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1、第九章第九章 林木育种中的实验设计林木育种中的实验设计Experimental design in forest Experimental design in forest tree breedingtree breeding试验设计最新一、试验设计的基本内容一、试验设计的基本内容 1、制定试验方案、制定试验方案 包包括括试试验验因因素素、处处理理水水平平、测测定定指指标标、试试验验规规模模、小小区区大小、重复次数的确定，即试验小区排列方式的设计等。大小、重复次数的确定，即试验小区排列方式的设计等。2按统计学原理安排试验，并收集和整理数据。按统计学原理安排试验，并收集和整理数据。3对对实实验验
2、结结果果进进行行统统计计分分析析并并作作出出合合理理的的统统计计推推断断。试验设计最新二、林业试验的特点二、林业试验的特点1林林木木是是多多年年生生植植物物，具具有有生生命命周周期期和和年年周周期期两两个个生生长长和和发育周期发育周期，增加了实验的长期性和复杂性增加了实验的长期性和复杂性。2林林木木个个体体大大，根根系系深深，占占地地多多，试试验验面面积积大大，因因此此容容易易造造成成地地形形、土土壤壤、营营养养、光光照照以以及及气气候候条条件件的的不不一一致致，加大株间差异。加大株间差异。3林林木木如如果果用用种种子子繁繁殖殖，则则变变异异大大；如如果果用用嫁嫁接接繁繁殖殖，砧砧木与接穗相互
3、影响木与接穗相互影响，都会造成复杂的误差都会造成复杂的误差；5常有缺株现象发生常有缺株现象发生，4由由于于试试验验的的长长期期性性，若若最最初初的的试试验验设设计计发发生生错错误误，会导致错误累加，进一步影响以后的试验会导致错误累加，进一步影响以后的试验。试验设计最新三、林业试验设计的基本要求三、林业试验设计的基本要求1试验要有合理性试验要有合理性2试验要有代表性试验要有代表性3试验要有可靠性试验要有可靠性5林业试验还要有延续性和完整性林业试验还要有延续性和完整性4试验结果要求重现性试验结果要求重现性试验设计最新四、试验误差四、试验误差试试验验各各处处理理观观测测值值间间的的差差异异除除包包含
4、含处处理理效效应应外外，还还含含有有由由于于其其它它非非试试验验因因素素不不能能完完全全一一致致而而产产生生的的差差异，这部分差异叫试验误差异，这部分差异叫试验误差(experimental error)。 （一）试验误差的分类（一）试验误差的分类2随机误差随机误差1系统误差系统误差3过失误差过失误差试验设计最新1试验材料的差异试验材料的差异2试验中人为条件的差异试验中人为条件的差异3试验环境条件的差异试验环境条件的差异1试验要有重复试验要有重复五、试验设计的基本原则五、试验设计的基本原则（二）林业试验误差的来源（二）林业试验误差的来源 一一个个试试验验处处理理只只有有一一个个实实验验单单元元
5、（即即一一个个试试验验小小区区）叫无重复。重复有两个作用：叫无重复。重复有两个作用：（1）估算误差。）估算误差。（2）减小试验误差。）减小试验误差。（3）使试验更富有代表性。）使试验更富有代表性。试验设计最新2试验要遵从随机化原则试验要遵从随机化原则使使各各处处理理有有同同等等机机会会分分配配到到不不同同试试验验小小区区中中，从从而而使使各各实实验验单单元元观观测测值值成成为为相相互互独独立立的的随随机机变变量量，使使同同一一处处理理内内各各观观测测值值间间的的差差异异成成为为试试验验误误差差的的无无偏偏估计。估计。 3试验要实施局部控制试验要实施局部控制将将对对试试验验结结果果有有影影响响的
6、的非非试试验验因因素素实实行行分分段段（分分级级）控制，以减小试验误差，控制，以减小试验误差，在在场场圃圃试试验验中中，可可将将试试验验地地按按其其肥肥力力不不同同划划分分成成若若干干不不同同肥肥力力等等级级的的地地段段，再再将将每每个个地地段段分分成成与与处处理理数数目目相相等等的的小小区区。同同一一地地段段内内各各小小区区差差异异较较小小，而而不不同同地地段段土土壤壤小小区区差差异异较较大大。这种土壤肥力相对一致的地段叫区组。这种土壤肥力相对一致的地段叫区组。试验设计最新重复重复随机排列随机排列局部控制局部控制合理估计误差合理估计误差减小试验误差减小试验误差提高实验精度提高实验精度试验设计
7、最新六、试验误差控制的途径六、试验误差控制的途径（一）试验地的选择（一）试验地的选择1试验地要有代表性试验地要有代表性。2地地势势以以平平坦坦为为宜宜。地势高低不平会影响土壤的水分和土壤肥力状况，山地试验，应利用局部控制原理，使同一区组内各小区的土壤情况尽量一致。3. 试验地位置要适当试验地位置要适当4. 试验地肥力应均匀试验地肥力应均匀。试验设计最新土土壤壤肥肥力力差差异异表表现现有有2种种形形式式：一一是是趋趋向向性性的的差差异异，如如土土壤壤肥肥力力由由下下坡坡到到上上坡坡或或从从地地段段的的一一侧侧到到另另一一侧侧有有规规律律地地变变化化，这这属属于于系系统统误误差差之之一一，可可通通
8、过过正正确确的的田田间间试试验验设设计计技技术术，对对系系统统误误差差进进行行局局部部控控制制，提高精度。提高精度。 另另一一种种形形式式是是点点发发性性的的，肥肥力力变变化化没没有有一一定定规规律律可可循循，较较难难以以克克服服，可可通通过过深深耕耕施施肥肥，或或采采用用扩扩大大小小区等方法来降低误差。区等方法来降低误差。 （1）观察实验地段杂草生长情况；）观察实验地段杂草生长情况；（2）根据以往树木生长结果的档案记录来判断；）根据以往树木生长结果的档案记录来判断；（3）空白试验。）空白试验。试验设计最新（二）试验树的选择（二）试验树的选择1供试材料要有代表性。供试材料要有代表性。2苗木要求
9、高质量、生长健壮、整齐一致。苗木要求高质量、生长健壮、整齐一致。育苗要育苗要大于实验用苗的大于实验用苗的1 13 3倍。倍。3试验苗木及树木的管理要一致。试验苗木及树木的管理要一致。（三）小区技术（三）小区技术1小区的面积与形状小区的面积与形状在在试试验验中中，安安排排一一个个处处理理的的小小块块地地段段或或单单元元，称称为为试验小区，简称小区。试验小区，简称小区。 试验设计最新(1) 单单株株小小区区。以以一一株株树树木木作作为为一一个个小小区区，作作为为一一次次重复。重复。 (2) 少株小区。一般由少株小区。一般由425株小区。株小区。 (3) 多株小区。以多株小区。以49100株树木为一
10、个小区。株树木为一个小区。 林业试验以每小区栽林业试验以每小区栽110株效率最高。株效率最高。 无无性性系系试试验验材材料料，试试验验地地地地势势较较平平坦坦，较较一一致致，栽栽植植管管理理措措施施跟跟得得上上可可采采用用单单株株小小区区，提提高高试试验验效效率率。在在改改良良的的初初级级阶阶段段或或短短期期试试验验时时间间，多多采采用用少少数数小小区区；在在优优良良材材料料的的推推广广阶阶段段，多多采采用用多多株株小小区区，这这样与生产上实际情况更接近。样与生产上实际情况更接近。试验设计最新当当环环境境呈呈梯梯度度变变化化时时，如如肥肥力力，区区组组长长边边应应与与环环境境梯度垂直，而区组内
11、小区的长边与环境变化相平行。梯度垂直，而区组内小区的长边与环境变化相平行。 在在山山地地试试验验时时，区区组组的的长长边边应应与与坡坡向向垂垂直直，即即平平行行于于等等高高线线。小小区区长长边边应应与与坡坡向向平平衡衡，即即垂垂直直于于等等高高线线。一一般般来来说说，小小区区长长宽宽比比为为3：110：1为为宜宜。平平地可用正方形地可用正方形。 2小区的重复次数小区的重复次数。 一一般般在在土土壤壤差差异异不不大大的的地地区区安安排排随随机机区区组组设设计计需需要要4 46 6次次重重复复。土土壤壤差差异异较较大大或或精精度度高高时时，可可安安排排8 81010次次，比比较较粗粗放放或或小小区
12、区面面积积较较大大时时，也也可可2 23 3次次。从从统统计计学学观观点点看看，方方差差分分析时误差项自由度最好不小于析时误差项自由度最好不小于1212。 试验设计最新试验设计最新3设置对照和保护行设置对照和保护行对对照照很很关关键键，对对照照一一般般用用当当地地生生产产的的苗苗木木，可可以以设设置置多多个个对对照照。如如引引种种试试验验，需需有有当当地地的的优优良良树树种种作作对对照照，才才能能正正确确评评价。施肥实验，必须设不施肥小区为对照。价。施肥实验，必须设不施肥小区为对照。例例如如，优优树树自自由由授授粉粉子子代代测测定定，应应选选择择选选优优林林分分的的一一般般种种子子或或是是选选
13、优优林林分分所所在在地地区区同同性性质质林林分分混混合合种种子子作作对对照照；第第二二代代种种子子园园选选育育效效果果，应应以以第第一一代代种种子子园园作作对对照照；种种源源试试验验应应以以当地种源种子作对照等。总之，对照一定要有可比性。当地种源种子作对照等。总之，对照一定要有可比性。由由于于边边际际效效应应，场场圃圃试试验验一一般般要要设设置置保保护护行行，以以减减少少误误差差和和防防止止人人畜畜践践踏踏，区区组组和和小小区区间间一一般般不不设设保保护行。护行。试验设计最新林业试验研究方案制定的原则林业试验研究方案制定的原则1.试验目的要明确试验目的要明确2.试验方案中内在比较处理效果时试验
14、方案中内在比较处理效果时,必须应用单必须应用单一差异原则一差异原则3.尽量排除非试验因素的限制尽量排除非试验因素的限制4.试验方案设计的繁、简要恰当试验方案设计的繁、简要恰当5.试验因素中水平的确定试验因素中水平的确定6.试验方案中应设有共同可以比较的水平（对试验方案中应设有共同可以比较的水平（对照）照）试验设计最新七、多点完全随机区组设计和分析七、多点完全随机区组设计和分析在在育育种种试试验验中中，经经过过子子代代测测定定或或无无性性系系测测定定所所选选择择出出的的优优良良品品种种（种种源源、家家系系或或无无性性系系），在在推推广广之之前前，需需进进行行区区域域试试验，即在统一设计下进行多点
15、试验。验，即在统一设计下进行多点试验。所所谓谓统统一一设设计计，主主要要是是指指每每一一个个试试验验点点的的参参试试品品种种相相同同，采采用用的的试试验验设设计计相相同同，小小区区技技术术相相同同，这这样样为为品品种种多多点点试试验验结结果果的的联联合合分分析析提提供供了了客客观观可可能能性性和和可可靠靠性性，因因而而可可用用以以测测定定新品种的优良特性及性状稳定性。新品种的优良特性及性状稳定性。 以以4个个白白杨杨无无性性系系（v=4）在在5个个地地点点（S5）对对比比试试验验为为例例。5个个地地点点均均采采用用完完全全随随机机区区组组设设计计，重重复复4次次，（r=4），每每小小区区3株株
16、，6年年生生树树高高测测定定数数据据列列入下表。入下表。 试验设计最新试验设计最新1、计算各种平方和和自由度、计算各种平方和和自由度 校正系数 总计 dfT= vsr 1 = 454 1 = 79区组 dfrs ( r1 ) 5 (4 1) = 15 试验设计最新试验点 dfS = S 1 = 5 1 = 4 无性系 dfv = v 1 = 4 1 = 3 无性系试验点 df v = (v 1 ) ( S 1 ) = ( 4 1 )( 5 1)=12误差 dfe = S ( v 1 ) ( r 1 ) = 5 ( 4 1) (4 1 ) = 45 试验设计最新2列方差分析表列方差分析表试验设计
17、最新八、品种稳定性分析八、品种稳定性分析一一个个数数量量性性状状的的表表型型值值P可可以以看看作作是是基基因因型型和和环环境境差差值值E的的线线性函数。性函数。 P G E PGEG E 假假设设有有两两个个无无性性系系A A和和B B，遗遗传传结结构构上上是是有有差差异异的的。再再假假定定这这两两个个无无性性系系栽栽植植于于两两个个不不同同环环境境，例例如如，地地区区X X和和Y Y，然然后后看看其其产产量量性性状状的的变变化化。如如果果A A和和B B无无性性系系在在X X和和Y Y地地区区表表现现一一致致的的趋趋势势，那那么么遗遗传传型型和和环环境境的的互互作作就就不不存存在在。如如果果
18、A A和和B B无无性性系系在在X X地地区区的的产产量量是是相相似似的的，但但在在Y Y地地区区，A A无无性性系系的的产产量量上上升升，而而B B无无性性系系的的产产量量表表现现下下降降，这这就就说说明明无无性性系系和和地地区区有有互互作作存存在。在。 试验设计最新试验设计最新在在类类型型a a和和b b，A A 无无性性系系是是一一个个普普遍遍适适应应的的无无性性系系；在在类类型型 c c和和e e，A A无无性性系系是是一一个个特特殊殊适适应应于于Y Y地地区区的的无无性性系系；在在类类型型d d和和f f，A A无性系是一个特殊适用于无性系是一个特殊适用于X X地区的无性系。地区的无
19、性系。基基因因型型与与环环境境互互作作在在育育种种上上应应用用较较广广的的是是品品种种稳稳定定性性测测定定。基基因因型型与与环环境境互互作作和和品品种种稳稳定定性性有有关关。所所谓谓品品种种稳稳定定性性是是指指品品种种在在不不同同环环境境条条件件下下能能保保持持性性状的稳定状态。状的稳定状态。当当品品种种多多点点试试验验联联合合方方差差分分析析品品种种试试验验点点的的互互作作达达显显著著或或极极显显著著时时，表表明明不不同同品品种种在在不不同同环环境境条条件件下下的的表表现现存存在在差差异异，必须进行品种稳定性测定。必须进行品种稳定性测定。测测定定品品种种稳稳定定性性的的方方法法有有很很多多，
20、仅仅介介绍绍Finlay Finlay 和和WilkinsonWilkinson（19631963）提出的方法。）提出的方法。试验设计最新用用每每一一个个地地点点的的所所有有品品种种的的平平均均产产量量，作作为为地地区区的的环环境境指指数数，然然后后计计算算每每一一品品种种的的平平均均产产量量，计计算算与与环环境境指指数数的的回回归归系系数数。并并用用该该回回归归系系数数作作为为品品种种稳稳定定性性的的测测度度标标准准。回回归归系系数数小小，表示品种对环境反应小，较稳定，反之不稳定。表示品种对环境反应小，较稳定，反之不稳定。 设设有有v v个个品品种种，在在n n个个环环境境（地地点点）栽栽种
21、种。V V个个品品种种在在每每个个环环境境可可求求出出一一个个平平均均数数，作作为为该该环环境境的的环环境境指指数数，在在n n个个环环境境可可求求出出n n个个指指数数，求求每每一一个个品品种种在在各各环环境境的的平平均均产产量量(Y)(Y)对对环环境境指指数数X X回归系数及直线回归方程。回归系数及直线回归方程。 试验设计最新评定品种稳定性标准：评定品种稳定性标准： （1）当）当b1 表示该品种具有平均稳定性；表示该品种具有平均稳定性；（2）当）当b 1 表示该品种低于平均稳定性；表示该品种低于平均稳定性；（3）当）当 b 1 表示该品种高于平均稳定性。表示该品种高于平均稳定性。以前一多点
22、随机区组试验为例，稳定性计算方法如下：以前一多点随机区组试验为例，稳定性计算方法如下：首首先先进进行行多多点点完完全全随随机机区区组组试试验验，当当品品种种多多点点联联合合方方差差分分析析中中品品种种试试验验地地点点互互作作达达到到显显著著或或极极显显著著时时，就就要要进进行行品品种种稳稳定定性性测测定定。由由前前列列中中计计算算得得每每一一品品种种在在每每一一地地点点相相应应平平均均产产量及环境指数如下表所示。量及环境指数如下表所示。试验设计最新环境指数 8.37 10.28 10.20 7.89 9.57 试验设计最新（1）由由表表中中计计算算出出每每一一品品种种在在每每一一试试验验点点的
23、的小小区区平平均均产产量量，及每一试验点个品种的平均值，即环境指数及每一试验点个品种的平均值，即环境指数. （2）计计算算每每一一品品种种的的平平均均产产量量（Y）回回归归于于环环境境指指数数（X）的回归系数（的回归系数（b）及回归方程。）及回归方程。 试验设计最新回归方程为 同理可求其它无性系回归方程303： 106： 毛白杨：试验设计最新试验设计最新无性系无性系平均高平均高b值值7419.441.2273039.900.5321068.930.909毛白毛白杨杨8.781.337综综合合树树高高平平均均值值和和稳稳定定性性参参数数看看，741741、106106的的b b值值接接近近于于1
24、 1，由由于于741741树树高高平平均均值值高高于于全全体体平平均均值值，所所以以认认为为741741是是适适应应性性广广，稳定性强，生长量大的无性系，适宜在试验区内大范围推广。稳定性强，生长量大的无性系，适宜在试验区内大范围推广。 106106树高接近全体平均数，但高于对照毛白杨，所以也是一个树高接近全体平均数，但高于对照毛白杨，所以也是一个较理想的推广品种。较理想的推广品种。 303303的的b b值低于值低于1 1，易在不良环境条件下发挥生长潜力。，易在不良环境条件下发挥生长潜力。 毛白杨的毛白杨的b b值大于值大于1 1 ，适宜在环境较好的条件下栽种。，适宜在环境较好的条件下栽种。
25、结论结论:试验设计最新丰产性和稳产性分析地点主效应j: 无性系主效应 vi无性系地点效应:试验设计最新(U)(V) 8.37 10.28 10.20 7.89 9.57 9.269.449.908.938.78试验设计最新VUVi U1U2U3U4U5(uv)ij.V1-0.470.340.30-0.04-0.120.18V20.53-0.59-0.360.55-0.130.64V30.59-0.050.03-0.18-0.41-0.33V4-0.660.300.03-0.330.66-0.48uj-0.891.020.94-1.370.31试验设计最新品种丰产性稳产性(适应性)(Vi)平均产
26、量主效应vi品种地点互作特别适应地区V2(303)9.900.64V1(741)9.440.18 V3(106)8.93-0.33V4(毛白杨)8.78-0.48试验设计最新品种的稳定性(适应性), 可用品种与地点的的交互作用的分析来评价. 品种地点互作方差愈小, 品种在各地的产量愈稳定品种地点互作的变异系数CVvi u愈小， 品种在各地的产量愈稳定试验设计最新品种丰产性稳产性(适应性)(Vi)平均产量主效应vi品种地点互作特别适应地区V2(303)9.900.640.1824.309U1和U4V1(741)9.440.180.0231.607U1-U5V3(106)8.93-0.330.0502.512U1-U5V4(毛白杨)8.78-0.480.1804.832U2和U5试验设计最新试验设计最新
