新疆陸地棉種質(zhì)資源的綜合評價

劉翔宇，趙龍，巴哈爾古麗·先木西，彭華，阿不都熱衣木·玉拉音

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新疆陸地棉種質(zhì)資源的綜合評價

劉翔宇，趙龍，巴哈爾古麗·先木西，彭華，阿不都熱衣木·玉拉音

（新疆農(nóng)業(yè)科學院吐魯番農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆吐魯番 838000）

基于形態(tài)指標、產(chǎn)量指標和品質(zhì)指標，綜合評價棉花種質(zhì)資源在新疆季節(jié)性水分匱缺條件下的表現(xiàn)，為旱區(qū)棉花主栽品種的確定和品種改良奠定基礎(chǔ)。以126個棉花品種（系）為試驗材料，對其在季節(jié)性水分匱缺狀態(tài)下的株高、果枝數(shù)、生育期、有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)共17項數(shù)量性狀指標進行測定，運用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析、逐步判別分析和多元方差分析等方法對這些棉花種質(zhì)資源進行綜合評價。首先，相關(guān)分析的結(jié)果表明，17項數(shù)量性狀間存在一定的相關(guān)性和信息的重疊，因為56對數(shù)量性狀的相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平，22對數(shù)量性狀的相關(guān)系數(shù)達到顯著水平。第二，主成分分析的結(jié)果表明，前8個主成分代表了126個棉花品種的17項數(shù)量性狀86.34%的信息，其貢獻率分別為27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%。第三，聚類分析的結(jié)果表明，當類間距離為12.5時，126個棉花品種被聚為7大類，第Ⅰ類有22個品種、第Ⅱ類有17個品種、第Ⅲ類有19個品種、第Ⅳ類有28個品種、第Ⅴ類有19個品種、第Ⅵ類有13個品種、第Ⅶ類有8個品種。第四，逐步判別分析的結(jié)果表明，114個棉花品種被正確判別，判對概率為90.48%；12個棉花品種被誤判，誤判率為9.52%，這說明聚類分析的結(jié)果是準確可靠的。最后，多元方差分析結(jié)果表明，第Ⅰ類為中產(chǎn)中等品質(zhì)品種，第Ⅱ類為低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種，第Ⅲ類為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種，第Ⅳ類為中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種，第Ⅴ類為中高產(chǎn)中上等品質(zhì)類品種，第Ⅵ類為高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種，第Ⅶ類為低產(chǎn)劣質(zhì)類品種，同時科學地評價了7個類別的棉花品種，并提出了對應的改良方案。西北旱區(qū)棉花育種一方面在產(chǎn)量上進展明顯，除了第Ⅵ類和第Ⅴ類外，大多數(shù)品種達不到紡高支紗的要求。適紡中支紗的主栽品種可在第Ⅲ類中選育。第Ⅱ類的紡紗指數(shù)達到了適紡高強力優(yōu)質(zhì)棉的要求，要著重改良產(chǎn)量指標。今后，西北旱區(qū)棉花育種工作要對不同類別的品種，選取適合的育種策略，以達到產(chǎn)量和品質(zhì)均趨向最優(yōu)。

陸地棉；干旱；聚類分析；綜合評價

0 引言

【研究意義】棉花種質(zhì)資源是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-4]，在棉花育種研究中具有舉足輕重的地位[5]。新疆棉區(qū)是中國最大的棉花生產(chǎn)基地，氣候條件、種植制度、栽培模式與黃河流域、長江流域棉區(qū)差異較大，決定了新疆棉區(qū)對品種的要求在株型、生長發(fā)育、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)等方面與內(nèi)地也有較大差別。因此，在新疆棉區(qū)開展陸地棉種質(zhì)資源的鑒定與評價工作，對新疆棉花優(yōu)異種質(zhì)的創(chuàng)造、新品種培育與遺傳資源的利用效率都具有重要意義。【前人研究進展】近年來，新疆學者從棉花的早熟性[6-7]、耐熱性[8-9]、抗旱耐鹽性[10-12]、遺傳多樣性[13]和數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[14-15]等不同角度對棉花種質(zhì)資源做了大量的研究，同時新疆在棉花種質(zhì)資源利用與新品種培育等方面取得了重要進展[16-21]。苗培明等[13]應用TRAP分子標記方法對65份棉花種質(zhì)資源進行了遺傳多樣性分析；艾尼江[22]以早熟棉花品種為材料，研究了早熟性、產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀的遺傳、QTL定位、早熟性相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析以及不同生態(tài)棉區(qū)育成的早熟棉花品種的遺傳多樣性，為早熟陸地棉育種提供理論依據(jù)；劉鵬鵬等[23]采用綜合抗旱系數(shù)與隸屬函數(shù)相結(jié)合的方法，對國內(nèi)33份棉花品種進行了抗旱性分級評價；董承光等[24]對153份陸地棉種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進行了綜合評價。【本研究切入點】李雪源等[25]在談到新疆棉花主栽品種難以確定這一重大技術(shù)問題時，指出缺乏科學的評價標準，片面追求高產(chǎn)、高衣分，缺乏對新品種抗性、產(chǎn)量、品質(zhì)綜合評價的能力是主要原因之一。為了對參評種質(zhì)資源做出全面、客觀的評價，提出一種既綜合考慮主要評價指標，又避免主觀隨意性的評價方法至關(guān)重要。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究嘗試應用主成分分析、聚類分析和多元方差分析等多種多元分析方法，從季節(jié)性干旱脅迫方面，綜合考量了棉花在季節(jié)性水分匱缺狀態(tài)下的生理指標、產(chǎn)量指標和品質(zhì)指標，對棉花種質(zhì)資源進行抗旱性評價。并且為棉花抗旱種質(zhì)資源的挖掘，抗旱性品種的選育和大規(guī)模、準確的棉花品種抗旱性評價提供可行的途徑和方法。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的126個陸地棉品種由新疆農(nóng)業(yè)科學院吐魯番農(nóng)業(yè)科學研究所棉花種質(zhì)資源庫提供。根據(jù)試驗要求，選擇不同來源、具有不同生物學特征，且在世界不同棉區(qū)具有一定代表性或主栽的126個陸地棉品種（系）為試材（電子附表1）。

1.2 方法

試驗于2015—2016年在新疆農(nóng)業(yè)科學院吐魯番農(nóng)業(yè)科學研究所試驗基地完成。基地氣候特點是典型的大陸性干旱荒漠氣候，干燥少雨，年平均降水量16.4 mm，蒸發(fā)量3 000 mm以上，日照充足，晝夜溫差大，年有效活動積溫5 300℃以上，無霜期270 d。

播種方式采用機器鋪膜，膜寬0.7 m，每膜播種2行，同一膜內(nèi)行距40 cm，相鄰膜行距60 cm，人工點播，每穴播種3粒種子，出苗后通過定苗達到一穴一株，株距20 cm。隨機區(qū)組設(shè)計，重復3次，每重復3行，行長5 m。

2015年4月5日播種，9月1—5日收獲一茬花，10月10—15日收獲二茬花；2016年4月12日播種，9月6—10日收獲一茬花，10月15—20日收獲二茬花。

灌水處理方式，常規(guī)灌水處理應在開花初期澆頭水，為了模擬新疆季節(jié)性水分匱缺的實際情況，干旱灌水處理的頭水比常規(guī)灌水處理推遲15 d。之后灌水頻次及灌水量與常規(guī)灌水相同。2015年原本應在6月9日澆頭水，推遲15 d至6月24日澆頭水；2016年原本應于13日澆頭水，推遲15 d至6月28日澆頭水。

土壤含水量情況：采用烘干法測量常規(guī)灌溉前、常規(guī)灌溉15 d后，及干旱處理頭水較常規(guī)灌溉推遲15 d后土壤含水量（表1）。

表1 田間土壤含水量

觀測記載各品種形態(tài)指標：株高（X1，cm）、果枝數(shù)（X2，個）；生育期（X3，d）；產(chǎn)量指標：有效鈴數(shù)（X4，個）、單鈴重（X5，g）、衣分（X6，%）、籽指（X7，g）、籽棉產(chǎn)量（X8，kg·hm-2）、皮棉產(chǎn)量（X9，kg·hm-2）；纖維品質(zhì)指標：纖維長度（X10，mm）、整齊度（X11，%）、比強度（X12，CN·TEX-1）、伸長率（X13，%）、馬克隆值（X14）、反射率（X15，%）、黃度（X16）和紡紗均勻性指數(shù)（X17）共17項數(shù)量性狀。形態(tài)指標于各品種成熟期田間觀測記載，產(chǎn)量指標及纖維品質(zhì)指標于二茬花收獲后測量記載，纖維品質(zhì)測試由農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（烏魯木齊）完成。為使各性狀均以最大值表示最優(yōu)，對部分性狀的田間試驗結(jié)果進行如下變換：X3為88/生育期，X14為3.5/馬克隆值，X16為5.8/黃度。

采用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析、判別分析和多元方差分析，以期找出具有生物學及專業(yè)意義的統(tǒng)計參數(shù)，為棉花種質(zhì)資源綜合評價及制定性狀改良決策提供有益的信息。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理應用IBM SPSS Statistics 19.0和Data Processing System 15.10分析完成。

2 結(jié)果

2.1 不同品種數(shù)量性狀間的相關(guān)分析

通過對17個數(shù)量性狀進行相關(guān)性分析（表2），結(jié)果表明，17個性狀間，存在著正負、強弱相關(guān)錯綜復雜的關(guān)系，分別為56對數(shù)量性狀相關(guān)性達到極顯著水平（＜0.01），22對數(shù)量性狀間相關(guān)性達到顯著水平（＜0.05）。其中，單鈴重與籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)，籽指與籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)，纖維長度與整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)相關(guān)系數(shù)達極顯著水平。同時，紡紗均勻性指數(shù)與單鈴重、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強度、馬克隆值和反射率有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與伸長率和黃度有不同程度的制約關(guān)系，均為極顯著的負相關(guān)。說明不同性狀間反應的信息重疊贅余，需要經(jīng)主成分分析進行數(shù)據(jù)降維，以便找出變化的簡明規(guī)律。

表2 相關(guān)分析結(jié)果

*表示顯著相關(guān)（＜0.05）；**表示極顯著相關(guān)（＜0.01）

* means the coefficient is significantly correlation at＜0.05; ** means the coefficient is extremely significantly correlation at＜0.01

2.2 主成分分析

對17個性狀變量進行主成分分析，前8個綜合評價指標的貢獻率分別為27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%（表3），累積貢獻率達86.34%，前8個綜合評價指標對17個指標變量的貢獻范圍為0.71—0.99。這樣就將原來17個單項性狀變量轉(zhuǎn)換為8個新的相互獨立的綜合指標，并代表了原始指標攜帶的絕大部分信息。

從表3可知，纖維長度、整齊度、比強度和紡紗均勻性性狀，在第一主成分上載荷較高，說明第1主成分基本反映了這4個指標的信息，這幾個指標均屬于紡紗工藝性指標，因此，可把第一主成分稱為“可紡性因子”。構(gòu)成可紡性因子的第一主成分相當于4.662個原始指標的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的27.454%。

有效鈴數(shù)、衣分、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量這4個指標在第二主成分上載荷較高，單鈴重和籽指在第三主成分上載荷較高，說明第二、三主成分基本反映了這6個指標的信息，這6個指標均屬于產(chǎn)量指標，因此，可把第二、三主成分稱為“豐產(chǎn)性因子”。構(gòu)成豐產(chǎn)性因子的第二、三主成分合起來相當于4.892個原始指標的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的28.779%。

株高和果枝數(shù)在第四主成分上載荷較高，這2個指標均屬于植株形態(tài)指標，因此，可把第四主成分稱為“繁茂性因子”。構(gòu)成繁茂性因子的第四主成分相當于1.419個原始指標的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的8.35%。

馬克隆值在第五主成分上載荷較高，黃度在第六主成分上載荷較高，生育期在第七主成分上載荷較高，伸長率和反射率在第八主成分上載荷較高，說明第五、六、七、八主成分基本反映了這5個指標的信息，這5個指標從纖維細度、纖維色澤和生育天數(shù)等不同側(cè)面表征了棉花的成熟度，因此，可把第五、六、七、八主成分稱為“成熟度因子”。構(gòu)成成熟度因子的第五、六、七、八主成分合起來相當于3.688個原始指標的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的21.691%。

綜上所述，將126份陸地棉資源的17個原始性狀指標，提取綜合成互不相關(guān)的8個主成分，進一步命名為可紡性因子、豐產(chǎn)性因子、繁茂性因子和成熟度因子。

表3 主成分分析

2.3 聚類分析與判別分析

將126個品種的主成分值采用離差平方和方法進行系統(tǒng)聚類（圖1）。當類間距離取12.5時，可將126個品種聚為7大類。

第Ⅰ類有22個品種，分別是Arcot436、Arcot-1和RNX188等，以歐美材料和輻射誘變材料為主；

第Ⅱ類有17個品種，分別是中遠911、中遠9114、冀A-1-7、莘棉5號和upland等，以黃河流域及其他材料為主；

第Ⅲ類有19個品種，分別是中遠9115、常抗棉、Arcot402bne、Arcot438和宿08B2-177等，以黃河流域和亞洲棉材料為主；

第Ⅳ類有28個品種，分別是中遠9116、中遠HAS-1、中資04184、豫17-202和中棉所35等，以黃河流域為主、歐美材料和新疆材料為主；

第V類有19個品種，分別是秦荔514、秦遠4號、廊黃F10、德保巴頭大棉和平果那沙大棉等；以長江流域和亞洲棉為主；

第Ⅵ類有13個品種，分別是中31-204、TM1-IPR、中資9103、中2201和庫車96518等，以亞洲材料和新疆材料為主；

第Ⅶ類有8個品種，分別是MM-2、RNX189、RNX190、樊莊洋棉和三江八江大花等，以歐美材料和長江流域為主。

為了檢驗聚類分析的結(jié)果是否可靠，采用多類逐步判別分析進行驗證。依據(jù)聚類分析得到的分類信息，以8個主成分作為判別變量，建立判別函數(shù)（表5），根據(jù)判別函數(shù)，對126個品種重新判別歸類。結(jié)果表明，判對概率90.48%，12個品種被誤判，誤判率為9.52%，聚類分析的結(jié)果是準確可靠的。

1=-1.6726-0.1084X1+0.0042X2-0.9226X3+0.7405X4+0.089X5+0.4908X6+2.3149X7-0.1711X8

2=-2.8071+0.3145X1-1.5392X2+0.0526X3+0.1583X4+1.7509X5-0.3115X6+0.8808X7-0.2355X8

圖1 參試品種聚類圖

3=-2.8359+0.4775X1+1.0976X2+1.9091X3+0.3697X4-1.3903X5-1.2023X6-0.2335X7-0.3322X8

4=-1.8591-0.1025X1-0.0955X2-1.4846X3-0.5379X4+1.1768X5+1.5493X6-0.51X7+0.8992X8

5=-3.6809+0.4263X1+0.1528X2+0.7496X3+0.2422X4-2.4032X5+0.6079X6-3.2604X7-1.1447X8

6=-2.704+0.0956X1+0.5084X2-0.9942X3-0.8324X4+1.2108X5-2.0542X6+0.4434X7+0.3182X8

7=-9.6824-2.2832X1-0.2135X2+2.9634X3-0.2646X4-1.0906X5-1.3317X6+1.1851X7+0.7578X8

2.4 不同類型品種產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)性狀多元方差分析

通過對聚類分析劃分出的7個類型品種的產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)性狀進行多元方差分析（表4），總體方差采用wilk’s lambda方法進行檢驗，=330127.672達顯著水平。產(chǎn)量和主要品質(zhì)性狀的方差分析（表5）表明，有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、斷裂比長、馬克隆值和紡紗均勻性指數(shù)9項指標的檢驗均達0.000的極顯著水平。各性狀的平均值及變異幅度（表6）表明如下：

表4 各類品種的多元方差分析

表5 皮棉產(chǎn)量及主要品質(zhì)指標的方差分析

第Ⅰ類屬中產(chǎn)中等品質(zhì)品種，22個品種的平均皮棉產(chǎn)量（1.88 t·hm-2）中等偏低，衣分排名第二，絨長中等偏長，馬克隆值偏高，鈴重較低，有效鈴數(shù)偏少，比強度高，紡紗均勻性指數(shù)＞155，適紡高強力優(yōu)質(zhì)棉。對這類品種，除加強植株結(jié)鈴性狀選擇，繼續(xù)提高皮棉產(chǎn)量外，應注意提高絨長和降低馬克隆值，主要以纖維長度和細度為改良目標。

第Ⅱ類屬低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種。17個品種皮棉產(chǎn)量（1.5 t·hm-2）偏低，衣分最低，絨長、馬克隆值和紡紗均勻性指數(shù)均居第一位，比強度和整齊度分列第二和第三位，鈴重最高，有效鈴數(shù)較低。對此類品種，應著力提高品種的結(jié)鈴性和衣分等皮棉產(chǎn)量指標。適合作為基礎(chǔ)育種材料，利用其優(yōu)良的品質(zhì)性狀，同時改良產(chǎn)量指標。

第Ⅲ類（表7）屬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種。19個品種平均皮棉產(chǎn)量（2.42 t·hm-2）最高，有效鈴數(shù)和單鈴重均居第一位，衣分中等，絨長和馬克隆值均排名第二，紡紗指數(shù)排名第三，比強度中等偏高。對這類品種，應保持對纖維長度和細度穩(wěn)中有增的改良，力爭達到紡高支紗的要求，同時提高衣分。

第Ⅳ類屬中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種。28個品種平均皮棉產(chǎn)量（2.08 t·hm-2）屬中等偏高，衣分位居7類品種的首位，纖維長度、馬克隆值中等偏高，紡紗指數(shù)、比強度居均中等水平，絨長最長，馬克隆值中等偏高，有效鈴數(shù)中等偏低，單鈴重中等偏高，對這類品種，除著重提高有效鈴數(shù)外，應注重選育提高纖維強度和細度。

表6 各類品種皮棉產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)指標平均值及變異幅度

數(shù)據(jù)上行為指標的平均值，下行為指標在相應類內(nèi)的變異幅度。EBN：有效鈴數(shù)；BW：單鈴重；LP：衣分；LY：皮棉產(chǎn)量；FL：纖維長度；FU：整齊度；FS：比強度；Mi：馬克隆值。下同

Uper line is average and lower line is variant range in the table. EBN: effective boll number per plant; BW: boll weight; LP: lint percentage; LY: Lint yield; FL: Fiber length; FU: Fiber uniformity; FS: fiber strength; Mi: Micronaire. The same as below

表7 第三類品種皮棉產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)指標平均值及變異幅度

第Ⅴ類屬中高產(chǎn)中上等品質(zhì)類品種。19個品種的的平均皮棉產(chǎn)量（2.02 t·hm-2）中等偏高、衣分中等偏高，比強度位居7類品種的首位，紡紗均勻性指數(shù)排名第二，纖維長度、強度和整齊度都是中等偏高，馬克隆值過高。對這類品種，應著重提高皮棉產(chǎn)量、衣分，降低馬克隆值。

第Ⅵ類屬高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種。13個品種的平均皮棉產(chǎn)量（2.28 t·hm-2）在7類品種中排名第二，有效鈴數(shù)排名第二，單鈴重中等，纖維長度和強度中等偏高，馬克隆值中等偏好，紡紗均勻性指數(shù)中等，整齊度較差，對這類品種，主要應以紡紗均勻性指數(shù)、纖維細度和長度為改良目標，同時注重衣分的提高。

第Ⅶ類屬低產(chǎn)劣質(zhì)類品種。8個品種平均皮棉產(chǎn)量（1.25 t·hm-2），在7類品種中排名倒數(shù)第一，有效鈴數(shù)和單鈴重均低于7類品種的平均水平，紡紗均勻性指數(shù)、纖維長度和強度在7類品種中最低，馬克隆值最高，所有性狀指標均墊底，說明不適合干旱區(qū)種植，應淘汰。

各品種的皮棉產(chǎn)量處于1.5—2.42 t·hm-2，均值1.9 t·hm-2，個別品種乃至突破2.72 t·hm-2，表明目前西北旱區(qū)棉花育種在產(chǎn)量上進展明顯。從品種主要纖維品質(zhì)性狀的表現(xiàn)可以看出，前六類的纖維長度處于29.08—31.13 mm，為中長絨纖維，符合紡中支紗的要求；比強度處于29.93—32.16 cN·tex-1，適紡低支紗或中支紗，離紡高支紗（≥35 cN·tex-1）的要求差距較大；馬克隆值處于4.29—5.22區(qū)間內(nèi)，大多屬于中等偏高的B級（4.3—4.9）水平，符合中支紗的要求；紡紗指數(shù)處于139.5—158.88，第Ⅱ類的紡紗指數(shù)158.88，達到了適紡60支高強力優(yōu)質(zhì)棉（紡紗指數(shù)≥155）的要求，第Ⅴ類的紡紗指數(shù)151.11和第Ⅲ類的紡紗指數(shù)150.11，2個類別的紡紗指數(shù)均接近適紡60支高強力優(yōu)質(zhì)棉（紡紗指數(shù)≥155）的要求。

3 討論

3.1 陸地棉種質(zhì)資源評價方法的確定

近年來，作物品種評價方法逐步由定性和單一指標發(fā)展到多指標定量綜合評價，由此構(gòu)建起來的綜合評價體系較為客觀、全面、科學。統(tǒng)計數(shù)學、灰色系統(tǒng)理論、系統(tǒng)科學等學科的發(fā)展為這種綜合評價體系的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。作物品種評價主要有：層次分析法、百分制記分法、模糊數(shù)學法、灰色系統(tǒng)分析法、主成分分析、因子分析和聚類分析等[26-29]，不同方法的數(shù)學原理不同，且各具特點。主成分分析是在損失較少信息的前提下，把多個具有相關(guān)性的指標轉(zhuǎn)化為幾個相互獨立的綜合指標的多元統(tǒng)計方法[30-32]。聚類分析法是一種用于生物資源分類和親緣關(guān)系研究的多元統(tǒng)計方法[33-34]。近年來，同時利用主成分分析和聚類分析研究小麥[35]、水稻[36]、大豆[37]等作物種植資源的報道較多，在棉花上也有報道。Brown[38]對美國區(qū)域試驗棉花品種的農(nóng)藝和纖維品質(zhì)性狀進行了主成分和聚類分析，結(jié)果表明，來自密西西比河三角洲、中部和德克薩斯高平原地區(qū)品種的遺傳基礎(chǔ)高于來自東部、墨西哥和圣華金河地區(qū)的品種。孫長發(fā)等[39]調(diào)查了河南省春棉區(qū)域棉花品種的17個數(shù)量性狀，用主成分分析法提取了累計貢獻率達90.1%的前4個主成分，聚類分析法將所有材料分為５類。許乃銀等[40]利用長江流域棉花區(qū)域試驗品種的纖維品質(zhì)數(shù)據(jù)進行了主成分和聚類分析，從8個纖維品質(zhì)性狀中提取了4個主成分，并將20個試點劃分為4個纖維品質(zhì)相似亞區(qū)。李飛等[41]對黃河流域、長江流域、西北內(nèi)陸和北部特早熟4大棉區(qū)以及國外引進的172份陸地棉骨干品種（系）的19個農(nóng)藝性狀進行了主成分分析和聚類分析。主成分分析結(jié)果表明，19個性狀可以簡化為彼此互不相關(guān)的5個主成分，其累計貢獻率達80.25%；聚類分析結(jié)果顯示，在遺傳距離5.62處，172份材料劃分為10個類群。

本研究先對區(qū)試棉花新品種的植株形態(tài)指標、產(chǎn)量指標與纖維品質(zhì)指標共17個數(shù)量性狀進行主成分分析，經(jīng)過主成分分析歸屬于8個主成分，其累積方差貢獻率達86.31%（注意有效位數(shù)），基本反映了17個性狀的主要信息，從而剔除了指標間相關(guān)性，并對錯綜復雜的呈網(wǎng)絡(luò)狀相關(guān)的性狀施行了有效的降維。在主成分分析基礎(chǔ)上，利用主成分值對參試品種進行的聚類分析，有效地剔除了一些無關(guān)大局的因子，使結(jié)果更加精確，增加了聚類分析結(jié)果的真實可靠性。并用判別分析法對聚類結(jié)果進行驗證。最后根據(jù)聚類結(jié)果對品種進行多元統(tǒng)計分析，具有一定的科學性。

3.2 陸地棉種質(zhì)資源評價指標的選擇

本研究在確定評價指標的過程中，鑒于陸地棉資源的特點，本著既能很好地體現(xiàn)品種的產(chǎn)量，又能準確描述其品質(zhì)的原則確定了17個評價指標[24,42-45]。既將有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量等反映產(chǎn)量的指標納入評價體系中，也將纖維長度、整齊度、比強度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)等反映纖維質(zhì)量的指標納入評價體系中，還融合了反映植株形態(tài)的株高、果枝數(shù)等指標。棉花品級是棉花外觀和內(nèi)在質(zhì)量的綜合反映。反射率和黃度是棉花的顏色級和棉花品級的必要條件，棉花反射率（明亮程度）高，棉花品級就高。所以反射率和黃度也被納入到評價體系的指標中。

抗病性也是品種優(yōu)劣的評判指標之一，但本次試驗研究過程中各品種發(fā)病差異較小，影響甚微，且致病源較多，達不到人工全部接種后再評價的條件，所以未予考慮。待條件成熟時，可開展專題抗病性試驗，并將結(jié)果納入綜合評價體系中。

通過主成分分析，剔除指標的相關(guān)性后，根據(jù)17個指標在不同主成分上的載荷量大小，可將其歸類命名為可紡性因子、豐產(chǎn)性因子、繁茂性因子和成熟度因子，復雜的指標簡單化。

3.3 陸地棉種質(zhì)資源聚類結(jié)果的多元方差分析

為對126個參試品種從產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀進行綜合評價，利用各品種在主成分上的得分值進行聚類分析，將126個品種聚為7大類。第Ⅰ類中產(chǎn)中等品質(zhì)品種應以纖維長度和細度為改良目標。第Ⅱ類低產(chǎn)高等品質(zhì)類品種應以提高皮棉產(chǎn)量為改良目標。第Ⅲ類高產(chǎn)高等品質(zhì)類品種，主栽品種應在此類別中選取。第Ⅳ類中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種應注意選育提高纖維強度和細度。第Ⅴ類中高產(chǎn)中上質(zhì)類品種應著重提高皮棉產(chǎn)量、衣分，降低馬克隆值。第Ⅵ類屬高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種對這類品種，主要應以紡紗均勻性指數(shù)、纖維細度和長度為改良目標，同時注重衣分的提高。第Ⅶ類屬低產(chǎn)低質(zhì)類品種，不適合旱區(qū)種植，應淘汰。

棉花種質(zhì)的遺傳多樣性是培育優(yōu)良棉花品種的必要條件，通過對126份陸地棉種質(zhì)的鑒定，部分材料的單一性狀表現(xiàn)較為突出，為深入評價陸地棉品種間（系）的遺傳多樣性和合理選配親本組合提供理論依據(jù)。在纖維品質(zhì)方面，有13份材料比強度在35cN·tex-1，分別是，中Arc-315、中2220、中資9196、Acala(1)、宿08B2-177、MSCO-11、中AR681-316、中ARR40682、中R773-314、Acala1517-2、中ARR40681、upland和FJA；有1份材料纖維長度大于35 mm，是MSCO-12；有51份材料紡紗均勻性指數(shù)在150以上，分別是中資9196、upland和中2220等。在產(chǎn)量方面，有10份材料單鈴重在6.5 g以上，分別是松滋大鈴、中資9196和中資9102等；有2份材料衣分在45以上，分別是豫棉2067和豫17-202。

值得說明的是，本研究的聚類分析是基于表型數(shù)據(jù)，由于表型性狀容易受環(huán)境因素的影響，只有嚴格控制環(huán)境因素，才能得到準確的聚類結(jié)果[35]。結(jié)合表型數(shù)據(jù)與分子標記數(shù)據(jù)評價種質(zhì)資源[46]，將更有助于探明種質(zhì)間的親緣關(guān)系，提高親本選配的預見性。

4 結(jié)論

今后育種工作中，要革新育種手段，除利用雜交育種的基因外滲效應外，還可采用現(xiàn)代生物技術(shù)，導入外緣基因，著重強化纖維品質(zhì)指標的選育。生產(chǎn)中，一方面，要在第Ⅲ類高產(chǎn)高等品質(zhì)類品種中確定主栽品種，一方面注重標準化栽培，注重及時收花，以免過熟對比強度和馬克隆值產(chǎn)生不利的影響。使棉花產(chǎn)量和品質(zhì)指標趨向最優(yōu)化。

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（責任編輯 李莉）

附表1 供試的126個陸地棉資源概括

Table 1 Introduction of 126 trial upland cotton materials

Comprehensive Evaluation of Germplasm resources of Upland Cotton in Xinjiang

LIU XiangYu, ZHAO Long, BAHARGUL·Xamxi, PENG Hua, ABDUREYIM·Ibrayim

(Turpan research Institute of Agricultural sciences, Xinjiang Academy of Agricultural sciences, Turpan 838000, Xinjiang)

Based on the morphological index, yield index and quality index, this study comprehensive evaluated the performance of the cotton germplasm resources in Xinjiang under the condition of seasonal water deficit in order to determinate main upland cotton cultivars and lay the foundation for the cotton cultivars improvement in Northwestern arid region.The comprehensive evaluation of quantitative traits about plant height, number of fruit branch,breeding time, effective boll number per plant, boll weight, lint percentage, seed index,seed cotton yield, lint yield, fiber length, fiber uniformity, fiber strength, fiber elongation, micronaire, fiber reflectance, yellow degree and SCI of 126 cotton varieties under the condition of seasonal water deficit were evaluated by correlation analysis, principal components analysis, hierarchical cluster analysis, stepwise discriminant analysisand multivariate analysis of variance etc.Firstly, the results of the correlation analysis showed that there is a certain correlation and overlap of information between 17 quantitative traits, because 56 of these coefficients is extremely significantly correlation at＜0.01 and 22 of these coefficients is significantly correlation at＜0.05. Secondly, the results of the principal components analysis showed that the first eight principal components represent 86.34% of the information which is the 17 quantitative traits of the 126 cotton varieties. The contribution rate is respectively 27.45%, 17.18%, 11.61%, 8.42%, 6.66%, 5.33%, 5.08%, and 4.63%.Thirdly, the results of the hierarchical cluster analysis showed that the 126 cotton cultivars were clustered into seven categories when the class separation distance is 12.5. among them, the first classⅠ has 22 varieties, the class Ⅱ has 17 varieties, the class Ⅲ has 19 varieties, the class Ⅳ has 28 varieties, the class has 19Ⅴ varieties, the class Ⅵ has 13 varieties, the class Ⅶ has 8 varieties. Fourthly the results of the stepwise discriminant analysis showed that the results of cluster analysis are accurate and reliable, because 114 cotton varieties were correctly discriminated, which identification rate was 90.48% and 12 cotton varieties were incorrectly discriminated, which false identification rate was 9.52%. Finally, the results of the multivariate analysis showed that the seven categories of cotton varieties were evaluated scientifically and the corresponding improvement schemes were proposed, which were the classⅠwhich is the cultivars of middle yield and middle quality, the classⅡwhich is the cultivars of low yield and high quality, the class Ⅲ which is the cultivars of high yield and high quality, the classⅣwhich is the cultivars of middle- and high- yield and middle quality, the class Ⅴ which is the cultivars of middle- and high- yield and upper middle quality, the class Ⅵ which is the cultivars of high yield and middle quality and the classⅦ which is the cultivars of low yield and low quality.On the one hand, the work of the cotton breeding in production in Xinjiang has a lot to improvement; on the other hand, most of the cultivars fall short of the requirements of high count cotton, besides the class Ⅵ and the class Ⅴ. The main upland cotton cultivars which are Suitable to Spin middle Count Cotton can be selected in the classⅢ. the classⅡare suitable to spin the high-quality cotton of high tenacity, but their yield indicators need to be improved. In future, in order to achieve the optimality which include yield and quality, the work of the cotton breeding in Northwestern arid region should be done by selecting suitable breeding strategies, according to different category of varieties.

upland cotton; drought; cluster analysis; comprehensive evaluation

2017-03-23；

2017-09-14

國家“十二五”科技支撐計劃（2013BAD01B03-07）、新疆少數(shù)民族科技人才特殊培養(yǎng)計劃（201223105）

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