杉木良种选育与大径材培育集成创新-湖南林业科学院

PAGE2019年度国家科学技术奖提名项目公示一、项目名称：杉木良种选育与大径材培育集成创新二、提名奖种：科学技术进步奖三、项目简介：本项目属林业科学技术领域。杉木是我国最重要的速生用材树种，人工林面积和蓄积量分别达1.34亿亩和6.25亿m3，分占全国人工乔木林的1/5和1/4，对解决我国木材供需矛盾具有战略意义。在“十一五”、“十二五”国家科技支撑计划杉木育种与栽培专题等20余个国家及地方项目资助下，中国林科院林业研究所联合12家省级以上研究单位组成攻关团队，历经10余年持续攻关，在杉木高世代种子园技术、无性系选育、良种繁育、生长模拟、大径材培育等方面取得重大突破，全面提升了我国杉木产区良种化利用水平和栽培技术水平。突破了杉木高世代种子园营建技术，选育种子园或家系良种91个，全面推进了杉木产区良种换代升级。基于9省区10年的连续系统测试，理论上系统阐明了杉木不同改良世代亲本不同交配设计子代生长与材性的遗传变异规律，优化了遗传参数估算方法，揭示了杂种优势形成机理。技术上，基于生长、开花、结实等多性状选择指数，选出第3代建园亲本228个。创新提出了种子园分步式高效营建技术、双系种子园营建技术和红心杉种子园营建技术3项核心技术。中心产区全面完成第3代遗传改良，在湘、浙、闽、黔、赣营建第3代种子园8000余亩，遗传增益达10%以上，使得我国树木遗传改良水平与发达国家同步。突破了杉木多目标无性系育种与规模化繁育技术。基于7省区50块13~21年无性系试验林测试，在理论上系统揭示了无性系重要性状遗传变异规律，奠定了杉木无性系选育理论基础。在技术上突破了速生优质、耐瘠薄、红心材等多性状无性系选育技术，选育优良无性系288个，材积遗传增益19.8%~153.1%；突破了杉木组培快繁技术和容器育苗技术瓶颈，实现了优良无性系规模化生产。突破了杉木自然稀疏理论与生长模拟方法研究。基于不同产区密度试验林30年连续观测数据，揭示了杉木林自然稀疏机制与最大密度线轨迹作用因素，奠定了杉木密度管理理论依据。解析了生长方程拐点属性与林分直径分布模拟精度的关系，提出了一种参数可变直径分布模型。首次将贝叶斯统计理论引入人工林生长模拟预测，形成一种新的模拟技术体系。突破了杉木大径材材种结构动态变化规律及成材机理研究，提出了杉木大径材定向培育技术体系。基于杉木密度试验、间伐试验、密度间伐试验等13~36年长期观测数据，系统阐明了杉木人工林林分密度效应规律及其大径材成材机理；发现低密度≤111株/亩+≥16指数立地大径材高效稳定模式；首次提出杉木大径材优化栽培模式，建立了国家及省级杉木大径材培育技术标准化体系。项目审/认定杉木良种101个，发表论文165篇，其中SCI收录30篇，颁布林业行业、地方标准11项，授权国家发明专利6件，登记软件著作权5项，出版专著8部，验收认定/鉴定成果7项，获省部级科学技术进步一等奖2项，二等奖5项，三等奖3项，获中国林科院重大科技成果奖。成果在湘、赣、桂、浙、闽、黔等省区推广，15个基层单位累计推广造林229万亩，新增产值71.5亿元。10年累计推广造林3000余万亩，社会、经济和生态效益显著。四、应用情况项目在国家“十一五”、“十二五”科技支撑计划及江西、福建、湖南、浙江、广西、广东、贵州、湖北、四川等12个省区同步实施的科技支撑项目共20余个项目连续13年的支持下，共完成国家科技支撑杉木专题3项，认定/鉴定杉木良种选育与高效培育技术成果7项。成果在杉木第2代、第3代、双系及红心杉种子园、高产优质多抗无性系选育与扩繁、大径材速生丰产林定向培育及林分生长模拟理论与技术等方面取得重大进展。在成果推广应用方面，项目建立了完整的试验示范基地网络体系和一支可由试验研究转而实施推广的科技、工程人才队伍，项目主要完成人均为联系或所在省区杉木良种基地或国家木材战略储备基地技术支撑专家，各试验示范点均具备直接转化应用及辐射推广能力，为成果产业化应用提供了可靠技术与基地保障。研究成果已在湖南、江西、贵州、浙江、广东、广西、福建等12个省区良种基地、速丰林基地建设中直接推广应用，累计推广造林达3000万亩，推动了我国杉木产业发展转型升级。15个抽样基层应用单位，在2006-2018年期间，应用成果繁育良种壮苗4.1亿株，直接营造或推广造林229万亩，新增木材935万m3，新增产值118亿元，新增利润71.5亿元，生态经济效益十分显著。主要应用单位情况表序号单位名称应用的技术应用对象及规模应用起止时间应用单位联系人/电话1安福县陈山林场良种4个、无性繁殖、高效栽培生产良种7645斤、苗木2600万株，推广红心杉良种造林12万亩，新增利润2.4亿元。2006-2018刘志丰县官山林场大径材速丰林高效栽培模式营造大径材示范林11.4万亩，新增利润2.2亿元。2006-2018江安市青原区白云山林场良种4个、扦插繁殖及高效栽培生产良种5400斤、苗木2470万株，推广造林15万亩，新增利润2.3亿元。2006-2018孙世昌市龙山林场良种10个、无性系扦插繁育技术生产良种3539斤、苗木2600万株，推广良种造林24万亩，新增利润10.8亿元。2006-2018林关市曲江区国营小坑林场良种11个、速丰林栽培模式生产良种2590斤，造林16.9万亩，新增利润3.3亿元。2006-2018刘伟建省邵武卫闽国有林场良种5个、大径材定向培育技术生产良种1117斤、苗木1300万株，推广营造示范林7.8万亩，新增利润4.2亿元。2006-2018赵世州省黎平县国有东风林场良种11个、无性系扩繁及栽培模式生产良种3773斤，推广造林26.9万亩，新增利润4亿元。2006-2018龙同县林业科学研究所良种40个、高效栽培生产良种2732斤、苗木5785万株，推广营造28.9万亩，新增利润2.1亿元。2006-2018梁贵县林业科学研究所良种40个、速丰林高效栽培模式生产良种2132斤、苗木4485万株，营造林21.2万亩，新增利润2亿元。2006-2018荣建平0731-2469301510靖州排牙山国有林场良种40个、种子园营建及高效栽培生产良种2600斤，推广造林28.9万亩，新增利润1.8亿元。2006-2018吴成田0745-833513011全州县咸水林场良种12个、速丰林高效栽培模式生产良种1850斤、苗木2600万株，推广营造示范林17.4万亩，新增利润6.6亿元。2006-2018唐文0773-463109012天峨县林朵林场速丰林高效栽培技术模式营建示范林4.5万亩，新增利润3.5亿元。2006-2018陈曙林0778-782196313南丹县山口林场速丰林高效栽培技术模式推广营造示范林7万亩，新增利润7.8亿元。2006-2018黄光友0778-727310814融安县西山林场良种12个、高效栽培模式生产良种2716斤、苗木5200万株，营造林30万亩，新增利润15亿元。2006-2018罗启亮0772-813626915融水苗族自治县国营贝江河林场良种10个、繁育技术、栽培模式生产良种2700斤，营造林7.4万亩，新增利润3.4亿元。2006-2018贺锦、主要知识产权证明目录（不超过10件）知识产权（标准）类别知识产权（标准）具体名称国家（地区）授权号（标准编号）授权（标准发布）日期证书编号

（标准批准发布部门）权利人（标准起草单位）发明人（标准起草人）发明专利（标准）有效状态良种杉木三代种子园种子中国浙R-CSO(3)-CL-005-2013中国林业科学研究院亚热带林业研究所何贵平有效良种陈山红心杉一代种子园种子中国赣S-CSO(1)-CL-001-2014江西省林业科学院肖复明有效良种杉木靖全02中国湘SSCCL014-2010湖南省林业科学院徐清乾有效良种杉木无性系柳229中国桂S-SC-CL-016-2011广西壮族自治区林业科学研究院黄开勇陈代喜有效发明专利一种杉木试管苗生根诱导方法中国ZL201310195197.42014.07.301451056广西壮族自治区林业科学研究院黄开勇有效发明专利一种杉木初代培养芽诱导方法中国ZL201310195140.42015.04.291651163广西壮族自治区林业科学研究院黄开勇有效行业标准杉木大径材培育技术规程中国LY/T2809-20172017.06.05国家林业局中国林业科学研究院林业研究所张建国段爱国肖复明徐清乾张雄清有效行业标准杉木种子园营建技术规程中国LY/T2542-20152015.10.19国家林业局湖南省林业科学院徐清乾胡德活有效论文Estimationoftheself-thinningboundarylinewithineven-agedChinesefirstands2011,261:1010-1015ForestEcologyandManagement中国林业科学研究院林业研究所张建国段爱国有效论文Modelingtreemortalityinrelationtoclimate,initialplantingdensity,andcompetitioninChinesefir2017,47(9):1278-1285CanadianJournalofForestResearch中国林业科学研究院林业研究所张雄清张建国段爱国有效承诺：上述知识产权用于推荐中国林科院重大科技成果奖的情况，已征得未列入项目主要完成人的权利人（发明专利指发明人）的同意。第一完成人签名：六、主要完成人姓名：张建国排名：1行政职务：所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：中国林业科学研究院林业研究所对本项目技术创造性贡献：项目负责人。项目技术路线的设计和试验方案的编制者。主持国家“十一五”、“十二五”杉木育种及栽培科技支撑专题研究，重点负责杉木种子园营建与丰产、无性系区域化测定、大径材成材机理及林分生长模拟研究。通讯作者发表论文55篇，其中SCI16篇，出版著作4部，登记软件著作权4项，制订行业标准1项，选育国家级良种3个；项目期间主持杉木成果获梁希林业科学技术奖一等奖、中国林科院重大科技成果奖；对第1、2、3科技创新点做出重大贡献。姓名：段爱国排名：2行政职务：无技术职称：研究员工作单位/完成单位：中国林业科学研究院林业研究所对本项目技术创造性贡献：骨干参与并协调国家“十一五”、“十二五”杉木育种及栽培科技支撑专题研究，重点负责杉木种子园高世代骨干亲本收集保存及开花习性、无性系区域化测定、大径材成材机理及优势高生长、胸径与断面积分布、干形模拟研究。选育良种8个，发表论文62篇，出版著作3部，制订行业标准1项；对科技创新中第1、2、3点做出重大贡献。姓名：肖复明排名：3行政职务：所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：江西省林业科学院对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十一五”、“十二五”杉木育种及栽培科技支撑专题研究，重点负责红心杉种子园亲本选择与营建技术、红心杉资源收集与无性系选育、大径材速丰林培育研究。选育国家级、省级良种4个，发表论文26篇，制订标准4项，验收成果2项；对科技创新中第1、2做出重大贡献。姓名：何贵平排名：4行政职务：无技术职称：研究员工作单位/完成单位：中国林业科学研究院亚热带林业研究所对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十一五”、“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责浙江省高世代种子园亲本选择与丰产技术、杂交亲本选配及双系种子园建立及速生优质无性系选育研究。选育良种5个，发表论文17篇，出版著作2部，研制标准1项，获软件著作权1项，鉴定科技成果1项；对科技创新中第1、2等做出重大贡献。姓名：黄开勇排名：5行政职务：副所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：广西壮族自治区林业科学研究院对本项目技术创造性贡献：参与国家“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责广西高世代种子园亲本选择、营建及丰产技术、无性系区域化测定、大径材速丰林培育研究。选育省级良种21个，获授权国家发明专利6项，发表论文17篇，制订标准2项，鉴定科技成果1项；对科技创新中第1、2、3点做出重大贡献。姓名：徐清乾排名：6行政职务：副所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：湖南省林业科学院对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十一五”、“十二五”杉木育种及栽培科技支撑专题研究，重点负责湖南省高世代种子园亲本选择与营建技术、多性状无性系选育、大径材速丰林培育研究。选育省级良种40个，发表论文13篇，制订标准1项，鉴定科技成果1项；对科技创新中第1、2点做出重大贡献。姓名：陈代喜排名：7行政职务：无技术职称：教授级高工工作单位/完成单位：广西壮族自治区林业科学研究院对本项目技术创造性贡献：项目主要完成人，参与国家“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责广西高世代种子园亲本选择与营建技术、速生高产无性系选育、大径材速丰林培育研究。选育省级良种21个，发表论文9篇，制订标准2项，鉴定科技成果1项；对科技创新中第1、2、3点做出重大贡献。姓名：胡德活排名：8行政职务：所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：广东省林业科学研究院对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十一五”、“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责广东省高世代种子园亲本选择与营建技术、速生优质无性系选育、速生丰产林培育研究。选育省级良种11个，发表论文16篇，制订标准2项，鉴定科技成果1项；对科技创新中第1、2、3做出重大贡献。姓名：陈波涛排名：9行政职务：所长技术职称：研究员工作单位/完成单位：贵州省林业科学研究院对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十一五”、“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责贵州省高世代种子园亲本选择与营建技术、速生优质无性系选育及速丰林培育研究。选育省级良种11个，发表论文8篇；对科技创新中第1、2、3点做出重大贡献。姓名：张雄清排名：10行政职务：无技术职称：副研究员工作单位/完成单位：中国林业科学研究院林业研究所对本项目技术创造性贡献：骨干参与国家“十二五”杉木育种科技支撑专题研究，重点负责杉木无性系区域化测定、贝叶斯推断法应用于杉木生长、枯损和生物量模型构建研究。发表论文21篇，其中SCI论文13篇，登记软件著作权4项，参与制订行业标准1项；对科技创新中第2、3点做出重大贡献。七、主要完成单位单位名称：中国林业科学研究院林业研究所单位贡献：是本项目的第1负责单位，全面负责项目的总体规划、设计组织与工作实施，统筹协调参与单位及项目各子项目研究工作。在国家“九五”、“十五”科技攻关基础上，构建了覆盖全面、目标多样的试验基地网络，在“十一五”、“十二五”国家科技支撑计划杉木育种与栽培专题等项目资助下，全面开展了杉木良种选育与大径材培育技术研究及示范推广：1.开发杉木特异性SSR引物11对，收集、保存杉木主产区9省区近20年选育3代亲本在内的优良遗传材料372份；揭示不同世代种子园开花习性及老龄种子园矮化复壮机理；2.基于全国首次杉木跨区域无性系测定，揭示了速生优质无性系遗传变异规律，选育并认定我国第一批杉木无性系良种3个，取得我国杉木无性系育种重要突破；3.基于30年生杉木密度试验林等长期观测资料，揭示了杉木大径材材种结构动态变化规律及成材机理，集成了杉木大径材速生丰产林高效培育技术体系；4.突破了杉木自然稀疏理论与动态模拟方法，奠定了杉木密度管理理论基础；5.实现了杉木林分、单木、径阶三水平生长模型精准构建，研制了杉木林分动态模型系统，并首次将贝叶斯法应用于杉木人工林生长模拟研究；6.认定科技成果“杉木大径材定向培育技术”，选育国家或省级良种8个，发表论文65篇，其中SCI22篇，出版著作5部，获软件著作权4项，制订行业标准1项，第1完成单位获梁希科技奖一等奖、中国林业科学研究院重大科技成果奖。单位名称：江西省林业科学院单位贡献：是本项目的第2负责单位，重点负责红心杉种子园亲本选择与营建技术、红心杉资源收集与无性系选育、大径材速丰林培育研究。1.构建了红心杉高世代育种群体，建立了红心杉专营性种子园，在红心杉原种地江西安福建立红心杉基因库102亩，收集保存红心杉优良组合80个、优良基因型902个；2.以速生、高红心比例为选育性状，从红心杉初级种子园子代测定林中筛选优良家系30个，材积遗传增益13%，遴选红心杉2代建园亲本32个，红心比例均达60%以上，建立红心杉2代种子园3处，总面积1000亩，其中江西安福550亩、吉安450亩；3.经16年种源试验、自由授粉和控制授粉子代三水平试验，揭示了种源间遗传力、种源内家系遗传力、家系内单株遗传力依次递升规律；4.建立了红心杉组织培养高效繁育体系，增殖系数达4.56，生根率达89.3%，炼苗7-14天移栽成活率90%以上；5.验收科技成果“红心杉高世代育种群体建立及心材形成机理研究”、“红心杉基因资源保存及高效无性繁育技术研究”，制订江西省杉木大径材、红心材培育等4项地方标准《杉木大径材培育技术规程》、《杉木大径材苗木培育技术规程》及《陈山红心杉扦插育苗技术规程》、《地理标志产品陈山红心杉》，选育国家级、省级良种4个，发表科技论文26篇；作为第1完成单位，杉木成果获江西省科技进步奖二等奖2项。单位名称：中国林业科学研究院亚热带林业研究所单位贡献：是本项目的第3负责单位，重点负责浙江省高世代种子园亲本选择与丰产技术、杂交亲本选配及双系种子园建立及速生优质无性系选育研究。1.提出采用优良家系和优良家系内优良个体联合选择策略，从2代优良家系中，基于生长材性联合前向选择3代亲本75个，提出3代种子园施肥、疏伐、辅助授粉、截顶矮化、病虫害防治等种子园丰产稳产5项关键技术，种子发芽率达60%以上，病虫危害控制在10%以内；2.绘制了杉木杂交组合连锁群图，发现了控制树高和材积的QTL；发现在控制子代性状的表达方面，母本的加性效应显著，父本的花粉效应不明显，但父本与母本互作效应极其明显，为杉木杂交亲本选配提供了理论基础；3.提出了双系种子园亲本选择技术，在浙江开化评选出4个优良杂交组合，建立双系种子园40亩；4.揭示了杉木高世代种子园子代家系、无性系速生性状、材质性状遗传变异规律，选育优良家系23个、优良无性系27个；5.提出了不同交配设计时平衡不平衡、规则不规则试验数据处理方法，提升了遗传参数估算的科学性与准确性；6.选育良种5个，发表论文17篇，出版著作2部，研制地方标准1项。作为第1完成单位，鉴定成果“杉木高世代育种群体建立及优质速生新品种选择”获浙江省科技进步奖三等奖。单位名称：广西壮族自治区林业科学研究院单位贡献：是本项目的第4负责单位，重点负责广西高世代种子园亲本选择、营建及丰产技术、无性系区域化测定、大径材速丰林培育研究。1.揭示了杉木高世代种子园半同胞、全同胞子代遗传变异规律，筛选优良家系91个，材积遗传增益30%以上；新建或改造2代种子园3处，面积831亩；2.新建包括3代育种群体、红心杉育种群体在内的优良遗传材料保存库3处，总面积234亩，保存优良基因资源1200份；3.揭示了杉木老龄种子园截干矮化复壮的生理生化机理及球果产量与品质变异规律，提出了老龄种子园复壮丰产技术；4.选育速生型无性系38个，平均材积遗传增益28%，审定无性系良种7个；5.提出了杉木组织培养技术体系，突破外殖体获取、愈伤组织培养、初代培养芽诱导、试管苗生根诱导方法，组培苗生根率达90%以上，授权发明专利4项；提出了杉木轻基质容器育苗技术，创新使用发酵技术配制杉木容器育苗轻基质，授权发明专利2项，有效降低轻基质生产成本30%；6.鉴定科技成果“广西杉木良种及大中径材高效培育技术研究与示范”，制订广西地方标准《杉木速生丰产林栽培技术规范》、《杉木容器育苗技术规程》，选育省级良种21个，发表论文19篇。作为第1完成单位，杉木成果获广西壮族自治区科技进步奖一等奖。单位名称：湖南省林业科学院单位贡献：是本项目的第5负责单位，重点负责湖南省高世代种子园亲本选择与营建技术、多性状无性系选育、大径材速丰林培育研究。1.基于32年生8亲本全双列杂交试验，发现了不同控制授粉子代家系树高、胸径、材积遗传变异规律；开展了杉木第2代种子园建园无性系控制授粉、自由授粉子代遗传测定，筛选优良家系40个，材积遗传增益20%以上；2.提出了第3代优树选择技术，确立了选优区域、选优林分、选择方法和步骤,明确了3代育种群体组成与容量大小，从2代优良家系中，基于生长、材性、抗性联合前向选择3代亲本51个；首创杉木第3代种子园先嫁接后移栽分步式建园技术体系，丰富了种子园建园理论，显著提高了母株正冠率、保存率和种子园林相整齐度，涩籽种子率减少