基于GGE雙標圖解析7份早熟棉資源在南疆的生態適應性

在全球氣候變暖的背景下，極端天氣事件出現的瀕率逐漸增加，農業氣象災害發生呈頻次高、強度大、影響廣等特征。新疆地區遠離海洋，屬于典型的溫帶大陸性氣候和沙漠氣候區，春季氣溫極不穩定，棉花播種出苗的關鍵時期常受到低溫冷害、終霜凍害、大風沙塵、冰雹等多類型氣象災害的影響[2。2023年，南疆庫車5月7日出現突破歷史極值的最晚終霜期，且當年低溫冷害導致南疆多個地區棉花重播、補種面積創歷史新高[3。終霜期顯著延后，低溫冷害的極端性增強，進一步加大了對棉花安全生產的威脅。因此，在南疆地區篩選早熟、優質、適應性好的棉花品種，結合適當晚播，可以有效解決低溫冷害等極端天氣侵襲。

遼寧省位于我國植棉區最北界，至今已有400余年的植棉歷史[]。遼寧省經濟作物研究所作為該省內唯一從事棉花育種、栽培、植保研究與技術推廣的科研單位，在棉花種質資源創制、新品種選育、栽培技術研究等方面具有較大優勢，并審定了一系列遼棉品種。其中，以遼棉10號、遼棉15號和遼棉19號等為代表的遼棉品種在早熟、抗病方面表現較好，曾在遼寧等北方特早熟棉區、黃河流域夏播棉區以及新疆等西北內陸棉區廣泛應用，并利用早熟品種資源遼95-25審定新陸早12號4等。隨著產業結構調整，新疆已成為我國最大棉花產區。因此，如何充分利用內地優異棉花種質資源，豐富新疆棉花品種資源遺傳多樣性，已成為自前科研工作者的新課題之一。

當前，棉花種質資源研究主要基于表型性狀鑒定，對種質資源進行分類，育種實踐中則著重對豐產型、大鈴型、高衣分等特異材料加以利用[5-]，然而，在種質資源利用上，現有研究多集中于表型特征的靜態解析，對產量構成因素與纖維品質性狀的動態環境適應性缺乏系統闡釋，制約了優異種質的精準化利用。GGE（genotypemain effects plus geno-type × environmentinteractionmode）雙標圖作為基因型與環境互作分析的有效工具，已經成功構建了包括品種豐產性與穩產性分析[1I-I2]、品種適宜種植區域劃分[13-14]、品質生態區劃分[15-16]在內的多維評價體系，并在多種作物上廣泛應用。GGE雙標圖的適應性功能圖能夠用于評價不同種質資源在各試驗點的適應性。該功能圖通過將外圍品種連接成一個多邊形，并將所有品種包含在內，然后從坐標原點向多邊形的各邊作垂線，將多邊形劃分為不同的扇區。在同一個扇區內的試驗點為環境相似點，而該扇區頂點上的品種則是在該相似生態環境中表現最為優異的品種。本研究針對南疆低溫冷害時有發生的情況，選用7份早熟棉種質資源，以新疆棉花區域試驗早中熟組對照品種中棉所49為對照，開展早熟棉資源在南疆地區適當晚播的相關研究，利用高穩系數法和GGE雙標圖的適應性功能圖分析參試品種的皮棉單產和纖維品質指標適應性，以篩選出適合南疆利用的早熟優質棉花種質資源，旨在應對棉花主產區種植制度改革、災后復播和次宜棉區植棉等關鍵問題。

1材料與方法

1.1試驗材料

2022年供試品種有7個，分別為遼棉51、遼棉52、九圣禾M138、新陸早61號、中棉113、遼棉55和中棉所49，編號依次為 B1～B7;2023 年供試品種有8個，分別為遼棉50、遼棉51、九圣禾M138、遼棉52、新陸早61號、遼棉55、中棉113和中棉所49，編號依次為 L1～L8 ，其中中棉所49為對照品種，各品種的生育期及來源詳見表1。

表1參試品種的早熟性及品種來源

注：各品種的生育期數據來源于中國種業大數據平臺。

1.2試驗設計

2022年和2023年所有供試材料均種植于以下10個試驗點，分別為尉犁縣（WL）庫爾勒市（KEL）沙雅縣（SY）、阿拉爾市（ALE）阿瓦提縣（AWT）、圖木舒克（TMSK）、麥蓋提縣（MGT）、岳普湖縣（YPH）、輪臺縣（LT）和新疆生產建設兵團第二師29團（以下簡稱為“29團”，EJT）。采用隨機區組排列，采用1膜6行 （66cm+10cm 種植模式，株距為 10cm，3 次重復，小區面積 20m² ，每小區6行，行長 8.8m 。播種時間較當地大田播種推后15d ，試驗點管理水平高于試點所在地區大田，試驗點土質類型和栽培管理基本情況詳見表2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1皮棉單產測定。收獲前，每個小區選取20個中部棉鈴進行室內考種，測定鈴重、皮棉質量，折算衣分；小區全部實收稱量籽棉質量，按面積折算籽棉單產，計算皮棉單產。

1.3.2纖維品質指標測定。軋花后，各試點每小區取 20g 皮棉送至農業農村部棉花品質檢驗測試中心（原農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心），測定纖維上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值。

1.4 數據處理

高穩系數[17]（highstabilitycoefficient，HSC）能夠反映品種的高產穩產性，其值越小表示該品種的高產穩產性越好，計算公式如下： HSC_i=[1-（X_i- S_i）/1.10X_ck]×100% 式中， HSC_i 為第 i 個參試品種的高穩系數， X_i 和 S_i 分別為第 i 個品種的平均皮棉單產和標準誤差， X_ck 為對照品種的平均皮棉單產。

采用Genstat23.0（VSNInternationalLtd，UK）分析軟件的GGE雙標圖進行不同品種的皮棉單產和纖維品質指標的適應性評價，利用SPSSv27.0.1軟件進行聯合方差分析，并用最小顯著差數法（leastsignificantdifference，LSD）進行多重比較。

表22022年和2023年10個試點土質類型和栽培管理基本情況

2 結果與分析

2.1早熟棉資源皮棉單產的方差分析及比較

2022一2023年早熟棉種質資源皮棉單產的多環境聯合方差分析結果（表3）表明，皮棉單產的表型變異來源中，基因型主效應、環境主效應和基因型 × 環境互作效應在2年均達到極顯著水平。2022年和2023年基因型主效應、環境主效應和基因型 × 環境互作效應的變異分別占處理總變異的34.81%.48.61%.8.37% 和 21.66%.61.54%.11.87% 。可見，基因型和環境是供試早熟棉材料皮棉單產變異的主要來源。

表32022一2023年早熟棉種質資源皮棉單產的方差分析結果

注：**表示存在極顯著差異 （Plt;0.01 ）。

由表4可知，早熟棉品種在晚播15d的情況下，皮棉單產均高于或顯著高于早中熟品種中棉所49。其中，2022年供試早熟棉品種的皮棉單產差異較大，高穩系數最小的品種是九圣禾M138，皮棉單產為 2 475.91kg?hm^-2 ，較對照品種中棉所49顯著提高 10.62% ；遼棉 52 的皮棉單產為 2464.14kg tan^-2 ，較對照顯著增加 10.10% . HSC 排名第2。2023年供試早熟棉品種中高穩系數最小的依然是九圣禾M138，皮棉單產為 2 731.06kg?hm^-2 ，較對照顯著提高 10.53% ；皮棉單產最高的品種是遼棉52，為 2 740.66kg?hm^-2 ，較對照顯著提高 10.91% 高穩系數排名第5。2年試驗結果表明，九圣禾M138、遼棉52和遼棉51的高穩系數位于前列，且高產位次與高穩系數位次基本一致，初步說明早熟棉種質資源九圣禾M138、遼棉52和遼棉51在新疆南疆不同生態區的豐產性和穩定性表現較好。

表42022一2023年不同早熟棉品種皮棉單產的比較

注：皮棉單產數據為平均值±標準差;同一列內不同小寫字母表示同一年份品種間在0.05水平存在顯著差異。

2.2 早熟棉資源豐產性和穩產性的GGE雙標圖評價

由圖1a可以看出，2022年沙雅縣和岳普湖縣在同一扇區，在這一扇區中表現最好的品種為中棉113；尉犁縣、阿拉爾市、阿瓦提縣、圖木舒克、麥蓋提縣、輪臺縣和29團共7個試驗地點在同一扇區，適合種植九圣禾M138；庫爾勒市為單獨一個扇區，適合種植遼棉52。由圖1b可以看出，2023年遼棉50、遼棉51和遼棉55在29團和輪臺縣扇區內，遼棉55位于該扇區的頂點，說明遼棉55是最適合上述區域種植的品種;尉犁縣、庫爾勒市、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等8個試驗點在同一扇區，在這一扇區表現最好的品種為遼棉52，其次為九圣禾M138。2年試驗的GGE雙標圖分析結果表明，早熟棉品種遼棉52和九圣禾M138的適宜種植區域為南疆地區的尉犁縣、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等大部分區域。

圖12022年（a）和2023年（b）早熟棉種質資源皮棉單產的GGE雙標圖

2.3早熟棉資源纖維上半部平均長度的GGE雙 標圖評價

由圖2a可以看出，2022年尉犁縣、圖木舒克、輪臺縣和沙雅縣在同一扇區，在這一扇區內的上半部平均長度表現好的品種為中棉113和遼棉55；庫爾勒市、阿拉爾市、阿瓦提縣、麥蓋提縣、岳普湖縣和29團6個試驗地點在同一扇區，在此扇區內，上半部平均長度表現好的品種為遼棉52。由圖2b可以看出，2023年尉犁縣、庫爾勒市、沙雅縣、岳普湖縣和輪臺縣在同一扇區，中棉113位于該扇區的頂點，遼棉55也是該區域內纖維上半部平均長度表現較優的品種；阿拉爾市、阿瓦提縣、圖木舒克、麥蓋提縣和29團屬于同一扇區，在這一扇區表現最好的品種為遼棉51和新陸早61號，九圣禾M138在上述區域適應性好。2年的試驗表明，早熟棉品種中棉113、遼棉55、遼棉52、新陸早61號和九圣禾M138的纖維上半部平均長度在不同年份的各自扇區內的適應性均較好，其中沙雅縣纖維上半部平均長度與其余試點差異很大，說明地域差異對纖維上半部平均長度具有一定的影響。

圖22022年（a）和2023年（b）早熟棉種質資源纖維上半部平均長度的GGE雙標圖

2.4早熟棉資源斷裂比強度的GGE雙標圖評價從圖3a中可以看出，2022年29團在獨立扇區內，斷裂比強度表現好的品種為中棉113；尉犁縣、庫爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個試驗點處于同一扇區內，在這一扇區內斷裂比強度表現好的品種為新陸早61號和遼棉55。由圖3b可以看出，2023年29團在獨立扇區內，斷裂比強度表現好的品種為九圣禾M138；尉犁縣、庫爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個試驗點處于同一扇區內，在這一扇區內斷裂比強度表現好的品種為新陸早61號和中棉113。2年的試驗表明，對于斷裂比強度而言，地域差異影響不大，29團為1個特殊試驗點，其他9個試驗點生態區相近，新陸早61號的斷裂比強度的適應性較好。

圖32022年（a）和2023年（b）早熟棉種質資源斷裂比強度的GGE雙標圖

2.5早熟棉資源馬克隆值的GGE雙標圖評價

從圖4a可以看出，2022年輪臺縣和29團處于同一扇區內，馬克隆值高的品種為新陸早61號和中棉113；庫爾勒市、阿瓦提縣和沙雅縣等8個試驗點處于同一扇區內，中棉所49的馬克隆值在該區域中最高，接近原點的品種為九圣禾M138和遼棉52。由圖4b可以看出，2023年遼棉50和遼棉51處于扇區頂點，其他品種的馬克隆值不受地域的影響。2年的試驗表明，馬克隆值受地域的影響不大。

圖42022年（a）和2023年（b）早熟棉種質資源馬克隆值的GGE雙標圖

3 討論與結論

在全球氣候變暖的背景下，春季氣溫持續上升，但劇烈降溫或晚霜凍災害的潛在風險卻在增加。新疆是我國棉花的主產區，災害天氣對棉花生產帶來不利影響，其中低溫冷害是制約新疆棉花優質高產的主要災害之一[8]。因此，選擇早熟優質的棉花品種，適當推遲播種期，綜合運用水、肥、藥調控棉花個體和群體，實現優化成鈴、集中吐絮，可以有效緩解災害性天氣對棉花生產的影響[。本研究開展了早熟棉種質資源在南疆的適應性分析，從不同早熟棉品種的皮棉單產表現可以看出，品種間差異較大，2022年和2023年九圣禾M138的高穩系數排名第1，皮棉單產均明顯高于對照品種，2023年皮棉單產最高的品種是遼棉52，為 2740.66kg hm^-2 ，比對照增加 10.91% ，高穩系數排名第5。參試品種的生育期比當地主栽品種早熟15d左右，能夠在晚播或災后復播情況下正常成熟收獲。引入早熟棉資源能夠有效縮短棉花生長周期，減輕低溫冷害對棉株生長的不利影響，這與唐雪蓮等2的研究結果一致。

本研究利用GGE雙標圖的適應性功能圖，從皮棉單產的角度分析參試早熟棉品種的適宜種植區域，得出遼棉52和九圣禾M138的適宜種植區域為新疆南疆地區的尉犁縣、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等大部分區域，遼棉51、遼棉50和遼棉55適宜在29團和輪臺縣種植。尚紅燕等2提出對棉花品種或資源進行鑒定和評價時，要同時考慮供試材料單產和纖維品質性狀間的真實差異以及試驗環境對材料性狀的影響，以便提高品種和資源鑒定篩選的目的性和有效性。因此，本研究利用GGE雙標圖適應性功能圖對參試早熟棉資源的纖維上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值這3個品質指標進行了系統分析，得出中棉113、遼棉55、遼棉52、新陸早61號和九圣禾M138的纖維上半部平均長度在不同年份的各自扇區內的適應性好，其中沙雅縣纖維上半部平均長度與其余試點差異較大，說明地域差異對纖維上半部平均長度具有一定的影響；2022一2023年，對于斷裂比強度而言，29團為獨立的1個生態環境，在該區域斷裂比強度表現好的品種為中棉113和九圣禾M138；尉犁縣、庫爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個試驗點為環境相似區域，在該區域內新陸早61號的斷裂比強度的適應性好。然而，不能因此認為其他不在試驗點扇區內的品種斷裂比強度適應性差，因為各個品種的斷裂比強度均較為理想。馬克隆值適應性功能圖分析表明九圣禾M138和遼棉52接近原點，馬克隆值相對較低，其值的大小受地域的影響較小，該結果與柯會鋒等22的研究結果不同，可能與試驗地點和試驗材料選擇有關。

唐淑榮等[23]研究表明 ?10^°C 有效積溫是影響棉花中熟品種纖維品質的最主要因素，氣象因子對纖維長度和馬克隆值的影響依次為 ?10^°C 有效積溫、降水量和日照時間。本研究的試驗地點為南疆各適宜植棉區，在晚播15d的條件下種植早熟棉種質資源均可以正常吐絮成熟，纖維上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值指標在積溫、光照、肥水都能夠滿足品種纖維發育的前提下，指標差異主要來源于品種的基因型。進一步對單產和品質綜合分析發現，遼棉52和九圣禾M138可以作為豐產穩產品種資源在西北內陸棉區加以利用，能夠拓寬新疆棉花種質遺傳基礎，更好地培育適合新疆廣泛種植的棉花新品種。

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（責任編輯：莊蕾責任校對：楊子山）

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