早中熟機采棉種質資源遺傳多樣性分析

管利軍 羅鵬 李世奎 朱曉平

摘要 對101份早中熟機采棉種質資源品系的15個表型性狀進行變異系數、相關性、主成分和聚類分析。結果表明，15個性狀中，有6個性狀的變異系數超過了10.0%，其中株高的變異系數最大，為10.6%；整齊度指數的變異系數最小，為1.2%。相關性分析表明，各性狀間存在不同的相互關聯，14對數量性狀的相關性達到了極顯著水平，9對數量性狀相關性達到了顯著水平。主成分分析提取到了6個主成分，累積貢獻率為73.228%；聚類分析將101份棉花種質品系分成了4大類，各類群性狀差異較大，可為棉花新品種培育提供不同特性的種質品系。

關鍵詞 機采棉；種質資源；遺傳多樣性；分析

中圖分類號 S562? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0039-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.009

Genetic Diversity Analysis of Early and Mid-ripening Machine-picked Cotton Germplasm Resources

GUAN Li-jun， LUO Peng， LI Shi-kui et al

（Agricultural Science Research Institute of the 13th Division of Xinjiang Production and Construction Corps， Hami， Xinjiang 839000）

Abstract By analyzing 15 phenotypic traits of 101 early-middle-maturing machine-picked cotton germplasm resources， the coefficient of variation， correlation， principal component and cluster analysis were carried out. Results showed that the coefficient of variation of 6 traits exceeded 10.0%. The maximum coefficient of variation of plant height was 10.6%. The uniformity index had a minimum coefficient of variation of 1.2%. Correlation analysis showed that there were different correlations between traits. The correlation of 14 pairs of quantitative traits reached a very significant level. 9 pairs of quantitative trait correlations reached a significant level. Principal component analysis extracted 6 principal components. The cumulative contribution rate was 73.228%. Cluster analysis divided 101 cotton germplasm materials into 4 categories at the genetic distance of 2.52. There were large differences in the characteristics of the various groups. This research could provide germplasm materials with different characteristics for the cultivation of new cotton varieties.

Key words Machine-picked cotton;Germplasm;Genetic diversity;Analysis

基金項目 十三師育種專項（2021B9）;棉花生物學國家重點實驗室開放課題（CB2022A07）;十三師基本科技計劃項目（2020B7）。

作者簡介 管利軍（1977—），男，江蘇如東人，副研究員，從事農作物品種選育與栽培技術研究。 *通信作者，副研究員，碩士，從事農作物品種選育與栽培技術研究。

收稿日期 2022-06-27

中國新疆地區出產的棉花被視為產量高、質量好的棉花。隨著新疆機采棉的推廣，存在纖維細度變粗、纖維長度變短、纖維強度下降、纖維馬克隆值增大等問題，機采棉品種培育任務艱巨［1］。

棉花種質資源狹窄導致品種同質性和產量長期徘徊不前是制約棉花生產可持續發展的核心問題。通過棉花種質創新，培育高產、多抗、優質性狀協調發展的棉花品種，對于促進棉花產業可持續發展具有重要意義。隨著新疆棉花單位面積生產成本的上漲，棉花種質資源遺傳基礎狹窄，因此挖掘具有遺傳多樣性的棉花種質，培育高產優質機采棉新品種顯得尤為重要［2-4］。

關于棉花資源的鑒定評價及遺傳多樣性的研究已經在我國廣泛開展［5-8］，在研究棉花不同來源不同遺傳背景的種質資源時，所采用的統計分析方法主要包括變異分析［9-10］、相關性分析［11-14］、聚類分析［15-18］等，但對新疆機采棉的種質資源方面的研究鮮見報道。為了鑒定適合新疆利用的早中熟機采棉種質資源，筆者對101份中早熟機采棉種質資源進行遺傳多樣性分析，以期為新疆機采棉新品種的培育提供品系基礎和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料 101份早中熟機采棉品系由新疆維吾爾自治區種子管理站提供，代號是zzy1～zzy100、CK（J206-5）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計。

試驗于2020—2021年在新疆生產建設兵團第十三師農業科學研究所科技示范園開展，試驗田肥力中等。棉花試驗品系共計101份，每品系為1小區，1膜6行種植，采用完全隨機區組設計，每個品系重復2次，小區面積10 m2。于2020年4月18日和2021年4月19日播種，行長4.45 m，行距0.38 m，株距0.128 m，種植密度2.06萬株/hm2。管理與常規大田管理一致。

1.2.2 性狀調查。

在棉花生長各個生育期，每小區選取連續20株進行調查，記載各品系生育期、長勢長相，在棉花吐絮期，每個小區隨機采摘50個中上部正常吐絮的棉鈴，通過室內考種計算單鈴重、衣分、籽指、籽棉產量、皮棉產量等產量指標，并將皮棉樣品送至中國農業科學院棉花研究所，測定纖維品質。棉花主要性狀分別是生育期（X1）、株高（X2）、第一果枝節位高度（X3）、果枝數（X4），單株鈴數（X5）、籽指（X6）、衣分（X7）、單鈴重（X8）、籽棉產量（X9）、皮棉產量（X10），上半部平均長度（X11）、長度整齊度指數（X12）、斷裂比強度（X13）、斷裂伸長率（X14）、馬克隆值（X15）。

1.3 數據處理 采用Excel和DPS軟件對參試棉花品系的各性狀進行分析。

2 結果與分析

2.1 主要農藝性狀的變異分析

對101份品系的農藝性狀、經濟性狀和產量性狀指標進行統計分析，結果表明從各項指標的變異系數來看，株高、單株鈴數、果枝數和皮棉產量的變異系數較大，分別為0.126、0.117、0.114和0.120；生育期和衣分的變異系數較小，分別為0.025和0.032（表1）。生育期≥120.0 d的品系13份，占參試品系12.9%，株高平均值70.1 cm，第一果枝節位高度≥5的品系有99份，占參試品系98.0%，衣分≥40%的品系有97份，占參試品系96.0%，單鈴重≥5 g的品系有94份，占參試品系93.1%，說明該批品系產量改良的潛力較大。

2.2 主要品質性狀的變異分析

對101份參試棉花品系的品質性狀指標進行統計分析，結果表明從變異系數來看，檢測的5項指標變異系數都較小，其中整齊度指數變異系數最小，為0.012（表2）。上半部平均長度在30.0 mm以上的品系有78個，101份品系有62份品系屬于中絨類型，36份品系屬于中長絨類型，2份品系屬于長絨類型，表明有37.6%的品系達到中長絨及以上等級。斷裂比強度在30.0 cN/tex以上的品系有66個，有86份品系的斷裂比強度達到較強及以上等級。馬克隆值在A級范圍的品系有22個，屬于B2類型的品系有59份，屬于C2類型的品系有20份。綜合分析，符合上半部纖維長度在30 mm以上、斷裂比強度在30 cN/tex以上、馬克隆值為A級的品系有15個。

2.3 數量性狀的相關性

對參試棉花品系的15個數量性狀進行相關性分析，結果見表3。由表3可知，15個性狀間存在相關關系， 14對數量性狀相關性達到了極顯著水平，9對數量性狀相關性達到了顯著水平。其中，生育期與籽指呈顯著正相關；株高與果枝數呈極顯著正相關，與衣分呈顯著負相關；果枝數與單株鈴數呈顯著正相關；單株鈴數與籽棉產量、皮棉產量之間存在極顯著的正相關，與衣分存在極顯著負相關，與籽指存在顯著負相關，與單鈴重存在顯著相關；籽指與衣分存在極顯著正相關；單鈴重與皮棉產量存在極顯著正相關，與籽棉產量存在顯著正相關；籽棉產量與皮棉產量存在極顯著正相關；上半部平均長度與斷裂比強度、馬克隆值之間存在極顯著正相關，與斷裂伸長率存在極顯著負相關，與長度整齊度指數存在顯著相關；長度整齊度指數與馬克隆值之間存在極顯著正相關，與斷裂比強度存在顯著正相關；斷裂比強度與馬克隆值之間存在極顯著正相關，與斷裂伸長率存在極顯著負相關，這與彭嘉熹等［19-20］的觀點基本一致。

2.4 數量性狀的主成分

在主成分分析中，方差代表了在主成分方向上的分散程度，方差越大，主成分在數據分析中所起的作用越大［21］。由表4可知，參試品系15個成分的累計貢獻率均達到100%，15個因子對棉花綜合性狀的評價均有貢獻。

應用主成分分析法，利用相關矩陣的方法，對101個棉花品系主要的產量性狀進行分析，對15個主要性狀進行主成分分析，根據主成分對應特征值大于1的原則提取主成分，可將原來的15個單項性狀轉化為6個相對獨立的綜合指標，在試驗結果中提取到6個主成分，前6個綜合評價指標的貢獻率分別為19.386%、17.727%、12.278%、8.978%、8.097%和6.762%，累積方差貢獻率73.228%（表4），包含了主要性狀原始數據的絕大部分遺傳信息，可以用這6個主成分來反映15個原始性狀指標的基本遺傳信息。

2.5 影響主成分的主要性狀

研究表明，決定第一主成分的農藝性狀指標主要有皮棉產量、籽棉產量，試驗貢獻率為19.386%，第一主成分是由上述幾個指標共同決定的一個綜合指標，其中皮棉產量的荷載值最大，為0.521，稱為產量性狀因子；決定第二主成分大小的主要因素是斷裂比強度和上半部平均長度，其貢獻率17.727%，為將其定義為品質因子；第三主成分中，試驗貢獻率為12.278%，其中衣分、籽指載荷較高符號為正，稱為農藝性狀因子；第四主成分中，試驗貢獻率為8.978%，其中第一果枝節位的荷載值最大，為0.522，稱為第一果枝節位因子；第五主成分試驗貢獻率為8.097%，其中長度整齊度指數的載荷值較大，為0.529，定義為長度整齊度指數因子；第六主成分試驗貢獻率為6.762%，其中生育期載荷值最大，為0.443，定義為生育期因子。

3 主要性狀的聚類分析

聚類分析是直接比較各事物之間的性質，將性質相近的歸為一類，將性質差別較大的歸入不同類的分析方法［20］。該研究利用生育期等15個性狀對101個供試陸地棉品系進行聚類分析，采用歐氏距離-離差平方和法對資源品系進行聚類分析［22-23］，結果見圖1。以產量、農藝性狀和纖維品質等15個性狀，可將101個陸地棉品系聚為4個類群，結果見表5。

第 Ⅰ 類有33個品系，主要表現為生育期、株高、籽指、斷裂比強度中等，果枝數、鈴數、籽棉產量、皮棉產量偏低，單鈴重、上半部平均長度、整齊度指數、斷裂伸長率偏高。對這類品系，應注意提高鈴數和產量，主要以提高產量為改良目標。

第 Ⅱ 類有20個品種，主要表現為鈴數、衣分、上半部平均長度、馬克隆值、伸長率中等，生育期、籽指、單鈴重偏低，株高、果枝數、籽棉產量、皮棉產量、斷裂比強度偏高，對這類品系，應注意增加籽指，主要以提高上半部長度和單鈴重為改良目標。

第 Ⅲ 類有20個品種，主要表現為上半部平均長度、伸長率中等，生育期、籽指、單鈴重偏低，鈴數、衣分、籽棉產量、皮棉產量、馬克隆值、斷裂比強度偏高，主要以提高單鈴重和降低馬克隆值為改良目標，整體表現較好的一類。

第 Ⅳ 類有28個品系，主要表現為株高、上半部平均長度、整齊度指數、馬克隆值、伸長率中等，生育期、籽指、單株鈴數偏低，衣分、籽棉產量、皮棉產量、斷裂比強度偏高，主要以提高單株鈴數和降低馬克隆值為改良目標。

3 結論與討論

通過對101份中早熟棉花種質資源中15個性狀的變異系數，進行統計分析，有5個性狀的變異系數大于10%，說明樣本間差異較大［24］，較大的變異幅度，說明這101份棉花種質資源間的遺傳差異較大，綜合分析各農藝性狀的表現，變異系數從大到小依次為株高＞皮棉產量＞單株鈴數＞果枝數＞籽指＞果枝節位＞單鈴重＞衣分＞生育期，不同品系間的單株結鈴和株高遺傳差異較大，這些性狀的差異大有利于棉花種質資源的篩選。經綜合分析棉花各品系纖維品質性狀，變異系數從大到小依次為馬克龍值＞斷裂比強度＞上半部纖維長度＞斷裂伸長率＞整齊度指數，參試品系的上半部平均長度、斷裂比強度表現較好。

相關性分析表明，各性狀間存在著不同的相互關聯，10個產量性狀間（除株高和第一果枝節位）、5個纖維品質性狀間（除上半部纖維長度）均表現為顯著或極顯著的相互制約關系；單株鈴數和單鈴重與單位面積產量呈極顯著正相關，說明適當的提高單株鈴數和單鈴重有利于增加產量，這與鄧艷鳳等［16、20］的研究結果基本一致。

中早熟機采棉主要性狀進行主成分分析中，可將15個主要性狀簡化為6個主成分，累計貢獻率達73.228%，包含了主要性狀原始數據的絕大部分信息。進一步說明了參試品系各性狀間錯綜復雜的相關性，因此在機采棉育種工作中，在追求高產量，注意協調各性狀間的關系，使矛盾降到最小，提高育種效率，達到育種目標。

通過聚類分析，101份機采棉種質品系被分成了4個類群，第 Ⅰ 類種質資源籽棉產量和皮棉產量較低，進一步說明此類種質品系存在生態適應性問題，第Ⅲ類群是產量和品質最好的類群，可以更好地為選配雜交親本加以利用，第Ⅳ類種質品系纖維品質偏低，可作為改良絨長與斷裂比強度的品系加以利用。

該研究所調查的農藝性狀、經濟性狀、產量性狀和品質性狀均屬于表型數據，易受環境因素的影響，若要獲得更為理想的聚類結果，在嚴格控制試驗環境的同時，結合分子標記等技術，以更好地為新疆優質機采棉品種的選育提供科學依據［25］。

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