基于改进型果蝇算法的无性系种子园设计

种子园的规划设计是林木育种的基础工作,在亲本数量不确定的前提下,最大限度避免种子园内无性系之间近交繁殖,保证种子园具有较高的遗传效益,是种子园设计的目标。以内蒙古红花尔基樟子松(Pinussylvestris var.mongolica)国家良种基地的1、1. 5、2代种子园樟子松无性系通过SSR等技术分析得到的不同亲本之间的遗传距离为数据支撑,考虑复杂的亲本关系,通过改进的智能优化算法进行种子园设计,并将最终结果与其他智能优化算法和传统算法的结果进行对比分析。结果表明:改进型果蝇算法的收敛速度和效果优于其他算法,由所有算法分别执行200次之后的对比结果中可见,其最大值低于其他算法的最小值。在完全随机算法设计方案中存在多处同一无性系分株相邻出现,遗传算法和改进型果蝇算法设计方案并无同一无性系分株作为近邻出现且改进型果蝇算法设计方案的优先交配优于遗传算法设计方案。结果表明,基于遗传距离处理亲本复杂的亲缘关系,采用智能优化算法进行方案配置,可以为高世代种子园设计提供参考。

高世代种子园营建的一些技术问题

根据我国营建高世代种子园发展需要及现实中存在的问题,从种子园亲本材料选择、种子园设计、种子园植株管理、育种群体组建及长期育种计划制定等方面分析了营建高世代种子园的条件及需要注意的技术问题。

无性系种子园最小近交配置研究

为避免无性系之间自交和近交繁殖,使种子园内无性系尽可能保持花期一致性,促进亲本有效授粉,提高种子产量和质量,以内蒙古红花尔基樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litv.)国家良种基地中的樟子松为无性系材料,随机选取13株无性系樟子松,采用SSR(Simple sequence repeats)分子标记法,利用Gene Marker V2.2软件得到樟子松亲本间的遗传距离,设定花期和花粉传播范围作为实验数据,进行种子园无性系设计。提出双种群改进型自适应步长的果蝇优化算法(Two-population improved adaptive step-length fruit fly optimization algorithm,TIASFOA),并与改进果蝇优化算法(Improved fruit fly optimization algorithm,IFOA)、粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)、遗传算法(Genetic algorithm,GA)进行对比实验,从适应度、收敛性和1~3 m授粉范围内花期相邻或相同的无性系数量3方面进行对比分析。在遗传距离、花期和花粉量已知的条件下,在种群规模为20~60的范围内分别执行200次迭代实验,对适应度进行分析,结果显示,TIASFOA算法的平均值、最大值、最小值和方差比IFOA、PSO、GA算法都小;当种群规模为20时,TIASFOA算法相同或相邻花期的无性系数量之和的平均值分别为125和204,大于其他3种算法,TIASFOA算法可以得到较优适应度为133.016,与种群规模为50时的最小值132.733相差0.283;TIASFOA算法可以获得较优的适应度,并使无性系之间尽量保持花期一致。以遗传距离、花期和花粉量作为种子园设计的约束条件,更贴近生产环境,为无性系种子园优化设计提供了参考。

种子园配置设计的计算机处理系统

借助计算机辅助进行种子园配置设计，根据不规则山地的定植图，模拟出完全随机、完全随机区组、顺序错位、雌雄区组、平衡不完全区组、拉丁方、矩形区组方、约束随机区组、约束更换区组等设计方案，供使用者选择．软件设计为中文菜单式人机对话形式，应用计算机辅助设计（ＣＡＤ），复盖和编译等优化技术．经过实际运行结果表明，此系统功能较强，适用性及通用性好，运行速度快，比手工配置效率提高几十倍．

计算机辅助种子园配置设计

采用约束的随机完全区组设计,借助计算机对种子园无性系(或家系)进行优化配置设计,能保证同一无性系不同分株之间有最大的空间距离;减少无性系间的固定搭配;允许隔行隔株的系统疏伐而不致于改变无性系的组成;适用于任何形状小区,任何数量的无性系;便于安排无性系测定或其它试验及其统计分析。不仅速度快、效率高、还能提供多种可供选择的方案。

建宁县杉木第一代改良种子园高产配置设计及产量预测的研究

采用约束变换区组设计，借助计算机对种子园进行高产模式配置设计，营建生产性嫁接种子园，模拟预测结果表明：接株３年生进入结实期后，高产配置比一般配置，每年每公顷可增产种子６５．０５％，球果败育率降低２．５７％，子代高生长增加３．３５％；生产性种子园应考虑配置系统疏伐模式，第一次疏伐在接株５年生时进行，第二次疏伐在７年生时进行。

国外种子园研究热点及对我国营建高世代种子园的启示

综述近年来国际林联(IUFRO)关于种子园建设和经营管理方面的研究报告,以及2017年林木种子园国际会议讨论热点,认为目前关于种子园的研究重点主要反映在种子园管理策略与遗传增益、近交控制与交配系统的监控、种子园病虫害防治与促进开花结实、基因组时代林木育种的机遇和挑战等4个方面。根据先进国家种子园建设的经验,对我国发展高世代种子园提出4点建议:(1)科学制订高世代长期育种策略,组建育种群体,应特别重视重要遗传材料的利用;(2)进一步改善高世代种子园内的亲本配置;(3)加强风媒种子园交配系统的监测与调控;(4)重视种子园的树体管理与病虫害防控。