全 文 ：华南农业大学学报 2014，35(6):89-93
Journal of South China Agricultural University
http:∥xuebao． scau． edu． cn
doi:10． 7671 / j． issn． 1001-411X． 2014． 06． 017
收稿日期:2013-06-13 优先出版时间:2014-09-30
优先出版网址:http:∥www． cnki． net /kcms /detail /44． 1110． S． 20141003． 1242． 017． html
作者简介:刘德浩(1988—)，男，硕士研究生，E-mail :15013126056@ 139． com;通信作者:张卫华(1977—)，女，教授级高
工，博士，E-mail:zwh523@ sinogaf． cn
基金项目:林业公益性行业科研专项(201004009-7，201104003)
刘德浩，张卫华，张方秋．尾叶桉核心种质初步构建［J］．华南农业大学学报，2014，35(6):89-93．
尾叶桉核心种质初步构建
刘德浩1，2，张卫华2，张方秋2
(1 华南农业大学 林学院，广东 广州 510642;2 广东省林业科学研究院，广东 广州 510520)
摘要:【目的】为了快速、准确地从丰富的尾叶桉 Eucalyptus urophylla 种质资源中鉴定出育种上迫切需要的优异基
因，初步构建了尾叶桉核心种质，以便简化管理，提高遗传资源在尾叶桉改良中的利用效率．【方法】以尾叶桉 27 个
种源 194 个家系的树高、胸径、材积等 17 个数量性状为依据，采用不同的取样比例(5%、10%、20%、30%和 40%)、
3 种遗传距离计算方法(欧氏距离、标准欧氏距离和马氏距离)、4 种系统聚类方法(最短距离法、最长距离法、不加
权类平均法和离差平方和法)和 2 种取样方法(随机取样法和最小距离逐步取样法)构建尾叶桉核心种质资源库，
利用均值差异百分率(MD)、方差差异百分率(VD)、变异系数变化率(VＲ)和极差符合率(CＲ)作为构建核心种质
的评价指标．【结果和结论】结果表明采用 10%的抽样比例、标准欧氏距离、最短距离系统聚类法和最小距离逐步
取样法构建的包括 25 个种源 100 个家系的尾叶桉核心种质最能代表原有的种质群体．
关键词:尾叶桉;种质资源;核心种质
中图分类号:S722． 3 文献标志码:A 文章编号:1001-411X(2014)06-0089-05
Preliminary construction of core collection of Eucalyptus urophylla germplasm
LIU Dehao1，2，ZHANG Weihua2，ZHANG Fangqiu2
(1 College of Forestry，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China;
2 Guangdong Academy Forestry，Guangzhou 510520，China)
Abstract:【Objective】In order to rapidly and precisely identify the excellent gene for the breeding of Eu-
calyptus urophylla，the construction of core collection of E． urophylla was necessary． Establishing a core
collection of E． urophylla could simplify the management and enhance the utilization of genetic resources
in E． urophylla research programs． 【Method】Based on 17 quantitative traits，height，diameter and vol-
ume of 194 families from 27 provenances of E． urophylla，core collections were constructed using different
sampling proportions (5%，10%，20%，30%，and 40%)，3 distances (Euclidean distance，Standard-
ized Euclidean distance，and Mahalanobis distance)，4 hierarchical clustering methods (Single distance
method，Complete distance method，Unweighted pair-group average method and Ward’s method)，and 2
sampling strategies (random sampling and least distance stepwise sampling)were employed． The genetic
variation of the quantitative traits among these core collections was compared by evaluating the mean
difference percentage (MD)，variance difference percentage (VD)，changeable rate of coefficient of var-
iation (VＲ)and coincidence rate of range (CＲ)of the traits．【Ｒesult and conclusion】The results
showed that the primary core collection was constructed with 10% sampling proportion，standardized Eu-
clidean distance，Single distance method，and least distance stepwise sampling，which was composed of
100 families from 27 provenances of E． urophylla and the best representative of total germplasm．
Key words:Eucalyptus urophylla;germplasm;core collection
核心种质的概念最早是由 Frankel 等［1］161 － 170在
1984 年提出的，核心种质是指在整个种质资源中选
择一部分样本，用最少的遗传资源数量，最大限度地
代表整个遗传资源的多样性．当前，世界各国一直不
断地搜集各种遗传资源构建种质资源库为育种等研
究服务，此举将导致种质资源库的规模越来越大，规
模巨大的种质资源库使育种家们需要花费更多的时
间和资金来寻找符合育种目标的种质材料，同时有
限的资金已经难以妥善保存众多的种质资源． 而植
物核心种质是种质资源群体中最具代表性的样本，
因此，在育种工作中可以优先对核心种质进行保存、
评价和利用，从而解决种质资源过大、难以进行管理
和利用的难题． 目前我国已在多种植物上开展核心
种质的研究工作，其中以农作物为首，涉及到水稻、
大麦、玉米、棉花、油菜、大豆、芝麻等，而林木核心种
质的构建工作严重滞后于农作物，仅限于腊梅、桃和
茶树等［2-4］．尾叶桉是优良的速生用材林树种，其材
质优良、用途广泛，是华南地区杂种桉(例如 3229)
的优异亲本材料，同时也是培育新一代优良杂种的
骨干亲本［5］．外引树种资源的有效保存和利用一直
是个难题，保存的数量、方法、地点对于尾叶桉来说
都至关重要，核心种质的理论与实践是种质资源学
发展的重要方向和重大进展，用最小的样本数代表
最大的遗传多样性，对于尾叶桉资源保存、高效育种
均具有重要意义．本文利用尾叶桉试验林的 27 个种
源 194 个家系为材料，以树高、胸径、干形和材性等
17 个指标的数据为依据，通过比较分析不同取样比
例、遗传距离、聚类方法和取样策略构建出的尾叶桉
核心种质各评价参数值，初步构建出较为合适的尾
叶桉核心种质资源库．
1 材料与方法
1． 1 材料
试验地设在广东省四会市贞山区大南山林场，
位于东经 112°45，北纬 23°22．试验林建于 2008 年
8 月，参试的 194 个尾叶桉家系分别来自于 27 个不
同种源，包括印度尼西亚、巴西、菲律宾、马来西亚和
南非等地．试验采用随机完全区组设计，单株小区，
50 次重复，株行距 2 m × 3 m． 穴植，穴的规格为 50
cm ×50 cm ×50 cm．造林时每穴施基肥桉树有机肥 1
kg．第 1 年施复合肥 2 次，第 2 年追肥 1 次，用量为
0． 25 kg．造林后前 2 年，每年 1 ～ 2 次抚育，于每年春
末夏初和秋季进行，并松土扩穴．
1． 2 方法
1． 2． 1 性状测定 每个家系随机抽取 10 个单株，
测定每个单株的基部直径、胸径、树高、4 m 处直径、
枝下高、分枝大小、尖削度、树皮厚度、分枝数量、枝
痕形状、干形、分枝均匀度、分枝角度、冠幅大小、叶
片密度、树皮开裂方式，木质材性数据利用 ST-300 木
质检测仪测定． 干形指标分 4 个数量等级:Ⅰ级:主
干通直圆满，得 4 分;Ⅱ级:主干直、不圆满，得 3 分;
Ⅲ级:主干稍弯曲、不圆满，得 2 分;Ⅳ级:主干有两
个以上弯曲，得 1 分．分枝均匀度分级标准:Ⅰ级:侧
枝细小、树冠匀称，得 3 分;Ⅱ级:侧枝中等，树冠匀
称，得 2 分;Ⅲ级:有明显大枝、树冠不均，得 1 分．数
量性状采用标准化数据，1 级≤X － 2δ，10 级 ＞ X +
2δ，1 ～ 10 级中间每级的间差为 0. 5δ，其中 X 为各性
状平均值，δ为标准差．
1． 2． 2 分组方法 由于地理种源可以为生物多样
性提供间接根据，所以本文采用地理种源分组．
1． 2． 3 取样比例 设定 5%、10%、20%、30% 和
40%共 5 个取样比例．
1． 2． 4 遗传距离计算 遗传距离分别采用欧式距
离(Euclidean distance，Euclid)、标 准 欧 氏 距 离
(Standardized Euclidean distance，Seuclid)和马氏距
离(Mahalanobis distance，Mahal)［6］3 种方法进行计
算．
1． 2． 5 聚类方法 聚类方法分别采用不加权类平
均法(Unweighted pair-group average method，Aver-
age)、最长距离法(Complete distance method，Com-
plete)、最短距离法(Single distance method，Single)和
离差平方和法(Ward’s method，Ward)进行聚类［7-8］．
1． 2． 6 取样策略 按照胡晋等［9］提出的最小距离
逐步取样法(Least distance stepwise sampling，LDSS)
和多次聚类随机取样法(Stepwise cluster based on
random sampling，SCＲ)进行样本抽取．
1． 2． 7 评价方法 通过使用胡晋等［9］提出的均值
差异百分率(Mean difference percentage，MD)、方差
差异百分率(Variance difference percentage，VD)、极
差符合率(Coincidence rate of range，CＲ)和变异系数
变化率(Changeable rate of coefficient of variation，
VＲ)4 个评价参数，评价不同方法构建出的尾叶桉核
心种质的代表性，4 个评价参数的计算方法分别为:
MD = 1n∑
n
i = 1
(1 －∑
m
j = 1
p2ij) ， (1)
式(1)中，pij是第 i个性状第 j种表现型的频率，m 是
09 华 南 农 业 大 学 学 报 第 35 卷
第 i个性状表现型的数目，n是数量性状总数;
VD =
SF
n × 100， (2)
式(2)中，SF 是核心子集与原始群体进行 F 测验得
到的方差差异显著(α = 0. 05)的性状数，n 是数量性
状总数;
CＲ = 1n∑
n
i = 1
ＲC(i)
ＲI(i)
× 100， (3)
式(3)中，ＲC(i)是核心子集第 i个性状的极差，ＲI(i)是
原始群体第 i个性状的极差，n是数量性状总数;
VＲ = 1n∑
n
i = 1
CVC(i)
CVI(i)
× 100， (4)
式(4)中，CVC(i)是核心子集第 i 个性状的变异系数，
CVI(i)是原始群体第 i 个性状的变异系数，n 是数量
性状总数． Hu等［10］提出核心种质的 MD 小于 20%，
CＲ大于 80%，就可以认为所筛选出的核心种质能够
较好地代表原始群体的遗传多样性，并且 MD 越小，
CＲ、VD和 VＲ越大，核心子集越能够代表原始群体
的遗传多样性．
2 结果与分析
2． 1 不同取样比例构建的尾叶桉核心种质结果比
较
在采用标准欧式距离、最短距离聚类方法和最
小距离逐步取样法的前提下，抽样比例分别为 5%、
10%、20%、30%和 40%的尾叶桉核心种质评价参数
值见表 1．由表 1 可以看出，在 5 种不同取样比例下
的核心种质 MD均接近于 0，均符合构建核心种质的
第 1 个条件，但是 CＲ 只有 10%、20%、30%和 40%
这 4 种取样比例符合构建要求，5%取样比例下的
CＲ只有 75. 83%，低于构建核心种质 CＲ 大于 80%
的要求．因此，5%取样比例明显不符合构建核心种
质的要求．由表 1 还可以看出，10%和 30%这 2 种取
样比例的CＲ明显高于20%和40%取样比例，均达
表 1 不同取样比例下构建的核心种质评价参数值
Tab． 1 Evaluating parameters of core collection based on
different sampling percentages
取样
比例 /%
均值差异
百分率
(MD)/%
方差差异
百分率
(VD)/%
极差
符合率
(CＲ)/%
变异系数
变化率
(VＲ)/%
核心种
质数量
5 0． 44 117． 51 75． 83 107． 68 99
10 0． 11 122． 37 92． 72 114． 64 188
20 0． 04 119． 76 88． 87 109． 37 376
30 0． 07 124． 80 91． 74 111． 83 564
40 0． 43 122． 31 88． 19 110． 29 752
到 90%以上，因此优先考虑 10%和 30%这 2 种取样
比例;而 10%取样比例下的 CＲ 和 VＲ 均大于 30%
取样比例下的 CＲ和 VＲ，而当 2 种取样比例下的MD
值小于 20%且相近时，CＲ、VＲ 越大其代表性越高．
由于较大的样本量无法满足生产和研究的需要，对 5
种取样比例下的核心种质数量进行比较发现，只有
10%的取样比例是构建尾叶桉核心种质的合理取样
比例，10%的取样比例用较小的样本量较好地保存
了原始资源的遗传多样性．
2． 2 不同遗传距离构建的尾叶桉核心种质结果比
较
在确定 10%取样比例、最短距离聚类方法和最
小距离逐步取样法的前提下，采用欧式距离、标准欧
氏距离和马氏距离构建的尾叶桉核心种质评价参数
值见表 2．结果表明，采用 3 种遗传距离构建的尾叶
桉核心种质的 MD 与 CＲ 均符合构建核心种质的要
求，表明 3 种遗传距离构建的尾叶桉核心种质均能
够较好地代表原始种质的遗传多样性． 虽然 3 种方
法构建的核心种质符合构建要求，但是在数值上还
是存在明显的差异，标准欧式距离构建的核心种质
的 MD、CＲ明显高于欧式距离和马氏距离的构建结
果，尽管在 VD值上标准欧式距离稍有不足，但标准
欧氏距离的 VＲ 值又优于欧氏距离和马氏距离． 因
此，综合看来标准欧式距离是构建尾叶桉核心种质
的合理遗传距离．
表 2 3 种遗传距离下构建的核心种质评价参数值
Tab． 2 Evaluating parameters of core collection based on
three kinds of genetic distance %
遗传距离
均值差异
百分率
(MD)
方差差异
百分率
(VD)
极差
符合率
(CＲ)
变异系数
变化率
(VＲ)
欧式距离 0． 16 134． 53 91． 54 116． 93
标准欧式距离 0． 11 114． 64 92． 72 122． 37
马氏距离 0． 15 131． 40 91． 96 116． 21
2． 3 不同聚类方法构建的尾叶桉核心种质结果比
较
在确定 10%取样比例、标准欧式距离计算遗传
距离和最小距离逐步取样法的前提下，采用最短距
离法、最长距离法、不加权类平均法和离差平方和法
4 种聚类方法构建的尾叶桉核心种质遗传差异见表
3．采用 4 种不同聚类方法构建出的尾叶桉核心种质
均符合构建核心种质的基本要求，其 MD 接近于 0，
CＲ均达到 90%以上，能够代表原始资源的遗传多样
性．由表 3 可以看出，最短距离法和最长距离法的
CＲ值高于不加权类平均法和离差平方和法，最短距
19第 6 期 刘德浩，等:尾叶桉核心种质初步构建
离法的 VＲ明显高于其他 3 种聚类方法．综合来看，4
种聚类方法构建出的尾叶桉核心种质以最短距离法
最优，离差平方和法最差，不加权类平均法与最长距
离法相差不大．因此，确定最短距离法为构建尾叶桉
核心种质的合理聚类方法．
表 3 4 种聚类方法构建的核心种质评价参数值
Tab． 3 Evaluating parameters of core collection based on
four clustering methods %
聚类方法
均值差异
百分率
(MD)
方差差异
百分率
(VD)
极差符
合率
(CＲ)
变异系数
变化率
(VＲ)
最短距离法 0． 11 114． 64 92． 72 122． 37
不加权类平均法 0． 28 120． 40 91． 32 109． 93
最长距离法 0． 29 115． 77 92． 22 107． 82
离差平方和法 0． 76 112． 19 91． 21 106． 64
2． 4 不同取样策略构建的尾叶桉核心种质结果比
较
在确定 10%取样比例、标准欧式距离和最短距
离聚类方法的前提下，采用多次聚类随机取样法和
最小距离逐步取样法构建出的尾叶桉核心种质评级
参数值见表 4． 结果表明，2 种取样策略构建的尾叶
桉核心种质的MD接近于 0，CＲ均大于 80%，能够较
好地代表原始群体的遗传多样性． 但是多次聚类随
机取样法构建的核心种质的 CＲ 只有 82. 71%，勉强
符合构建核心种质的要求;而最小距离逐步取样法
构建的核心种质 CＲ 则高达 92. 72%，其 MD、VD 和
VＲ与前者相比较均存在不同程度的优越． 因此，在
尾叶桉核心种质的构建过程中，最小距离逐步取样
法比多次聚类随机取样法更合适．
表 4 2 种取样策略构建的核心种质评价参数值
Tab． 4 Evaluating parameters of core collection based on
two sampling strategies %
取样策略
均值差异
百分率
(MD)
方差差异
百分率
(VD)
极差符
合率
(CＲ)
变异系数
变化率
(VＲ)
多次聚类随机取样法(SCＲ) 0． 82 109． 13 82． 71 102． 47
最小距离逐步取样法(LDSS) 0． 11 114． 64 92． 72 122． 37
2． 5 尾叶桉核心种质的组成
根据前文研究结果，确定出构建尾叶桉核心种
质的合理取样比例为 10%，合理遗传距离计算方法
为标准欧氏距离，合理聚类方法为最短距离聚类法，
合理取样方法为最小距离逐步取样法． 本文基于 5
种取样比例、2 种取样方法、3 种遗传距离计算方法、
4 种聚类方法构建出的尾叶桉核心种质资源库涵盖
了尾叶桉 25 个种源的 100 个家系的 188 个单株，入
选比例为 10% ．尾叶桉核心种质种源家系具体分布
情况见表 5．在表 5 中，入选家系占种源内家系比例
达到 80%以上家系的种源地多数比较分散，分别分
布于巴西、南非、印度、泰国、老挝等地，而入选率低
于 80%的家系则多数来自于印度尼西亚种源，这表
明构建出的尾叶桉核心种质与原始群体相比较，核
心种质资源库较好地剔除了重复的遗传资源，即用
最小的样本量最大限度地代表了尾叶桉原始种质的
遗传多样性．
表 5 尾叶桉核心种质组成
Tab． 5 Composition of Eucalyptus urophylla core collection
种源 家系
占种源内家
系比例 /%
18110 2 100． 00
20684 3 100． 00
20687 4 100． 00
20682 5 100． 00
20681 6 100． 00
14532 92 10． 00
17842 51 100． 00
17843 52、53、54 100． 00
17838 21、23、26 30． 00
17839 29、30、31、32 100． 00
17840 33、35、36、37、40 62． 50
17841 42、43、44、49、50 50． 00
14531 77、78、80、84、86 25． 00
13011 57、58、59、61、62、66 60． 00
13243 7、8、9、10、11、12、13 100． 00
17832 148、153、154、159、164、 29． 41
17567 117、120、122、123、124、125 37． 50
17565 97、100、101、102、103、104、105、106、
108、109、110、111、112、113、114、115
80． 00
17831 131、132、133、134、136、137、139、143、
144、145、146、147
66． 67
17836 179、180、183、184、185、187、190、193、
194、195
50． 00
3 结论
一个合适的取样比例能够筛选出最具代表性的
核心样本群体，所获得的核心群体能够最大限度地
保持原始群体的遗传多样性［1］249 － 257 ． 因此确定合适
的取样比例是构建核心种质的关键，过高的取样比
例一方面可能包含冗余较高的样本，另一方面也不
利于开展生产和科研工作，而过低的取样比例则不
足以代表原始群体的遗传多样性并将导致重要核心
材料的丧失［11］．在一个确定的取样比例下，合理的遗
传距离计算方法与系统聚类方法是成功构建核心种
29 华 南 农 业 大 学 学 报 第 35 卷
质的必要条件，本研究中标准欧氏距离与马氏距离
构建出的尾叶桉核心种质均具有较好的代表性，但
标准欧式距离构建的尾叶桉核心种质的 VＲ 为
122. 38%，而马氏距离核心种质 VＲ 为 116. 21% ． 综
合 4 种聚类方法来看，最短距离法构建的尾叶桉核
心种质能极显著地增加各性状的变异系数，对 VＲ的
提高显著优于其他 3 种聚类方法． 物种遗传多样性
的分布是具有一定的组织与结构的，对核心子集进
行取样时采用随机取样法和其他取样方法所构建出
的核心种质具有非常大的差别，在本研究中最小距
离逐步取样法与多次聚类随机取样法相比具有显著
的优越性，因此本文在构建尾叶桉核心种质的过程
中不能够采用多次聚类随机取样法，随机取样法的
对照意义远大于实际意义．
核心种质最大程度地剔除了种质资源中的遗传
重复，以极少的种质数量涵盖了原始资源群体中的
全部或大多数遗传变异类型，核心种质实际上是一
批样本量小而遗传多样性高且具有较高代表性的样
品集［12］．核心种质有效地解决了当前资源收集量与
资源深入评价及有效利用之间所存在的突出矛盾，
极大地推动和促进了种质资源研究的进一步发展．
表型与分子水平的结合是核心种质走向应用的有效
路径，本研究中通过表型性状构建的尾叶桉核心种
质有必要与分子标记方法结合起来进行下一步的分
析和评价［13］．资源学与育种学的有效结合是一个重
要的发展趋势，资源高效保存与高效育种的有机结
合即优异核心种质育种在资源评价利用中具有非常
重要的作用，努力做到核心种质田间保存与离体保
存的结合是下一步的研究重点之一．
参考文献:
［1］ FＲANKEL O H，BＲOWN A H D． Plant genetic resources
today:Acritical appraisal［M］∥HOLDEN J H W，WIL-
LIAMS J T． Crop genetic resources:Conservation and e-
valuation． London:George Allen and Unwin，1984:161-
170．
［2］ PＲASADA Ｒ K E，ＲAMANATH Ｒ V． The use of charac-
teriza-tion data in developing a core collection of sorghum
［M］∥HODGKIN T，BＲOWN A H D，VAN HINTUM M
J L，et al． Core collections of plant genetic resources． Chi-
chester:A Wiley-Sayee Publications，1995:109-116．
［3］ 福建省农业科学院茶叶研究所． 茶树品种志［M］． 福
州:福建人民出版社，1979．
［4］ 刘旭，范传珠，谭富娟，等．小麦特殊遗传材料核心样品
的建立［J］．中国学术期刊文摘，1996，16(4):120．
［5］ 潘志刚，游应天．中国主要外来树种引种栽培［M］． 北
京:北京科学技术出版社，1994:606-610．
［6］ 张秀荣，郭庆元，赵应忠，等．中国芝麻资源核心收集品
研究［J］．中国农业科学，1998，31(3):49-55．
［7］ 刘旭，马缘生，谭富娟，等．小麦特殊遗传材料核心样品
的建立［J］．植物遗传资源科学，2000，1(2):1-8．
［8］ 李晓玲，李金泉，卢永根． 水稻核心种质的构建策略研
究［J］．沈阳农业大学学报，2007，38(5):681-687．
［9］ 胡晋，徐海明，朱军． 基因型值多次聚类法构建作物种
质资源库［J］．生物数学学报，2000，15(1):103-109．
［10］ HU Jin，ZHU Jun，XU Haiming． Methods of constructing
core collections by stepwise clustering with three sampling
strategies based on the genotypic values of crops［J］． Theor
Appl Genet，2000，101(1 /2):264-268．
［11］ BＲOWN A H D． Core collections:A practical approach to
genetic resources management［J］． Genome，1989，31(2):
818-824．
［12］ WANG Jiancheng，HU Jin，XU Haiming，et al． A strategy
on constructing core collections by least distance stepwise
sampling［J］． Theor Appl Genet，2007，115(1):1-8．
［13］ MILENE S，MIＲIAN P M，MAＲIA B S，et al． Genetic di-
versity of a Coffea Germplasm Collection assessed by
ＲAPD markers［J］． Genet Ｒesour Crop Evol，2008，55:
901-910．
【责任编辑 李晓卉】
39第 6 期 刘德浩，等:尾叶桉核心种质初步构建