陸地棉果枝夾角與機采農藝性狀鑒定評價

摘 要：【目的】分析不同陸地棉種質的果枝夾角與機采農藝性狀相關性，研究產量高、適合機采的果枝夾角范圍，篩選出適合機采的棉花品種。

【方法】對300份陸地棉種質的果枝夾角及相關農藝性狀進行描述統計、相關性、聚類和主成分分析。

【結果】除果枝數、衣分、單鈴重、果枝夾角等性狀變異系數小于10%，其余7個性狀均大于10%，其中單株鈴數變異系數最大，為25.28%。果枝夾角與單鈴重、皮棉質量、有效果枝數等產量性狀呈極顯著正相關。在歐式距離為4時，300份陸地棉種質可根據果枝夾角大小可以分成5個類群，分別是47.5°～50.1°、50.9°～55.5°、55.7°～58.5°、58.6°～62.8°、63.2°～66.5°。第Ⅰ類群的果枝夾角最小，植株矮小，產量潛力低。第Ⅱ、Ⅲ類群果枝夾角大小適宜，株高適合，植株較緊湊，株型多為塔型、筒型，便于機采且產量較高。第IV、V類群，果枝夾角偏大，株型多為塔型和倒塔型，產量高，豐產潛力大。共提取出4個主成分，累計貢獻率達74.87%，解釋了300份陸地棉資源農藝性狀大部分信息，主成分因子分別為果枝始節高度、有效果枝數、單鈴重。

【結論】陸地棉果枝夾角與產量性狀呈極顯著正相關，在果枝夾角范圍在47.5°～65.5°時，果枝夾角越大，產量性狀越高。當果枝夾角角度范圍在50.9°～58.5°時，棉花的植株緊湊，株型多為塔型、筒型且產量較高，對該區間的棉花品種進行綜合得分評價，篩選出10個適宜機采的棉花品種作為優良育種材料。

關鍵詞：棉花；果枝夾角；株型結構；農藝性狀；相關性

中圖分類號：S562"" 文獻標志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）06-1318-10

0 引 言

【研究意義】棉花是重要的經濟作物和紡織原料［1］。理想的棉花株型結構能提升棉花的產量，提高棉花機采的效率。株型與結鈴率關系密切，果枝角度、植株縱橫比值與結鈴率均呈顯著正相關。果枝角度越小，或植株縱橫比值越大，一般結鈴率越高。果枝角度越大，一般結鈴越少。大多數情況下，較小的果枝夾角使棉花的株型結構更加緊湊，提高冠層的透光性，使株型結構更加合理，適合機采且產量更高［2］。在棉花株型結構中果枝夾角與種植密度、光合效率密切相關，最終影響棉花的生產力和籽棉產量。因此，果枝夾角是棉花株型結構相關性狀中最重要的性狀之一，合理的果枝夾角大小是決定群體結構的關鍵因素。【前人研究進展】棉花果枝夾角應保持在適宜范圍，過大可能引起冠層中下部蔭蔽，使光合有效面積減小，影響棉花下部的光截獲，最終使群體光合效率降低［3-6］。果枝夾角對密度有顯著的相互作用，對棉花成鈴結構存在互補效應［7-9］，從而間接或直接影響棉花的產量及品質［10-11］。【本研究切入點】果枝夾角是評價機采性狀的指標之一［12-14］。果枝夾角決定了棉花群體冠層結構、光能分布，影響蕾鈴脫落、成鈴結構、產量。【擬解決的關鍵問題】試驗于2022、2023年收集2年的果枝夾角與其他產量及株型性狀，研究果枝夾角與機采棉農藝性狀間的相互關系，對其進行綜合鑒定評價篩選出更適合機械采收的棉花品種，在適宜的果枝夾角范圍內篩選出綜合評價高的機采棉品種。

1 材料與方法

1.1 材 料

300份棉花種質材料于2022年和2023年種植于新疆農業科學院庫車現代農業科創中心試驗地。該地位于塔里木盆地北緣，屬于暖溫帶大陸性氣候，海拔在1 700～4 599 m，生長期平均為120 d，無霜期平均為223 d，年平均日照時數為2 726.1 h，而年平均降水為76.7 mm。

于4月9日播種，各點肥力均勻，采用隨機區組設計，每份材料設3次重復，采用1膜6行種植模式，行距配置為（10+66+10+66+10）cm，株距為10 cm，機械鋪膜打孔，人工膜上點播，膜下滴灌栽培，2年2個試驗點的田間管理方法同常規大田生產。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采集株型性狀數據時在每個重復中選取連續5株長勢均衡的棉花進行測量，最終以3個重復的平均值作為該性狀的表型值進行計算分析。

株高（Height）：用直尺測量，棉株子葉節至生長點的高度。

果枝始節位（The fruit branch begins to pitch）：棉花主莖上著生第一臺果枝的節位。

果枝始節高（The fruit branches begin to pitch high）：用直尺測量棉株子葉節測量至第一果枝著生的高度。

果枝數（Number of fruit branches）：單株棉花的果枝數。

有效果枝數（Number of effective branches）：棉株結鈴果枝的總數。

單株鈴數（Number of bolls per plant）：計算單株棉花有效鈴個數。

皮棉質量（Lint quality）：棉花去除棉籽后的重量。

衣分（Clothing）：收獲時，每個小區收取10個中部棉鈴，皮棉重除以籽棉重，即為衣分（%）。

單鈴重（Single bell weight，SW）：收獲時，每個小區收取10個中部棉鈴，曬干后稱重，再除以10即為單鈴重。

果枝夾角（The Angle between the fruit Branches and stem，ABS）：用電子量角器測取第4、5、6、7臺果枝與主莖間的夾角。

生育期（Child-bearing period）：出苗期至吐絮期的天數。

1.2.2 農藝性狀調查

6月30日開始調查果枝始節、果枝始節高度，7月22日調查株型、株高、果枝數、每一株材料的第4、5、6、7臺果枝與主莖間的夾角、生育期天數、9月15日調查鈴數，11月1日測定單鈴重并稱取皮棉質量，算出衣分。

1.3 數據處理

調查數據取3次重復平均值，（1）利用Excel計算變異系數，變異系數CV=（SD/M）×100%，其中SD為標準差（Standard deviation），M為單個性狀的平均值（Mean）。（2）相關性分析（Correlation analysis）：利用SPSS 27計算Pearson相關系數檢驗數量性狀間的相關性。（3）聚類分析（culstering analysis）：利用SPSS 27對果枝夾角性狀進行統計分析，采用歐式距離進行基于組間聯接法的系統聚類把果枝夾角分為若干類群，比較說明不同類群的性狀特征。（4）主成分分析（Principal component analysis）：利用SPSS 27將原始變量進行數據標準化處理，然后建立相關系數矩陣，再用于計算和提取能夠代表供試樣本大部分變異的主成分（特征值）。

2 結果與分析

2.1 300份棉花種質果枝夾角與農藝性狀描述

研究表明，300份陸地棉種質不同數量性狀間變異系數在3.14%～25.28%，幅度較大，其中，單株鈴數變異系數最大（25.28），幅度為5.60～23.50個，生育期變異系數最小（3.14），幅度為133.0～153.0 d。變異系數由大到小依次為單株鈴數（25.28）＞果枝始節高度（16.10）＞有效果枝數（13.26）＞皮棉質量（12.82）＞株高（11.91）＞果枝始節位（10.82）＞單鈴重（9.91）＞果枝數（9.53）＞衣分（8.55）＞果枝夾角（5.63）＞生育期（3.14）。變異系數＞10.00%的數量性狀占總性狀的54.54%，300份陸地棉種質類型豐富，有利于開展陸地棉種質的比較、篩選和利用。表2

2.2 300份棉花種質果枝夾角與農藝性狀的相關性

研究表明，300份陸地棉果枝夾角與不同機采農藝性狀之間呈顯著相關（Plt;0.05），部分為極顯著相關（Plt;0.01）。

果枝夾角與單鈴重、皮棉質量、有效果枝數呈極顯著正相關，相關系數分別為0.18、0.18和0.18。

果枝夾角對棉花產量有極顯著性的相關性，果枝夾角在47.5°～66.59°度數范圍內，果枝夾角越大，單鈴重越重，皮棉質量亦越重，有效果枝數越多。表3，圖1

2.3 300份棉花種質果枝夾角的聚類分析

研究表明，在歐式距離為4時，300份材料的果枝夾角可以劃分為5個類群，其中第Ⅰ類包含5份材料、第Ⅱ類包含113份材料、第Ⅲ類包含102份材料、第IV類包含68份材料、第V類包含12份材料。

第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV、V類群棉花果枝夾角度數范圍分別為47.5°～50.1°、50.9°～55.5°、55.7°～58.5°、58.6°～62.8°和63.2°～66.5°。第Ⅰ類群（47.5°～50.1°）果枝夾角度數范圍最小，株高較矮為68.7 cm，且相較于其他類群棉株特征為植株矮小緊湊，果枝細短，果節少，成鈴少而小；第Ⅱ、Ⅲ類群果枝夾角度數范圍分別為50.9°～55.5°和55.7°～58.5°，株高分別為70.8和70.5 cm，有效果枝數多（均為5.8個）、單株鈴數9.7和9.8個、皮棉質量24.5和24.6 g、單鈴重均為6.1 g，株型比較緊湊，株型多為筒型或塔型，葉層分布合理，通透性好，產量較高，莖稈堅韌抗倒伏；第IV、V類群果枝夾角范圍分別為58.6°～62.8°和63.2°～66.5°，株高為71.3和70.5 cm，有效果枝數多（6.2和6.1個），單株結鈴多（10.3和10.2個），皮棉質量25.6和25.7 g，單鈴重6.24和6.42 g，果枝夾角較大，株型多為塔型和倒塔型，豐產潛力高，產量性狀表現突出。表4

2.4 300份棉花種質果枝夾角與農藝性狀主成分

研究表明，提取出的4個主成分，累計貢獻率74.87%，第1主成分貢獻率為25.97%，特征值為2.86。在第1主成分中，對應特征值最大的為果枝始節高度（0.401），其次為株高（0.377）和果枝始節位（0.305）。第2主成分貢獻率為21.99%，特征值為2.42，對應的特征值最大的為有效果枝數（0.349），其次是單株鈴數（0.344）。第3主成分貢獻率為15.81%，特征值為1.74，對應特征值最大為單鈴重（0.548），其次為果枝夾角（0.416）。第4主成分貢獻率為11.10%，特征值為1.22，對應特征值最大為衣分（0.553），其次為皮棉質量（0.262）。表5

F1=0.377X1+0.305X2+0.401X3-0.034X4+0.056X5+0.026X6+0.016X7+0.035X8-0.011X9-0.132X10+0.135X11;

F2=0.21X1-0.103X2+0.005X3+0.338X4+0.349X5+0.344X6-0.047X7-0.066X8-0.008X9+0.057X10-0.069X11;

F3=-0.12X1+0.019X2-0.107X3-0.031X4+0.034X5+0.07X6+0.348X7-0.103X8+0.548X9+0.416X10+0.149X11;

F4=-0.016X1-0.071X2+0.032X3-0.129X4+0.122X5-0.045X6+0.262X7+0.553X8-0.137X9-0.129X10-0.431X11;

利用綜合評價函數F=0.347 1F1+0.293 7F2+0.211 1F3+0.148 1F4，計算綜合得分。

當棉花果枝夾角度數處于50.9°～55.5°和55.7°～58.5°時，株型呈塔型、筒型且產量高。篩選出果枝夾角在該范圍區間內的10個品種分別為H33-1-4-10、YM700、29號、W21、TY15、QXC4、20N704、新陸中5號、1326、HX8。表6～7

3 討 論

3.1

機采棉要同時兼顧協調多個優良性狀，如株型緊湊為主，筒型為宜，植株高度適宜（70～75 cm）、果枝始節偏高（18～20 cm以上）、果枝夾角小（上部果枝夾角35°～45°，中部果枝夾角45°～60°，下部果枝夾角55°～65°），現蕾、開花、成鈴、吐絮集中的特性［12，15-16］。變異系數＞10.00%，則表示樣本間的差異較大［13］。付遠志等［17］對172份陸地棉種質9個農藝性狀進行研究，結果表明，大部分變異系數均大于10%，除總果枝數和果枝夾角，與其結果相符。在300份陸地棉種質中，單株鈴數變異系數最大，單株鈴數性狀遺傳變異的可能性更大，生育期的變異系數最小為3.14%，該性狀在遺傳過程中較為穩定，300份陸地棉種質果枝夾角角度變異系數小，該性狀能夠穩定遺傳。

3.2 相關性研究結果表明，300份種質的果枝夾角與單株鈴數、皮棉質量、有效果枝數有極顯著正相關，與王燕等［18］的研究結果部分相同。劉巧等［19］的研究結果表明，果枝夾角與果枝長度、總果枝數、有效果枝數、果枝節數均存在極顯著正相關。果枝夾角可以直接影響棉花產量，也可以通過株高對產量起到較大的促進作用。付遠志等［17］的研究結果表明，果枝夾角對果枝長度、果枝節間長度、產量均呈極顯著正相關，且果枝夾角對產量直接貢獻為正值，也可通過有效果枝數過主莖節間長度對產量起較大間接作用，與劉巧［19］的研究結果一致。

3.3 聚類分析研究結果表明，果枝夾角角度范圍在47.5°～50.1°區間時株型矮小緊湊，成鈴較少，與其他果枝夾角類群相比產量潛力低。果枝夾角角度范圍在50.9°～55.5°和55.7°～58.5°區間時，果枝夾角大小適宜，株高適合，植株較緊湊，株型多為塔型、筒型，便于機采且產量較高。當果枝夾角在58.6°～62.8°和63.2°～66.5°區間時，果枝夾角偏大，株型多為塔型和倒塔型，產量高，豐產潛力大。

3.4 主成分分析研究結果表明，根據農藝性狀系數和貢獻率公式得出關系式，計算300份種質綜合得分，結合聚類分析的結果，以果枝夾角在50.9°～58.5°區間為條件篩選出共10份材料。棉花農藝性狀大部分為多基因或多基因遺傳為主［20］，受環境因素影響較大，多年多點試驗可增加試驗的可信度。

4 結 論

4.1

300份陸地棉種質可按照果枝夾角角度劃分為5個類群，其中第Ⅰ類群包含棉花材料5份、第Ⅱ類群包含113份、第Ⅲ類群包含102份、第IV類群包含68份和第V類群包含12份。果枝夾角范圍在50.9°～55.5°和55.7°～58.5°時，植株呈筒型或塔型，株型比較緊湊，產量高。

4.2

篩選出H33-1-4-10、YM700、29號、W21、TY15、QXC4、20N704、新陸中5號、1326和HX8共10份棉花材料作為機采棉選育材料。這些材料果枝夾角適宜，株高適合，株型較緊湊，多為塔型筒型，適宜機采，且產量潛力高。

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Identification and evaluation of fruit branch angle and machine-picked agronomic traits in Gossypium hirsutum L.

Abstract：【Objective】 To make the correlation analysis between the angle of fruit branches of upland cotton resources and the agronomic traits in the hope of finding the range of fruit branches" the agricultural characteristics of the machine， and select the cotton varieties suitable for the machineangle suitable for machine picking with high yield and selecting the cotton varieties suitable for the machine.

【Methods】 Descriptive statistics， correlation， clustering and principal component analysis were carried out on fruit branch angle and agronomic traits of 300 upland cotton germplasm resources.

【Results】 The variation coefficient of the other 7 traits was greater than 10% except for the number of fruit branches， coat fraction， weight of single boll and angle of fruit branches， and the variation coefficient of the number of boll per plant was the largest， which was 25.28%. There was significant positive correlation between fruit branch angle and yield characters such as boll weight， lint quality and effective fruit branch number. When the Euclidean distance was 4， 300 pieces of upland cotton could be divided into 5 groups according to the size of the angle between the fruit branches， which are 47.5°-50.1°， 50.9°-55.5°， 55.7°-58.5°， 58.6°-62.8°and 63.2°-66.5°. Group I had the smallest fruit branch angle， short plants and low yield potential. The fruit branch angle size and the plant height of the second and third group were suitable， the plants were compact， the plant type was mostly tower type， barrel type， easy to pick and the yield was higher. As for class IV and V， the branch angle their plant type was mostly tower type and inverted tower type， and their yields were high with high yield potential. A total of 4 principal components were extracted from the principal component analysis， and the cumulative contribution rate was 74.87%， which explained most of the information of agronomic traits of 300 upland cotton resources. The principal component factors were respectively the height of the beginning of fruit branch， the number of effective fruit branch and the weight of single boll.

【Conclusion】 "There is a significant positive correlation between fruit branch angle and yield traits in upland cotton. When the branch branch angle is 47.5°-65.5°， the larger the branch angle is， the higher the yield traits are. When the angle range of fruit branches is 50.9°-58.5°， the cotton yield is higher and meets the requirements of machine-picked cotton. The comprehensive score evaluation of cotton varieties in this range is carried out， and 10 cotton varieties suitable for machine-picked cotton varieties are selected as excellent breeding materials.

Key words：cotton;fruit branch angle; plant type structure; agronomic traits; correlation