉油精含量特别高,对照分析可初步确定‘巧玲’花香主要来源于芳樟醇、苯乙醇、桉油精与石竹烯的贡献。同时,2个品种不同花器官之间香气物质的释放量均表现出明显差异,其中瓣化雄蕊中均为最高,外层花瓣次之,而雌蕊与萼片中较少,与感官上香气的初步判断相吻合。因此,‘巧玲’和‘杨妃出浴’花香成分在不同花器官部位的空间表达上具有明显差异性。
林业工程
熏蒸处理对落叶松木材颜色和力学强度的影响
王丹青, 何静, 张求慧
2017, 39(2): 100-107. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160317
摘要:
为研究熏蒸处理对木材颜色和力学性能的影响,采用氧硫化碳(COS)、溴甲烷(MB)和硫酰氟(SF)分别在3种不同质量浓度下对落叶松材进行熏蒸处理,用色差分析、力学性能测试、电子扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和红外光谱分析(FTIR)对熏蒸前后木材的物理力学性能和官能团变化进行表征。结果发现:1)使用3种熏蒸剂处理后,落叶松材的颜色均发生明显变化,其中COS熏蒸处理对试样的明度(L*)、红绿轴色度指数(a*)的影响最小;2)落叶松材经过COS熏蒸处理后,顺纹抗压强度、静曲强度、弹性模量均下降,其中顺纹抗压强度下降最明显,在熏蒸剂质量浓度为124.2 g/m3时,顺纹抗压强度下降幅度达13.09%,而静曲强度和弹性模量分别下降9.38%、8.66%;经MB、SF熏蒸处理后,试样的顺纹抗压强度、静曲强度、弹性模量均无明显变化;3)熏蒸后的落叶松材表面微观结构未发生明显变化,但COS熏蒸后木材表面的S元素和SF熏蒸后木材表面的F元素分布密度均有所增加;4)在落叶松红外光谱图中,经MB、SF熏蒸后,碳氧双键和碳氢键明显增多;COS熏蒸后,半纤维素上的碳氧双键伸缩振动减弱,芳香环骨架上的碳氧双键的伸缩振动加强,木质素相对含量增加。
叶片传统特征和距离矩阵与角点矩阵相结合的树种识别算法
陈明健, 陈志泊, 杨猛, 莫琴
2017, 39(2): 108-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160351
摘要:
针对基于叶片特征进行树种识别的问题,本文在结合叶片纹理、不变矩以及传统形状共25维传统特征的基础上,自定义了叶尖角、边角均值等2个叶片轮廓特征,并以相似多边形定义及其推论作为理论依据,提出了一种基于叶片轮廓构建距离矩阵与角点矩阵进行树种识别的分类方法。该方法首先对树木叶片图像进行预处理,提取出归一化的叶片特征向量,然后利用KNN最近邻分类器筛选出相似度最高的前20个结果集(Top 20),然后构建距离矩阵和角点矩阵进行更为精确的识别匹配。在图像预处理阶段,为获取更为准确的叶片轮廓特征,利用叶片在HSV颜色空间中饱和度特征以及色度特征方面的显著差异性,设计了一种消除叶片阴影的图像预处理算法。在识别匹配阶段,利用Douglas Peucker approximation算法提取叶片轮廓的近似多边形,定义了距离矩阵、角点矩阵、矩阵中元素间相似度、矩阵相似度以及综合相似度计算方法,设计了全局匹配与局部匹配相结合的算法。该算法在Android系统的手机平台上进行了实现和运行验证,结果表明:在Flavia数据集中,对32种共1 907个正常叶片样本的识别准确率为99.61%,对32种共851个残叶样本的准确率为94.92%;在Leafsnap数据集中,对185种共23 147个Lab样本前5个结果集(Top 5)的识别准确率为98.26%。相对其他算法,该算法识别准确率更高,对叶片外形描述能力更强,对残叶、扭曲叶、阴影叶具有更好的鲁棒性,算法的实用性和适应性更强。
面向整枝机控制的手势识别技术研究
胡昕卉, 李文彬, 阚江明
2017, 39(2): 117-124. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160290
摘要:
为了实现对自动立木整枝机的手势控制,需要完成手势识别和无线遥控两部分工作,因此开展了基于表面肌电信号的手势识别技术研究。首先根据整枝机6个工作状态的特点定义相对应的6个手势,即:握拳、上切、下切、外翻、内翻和展拳;然后对采集到的表面肌电信号进行预处理,包括消噪和活动段分割;再对表面肌电信号进行时域和时-频域分析,得到3类特征,即:平均绝对值、自回归参数模型系数和小波分解后的各子频段信号平均能量;最后,构建支持向量机分类器,通过V折交叉验证得到最佳参数,分别进行单用户和多用户的识别实验。手势识别实验结果表明:单用户识别的准确率最高达100.00%,平均准确率为98.07%,高于多用户识别(91.19%)。本研究为实现整枝机手势控制的后续工作奠定了基础,为推进林业机械的智能化与人机交互进程提供了一种有效的新思路。