不同陸地棉種質資源機采性狀分析

桑志偉,梁亞軍,龔照龍,鄭巨云,王俊鐸,李雪源,陳全家

(1.新疆農業大學農學院/棉花教育部工程研究中心,烏魯木齊 830052;2.新疆農業科學院經濟作物研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】2020年新疆棉花播種面積252.86×104hm2(3 792.9萬畝),占全國的78.93%,其中機采棉的面積達到了191.31×104hm2(2 869.63萬畝),占全疆面積的76.46%;地方面積112.64×104hm2(1 689.63萬畝),兵團面積78.67×104hm2(1 180萬畝),機采率分別達到69.83%、90.9%[1]。研究棉花機采性狀對選育早熟優質高產的機采棉新品種有重要意義。【前人研究進展】棉花品種多樣性的豐富,主要歸功于長期自然與人工選擇的雙重作用[2]。采用變異分析[3-5]、相關性分析[6-9]、主成分分析[10-11]、聚類分析[10-14]等方法的較多。李慧琴等[15]對270份陸地棉種質資源的7個農藝性狀和5個纖維品質性狀分析顯示,篩選出能夠改良棉花比強度、馬克隆值和改善產量構成的資源材料。鄭巨云等[16]對6個機采棉品種的株型性狀和產量進行了相關性分析,發現籽棉產量與株高、主莖節間長、果枝數、果節數存在正相關但不顯著,與果枝始節高度呈負相關,株高過大會導致棉花營養分配分散無益于增產,株高過小又會導致節間過于緊湊降低通風透光效果也無益于增產。鄧艷鳳等[17]對57個棉花品種的12個主要農藝性狀進行多種統計分析,發現隨著籽棉產量升高,結鈴性會變好,株高變高,生育期變長,單鈴重衣分升高,隨著單株果枝數變多,單鈴重會變小。尹會會等[18]對134份國外棉花種質的品質、農藝性狀分別進行了聚類分析和主成分分析,品質性狀聚類得出第Ⅱ類35份材料品質最好,第Ⅰ類58份材料產量最高。【本研究切入點】目前,對陸地棉資源機采性狀的研究報道較少,需研究陸地棉機采性狀之間的相關性。【擬解決的關鍵問題】對273份陸地棉種質資源的15個機采性狀進行變異分析、相關性分析、主成分分析以及聚類分析,綜合評價棉花種質資源,篩選優質棉花種質材料,為機采棉新品種的選育及其親本選配提供支撐材料。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆阿拉爾市十六團新疆農業科學院實驗基地進行,供試材料為新疆農科院經作所提供273份陸地棉種質資源,其中中國西北內陸棉區132份、黃河流域棉區61份、長江流域棉區30份、特早熟棉區11份;中亞22份;美國13份;非洲2份;澳大利亞2份。表1

表1 273份陸地棉種質資源

續表1 273份陸地棉種質資源

續表1 273份陸地棉種質資源

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

于4月14日播種,采用膜下滴灌,1膜6行(66 cm+10 cm)的機采棉種植模式。每份材料3次重復,隨機區組排列,行長3 m,理論株數15 000株/667m2,田間管理同大田生產。4月27日開始出苗,5月7日定苗,7月7日打頂,9月30日收獲。

1.2.2 測定指標

每個材料取連續10株長勢均衡的棉株調查,取3次重復的平均值分析。8月6日開始性狀調查,包括生育期、株高、始節高、始節位、果枝數、果節數、果枝夾角、葉面積、SPAD值、單株結鈴數等。10月2日考種并計算各材料單鈴重和衣分。

絨長、比強度、馬克隆值由中國農業科學院棉花研究所利用HVI900大容量纖維檢測儀測定。

1.3 數據處理

數據處理及相關分析使用Excel2019,SPSS26.0,R-4.2.2等軟件。

2 結果與分析

2.1 機采性狀的變異分析

研究表明,各性狀變異系數差異較大,變異范圍在3.93%～20.68%,其中單株鈴數變異系數最大為20.68%,變幅在3.6～9.6個,生育期的變異系數最小為3.93%,變幅在113～136.5 d。其他性狀變異系數依次排序為葉面積(17.81%)>始節高(14.41%)>株高(13.20%)>果節數(12.44%)>始節位(11.03%)>果枝數(9.98%)>單鈴重(9.47%)>果枝夾角(8.77%)>比強度(8.21%)>馬克隆值(7.91%)>衣分(7.88%)>絨長(5.65%)>SPAD值(5.61%)。表2

2.2 機采性狀的相關性

研究表明,生育期與始節位、SPAD值、單鈴重呈極顯著正相關(P<0.01),與果枝數、果節數、單株鈴數、比強顯著負相關(P<0.05);株高與始節高、果枝數、果節數、葉面積、單株鈴數呈極顯著正相關(P<0.01);始節高與始節位、葉面積、單株鈴數呈極顯著正相關(P<0.01);始節位與葉面積、單鈴重呈顯著正相關(P<0.05),與果枝數、果節數、果枝夾角、單株鈴數顯著負相關(P<0.05);果枝數與果節數、單株鈴數呈極顯著正相關(P<0.01);果節數與單株鈴數、葉面積、馬克隆值呈顯著正相關(P<0.05);果枝夾角與葉面積呈顯著負相關(P<0.05);比強度與葉面積、單株鈴數、絨長呈顯著正相關(P<0.05),與SPAD值、馬克隆值呈顯著負相關(P<0.05);馬克隆值與衣分呈極顯著正相關(P<0.01),與絨長呈極顯著負相關(P<0.01)。表3

2.3 機采性狀的主成分

研究表明,共提取出5個主成分,貢獻率分別為20.924%、15.397%、13.216%、7.346%、7.048%,累計貢獻率為63.932%。PC1中株高的特征值最大(0.861),說明株高對PC1的影響最大,其次是果節數(0.767),單株鈴數(0.7),果枝數(0.691),PC1為株型性狀因子;PC2中始節位的特征值最大(0.611),其次是始節高(0.587),葉面積(0.568),生育期(0.479);PC3中馬克隆值特征值最大(0.61)且絨長、比強度特征值絕對值大,絕對值分別為0.659、0.644,PC3為纖維品質因子;PC4中單鈴重的特征值最大(0.56),其次是SPAD值(0.501);PC5中果枝夾角特征值最大(0.694)。表4

表4 機采性狀的主成分

2.4 不同種質資源的聚類

研究表明,第Ⅰ類有76份材料,單鈴重(6.3 g)和衣分(43.7%)在5類中最高,屬于大鈴高衣分材料;第Ⅱ類有164份材料,生育期短,葉面積小(90.5 cm2),品質優于第Ⅰ、Ⅴ類材料;第Ⅲ類有7份材料,整體表現為株高高(90.1 cm),始節高高(34.7 cm),葉面積大(126.6 cm2),但單株鈴數、單鈴重相較于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類偏低,品質好;第Ⅳ類有24份材料,整體表現為生育期短(121.1 d),果枝數(9.8),果節數(22.9)、單株鈴數(7.9),比強度(31.5 cN/tex)在5類中最高,品質最優。第Ⅴ類有2份材料,表現為生育期長,株高矮,單株鈴數少,單鈴重低(3.7 g)、衣分低(29.9%)。圖1,表5

圖1 不同種質資源聚類

3 討 論

分析棉花品種的表型性狀,有利于在后續育種工作中對品種進行改良[19]。孔清泉等[20]對 92 個陸地棉品種的8個主要農藝性狀進行變異分析發現,生育期和纖維長度小于5%,成鈴數、單鈴重、株高、衣分、斷裂強度、馬克隆值6個性狀的變異系數均大于5%。研究表明,除生育期變異系數小于5%外,其他14個性狀的變異系數大于5%,其中單株鈴數、葉面積、外圍果節數、始節高、株高、始節位6個性狀變異系數大于10%,與前人研究基本相似[18]。一般認為,變異系數>10%則材料之間差異比較大[21],273份陸地棉種質資源在單株鈴數、葉面積、始節高、株高、果節數、始節位6個性狀之間存在的差異較大,材料類型豐富,有利于比較和篩選。

相關性分析表明,株高與始節高、果枝數、果節數、葉面積、單株鈴數呈極顯著正相關,始節高與始節位、葉面積、單株鈴數呈極顯著正相關,馬克隆值與衣分呈極顯著正相關,與絨長呈極顯著負相關。與前人[22-23]的部分研究結果一致,株高越高,始節高越高,果枝數、果節數、單株鈴數就越多,葉面積越大,表型性狀容易受環境影響,需要多年多點試驗進一步驗證結果[24]。絨長越長,比強度越強,馬克隆值越小,棉花的絨長、比強度、馬克隆值可以同步改良。

主成分分析表明,果節數、單株鈴數、果枝數隨著株高的增加而增加;隨著始節位的增加,始節高、葉面積、生育期也隨之升高,但果枝數、果節數、果枝夾角會隨之降低;隨著馬克隆值的增加,絨長、比強度隨之降低;隨著單鈴重的升高,SPAD值也隨之升高;隨著果枝夾角的增加,SPAD值、衣分、單株鈴數會隨之降低,果枝夾角越大,棉花株型越松散,通風透光能力降低,影響棉花葉綠素含量以及結鈴率。

研究結果可分為5類。第Ⅰ類屬于大鈴高衣分材料,第Ⅱ類屬于生育期短、株高較矮的材料,第Ⅲ類屬于株高較高、品質較好的材料,第Ⅳ類屬于株高適宜、品質優異的材料,第Ⅴ類屬于生育期長、株高較矮、產量較差的材料。前人明確了機采棉主要性狀指標要求[25-26]。第Ⅳ類株高適宜、品質優異的24份材料可作為機采棉品種遺傳改良的優質親本。

4 結 論

273份陸地棉種質資源的15個機采性狀變異系數差異較大,變異范圍在3.93%～20.68%。并且存在相互制約、相互作用的關系,單株鈴數與株高、始節高、果枝數、果節數衣分、比強度呈極顯著或顯著正相關;始節位與果枝數、果節數、果枝夾角、單株鈴數顯著負相關(P<0.05);比強度與葉面積、單株鈴數、絨長呈顯著正相關(P<0.05);馬克隆值與衣分呈極顯著正相關(P<0.01),與絨長、比強度呈極顯著負相關(P<0.01)。5個主成分累計貢獻率為63.932%。材料分為5類,第Ⅰ類76份材料,第Ⅱ類164份材料,第Ⅲ類7份材料,第Ⅳ類24份材料,第Ⅴ類2份材料。其中,第Ⅳ類共24份材料表現最好。