陸地棉種質材料機采農藝性狀鑒定分析

馬青山,杜 霄,陶志鑫,韓萬里,龍遺磊,艾先濤,胡守林

(1.塔里木大學農學院,新疆阿拉爾 843300;2.新疆農業科學院經濟作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆大學生命科學與技術學院,烏魯木齊 830046;4.新疆農業大學農學院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花作為我國重要的經濟作物。棉花品種資源的多樣性是棉花新品種選育的重要基礎,但在棉花品種選育過程中,如長期選取優良品種,借助現代育種技術改良棉花[1-2],也會使一些棉花種質資源丟失,使得棉花資源的遺傳基礎變窄。新疆是我國最主要的產棉區,種植面積、單產、總產量處于第一位[3],在開展棉花新品種選育研究過程中最大限度的保留品種資源的多樣性,以便積累豐富的育種研究材料。目前機采棉品種尚存在葉枝多、吐絮期不集中、植株易倒伏以及機采采凈率低等問題[4]。因此篩選株型緊湊、株高和果枝始節高度適中、吐絮集中、高產、纖維品質優異等性狀的棉花品種尤為重要。【前人研究進展】張磊磊等[5]對647份海島棉種質進行變異系數、遺傳多樣性、相關性、主成分和聚類分析,篩選出225份綜合表現較好的材料。鄧艷鳳等[6]以72份陸地棉材料為研究對象,針對其11個主要農藝性狀,聚類結果將72份參試種質分為6類,第Ⅰ類群屬于優質材料,第Ⅱ類群屬于高產材料,第Ⅴ類群兼具高產、優質特點。尹會會等[7]對134份國外棉花種質進行聚類和主成分分析,綜合篩選出包含美1870、美1884、FM1830等品種在內的14份優異種質。買買提·莫明等[8]對引進的6個機采棉新品種進行分析評價,結果表明所有品種結鈴性均較好,魯成1號在機采性狀與產量、纖維品質性狀方面表現尤為突出。張哲等[9]通過對12個重要農藝性狀的分析研究,從100份新疆推廣品種中篩選出11個適宜機采的棉花品種。徐安陽等[10]對新疆示范推廣的主栽品種J206-5、新陸中82號與新陸中70號開展噴施脫葉劑機采試驗,結果表明3個品種中新陸中82號是最適宜在南疆棉區種植的機采棉品種。【本研究切入點】前人對產量、纖維品質等農藝性狀已進行相關研究,但對于機采適宜性相關性狀的研究較少,利用大量種質資源進行機采性狀分析鑒定的研究更不多見。需對棉花資源材料開展機采農藝性狀分析鑒定,篩選出適宜機械化采收的陸地棉材料。【擬解決的關鍵問題】分析鑒定120份棉花材料的15個性狀,篩選適宜機械采收的棉花育種材料,為機采棉新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

120份供試材料均來自新疆農業科學院中亞種質資源庫,材料來源于中國、美國、前蘇聯、澳大利亞和日本5個國家。表1

表1 120份陸地棉材料的來源及分布

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2022～2023年在新疆阿克蘇地區庫車市現代農業科創中心進行,該地區位于塔里木盆地北緣,屬大陸性暖溫帶干旱氣候。夏季最長日照時長達16 h,冬季最短日照時長可達10 h以上,多年平均年日照時長近3 000 h,年平均氣溫11.5℃,年平均降水量65 mm,全年無霜期266 d,≥10℃積溫為4 102.6℃,氣候環境適宜棉花種植。試驗區土壤質地為粘土,前茬作物為玉米。

2022年4月9日播種,采用1膜6行種植模式,配置3行滴灌帶,人工點播,出苗后進行人工定苗。行距配置為(10+66+10+66+10) cm,株距為10 cm,小區行長4 m,667m2播種前施適量農家肥和70 kg基肥(40 kg磷酸二銨+12 kg尿素+8 kg鉀肥)。生育期滴水10次,隨水施肥9次,化調8次。于10月5日開始收獲并考種。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生育期

棉花從出苗期到吐絮期的天數。

1.2.2.2 農藝性狀

8月20日調查株高(子葉節至生長點高度)、果枝始節(第一果枝著生節位)、果枝始節高度、果枝數、有效果枝數、單株鈴數、葉枝數并記載果枝類型、株型。9月1日調查葉片總數、葉綠素SPAD值,10月5日調查吐絮程度并測定單鈴重與衣分。表2

表2 陸地棉材料描述性指標記載標準

1.3 數據處理

使用Excel 2019進行各性狀均值、極差及變異系數的計算,使用SPSS Statistics 25對各材料農藝性狀進行相關性、主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 120份陸地棉材料農藝性狀的變異

研究表明,120份陸地棉材料各性狀變異程度存在差異,12個數量性農藝性狀和3個描述性農藝性狀的變異系數范圍為4.6%～47.7%。葉片總數的變異系數最大,為47.7%,變異幅度為17.8～126.9;其余性狀中變異系數較大的依次為葉枝數、株型與單株鈴數,變異系數分別為36.8%、35.4%和32.6%;120份材料在葉片總數、葉枝數、株型和單株鈴數4個性狀遺傳變異豐富。葉綠素SPAD值變異系數最小,其次為生育期,均未超過10%,性狀遺傳變異相對較低,遺傳較為穩定。其余性狀變異系數分別為吐絮程度(21.8%)>果枝類型(19.8%)>有效果枝數(19.7%)>株高(16.0%)>果枝數(15.7%)>果枝始節高度(15.4%)>單鈴重(12.8%)>衣分(12.0%)>果枝始節(10.5%)。表3,表4

表3 120份陸地棉材料數量性農藝性狀變異比較

表4 120份陸地棉材料描述性農藝性狀變異比較

2.2 120份陸地棉材料數量性農藝性狀相關性

研究表明,各農藝性狀間存在不同程度的相關性。其中,生育期與葉枝數呈極顯著正相關,與葉片總數呈顯著正相關,與有效果枝數和衣分呈極顯著負相關。株高與果枝始節高度、果枝數、有效果枝數、單株鈴數和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關,與葉枝數和葉片總數呈顯著正相關,與衣分呈極顯著負相關。果枝始節與果枝始節高度呈極顯著正相關,與果枝數呈極顯著負相關。果枝始節高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關。單株鈴數與果枝數、有效果枝數、葉枝數、葉片總數、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關,與衣分呈顯著負相關。葉綠素SPAD值與果枝數、單株鈴數、葉枝數呈極顯著正相關,與有效果枝數、葉片總數呈顯著正相關,與衣分呈顯著負相關。120份棉花材料農藝性狀間相關性各有不同,不同性狀間相互促進,相互制約。表5

表5 120份陸地棉材料數量性農藝性狀的相關性

2.3 120份陸地棉材料農藝性狀的聚類分析

研究表明,在歐氏距離為5時,120份材料可劃分成7個類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

第Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料株高較小,分別為45.7、59.8、56.8和56.4 d,且第Ⅰ(6.1個)、Ⅶ(7.4個)類群相較其它類群單株結鈴少,Ⅴ(4.5個)、Ⅵ(5.1個)類群葉枝較多,但由于營養枝對產量影響不顯著,且過多葉枝影響棉鈴集中成熟,豐產潛力低,不符合常規機采植棉要求,但第Ⅰ類群材料果枝始節(5.9個)和果枝始節高度(21.9 cm)適中,生育期(133 d)相較于其它類群材料較好,較適宜機采性狀要求。圖1

圖1 120份陸地棉材料數量性農藝性狀的聚類

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群株高適宜,分別為61.5、61.1、74.5 d,果枝始節(5.8、5.8、5.7個)和果枝始節高度(24.7、24.6、27.6 cm)適中,單株結鈴多(9.3、10.5、8.9個),葉枝數少,葉片數和葉綠素SPAD值適中,豐產潛力大,較適宜機采,但生育期不符合機采熟性要求,3個類群以2式和1、2式果枝類型為主,株型緊湊,吐絮程度中暢,可通過適期早播,合理管控,通過化學調控促進品種早熟,以適應機采熟性要求,可作為機采棉選育材料。表6

表6 120份棉花材料不同類群農藝性狀平均值

2.4 120份陸地棉材料數量性農藝性狀主成分

研究表明,提取出的5個主成分,其累計貢獻率77.07%。

第1主成分貢獻率為28.88%,特征值為3.47,在第1主成分中,對應特征向量最大的為單株鈴數(0.77),其次為果枝數(0.76)和株高(0.72)。第2主成分貢獻率為16.96%,特征值為2.04,其對應特征向量最大的是生育期(0.73),其次是有效果枝數(-0.66)。第3主成分貢獻率為14.38%,特征值為1.73,對應特征向量最大的是果枝始節高度(0.82),其次是果枝始節(0.71)。第4主成分貢獻率為9.38%,特征值為1.13,對應特征向量最大的是單鈴重(0.77),其次是株高(-0.33)。第5主成分貢獻率為7.47%,對應特征向量最大的是單鈴重(0.54),其次是生育期(0.45)。表7

表7 120份陸地棉材料數量性農藝性狀的主成分

5個主成分用P1～P5表示,12個農藝性狀用F1～F12表示,綜合得分用P表示。根據12個農藝性狀的特征系數和貢獻率列出如下關系式:

P1=0.72F1+(-0.14F2)+0.259F3+0.76F4+0.54F5+0.77F6+0.59F7+0.58F8+0.26F9+(-0.55F10)+0.57F11+0.20F12;

P2=-0.05F1+0.40F2+0.30F3+(-0.32F4)+(-0.66F5)+(-0.37F6)+0.49F7+0.28F8+(-0.02F9)+(-0.52F10)+0.04F11+0.73F12;

P3=0.38F1+0.71F2+0.82F3+(-0.17F4)+0.20F5+0.01F6+(-0.13F7)+(-0.38F8)+(-0.04F9)+0.31F10+0.25F11+(-0.15F12);

P4=(-0.33F1)+0.24F2+(-0.05F3)+(-0.33F4)+0.16F5+0.23F6+0.22F7+0.25F8+0.77F9+0.24F10+(-0.1F11)+(-0.06F12);

P5=0.22F1+(-0.20F2)+0.02F3+0.17F4+(-0.06F5)+(-0.17F6)+(-0.41F7)+(-0.28F8)+0.54F9+0.003F10+0.03F11+0.45F12;

P=0.289P1+0.170P2+0.144P3+0.094P4+0.075P5.

生育期小于130 d的10個機采性狀較好的材料分別為:新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農林1號、魯7619、73-782、新陸早15號。表8,表9

表8 生育期小于130 d材料綜合得分

表9 10個機采性狀較好材料的農藝性狀平均值

3 討 論

3.1適宜機采的品種,要求具有早熟性好、株型緊湊清秀、結鈴性強、株高75 cm左右、果枝始節高度大于18 cm、吐絮集中、對脫葉劑敏感等特點[11-17],李飛等[18]對172份陸地棉品種(系)的19個農藝性狀進行研究,結果表明,絕大部分農藝性狀的變異系數大于5%,試驗中15個農藝性狀的變異分析表明,除生育期與葉綠素SPAD值的變異系數外,其余農藝性狀變異系數均大于5%,與其結果相符。葉片總數的變異系數最大,在120份陸地棉材料中,葉片總數性狀的遺傳變異較為豐富。葉綠素SPAD值的變異系數最小,為4.6%,該性狀變異較低,性狀在群體中表現較為穩定,120份棉花材料的葉片葉綠素含量相對穩定,光合轉換能力差異不大。

3.2相關性分析表明,120份棉花材料的15項農藝性狀之間相關性相互交織,彼此之間存在不同程度的正向或負向相關,與劉劍光等[19]研究得出的機采棉產量、纖維品質間的存在較復雜的關系結論一致。試驗中生育期與葉枝數和葉片總數呈顯著正相關,與有效果枝數和衣分呈極顯著負相關,與王俊鐸等[20]研究結果有出入。株高與果枝始節高度、果枝數、有效果枝數、單株鈴數和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關,與張哲等[21]研究結果部分相同。果枝始節與果枝始節高度呈極顯著正相關,與果枝數呈極顯著負相關,與李波等[22]研究結果相同,隨著果枝始節的升高,在理想株高的情況下,果枝數的生長空間受到抑制,導致果枝數不足,進而造成對產量的影響。果枝始節高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關,前人研究葉綠素SPAD值與脫葉率呈極顯著負相關,與葉綠素含量呈顯著正相關[23-24],隨著果枝始節的升高,脫葉率隨之降低。單株鈴數與果枝數、有效果枝數、葉枝數、葉片總數、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關,與衣分呈顯著負相關。

3.3聚類分析研究表明,除第Ⅰ類群材料早熟性較好,其余類群生育期均不符合機采棉熟性要求。第Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料葉枝較多,吐絮不集中,結鈴性弱,不符合機采棉性狀選育要求。第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群材料除生育期外,其余性狀表現均較為符合機采棉選育要求。

3.4主成分分析研究表明,根據農藝性狀系數和貢獻率得出關系式,計算120份種質資源綜合得分,以生育期小于130 d為條件,篩選出新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農林1號、魯7619、73-782、新陸早15號共10份材料。由于機采相關性狀大多屬于多基因控制的數量性狀[25],受基因型與環境條件的共同影響,因此后續將通過開展多年聯合試驗,進一步對優良材料進行鑒定評價,以加強試驗結果的可靠性。

4 結 論

4.1120份材料可劃分成7個類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

4.2篩選出新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農林1號、魯7619、73-782、新陸早15號,共10份棉花材料可作為機采棉選育優良種質。這些材料株高適中,單株結鈴多,果枝始節和果枝始節高度適宜,果枝類型以2式和1、2式果枝為主,株型緊湊,吐絮程度中、暢,是符合機采的優質種質資源。