早熟陸地棉主要株型性狀與產量的相關性

馬曉梅，趙淑琴，董承光，周小鳳，王 新，李保成

(1.農業部西北內陸區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/新疆農墾科學院棉花研究所 ，新疆石河子 832000；2.新疆維吾爾自治區種子管理總站，烏魯木齊 830006)

0 引 言

【研究意義】株型與作物生產和育種關系密切，合理的株型可以提高葉面積系數、改良群體光合效率、提高作物耐肥性、增加收獲指數。從研究早熟陸地棉株型性狀與棉花產量相關性研究入手，尋找與產量相關的株型性狀，對田間選擇豐產型品種或制定高產型種植模式有實際意義。【前人研究進展】通過株型研究，可以為作物育種提供新的選擇標準[1-4]。棉花株型包括棉株結鈴形式和生長結構。主莖高度、 營養枝和果枝個數及長度、果枝間的主軸節間長度、果枝始節高度等是株型的主要構成成分[5]。其中，陸地棉影響機械采收和栽培措施的株型因子包括主莖葉片數、 株高、 果枝數、 果枝類型、 葉枝數等。通過合理密植、植物激素調控等栽培措施改良棉花群體結構，可達到增產目的[6-9]。棉花株型育種是通過選擇合適的親本雜交，后代株型性狀選擇，最終培育高產棉花品種。【本研究切入點】近年來關于棉花株型性狀對棉花籽棉產量的影響報道較多，但多數是關于棉花田間栽培技術與田管方面，對北疆早熟棉區特殊生態區域、氣候條件下，種質或育種群體進行株型與籽棉產量的相關研究不多。研究早熟陸地棉主要株型性狀與產量的相關性。【擬解決的關鍵問題】以北疆早熟棉區各育種單位的主要品種為研究對象，利用變異、相關、通徑和回歸等方法，分析棉花株型性狀與籽棉產量的相關關系，各株型性狀在產量構成中的相對重要性，為棉花育種田間株型選擇提供參數支持及理論依據。

1 材料與方法

1.1材料

供試材料為2017年度新疆早熟棉區預備試驗中128個參試品種(系)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設5個點，分別在石河子、奎屯、博樂、下野地鎮、瑪納斯縣等地，于2017年進行，每個試驗點重復2次，小區為4行區，小區面積10 m2，行距配置(30+50+60)cm,株距10 cm，密度15 734株/667 m2。4月中、下旬播種，7月10日左右打頂，其他田間管理同一般大田管理。8月底調查各性狀。

1.2.2 測定指標

每個處理在長勢均勻一致的地段定點選10株(外行5株，內行5株)調查株高(X1)、始節位(X2)、果枝數(X3)、單株鈴數(X4)。收獲時，按小區收獲計產(Y)。

1.3 數據處理

采用EXCEL 2003對所測數據進行整理，用SPSS 19.0統計分析軟件進行相關性分析、通徑分析、逐步回歸分析，并對相關系數進行分解，建立棉花產量與株型間的最優回歸方程。

2 結果與分析

2.1 各性狀的變異系數

性狀分析以各品系平均數為單位。標準差是反映樣本離散程度的指標之一。變異系數越小，變異(偏離)程度越小；反之，變異系數越大，變異(偏離)程度越大。研究表明，株型性狀的標準差按大小順序依次為：果枝始節位<單株結鈴<單株果枝數<株高<平均籽棉產量。棉花株型性狀中果枝始節位、單株結鈴、單株果枝數的變異性、離散程度較小；平均籽棉產量的變異性、離散程度最大。主要株型性狀的變異系數按大小依次為：株高<單株果枝數<果枝始節位<籽棉產量<單株結鈴數。表1

2.2 各性狀相關性

研究表明，始節位(X2)與籽棉單產(Y)呈負相關，但相關不顯著；株高(X1)、單株果枝數(X3)、單株鈴數(X4)與產量(Y)呈正相關，且相關極顯著。各株型性狀(Xi)與產量(Y)的相關系數大小依次是：果枝數(r=0.403)>單株鈴數(r=0.381)>株高(r=0.344)>始節位(r=-0.110)。

株高(X1)與其他株型性狀均呈正相關，且都顯著相關。始節位(X2)與株高(X1)、鈴數(X4)呈正相關，且與株高(X1)呈顯著正相關；始節位(X2)與果枝數(X3)呈顯著負相關。果枝數(X3)與株高(X1)、鈴數(X4)呈顯著正相關；與始節位(X2)呈顯著負相關。鈴數(X4)與其他株型性狀均呈正相關，與株高(X1)、果枝數(X3)呈顯著正相關。表2

表1 產量和株型性狀表型統計Table1Phenotypicstatisticoftheplanttypetraitsandseedcottonyield

性狀Trait平均值Mean標準差Standarddeviation變異系數c.v. (%)株高(X1)Plant height(X1) (cm)70.544.957.02果枝始節位(X2)Node of first fruiting branch(X2)5.680.457.97果枝數(X3)Number of sympodias(X3) (臺)7.320.537.19單株鈴數(X4)The boll number(X4) (個)5.280.499.29平均籽棉單產(Y)Seed cotton yield(Y) (kg/667 m2)349.4731.809.10

表2 籽棉產量與株型指標相關系數
Table 2 Phenotypic correlation betyween the plant architecture traits and seed cotton yield

性狀Trait株高Plant height(X1)始節位Node of first fruiting branch(X2)果枝數Number of sympodias(X3)鈴數The boll number(X4)平均籽棉667 m2產量Seed cotton yield(Y)株高(X1)Plant height(X1)1果枝始節位(X2)Node of first fruiting branch(X2)0.306**1果枝數(X3)Number of sympodias(X3)0.361**-0.258**1鈴數(X4)The boll number(X4)0.194*0.0960.501**1平均籽棉667 m2產量(Y)Seed cotton yield(Y)0.344**-0.1100.403**0.381**1

注：*表示差異顯著，**表示差異極顯著

Note:*and**indicate the significant confidence at 0.05 and 0.01 levels, respectively

2.3 各主要株型性狀與籽棉產量通徑系數

研究表明，早熟陸地棉品種株型表型性狀對籽棉產量的通徑系數分別為：P1=0.322 1；P2=-0.216 2；P3=0.082 0；P4=0.298 1，對產量的直接作用，由強到弱依次為：株高(X1)、鈴數(X4)、始節位(X2)、果枝數(X3)；同時，各株型性狀(Xi)通過其他性狀對產量也產生很強的間接作用。表3

表3株型性狀(Xi)與籽棉產量(Y)通徑系數

Table 3 Path analysis of plant architecture traits to seed cotton yield

自變量Independent variable 直接通徑系數Direct path coefficient間接通徑系數 Indirect path coefficientX1→YX2→YX3→YX4→YX1→Y0.322 1-0.066 20.029 60.057 8X2→Y-0.216 20.098 6-0.021 20.028 6X3→Y0.082 00.116 30.055 80.149 4X4→Y0.298 10.062 5-0.020 80.041 1

注：X1、X2、X3、X4、Y分別為株高、果枝始節位、果枝數、單株鈴數、籽棉產量

Note:X1,X2,X3,X4,Yrepresent plant height, Node of first fruiting branch, Number of sympodias,the boll number, seed cotton yield

2.4 逐步回歸分析

研究表明，將多個株型性狀作為自變量，籽棉產量作為因變量，進行逐步回歸分析，得出在輸入株高(X1)、始節位(X2)、單株鈴數(X4)時，得到產量與表型指標的最優回歸方程(模型5)，方程為：Y=173.898+2.279X1-17.632X2+21.795X4(R=0.527，P<0.01)，方差分析的F值為15.90，達到極顯著水平(P<0.01)。經標準化后的方程為Y=0.355X1-0.251X2+0.336X4(R=0.527，P<0.01)。表4～6

表4 株型性狀對籽棉產量回歸模型
Table 4 The model of stepwise analysis betweenthe plant type traits and seed cotton yield

模型ModelRR2調整R2Adjust the R2估計標準誤Standard error of estimate10.4030.1630.15629.212 720.4560.2080.19528.529 930.4990.2490.23127.886 840.5300.2810.25827.395 350.5270.2780.26027.350 1

表5 多元回歸系數的參數估計值檢驗
Table 5 Multiple regression correlation

模型ModelB值B value標準誤差Standard error標準系數Standard factorst值t valueP值P value1 (常量) (Constant)170.99236.162-4.7270.000果枝數 Number of sympodias24.3944.9280.4034.9500.0002 (常量) (Constant)104.24943.280-2.4090.017果枝數 Number of sympodias19.4295.1610.3213.7650.000株高 Plant height1.4600.5480.2282.6650.0093 (常量) (Constant)76.99943.570-1.7670.080果枝數 Number of sympodias12.3915.7180.2052.1670.032株高 Plant height1.4370.5360.2242.6820.008鈴數 The boll number15.2385.8290.2352.6140.0104 (常量) (Constant)151.58253.343-2.8420.005果枝數 Number of sympodias4.9606.4510.0820.7690.443株高 Plant height2.0680.5910.3223.4980.001鈴數 The boll number19.3305.9870.2983.2290.002果枝節位 Node of first fruiting branch-15.1826.480-0.216-2.3430.0215 (常量) (Constant)173.89844.681-3.8920.000株高 Plant height2.2790.5230.3554.3610.000鈴數 The boll number21.7955.0480.3364.3180.000果枝節位 Node of first fruiting branch-17.6325.633-0.251-3.1300.002

表6 多元回歸方差
Table 6 ANOVA of multiple regression of rams

模型Model平方和Quadratic sum自由度Degrees of freedom均方Mean squareF值F valueP值P value120 911.002120 911.00224.5040.000226 692.156213 346.07816.3960.000332 005.893310 668.63113.7190.000436 125.25649 031.31412.0340.000535 681.608311 893.86915.9000.000

3 討 論

3.1 籽棉產量與株型性狀的表型統計量

變異系數又稱離散系數，它反映的是標志變動相對程度的指標[10]。產量(Y)、單株結鈴(X4)的變異系數較其他性狀大，且單株結鈴變異系數最大，為9.29%，研究表明，早熟陸地棉品種籽棉產量及單株結鈴變異幅度較株高、始節位、單株果枝數的變異幅度較大，其中單株結鈴具有最大的選擇與提高潛力。株高、始節位、果枝臺數變異系數相對較小，早熟陸地棉株高、始節位、果枝臺數的變異幅度較小。

3.2 籽棉產量與株型性狀相關性

相關系數是衡量兩個隨機變量間的表現相關程度的指標，由于沒有消除其他變量對這兩個變量的影響，所以表型相關系數不能真實地反映自變量、因變量的相關關系[11]。只能反映該自變量對因變量的綜合作用程度。研究表明，除了始節位與籽棉產量呈負相關，且相關性不顯著外，株高、果枝數、鈴數與產量均有極顯著的相關性(P<0.01)，其表型相關系數分別為：0.344、0.403、0.381、-0.110。株型性狀中，株高、果枝數、鈴數對籽棉產量的綜合作用較大，其表現為直接作用和輔助其他性狀對產量的間接作用皆有。說明產量與株型性狀是相互關聯的，在選擇育種中對各個性狀的選擇要綜合考量，才可以達到最優的選育效果。該結論與齊海坤等[12]研究的結論一致；與劉繼國等[13]研究的結論不同，其結論為株高對產量產生的作用較小，相關性不顯著，這可能與地域、氣候、研究對象的差異有關；付遠志等[14]研究的結論為，株高對皮棉產量的直接貢獻因不同年度，表現方向相反，肯定了通過主莖長度或株高使產量有較大提升。

3.3 產量與株型性狀的通徑分析

通徑系數表示自變量對因變量的直接作用大小，其真實地反映了兩個變量間的直接相關程度，它是標準化的偏回歸系數[15]。通過對株型、產量性狀的通徑分析，得出各株型性狀對產量的直接作用，由大到小依次是：株高(X1)、單鈴重(X4)、第一果枝始節位(X2)、單株果枝數(X3)；通徑系數依次為：0.322 1、0.298 1、-0.216 2、0.082。

株高、單株鈴數對產量有顯著的直接正相關作用，同時輔助其他性狀對產量有間接作用；第一果枝始節位與產量有顯著直接負相關關系，但通過株高、單株鈴數對產量的間接正相關，導致相關系數相關性不顯著；單株果枝數對產量的直接作用較之其他性狀，表現最小，但通過單株鈴數、株高對產量的間接作用較強，且表現為正相關。因此，在選擇育種中，考慮的選擇條件依次為：要選擇株高相對較高，鈴數較多，且果枝始節位較低，果枝臺數相對較多的材料。

3.4 株型性狀對籽棉產量的逐步回歸分析

通過對株型性狀與籽棉產量的逐步分析，可以得出株型性狀對產量的最優回歸方程：Y=173.898+2.279X1-17.632X2+21.795X4。方程組排除了果枝數指標，因對逐步回歸系數的顯著性檢驗中，果枝數P=0.443>0.05，回歸系數顯著程度不高，予以排除，其結果與通徑分析的結果相一致。

4 結 論

4.1 早熟陸地棉株型性狀中株高、始節位、鈴數對產量即有較強的直接作用，直接通徑系數分別為0.322 1、-0.216 2、0.298 1；又通過輔助其他性狀對產量產生較強的間接作用。而果枝臺數對產量的直接作用不顯著，直接通徑系數為0.082 0，主要通過對株高、果枝始節位、鈴數的作用間接對產量發生作用，間接通徑系數分別為0.116 3、0.055 8、0.149 4，且作用顯著。

4.2 早熟陸地棉株型性狀對產量的最優回歸方程為：Y=173.898+2.279X1-17.632X2+21.795X4(R=0.527，P<0.01)。影響棉花產量的主要株型性狀是株高、果枝始節位、鈴數，這3個性狀對產量的總影響順序為：鈴數>果枝始節位>株高。提高棉花產量特別要注意鈴數、果枝始節位、株高等性狀，其中鈴數最重要。

參考文獻(References)

[1] 李成奇，王清連，董娜，等.棉花株型性狀的遺傳分析[J].江蘇農業學報，2011,27(1):25-30.

LI Cheng-qi, WANG Qing-lian, DONG Na, et al. (2011).Inheritance of plant ideotype traits in upland cotton (G.hirsutum L.) [J].JiangsuJournalofAgriculturalSciences, 27(1):25-30. (in Chinese)

[2]談春松.棉花株型栽培研究[J].中國農業科學,1993,26(4):36-43.

TAN Chun-song. (1993).On Ideotype cultivation of cotton [J].ScientiaAgriculturaSinica, 26(4): 36-43. (in Chinese)

[3]程備久，趙倫一.陸地棉產量纖維品質和株型性狀的多元相關分析[J].上海農業學報，1991,7(3):29-35.

CHENG Bei-jiu, ZHAO Lun-yi. (1991).Multiple correlation analysis among yield,fiber quality and plant type characters in upland cotton [J].ActaAgriculturaeShanghai, 7(3): 29-35. (in Chinese)

[4]楊萬玉，周桂生，陳源，等.高產棉花株型與產量關系的研究[J].江蘇農業科學，2001,(2):29-32.

YANG Wan-yu, ZHOU Gui-sheng, CHEN Yuan, et al. (2001).The relationship between Yield and plant type in Cotton [J].JangsuAgriculturalSciences，(2): 29-32. (in Chinese)

[5] G.A.奈爾斯 . 棉花株型對產量的影響[J].湖北農業科學，1975，(6)： 37-41.

G.A.Naiersi.(1975). Effects of cotton plant type on yield [J].HubeiAgriculturalSciences,(6):37-41. (in Chinese)

[6]杜宏彬，朱勇，吳升仕.栽培植物株型的選擇與塑造[J].安徽農學通報，2011，17(22):24-27.

DU Hong-bin, ZHU Yong, WU Sheng-shi. (2011). Selection and Shaping of Cultivated Plants [J].AnhuiAgri.Sci.Bull. ,17(22):24-27. (in Chinese)

[7]張巨松，徐騫，馬雪梅.化學調控對海島棉株型和產量的影響[J].新疆農業大學學報，2003,26(4):13-15.

ZHANG Ju-song, XU Qian, MA Xue-mei. (2003).Effects of chemical regulation on the plant type and yield of sea island cotton [J].JournalofXinjiangAgriculturalUniversity, 26(4):13-15. (in Chinese)

[8]周桂生，林巖，童展，等.鉀肥和縮節胺對高品質棉株型和產量的影響[J].湖北農業科學，2011,50(23):4 801-4 803.

ZHOU Gui-sheng, LIN Yan, TONG Zhan,et al. (2011).Effects of Potassium and Mepiquat Chloride on Plant Type and Yield of High Quality Cotton[J].HubeiAgriculturalSciences, 50(23):4,801-4,803. (in Chinese)

[9] 杜明偉，楊富強，吳寧段，等．長江中下游棉花產量相關性狀研究及棉太金的調控作用[J]．中國棉花，2012，39(6)：15-19.

DU Ming-wei, YANG Fu-qiang, WU Ning-duan, et al.(2012).Effects of mixture of mepiquat chloride and 2-(Diethylamino)ethyl caproate on yield and related characters in cotton(Gossypium hirsutum L.)along middle and lower reaches of the Yangtze River [J].ChinaCotton, 39(6)：15-19. (in Chinese)

[10]李林杰，董正信.經濟應用統計學[M].北京：中國物資出版社，2001.

LI Lin-jie, DONG Zheng-xin.(2001).EconomicAppliedStatistics[M]. Beijing: China Logistics Publishing House.(in Chinese)

[11]杜榮騫.生物統計學[M].北京：高等教育出版社，2003.

DU Rong-qian. (2003).Biostatistics[M]. Beijing: High Education Press. (in Chinese)

[12]齊海坤，嚴根土，王寧，等.機采棉雜交后代主要株型性狀與產量和品質的關系[J].棉花學報，2017,29(5):456-465.

QI Hai-kun,YAN Gen-tu, WANG Ning, et al. (2017).Relation of Plant Type Traits With Fiber Yield and Quality in the Crossing Population of Mechanical-Harvested Cotton [J].CottonScience, 29(5): 456-465. (in Chinese)

[13]劉繼國，陳振武，包秀紅，等.棉花不同品種株型結構對產量的影響研究[J].遼寧農業科學，2004,(3):11-14.

LIU Ji-guo, CHEN Zhen-wu, BAO Xiu-hong, et al. (2004). Effect of Plant Types Structure of Different Cotton on Yield [J].LiaoningAgriculturalSciences,(3):11-14. (in Chinese)

[14]付遠志，李鵬云，王浩麗，等.陸地棉品種(系)資源株型性狀與皮棉產量的關系[J].西南農業學報，2006,29(9)：2 063-2 067.

FU Yuan-zhi, LI Peng-yun, WANG Hao-li, et al. (2006). Relationship of Plant Ideotype Traits and Lint Yield of Upland Cotton Variety (Line) Resources [J].SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences,29(9): 2,063-2,067. (in Chinese)

[15]明道緒.通徑分析[M].雅安：四川農業大學學報編輯部，1990.

MING Dao-xu, (1990).PathAnalysis[M].Ya'an: Editorial Department of Journal of Sichuan Agricultural University. (in Chinese)