90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）在新疆早熟棉區的適應性評價

摘 要：【目的】評價轉BT基因抗蟲棉品種（系）的適應性與應用價值，為棉花新品種的選育提供適合的親本。

【方法】以90份轉BT基因抗蟲棉為材料，研究其農藝性狀和品質性狀的變異情況及相關性，并以主要農藝性狀和品質性狀對90份轉BT基因抗蟲棉進行主成分和聚類分析。

【結果】供試90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）纖維品質、農藝性狀間差異顯著，其中44份轉BT基因抗蟲棉為早熟材料，46份轉BT基因抗蟲棉為中早熟材料；前5個主成分特征值均大于1，累計貢獻率達71.62%，第1主成分與產量有關，第2主成分與纖維品質有關，第3主成分與植株性狀有關。90份轉BT基因抗蟲棉劃分為4個類群，第I類群籽指性狀表現好；第II類群斷裂比強度、伸長率較好；第III類群單株鈴數、鈴重、衣分較高；第IV類群纖維品質較好。

【結論】篩選出了G21-2、G21-14、G21-1、G21-77等綜合性狀優異、鈴重均在5.00 g以上、衣分在42%以上的轉BT基因抗蟲棉品種（系）18份。

關鍵詞：轉BT基因抗蟲棉；農藝性狀；適應性；陸地棉

中圖分類號：S562；S188"" 文獻標志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）07-1561-13

0 引 言

【研究意義】棉花是紡織業的重要來源［1］，2022年我國新疆棉花種植面積249.69×104 hm2（3 745.4×104 畝），占全國棉花總種植面積的83.2%，棉花總產量539.1×104 t，占全國棉花總產量的90.2%，占世界棉花總產量的20%［2］。

棉花枯萎病、黃萎病、棉鈴蟲、棉蚜等均危害棉花生長。因此評價轉BT基因抗蟲棉品種的適應性，篩選出適合新疆早熟棉區的優質轉BT基因棉品種（系），對創新種質資源和選育抗蟲棉新品種有重要意義。

【前人研究進展】20世紀90年代棉鈴蟲危害作物受害面積達到2 192×104 hm2［3，4］。轉BT基因棉的應用不僅使棉花棉鈴蟲得到了有效控制，還減輕了棉鈴蟲對玉米、大豆等作物的危害。

【本研究切入點】李雪源等［5］對新疆轉基因抗蟲棉進行了回顧與展望。有關轉BT基因抗蟲棉種質資源的適應性與應用價值文獻尚不多見［6-8］，需評價轉BT基因抗蟲棉品種（系）在新疆早熟棉區的適應性。

【擬解決的關鍵問題】收集90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）為供試材料，田間種植2年，分析90份轉BT基因棉品種（系）在新疆早熟棉區的適應性及其農藝性狀和品質性狀的變異情況，為新疆培育高產優質轉BT基因抗蟲棉新品種選育提供優良的育種親本。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）均來自我國棉花育種的科研機構。表1

試驗于2021～2022年在新疆塔城地區沙灣市新疆農業大學棉花育種基地進行，沙灣市屬于大陸性中溫帶干旱氣候，平均氣溫為6.3～6.9℃，全年日照時數為2 800～2 870 h，≥10℃積溫3 400～3 600℃，無霜期170～190 d，年降水量140～350 mm。

采用間比排列法，設3次重復。行長8.8 m，行寬2.42 m，株距12 cm，小區面積20 m2。供試棉花品種（系）種植密度為15 600株/667m2，采用地膜覆蓋種植。

1.2 方 法

1.2.1 生育期

將棉花品種（系）分為早熟品種（112 ～125 d）；中早熟品種（126～134 d）；中熟品種（135～145 d）；中晚熟品種（145～154 d）以及晚熟品種生育期＞155 d（生育期為從播種到吐絮期的天數（d））。根據杜雄明等［9］棉花種質資源描述規范標準測量。

1.2.2 農藝性狀

8～9月，從每個重復中選取具有代表性的棉花植株5株，調查供試材料的第一果枝節位、株高、果枝數、鈴數等農藝性狀。在吐絮期取每份材料中間部位吐絮正常的20個棉鈴，稱重計算鈴重。

1.2.3 纖維品質

軋花后測定每個材料的衣分、籽指。取軋花后的皮棉20 g，送農業農村部棉花質量監督檢驗測試中心（烏魯木齊）。

我國棉花纖維品質審定標準，依據纖維長度、斷裂比強度、馬克隆值等將棉花纖維分為3個等級，第一類：纖維長度≥31.0 mm、比強度≥32.0 cN/tex、馬克隆值3.7～4.2為優質棉；第二類：纖維長度≥29.0 mm、比強度≥30.0 cN/tex、馬克隆值3.5～5.0為中等棉；第三類：纖維長度≥27.0 mm，比強度≥28.0" cN/tex，馬克隆值3.5～5.5為普通棉。

1.3 數據處理

使用Excel整理數據，運用SPSS26.0軟件進行描述統計和聚類分析，運用Rstudio進行主成分分析和相關性及可視化分析，運用Origin進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同轉BT基因抗蟲棉品種（系）的生育期

研究表明，90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）中，其中44份材料為早熟品種（系）（112～125 d），46份材料為中早熟品種（系）（126～135 d）。表2

2.2 轉BT基因抗蟲棉品種（系）農藝性狀變異比較

研究表明，供試材料不同性狀的變異系數范圍為4.23%～14.05%。其中株高變異系數最大，為14.05%，衣分的變異系數最小，為4.23%。農藝性狀變異系數由大到小的順序為株高（14.05%）gt;單株鈴數（11.40%）gt;單株果枝數 （10.62%）gt;皮棉產量（9.78%）gt;第一果枝節位（9.30%）gt;鈴重（8.59%）gt;籽棉產量（7.40%）gt;籽指（7.08%）gt;衣分（4.23%）。

供試材料中株高、單株鈴數、單株果枝數3個農藝性狀的變異系數均大于10%，不同來源地的轉BT基因抗蟲棉品種（系）性狀存在較大的差異，變異類型豐富，品種的改良潛力大。表3

2.3 轉BT基因抗蟲棉品種（系）纖維品質性狀比較

研究表明，供試材料各纖維品質性狀的變異系數在1.55%～20.54%。其中馬克隆值的變異系數最大為20.54%；其余棉纖維品質性狀變異系數的大小依次為斷裂比強度（7.71%）＞上半部平均長度（4.95%）＞伸長率（1.99%）＞整齊度指數（1.55%）。

大部分轉BT基因抗蟲棉品種（系）為第三類普通棉，但是也有一部分屬于第一類優質棉。供試材料中各纖維品質性狀的變異系數較大，遺傳多樣性較為豐富。表3

2.4 轉BT基因抗蟲棉品種（系）性狀之間的相關性

研究表明，供試材料各性狀之間存在不同程度的相關性。其中農藝性狀X1（第一果枝節位）與各性狀相關性不顯著；X2（株高）與果枝數、鈴重、單株鈴數、籽棉產量和皮棉產量呈極顯著正相關，與衣分呈顯著正相關，與籽指呈顯著負相關；X3（果枝數）與鈴數呈極顯著正相關。

供試材料產量性狀X4（鈴重）與斷裂比強度呈顯著負相關；X5（單株鈴數）與籽棉產量、皮棉產量呈極顯著正相關，與馬克隆值呈顯著負相關；X6（籽指）與上半部平均長度、整齊度、斷裂比強度呈顯著正相關，與衣分、皮棉產量呈極顯著負相關。X7（衣分）與籽棉產量和皮棉產量呈極顯著

正相關；

X8（籽棉產量）與皮棉產量呈極顯著正相關，與伸長率呈顯著負相關；X9（皮棉產量）與上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率呈顯著負相關。

品質性狀X10（上半部平均長度）與伸長率、斷裂比強度和整齊度指數呈極顯著正相關；與馬克隆值呈極顯著負相關。X11（整齊度指數）與斷裂比強度和伸長率呈極顯著正相關。X12（馬克隆值）與斷裂比強度呈極顯著負相關。X13（斷裂比強度）與伸長率呈極顯著正相關。表4，圖1

2.5 轉BT基因抗蟲棉品種（系）主要性狀的主成分

研究表明，提取特征值大于1的主成分，共有5個，累計貢獻率為71.62%。第一主成分的特征值為3.69，相應的貢獻率為26.33%，其中皮棉產量的特征向量值最大（0.75），對第一主成分影響最大，其次是籽棉產量（0.67）、衣分（0.56）、單株鈴數（0.42），因此第一主成分為棉花產量因子。

第二主成分的特征值為2.46，相應的貢獻率為17.58%，其中上半部平均長度的特征向量值最大（0.61），其次是斷裂比強度（0.59）、整齊度（0.38）、伸長率（0.37），因此第二主成分為棉花纖維品質因子。

第三主成分的特征值為1.50，相應的貢獻率為10.70%，其中果枝數的特征向量值最大（0.64），其次是株高（0.38）、鈴重（0.36）、單株鈴數（0.35），因此第三主成分為棉花植株性狀因子。

第四主成分的特征值是1.34，相應的貢獻率為9.55%，其中馬克隆值的向量值最大（0.39）。第五主成分的特征值是1.05，貢獻率為7.46%，其中第一果枝節位的向量值最大（0.63）。樣本間有一定的離散空間，而且離散的空間大小不一。表5，圖2

2.6 轉BT基因抗蟲棉品種（系）的聚類分析

研究表明，聚類劃分為4大類群。類群I包含G21-64、G21-50、G21-33等6個品系，占比6.67%；類群II包含G21-67、G21-35、G21-31等47個品系，占比52.22%；類群III包含G21-23、G21-74、G21-75等7個品系，占比7.78%；類群IV包含G21-1、G21-7、G21-75等30個品系，占比33.33%。圖3

第I類群共6份材料屬于籽指較高的一類材料。代表材料為G21-32、G21-51、G21-33；第II類群共47份材料，屬與斷裂比強度、伸長率較好的材料，代表材料為G21-35、G21-66、G21-2和G21-67；第III類群共7份材料，該類群屬于第一果枝節位、株高、單株鈴數、鈴重、衣分較高的材料，該類群的材料與棉花產量密切相關，代表材料為 G21-84、G21-90和G21-74；第IV類群共30份材料屬于上半部平均長度、整齊度、馬克隆值較好的材料，該類群的優質性狀與棉花纖維品質有著直接的聯系，并且該類群有較高的衣分均值為44.07%，代表材料為G21-1、G21-37、G21-49、G21-77；其中衣分較高的代表品種為G21-78、G21-85、G21-59等。表6

2.7 綜合性狀表現較好的18份轉BT基因抗蟲棉品種（系）的評價

研究表明，篩選出的18份轉BT基因抗蟲棉品種（系）與產量相關性狀中，鈴重均值為6.15，變幅為1.84，較90份轉BT基因抗蟲棉平均值增加了0.17；單株鈴數的均值為9.10，變幅為5.80，較90份轉BT基因抗蟲棉鈴數平均值增加了3～4個；衣分占比均在42%以上；籽指均值為10.89，變幅為3.34。各農藝性狀的變異系數在3.48%～19.44%，其中株高、果枝節位、單株果枝數、單株鈴數、鈴重的變異系數均大于10%，遺傳多樣性豐富。表7

18份轉BT基因抗蟲棉品種（系）的纖維品質性狀中G21-2、G21-14、G21-1、G21-77、G21-59、G21-66為中等棉；G21-46、G21-90、G21-58、G21-26、G21-50、G21-18為普通棉。2年主要農藝性狀數據的差異較小，轉BT基因抗蟲棉品種（系）具有一定的穩定性。表8，圖4～5

3 討 論

3.1

趙麗芬等［10］對早熟轉BT基因抗蟲棉品種資源主要農藝性狀鑒定與評價，發現株高、第一果枝節位、果枝數、單株鈴數具有較大的變幅，試驗對90份中早熟轉BT基因抗蟲棉品種（系）進行綜合分析，其農藝性狀的變異結果與文獻［10］結果一致。

試驗相關性分析得出，株高與單株果枝數、鈴重、單株鈴數、籽棉產量和皮棉產量呈極顯著正相關，株高越高果枝數、鈴數越多，鈴重與單株鈴數呈負相關，單鈴重越重，單株鈴數越少，試驗研究結果與齊子杰等［11］研究結果一致；聚類分析中表明纖維品質好與產量高的并不在同一類，與陳榮江等［12］研究結果一致。不同來源的種質資源的農藝性狀具有相同的變異程度，說明該性狀具有一定的穩定性；而產量性狀易受到地理、氣候等因素的影響。

主成分分析中提取了貢獻率達71.62%的5個主成分因子，其中第一主成分為棉花產量因子，貢獻率為26.33%；第二主成分為棉花纖維品質因子，貢獻率為17.58%；第三主成分為棉花植株性狀因子，貢獻率為10.70%；第四主成分為馬克隆值因子，貢獻率9.55%；第五主成分為第一果枝節位因子，貢獻率7.44%。

3.2

BT基因和CPTI基因是轉BT基因抗蟲棉研究中最常用的2個外源基因；轉BT基因抗蟲棉的抗蟲效果主要表現在抗蟲的時空性、抗蟲的持久性及抗蟲范圍狹窄等方面［13-19］；抗蟲的時空性一般表現在兩方面：一方面隨著轉BT基因抗蟲棉生育期的變化，抗蟲效果也隨之減弱；另一方面棉花不同部位抗蟲效果也不盡相同。轉BT基因抗蟲棉的持久性主要表現在抗蟲基因的單一性，其次抗蟲范圍狹窄主要是轉BT基因抗蟲棉僅對棉鈴蟲、紅鈴蟲等少數鱗翅目昆蟲產生抗性，并且隨著生育期的變化隨之減弱，研發多基因、雙基因的抗蟲品種以提高棉花的綜合抗蟲能力［20-23］。

4 結 論

供試90份轉BT基因抗蟲棉品種（系）的農藝性狀差異顯著。第I類群：籽指較高，代表材料為G21-32、G21-51、G21-33；第II類群：斷裂比強度、伸長率較好，代表材料為G21-35、G21-66、G21-2和G21-67；第III類群：第一果枝節位、株高、單株鈴數、鈴重、衣分較高，該類群的材料與棉花產量密切相關，代表材料為 G21-84、G21-90和G21-74 ；第IV類群：上半部平均長度、整齊度、馬克隆值較好，該類群的優質性狀與棉花纖維品質有直接的聯系，并且該類群有較高的衣分均值為44.07%，代表材料為G21-1、G21-37、G21-49、G21-77；其中衣分值較高的代表品種為G21-78、G21-85、G21-59。篩選出18份轉BT基因抗蟲棉品種（系），其中鈴重均在5.10g以上、衣分在42%以上。其中G21-2、G21-14、G21-1、G21-77、G21-59、G21-66為中等棉；G21-46、G21-90、G21-58、G21-26、G21-50、G21-18為普通棉。

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Evaluation of adaptability of 90 BT transgenic insectresistant

cotton varieties （lines） in early cotton areas of Xinjiang

LI Ying， GUO Wenwen， LI Jiangbo， QU Yanying， CHEN Quanjia， ZHENG Kai

（College of Agricultural Xinjiang Agricultural University/Key Laboratory of Crop Genetic Improvement and Germplasm Innovation， Urumqi 830052， China）

Abstract：【Objective】 Evaluate the adaptability and application value of germplasm resources， and to provide parents for the selection and breeding of new cotton varieties.

【Methods】 The variation and correlation of agronomic traits and quality traits were studied by using 90 BT transgenic insect-resistant" cotton as experimental materials， and principal component analysis and clustering analysis of 90 BT transgenic insect-resistant" cotton were carried out with main agronomic traits and quality traits.

【Results】 The results of the analysis showed that there were significant differences in fiber quality and agronomic traits in the test materials. Among them， 44 were converted to BT gene cotton as early maturing materials， and 46 were converted to BT gene cotton as medium and early maturing materials. The first five principal component characteristic values were greater than 1， and the cumulative contribution rate reached 71.62%， the first principal component was related to cotton yield， the second principal component was related to fiber quality， and the third principal component was related to plant traits. 90 trans-BT cotton were divided into 4 groups by cluster analysis， and the sub-finger traits of group I showed good performance. Group II， the specific strength and elongation at break were good. Group III had higher boll number， boll weight and clothing score per plant. Group IV's fiber quality was better.

【Conclusion】 18 parts of G21-2， G21-14， G21-1， G21-77 and other boll weights are selected from 90 transgenic cotton materials， all with a weight of more than 5.00 g， clothing content of more than 42%， and excellent comprehensive properties.

Key words：BT transgenic insect-resistant "cotton; agronomic trait; adaptability; upland cotton

Fund projects：Design and Cultivation of a New Early maturing and Disease resistant Cotton Variety （2023ZD04041）

Correspondence author：ZHENG Kai （1988-）， male， from Xinyang， Henan， Ph.D.， associate professor， research direction： cotton molecular breeding， （E-mail）zhengkai555@126.com

CHEN Quanjia（1972-）， male， from Urumqi，Xinjiang， professor， doctoral supervisor， research direction： cotton genetics and breeding， （E-mail）chenqjia@126.com

收稿日期（Received）：

2023-11-15

基金項目：

早熟抗病棉花新品種設計與培育（2023ZD04041）

作者簡介：

李穎（1998-），女，河北保定人，碩士研究生，研究方向為農藝與種業，（E-mail）18331290824@139.com

通訊作者：

鄭凱（1988-），男，河南信陽人，副教授，博士，碩士生導師，研究方向為棉花分子育種，（E-mail）zhengkai555@126.com

陳全家（1972-），男，新疆烏魯木齊人，教授，博士，碩士生/博士生導師，研究方向為棉花遺傳育種，（E-mail）chenqjia@126.com