新疆棉花生產品種機采農藝性狀分析

張 哲，熱比耶·玉蓀，買買提·莫明，吾買爾江·庫爾班，艾先濤，高 山

(1.塔里木大學農學院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052；3.新疆農業科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；4.新疆農業科學院庫車陸地棉試驗站，新疆庫車 842000)

0 引 言

【研究意義】棉花品種是影響機采品質、等級和效益最直接的關鍵因素。新疆生產上的棉花品種較多[1-2]，研究生產上不同棉花品種機采表型性狀的綜合表現，對于提升機采棉效率、提高棉花產量和品質、促進棉農增產增收和機采棉品種選育有重要意義[3]。【前人研究進展】棉花品種多樣性的極大豐富，主要歸功于長期自然與人工選擇的雙重作用。一般采用變異分析[4-5]、主成分分析[6-7]、相關性[8-9]和聚類分析[10-11]對棉花農藝性狀進行考察，簡單而有效[12]。鄧艷鳳等[13]利用變異分析、相關分析、主成分分析和聚類分析-等多種統計分析方法對57個棉花品種的12個主要農藝性狀進行比較。結果表明，57份品種間的性狀變異系數在1.0%～36.7%，變幅較大，其中單株結鈴數變異系數最大，生育期與株型性狀呈顯著相關性，前3個主成分累計貢獻率達63.1%，(即纖維品質因子、產量因子和單株果枝數因子)，包含了12個性狀的絕大部分信息；分析表明單位面積籽棉產量越高，結鈴性越好，衣分和鈴重越大，生育期越長，株高越高，單株果枝數越多，棉花單鈴重越小。王俊鐸等[14]對200份棉花種質材料基于形態指標進行聚類分析分為6大類，但聚類分析所用的形態指標數據一定程度上受到環境條件影響。齊海坤等[15]對8年607份育種材料的農藝性狀進行比較，研究表明，縮短生育期、提高霜前花率，可以增加產量；株高與第1果枝節位通過與其他性狀產生作用，進而影響籽棉產量的形成。楚宗艷等[16]對28個棉花新品系的10個農藝性狀進行相關和通徑分析結果顯示，皮棉產量與株高、單株鈴數、衣分的相關性達極顯著水平，相關系數分別為0.6、0.6和0.5，果枝數與皮棉產量顯著相關，相關系數為0.5。【本研究切入點】株高、單鈴重、衣分和籽指4個性狀對皮棉產量的影響較大。目前新疆生產上應用的棉花品種多樣，機采特性還需加強。【擬解決的關鍵問題】選擇生產上大面積推廣應用的100個品種，對12個性狀進行變異分析、主成分分析、相關性分析以及聚類分析，綜合評價和篩選更符合機械采收的棉花品種，為機采品種的推廣和性狀選育提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆阿克蘇地區庫車市現代農業科創中心進行，該區處于塔里木盆地北緣，屬于暖溫帶大陸性氣候，≥10℃的積溫為4 102.6℃，年均降水量73.3 mm，日照時數2 915.9 h。供試材料為新疆棉花生產上大面積推廣應用的100個棉花品種。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗區土壤質地為粘土，前茬作物為玉米。采用隨機區組排列的方式，于2021年4月20日，采用“1膜6行3管”機采棉種植模式進行人工播種，每穴2粒(出苗后，保留健壯植株1棵)。行距配置[(10+66+10+66+10)+66] cm×12 cm，小區行長4 m，幅寬2. 28 m，播種前畝施7.5 kg尿素和50 kg磷酸二銨作基肥，生育期滴水12次，隨水施肥9次，化調8次。根據不同品種的吐絮情況分3次進行收獲考種。其他管理參照當地正常生產標準。調查從棉花出苗期到吐絮期的天數。

1.2.2 農藝性狀調查

7月3日開始調查果枝始節、果枝始節高度及葉枝，8月5日調查株型、株高、果枝數、倒4果枝的夾角(果枝夾角)及上部果枝第1果節長度(倒1、2果枝第1果節長度的平均值)、中部果枝第1果節長度(倒4、倒5果枝第1果節長度的平均值)，10月10日調查單株結鈴數及吐絮率，各指標依次如下；生育期(X1)、株高(X2)、果枝數(X3)、果枝始節(X4)、果枝始節高度(X5)、果枝夾角(X6)、單株結鈴(X7)、吐絮鈴(X8)、葉枝(X9)、吐絮率(X10)、上部果枝第1果節長度(X11)和中部果枝第1果節長度(X12)。

1.3 數據處理

使用 Excel2019進行各性狀的最大值、最小值、均值、標準差及變異系數。使用DPS7.0處理系統對各個品種的農藝性狀相關性分析、主成分分析以及聚類分析(離差平方和法)。

2 結果與分析

2.1 100個棉花品種農藝性狀的變異性

研究表明，性狀間的變異范圍為4.9%～64.0%，表現出豐富的遺傳變異。變異系數差異較大的指標有7個，較小的有5個，其中葉枝的變異最大，達到64.0%，變異幅度為 0.0～1.6個，生育期的變異系數最小為4.9%，變異幅度為123.0～158.0。其他性狀的變異系數分別為吐絮鈴數25.8%>上部果枝第1果節長度20.2%>吐絮率17.1%>中部果枝第1果節長度16.8%>單株結鈴數16.0%>果枝始節高度11.5%>株高8.5%>果枝數8.2%>果枝始節7.9%>果枝夾角6.8%。葉枝、上部果枝第1果節長度、中部果枝第1果節長度和果枝始節高度變異較大。表2

表2 100個棉花品種農藝性狀變異Table 2 Variation Analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.2 100個棉花品種農藝性狀的相關性

研究表明，生育期與株高呈顯著正相關，與上部果枝第1果節長度和中部果枝第1果節長度呈極顯著正相關，但生育期與吐絮鈴數呈極顯著負相關。株高與果枝數、上部果枝第1果節長度呈極顯著正相關。果枝數與上部果枝第1果節長度呈顯著正相關，與單株結鈴數呈極顯著正相關。果枝夾角與中部果枝第1果節長度呈極顯著正相關，與吐絮鈴數呈顯著負相關。單株結鈴數與吐絮鈴數和吐絮率呈極顯著正相關。吐絮鈴數與吐絮率呈極顯著正相關。吐絮率與上部果枝第1果節長度呈極顯著負相關。棉花各性狀間相互制約、相互影響。表3

表3 100個棉花品種的農藝性狀相關性Table 3 Correlation analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.3 100個棉花品種農藝性狀的主成分

研究表明，第1主成分的特征值為3.39，貢獻率為28.28%，第1主成分中生育期特征值最大是0.45，其次中部果枝第1果節長度是0.30和上部果枝第1果節長度0.29，由此看來第1主成分為生育期性狀。生育期短是機采棉中最重要的指標，生育期短可避免棉田貪青晚熟，且有利于后期機械采收。

第2主成分的特征值為2.62，貢獻率為21.81%，第2主成分中株高的特征值最大是0.43，其次是單株結鈴數0.42和上部果枝第1果節長度0.41，第2主成分是株高性狀。第3主成分中特征值為1.62，貢獻率為13.49%，第3主成分中果枝夾角特征值最大是0.54，其次是中部果枝第1果節長度0.52。隨著果枝夾角的增大，中部果枝第1果節長度也隨著增長。第4主成分的特征值為1.20，貢獻率為9.97%，第4主成分中果枝始節高度特征值最大是0.35，第5主成分的特征值為0.91，貢獻率為7.59%，第5主成分中果枝始節特征值最大是0.45。

篩選出具有代表性的品種有15個，分別為：新陸早37號、新陸中85號、新陸中36號、中88、早84(JM06)、新陸早63號、新陸早65號、新陸早57號、新陸中79號、耕野2186、新陸早52號、中113、源棉6、源棉11和WY31。表4

表4 100個棉花品種農藝性狀主成分Table 4 Principal component analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.4 100個棉花品種農藝性狀的聚類

研究表明，在遺傳距離為44.0時，將100個棉花品種劃分為7大類，第1、2、4類群各包含了11個品種，第3個類群包括13個品種，第5個類群包含8個品種，第6個類群包含13個品種，第7個類群包含33個品種。同時計算各類群的性狀平均值。

生育期大于135 d的類群有1、3、4、6和7個類群，這些品種總共有81份，田間表現為吐絮都比較晚，單株結鈴數、吐絮鈴數偏低。第1類群品種還有一個明顯特點，果枝夾角偏小，上部果枝第1果節長度、中部果枝第1果節長度也較短，表明第1類群的株型緊湊，符合機采棉的性狀要求，這一類群品種可以通過適期早播和促早熟管理措施調控生育期，第1類群品種可以作為株型遺傳改良方面重點關注的材料，第1類群中株型具有代表性的品種有新陸中84號，新陸早57號，其果枝夾角在40°左右，上部、中部果枝第1果節長度均在8 cm。

生育期小于135.0 d的類群有第2、5類群，總共包含了19份品種，田間表現為吐絮集中，單株結鈴數和吐絮鈴數等性狀表現突出，果枝夾角均在50°左右，果枝長度、果枝始節也適宜，符合機采棉的性狀要求，其中第2類群品種的綜合性狀表現優于第5類群的品種。圖1，表5

表5 不同類群農藝性狀的平均數Table 5 Average number of agronomic characters of different groups

3 討 論

分析機采棉品種表型農藝性狀，有利于在后續育種工作中對機采棉品種進行改良[17]。孔清泉等[18]研究了92份陸地棉的生育期、株高和成鈴數等8個農藝性狀的變異情況，其中變異系數大于10%的有2個性狀，大部分的變異系數都在5%以上，研究結果表明，12個性狀中有4個性狀的變異系數在5%～10%，7個性狀的變異系數均在10%以上，其中葉枝(64.0%)的變異系數最大，其次是吐絮鈴數(25.8%)，生育期的變異系數最小為4.9%。生育期的變異系數雖然最小，但在100個品種里生育期的極差達到35 d，葉枝、吐絮鈴數和生育期性狀可以通過農藝性狀的遺傳選擇和田間促早管理調控措施等方法獲得改良。

相關性分析表明，生育期與上部果枝第1果節長度和中部果枝第1果節長度呈極顯著正相關，株高與果枝數、單株結鈴數、上部果枝第1果節長度呈極顯著正相關，果枝數與單株結鈴數呈極顯著正相關，與前人[19]部分研究結果一致。果枝夾角與中部果枝第1果節長度呈極顯著正相關，但與吐絮鈴數呈顯著負相關，說明果枝夾角越大，果枝的果節長度越長、吐絮越少，這與鄭巨云等[20]研究一致。吐絮率與上部果枝第1果節長度呈極顯著負相關，吐絮率越高，上部果枝第1果節長度越短，如果上部果枝第1果節長度越長，頂部鈴有可能吐絮晚，從而導致吐絮不集中甚至貪青晚熟，進而降低了吐絮率，直接影響到產量。

主成分分析表明；生育期和株高的增加容易導致貪青晚熟，單株結鈴數和吐絮率隨之下降。隨著棉株果枝夾角過大，中部果枝第1果節的長度也有增加趨勢，這會導致整個棉株過于松散，各棉株的果枝之間很容易互相交錯，使整個群體結構郁蔽，直接影響到單株結鈴性和棉花產量，這與前人[21]研究結果一致。果枝夾角在機采棉株型構成因素中是起到重要作用的一個指標，果枝夾角偏小能很好的使光源照射到棉株中下部，提高光能利用率，避免棉花單株間的果枝交錯，使產生霉鈴爛鈴的幾率降到最低。試驗中的果枝夾角均50°～60°，與王燕等[22]研究一致。尹會會等[23]研究表明，果枝始節的增加也會導致衣分和皮棉質量降低，同時還會影響產量。

通過聚類結果顯示，第2類群中有11個品種被聚類在一起(新陸中85號、新陸中36號、中88、新陸早65號、早84(JM06)、新陸早76號、新陸早63號、新陸早37號、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號)，在100份品種中綜合表現最好，其性狀表現為生育期短132.5 d，吐絮集中，株高81.3 cm、果枝數11臺和中部果枝夾角適中(58.4°)，吐絮率達到72%，上部果枝第1果節長度和中部果枝第1果節的長度為也比較適宜，分別為8.1和11.7 cm。這11個品種的果枝夾角若能在45°左右，則能更好的展現各自品種的群體結構，從而進一步改善和協調棉花的營養生長與生殖生長。前人研究表明[24-25]，機采棉品種應具備的條件；早熟性好、株型緊湊、果枝短，夾角小，吐絮均勻且飽滿，結鈴性強、吐絮集中。而試驗的研究結果正與前人研究相符合。

由于表型性狀鑒定受環境影響和田間管理調控措施的影響較大，若要取得更真實結果，需要開展多年多點的性狀鑒定和評價。

4 結 論

有11個品種表現較為突出，分別是新陸中85號、新陸中36號、中88、新陸早65號、早84(JM06)、新陸早76號、新陸早63號、新陸早37號、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號。這些品種在早熟性、株高、果枝始節、單株結鈴數和果枝夾角等性狀方面，較好的滿足了生產對機采性狀要求，其它品種在機采農藝性狀方面表現的參差不齊，仍然有改良的空間。