一种林木多性状聚合育种系统及方法技术方案

本发明专利技术属于林木育种技术领域，公开了一种林木多性状聚合育种系统及方法，所述林木多性状聚合育种系统包括：性状测定模块、性状分类模块、性状剖分模块、中央控制模块、性状保留模块、杂交模块、温度监测与控制模块、湿度监测与控制模块、光照监测与控制模块、施肥模块、移栽模块、种子获取模块、云存储模块、更新显示模块。本发明专利技术对林木的温度、湿度以及光照的把控更严格，对林木生长的维持和促进效果更好，方便进行杂交。本发明专利技术通过对林木性状的聚类分析实现各性状分类，并从所述类别中进行与选育目标相近的多个优势性状的选择，获得性状突出的植株并对其进行杂交，得到的植株的性状更突出，能够结合多重优势，更具有竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种林木多性状聚合育种系统及方法
本专利技术属于林木育种
，尤其涉及一种林木多性状聚合育种系统及方法。
技术介绍
目前，林木育种是指按预定目的对林木进行遗传改良的技术，其机理是利用林木种群在自然或人为作用下产生的变异与分化，从中选择、分离和繁殖符合目的的群体或个体。主要的途径有引种驯化(见林木引种)、种源试验、选择育种、杂交育种以及单倍体和多倍体育种(见倍数性育种)、辐射诱变(见诱变育种)等。繁育良种的方式有母树林、林木、种子园和采穗圃等。经过选择和改良的林木繁殖材料，生产上统称为良种。但林木育种的根本任务是创育品质和产量符合生产需要、性状能稳定遗传，且适应一定自然和栽培条件的林木良种群体，以便充分利用自然生产潜力、发挥森林的多种效益。但是目前暂无进行林木多性状聚合育种的方法，无法实现多种优势性状的结合育种。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前暂无进行林木多性状聚合育种的方法，无法实现多种优势性状的结合育种。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种林木多性状聚合育种系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种林木多性状聚合育种方法，所述林木多性状聚合育种方法包括以下步骤：步骤一，通过性状测定模块利用性状测定程序进行林木植株表型性状的测定；通过性状分类模块获取采集的林木植株表型性状数据并对状数据进行整理，筛选出描述性表型性状数据和数值型表型性状数据；获取描述性表型性状数据，并利用性状分类程序将所述描述性表型性状数据进行数值化处理，得到数值化表型性状数据；采用K-means聚类分析方式分别将得到的每个数值型表型性状数据和处理得到的每个数值化表型性状数据作为一个数据对象，然后随机设置K个中心对象；分别计算每个数据对象到各中心对象的欧氏距离；对于任一数据对象，将该数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中，形成K个类集合，其中，K≥2；对于任一类集合，将所述类集合中所有数据对象的均值作为新中心对象；判断新中心对象与上次的中心对象是否相同；如果不同，则继续将数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中；将最终确定的K个类集合作为K个聚类簇，得到表型性状的聚类分析结果；同时依据聚类分析结果进行林木植株的性状分类；步骤二，通过性状剖分模块利用性状剖分程序对育种目标性状进行剖分，筛选获得需要重点改良的关键性状因子；对不同类别的性状集进行拆分，选择同一类别中与目标性状较为相近的一个或是多个性状排在前方，其余性状置于最后方；根据需要重点改良的关键性状因子对林木形状进行改良；步骤三，通过性状保留模块利用性状保留程序保留与目标性状关联度高的性状的植株；同时淘汰与目标性状关联度低或是需要改良的性状的植株；通过杂交模块利用杂交程序在温室中将保留植株作为多性状聚合育种的亲本进行杂交；步骤四，通过温度监测与控制模块利用温度监测程序进行种植林木所在区域温度的监测，通过温度控制程序结合加热器和制冷机进行温度高/低的控制；通过湿度监测与控制模块利用湿度监测程序进行种植林木所在区域湿度的监测，以及通过湿度控制程序结合灌溉管道进行土壤湿度的控制；通过光照监测与控制模块利用光照监测程序进行种植林木所在区域光照的监测，以及通过光照控制程序结合遮光帘进行光照强/弱的控制；步骤五，通过施肥模块利用施肥程序对种植林木进行林木复合肥料的施加，所述种植林木施肥量为每株0.35kg；通过移栽模块利用移栽程序将杂交后的林木植株进行培养并对培养后的植株进行移栽，同时通过种子获取模块利用种子获取程序获取林木的果实，并剥离种子；步骤六，通过云存储模块利用云数据库服务器存储测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度的实时数据；通过更新显示模块利用更新程序对测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度数据进行更新，并通过显示器进行数据的实时显示。进一步，步骤四中，所述每个数据对象到各中心对象的欧氏距离的计算方法为：其中，Dab表示欧氏距离，x1表示数据对象，x2表示中心对象，a1...ak表示每个数据对象内的性状数据，b1...bk表示每个中心对象内的数据。进一步，步骤六中，所述依据聚类分析结果进行林木植株的性状分类的方法，包括：(1)获取采集的林木植株表型性状数据及林木植株的性状聚类分析结果；(2)对获取的林木植株的性状聚类分析结果进行相关性分析和比对；(3)若相关性比对结果为相近，则将对比方和受比方划分为同种类别；(3)若相关性比对结果为相远，则确定对比方和受比方不是同种类别，并返回步骤(2)，进行受比方和另一对比方的对比。进一步，步骤九中，所述通过性状保留模块利用性状保留程序保留与目标性状关联度高的性状的植株，同时淘汰与目标性状关联度低或是需要改良的性状的植株的方法为：根据育种群体的规模和各性状的观察值，确定各个性状的比例和淘汰总数；以及按照性状剖分进行确定淘汰顺序。进一步，步骤十中，所述通过杂交育种模块利用杂交育种程序将保留植株作为多性状聚合育种的亲本进行杂交育种的方法，包括：以保留性状中的一种作为F1代杂交母本，保留性状中的另外一种为F1代杂交父本，获得杂交一代F1；进行F1代的自交，获得多性状聚合育种的植株。进一步，步骤十四中，所述林木复合肥料按照质量份数由复合肥12-28份、油菜秸秆11-15份、柠檬酸1-2份、煤矸石粉3-6份、蒸馏水45-70份组成。进一步，所述复合肥中，氮、磷、钾元素的质量比为6:2:1。本专利技术的另一目的在于提供一种林木多性状聚合育种系统，所述林木多性状聚合育种系统包括：温度监测与控制模块，与中央控制模块连接，用于通过温度监测程序进行种植林木所在区域温度的监测，以及通过温度控制程序结合加热器和制冷机进行温度高/低的控制；湿度监测与控制模块，与中央控制模块连接，用于通过湿度监测程序进行种植林木所在区域湿度的监测，以及通过湿度控制程序结合灌溉管道进行土壤湿度的控制；光照监测与控制模块，与中央控制模块连接，用于通过光照监测程序进行种植林木所在区域光照的监测，以及通过光照控制程序结合遮光帘进行光照强/弱的控制；中央控制模块，与温度监测与控制模块、湿度监测与控制模块、光照监测与控制模块、施肥模块、杂交模块、移栽模块、性状测定模块、性状分类模块、性状剖分模块、性状保留模块、种子获取模块、云存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器控制所述林木多性状聚合育种系统各个模块的正常运行；施肥模块，与中央控制模块连接，用于通过施肥程序对种植林木进行林木复合肥料的施加；杂交模块，与中央控制模块连接，用于通过杂交程序在温室中将保留植株作为多性状聚合育种的亲本进行杂交；移栽模块，与中央控制模块连接，用于通过移栽程序将杂交后的林木植株进行培养并对培养后的植株进行移栽；性状测定模块，与中央控制模块连接，用于通过性状测定程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种林木多性状聚合育种方法，其特征在于，所述林木多性状聚合育种方法包括以下步骤：/n步骤一，通过性状测定模块利用性状测定程序进行林木植株表型性状的测定；通过性状分类模块获取采集的林木植株表型性状数据并对状数据进行整理，筛选出描述性表型性状数据和数值型表型性状数据；/n获取描述性表型性状数据，并利用性状分类程序将所述描述性表型性状数据进行数值化处理，得到数值化表型性状数据；采用K-means聚类分析方式分别将得到的每个数值型表型性状数据和处理得到的每个数值化表型性状数据作为一个数据对象，然后随机设置K个中心对象；分别计算每个数据对象到各中心对象的欧氏距离；对于任一数据对象，将该数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中，形成K个类集合，其中，K≥2；对于任一类集合，将所述类集合中所有数据对象的均值作为新中心对象；判断新中心对象与上次的中心对象是否相同；如果不同，则继续将数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中；将最终确定的K个类集合作为K个聚类簇，得到表型性状的聚类分析结果；同时依据聚类分析结果进行林木植株的性状分类；/n步骤二，通过性状剖分模块利用性状剖分程序对育种目标性状进行剖分，筛选获得需要重点改良的关键性状因子；对不同类别的性状集进行拆分，选择同一类别中与目标性状较为相近的一个或是多个性状排在前方，其余性状置于最后方；根据需要重点改良的关键性状因子对林木形状进行改良；/n步骤三，通过性状保留模块利用性状保留程序保留与目标性状关联度高的性状的植株；同时淘汰与目标性状关联度低或是需要改良的性状的植株；通过杂交模块利用杂交程序在温室中将保留植株作为多性状聚合育种的亲本进行杂交；/n步骤四，通过温度监测与控制模块利用温度监测程序进行种植林木所在区域温度的监测，通过温度控制程序结合加热器和制冷机进行温度高/低的控制；通过湿度监测与控制模块利用湿度监测程序进行种植林木所在区域湿度的监测，以及通过湿度控制程序结合灌溉管道进行土壤湿度的控制；通过光照监测与控制模块利用光照监测程序进行种植林木所在区域光照的监测，以及通过光照控制程序结合遮光帘进行光照强/弱的控制；/n步骤五，通过施肥模块利用施肥程序对种植林木进行林木复合肥料的施加，所述种植林木施肥量为每株0.35kg；通过移栽模块利用移栽程序将杂交后的林木植株进行培养并对培养后的植株进行移栽，同时通过种子获取模块利用种子获取程序获取林木的果实，并剥离种子；/n步骤六，通过云存储模块利用云数据库服务器存储测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度的实时数据；通过更新显示模块利用更新程序对测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度数据进行更新，并通过显示器进行数据的实时显示。/n...

【技术特征摘要】
1.一种林木多性状聚合育种方法，其特征在于，所述林木多性状聚合育种方法包括以下步骤：
步骤一，通过性状测定模块利用性状测定程序进行林木植株表型性状的测定；通过性状分类模块获取采集的林木植株表型性状数据并对状数据进行整理，筛选出描述性表型性状数据和数值型表型性状数据；
获取描述性表型性状数据，并利用性状分类程序将所述描述性表型性状数据进行数值化处理，得到数值化表型性状数据；采用K-means聚类分析方式分别将得到的每个数值型表型性状数据和处理得到的每个数值化表型性状数据作为一个数据对象，然后随机设置K个中心对象；分别计算每个数据对象到各中心对象的欧氏距离；对于任一数据对象，将该数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中，形成K个类集合，其中，K≥2；对于任一类集合，将所述类集合中所有数据对象的均值作为新中心对象；判断新中心对象与上次的中心对象是否相同；如果不同，则继续将数据对象与其欧氏距离最小的中心对象放入一个类集合中；将最终确定的K个类集合作为K个聚类簇，得到表型性状的聚类分析结果；同时依据聚类分析结果进行林木植株的性状分类；
步骤二，通过性状剖分模块利用性状剖分程序对育种目标性状进行剖分，筛选获得需要重点改良的关键性状因子；对不同类别的性状集进行拆分，选择同一类别中与目标性状较为相近的一个或是多个性状排在前方，其余性状置于最后方；根据需要重点改良的关键性状因子对林木形状进行改良；
步骤三，通过性状保留模块利用性状保留程序保留与目标性状关联度高的性状的植株；同时淘汰与目标性状关联度低或是需要改良的性状的植株；通过杂交模块利用杂交程序在温室中将保留植株作为多性状聚合育种的亲本进行杂交；
步骤四，通过温度监测与控制模块利用温度监测程序进行种植林木所在区域温度的监测，通过温度控制程序结合加热器和制冷机进行温度高/低的控制；通过湿度监测与控制模块利用湿度监测程序进行种植林木所在区域湿度的监测，以及通过湿度控制程序结合灌溉管道进行土壤湿度的控制；通过光照监测与控制模块利用光照监测程序进行种植林木所在区域光照的监测，以及通过光照控制程序结合遮光帘进行光照强/弱的控制；
步骤五，通过施肥模块利用施肥程序对种植林木进行林木复合肥料的施加，所述种植林木施肥量为每株0.35kg；通过移栽模块利用移栽程序将杂交后的林木植株进行培养并对培养后的植株进行移栽，同时通过种子获取模块利用种子获取程序获取林木的果实，并剥离种子；
步骤六，通过云存储模块利用云数据库服务器存储测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度的实时数据；通过更新显示模块利用更新程序对测定的林木植株表型性状、性状分类结果、性状剖分结果、保留的性状、温湿度数据以及光照强度数据进行更新，并通过显示器进行数据的实时显示。


2.如权利要求1所述的林木多性状聚合育种方法，其特征在于，步骤四中，所述每个数据对象到各中心对象的欧氏距离的计算方法为：



其中，Dab表示欧氏距离，x1表示数据对象，x2表示中心对象，a1...ak表示每个数据对象内的性状数据，b1...bk表示每个中心对象内的数据。


3.如权利要求1所述的林木多性状聚合育种方法，其特征在于，步骤六中，所述依据聚类分析结果进行林木植株的性状分类的方法，包括：
(1)获取采集的林木植株表型性状数据及林木植株的性状聚类分析结果；
(2)对获取的林木植株的性状聚类分析结果进行相关性分析和比对；
(3)若相关性比对结果为相近，则将对比方和受比方划分为同种类别；
(3)若相关性比对结果为相远，则确定对比方和受比方不是同种类别，并返回步骤(2)，进行受比方和另一对比方的对比。


4.如权利要求1所述的林木多性状聚合育种方法，其特征在于，步骤九中，所述通过性状保留模块利用性状保留程序保留与目标性状关...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁昌俊，苏晓华，张伟溪，刘琦，黄秦军，董玉峰，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林业研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11