早熟棉新品系的主要性狀分析與優(yōu)異品系篩選

鄧艷鳳, 肖水平, 楊 秀, 楊紹群, 劉新穩(wěn), 柯興盛, 王 濤

(江西省棉花研究所/國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系鄱陽湖綜合試驗(yàn)站，江西 九江 332105)

棉花不僅是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物，也是僅次于糧食的第二大農(nóng)作物，是紡織工業(yè)的主要原材料。早熟陸地棉生育期短、生長發(fā)育快，可以和冬小麥、油菜和馬鈴薯等農(nóng)作物進(jìn)行輪作，從而實(shí)現(xiàn)糧棉一年兩熟，增加復(fù)種指數(shù)，有效緩解糧棉爭地[1]。此外，早熟棉可以有效避免因早春干旱鹽堿濃度升高對(duì)棉花出苗造成的傷害，可以在新疆部分棉區(qū)及一些濱海鹽堿地等地區(qū)種植，增加棉花種植面積，從而提高土地利用率。因此，選育早熟棉成為當(dāng)下主要的研究方向[2]。

通過觀察和分析早熟棉的主要農(nóng)藝性狀，探討棉花新品系的農(nóng)藝特性，對(duì)早熟棉新品種(系)的選育有著重要的意義。目前一般采用變異分析[3]、相關(guān)分析[4-6]和聚類分析[7-9]等多種統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)棉花的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較。李慧琴等[10]對(duì)24份陸地棉材料表型性狀進(jìn)行變異性分析，發(fā)現(xiàn)有5個(gè)性狀的變異系數(shù)均>10%，說明這24份陸地棉種質(zhì)資源類型豐富，有利于特異種質(zhì)材料的比較和篩選。徐敏等[11]對(duì)早熟棉創(chuàng)新種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，將144份種質(zhì)資源材料分為9大類群，這些類群可分別作為早熟、大鈴、抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)材料加以利用。鄧艷鳳等[12]對(duì)江西省棉花研究所早熟課題組2012—2015年選育的57份早熟陸地棉材料主要性狀進(jìn)行分析，篩選出5份具早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等特性的棉花新品系。本研究以江西省棉花研究所育種研究室2015—2017年選育的63份早熟棉新品系為試驗(yàn)材料，對(duì)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異分析、相關(guān)分析和聚類分析，綜合評(píng)價(jià)這63份材料主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，以期篩選出綜合性狀優(yōu)良的新品系，為區(qū)域試驗(yàn)或品種審定和推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為江西省棉花研究所早熟課題組篩選出的63份早熟棉新品系材料(表1)，種植在江西省棉花研究所試驗(yàn)田。試驗(yàn)于2018—2019年進(jìn)行，種植方式為板地精準(zhǔn)直播，各小區(qū)長10.0 m、寬1.5 m，雙行區(qū)，行距0.8 m、株距0.2 m。各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3次重復(fù)。2年都在5月中旬播種，待棉花幼苗長出第2片真葉后定苗。其他田間農(nóng)藝操作參照當(dāng)?shù)卦缡烀尢镩g管理方法。

表1 63份早熟棉新品系材料

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

前期記錄每份材料的出苗期和吐絮期，并計(jì)算全生育期；后期在每小區(qū)選取10株長勢(shì)正常的棉花，分別測(cè)量株高、單株果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)。收花期在棉株中部內(nèi)圍采收60個(gè)完全開裂的棉鈴，室內(nèi)考種記錄單鈴重和衣分，并取纖維樣品寄送到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(安陽)檢測(cè)上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度、長度整齊度指數(shù)和斷裂伸長率。各性狀調(diào)查方法及標(biāo)準(zhǔn)參考《棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]。

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2007初步整理，利用SAS 8進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算以及相關(guān)分析，利用SPASS 20.0進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 早熟棉新品系主要性狀的遺傳多樣性

由表2可知，63份早熟棉新品系生育期在85.00～101.00 d之間；株高在88.00～130.00 cm之間；果枝數(shù)在11.00～21.00個(gè)之間；結(jié)鈴數(shù)在9.10～29.00個(gè)之間；衣分在34.19%～44.40%之間；鈴重在3.93～5.17 g之間；纖維長度在26.10～31.90 mm之間；比強(qiáng)度在27.10～36.00 cN·tex-1之間；馬克隆值在4.70～6.00之間；整齊度指數(shù)在81.90%～87.90%之間；伸長率在6.70%～7.00%之間；籽棉產(chǎn)量在1 850.33～3 753.34 kg·hm-2之間。

表2 早熟棉新品系農(nóng)藝性狀的變異情況

由表2還可知，各性狀變異系數(shù)以結(jié)鈴數(shù)最大(23.03%)、籽棉產(chǎn)量第二(16.70%)；伸長率最小(0.83%)、整齊度指數(shù)(1.51%)倒數(shù)第二；其他農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在3.21%～13.70%之間。由此可見，結(jié)鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量具有較高的改良潛力，而伸長率和整齊度指數(shù)已趨于穩(wěn)定。

2.2 早熟棉新品系主要性狀間的相關(guān)性

由表3可知，早熟棉新品系不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，生育期與株高、纖維長度和比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與衣分和馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)；株高與果枝數(shù)、纖維長度和比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與鈴重和籽棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)，與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)；衣分與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與比強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鈴重呈顯著負(fù)相關(guān)；鈴重與比強(qiáng)度和伸長率呈極顯著正相關(guān)，與纖維長度呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)；纖維長度與比強(qiáng)度和伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)；比強(qiáng)度與伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)；整齊度指數(shù)與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。其中，成鈴數(shù)與其余11個(gè)農(nóng)藝性狀均不存在顯著相關(guān)。

表3 早熟棉新品系農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析1)

2.3 早熟棉新品系的生育期和株型性狀

棉花的早熟性主要受生育期和植株形態(tài)(株高、果枝)等因素制約，是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性狀[14]。對(duì)63份材料的生育期、株高和果枝數(shù)3個(gè)性狀進(jìn)行聚類分析(圖1)，在聚類距離9.0處將63份材料分為五大類。其中，第Ⅰ類包含23份材料，分別是：H02、H03、H09、H18、H26、H28、H33、H38、H39、H41、H45、H46、H47、H48、H49、H53、H55、H56、H58、H59、H60、H61和H62；第Ⅱ類包含13份材料，分別是：H04、H15、H17、H20、H21、H22、H32、H34、H35、H36、H37、H57和H63；第Ⅲ類包含17份材料，分別是：H05、H08、H10、H12、H13、H16、H19、H23、H24、H25、H27、H29、H30、H40、H43、H52和H54；第Ⅳ類包含9份材料，分別是：H01、H06、H07、H11、H14、H31、H42、H44和H51；第Ⅴ類群由H50單獨(dú)組成。從表4可見，第Ⅱ類群的生育期(89.08 d)、株高(89.85 cm)和果枝數(shù)(13.15)的平均值在5個(gè)類群中均最小，說明該類群的棉花材料早熟性最為突出。第Ⅰ類群的生育期(89.87 d)略高于第Ⅱ、Ⅲ類群，株高(98.74 cm)僅高于第Ⅱ類群，果枝數(shù)(15.12)僅高于第Ⅱ類群。因此，第Ⅰ類群屬于較早熟材料。

圖1 63份早熟棉新品系生育期與株型性狀的系統(tǒng)聚類圖

表4 早熟棉新品系不同類群的生育期和株型性狀表現(xiàn)

2.4 早熟棉新品系的產(chǎn)量因素

成鈴數(shù)、衣分、鈴重和籽棉產(chǎn)量都是決定棉花產(chǎn)量的重要因素，除衣分主要受遺傳特性決定外，其他性狀受外界環(huán)境影響較大[15]。對(duì)63份材料的4個(gè)產(chǎn)量性狀進(jìn)行聚類分析，以聚類距離9.5將其劃分為五大類(圖2)。其中，第Ⅰ類包含20份材料，分別是：H03、H05、H07、H09、H10、H11、H18、H19、H20、H21、H22、H23、H24、H25、H43、H44、H45、H46、H48和H51；第Ⅱ類包含22份材料，分別是：H01、H02、H13、H14、H15、H17、H30、H36、H37、H38、H39、H40、H41、H42、H47、H49、H50、H54、H55、H58、H61和H63；第Ⅲ類包含4份材料，分別是：H06、H08、H12和H56；第Ⅳ類包含5份材料，分別是：H27、H28、H29、H33和H35；第Ⅴ類包含12份材料，分別是：H04、H16、H26、H31、H32、H34、H52、H53、H57、H59、H60和H62。從表5可見，第Ⅲ類群的籽棉產(chǎn)量(3 560.90 kg·hm-2)和鈴重(4.60 g)平均值在5個(gè)類群中最大，結(jié)鈴數(shù)的平均值(14.30)僅次于第Ⅱ類群，衣分的平均值(38.37%)僅高于第Ⅳ類群。綜合來看，第Ⅲ類群屬于高產(chǎn)材料。第Ⅰ類群籽棉產(chǎn)量(3 086.93 kg·hm-2)平均值僅低于第Ⅲ類群，鈴重(4.50 g)平均值低于第Ⅲ、Ⅳ類群，結(jié)鈴數(shù)平均值(14.26)僅低于第Ⅱ、Ⅲ類群，衣分平均值(39.22%)僅低于第Ⅱ、Ⅴ類群，因此，第Ⅰ類群屬于較高產(chǎn)材料。

表5 早熟棉新品系不同類群的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)

圖2 63份早熟棉新品系產(chǎn)量性狀的系統(tǒng)聚類圖

2.5 早熟棉新品系的纖維品質(zhì)

纖維長度、整齊度指數(shù)、馬克隆值、比強(qiáng)度等是鑒定棉花纖維品質(zhì)優(yōu)劣的主要指標(biāo)[16]。對(duì)63份材料的5個(gè)纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行聚類分析，以聚類距離14.5將其劃分為四大類(圖3)。其中，第Ⅰ類包含33份材料，分別是：H04、H09、H19、H20、H23、H31、H33、H35、H38、H39、H44、H45、H61、H63、H11、H27、H32、H49、H54、H55、H59、H60、H06、H16、H46、H57、H07、H13、H18、H30、H40、H43和H52；第Ⅱ類包含4份材料，分別是：H17、H53、H58、H62；第Ⅲ類包含11份材料，分別是：H03、H08、H10、H12、H15、H21、H22、H24、H25、H41和H47；第Ⅳ類包含15份材料，分別是：H01、H02、H05、H14、H26、H28、H29、H34、H36、H37、H42、H48、H50、H51和H56。從表6可見，第Ⅳ類群纖維長度(30.33 mm)、比強(qiáng)度(34.97 cN·tex-1)和伸長率(6.87%)平均值在4個(gè)類群中最大，馬克隆值平均值(5.17)在4個(gè)類群中最小，整齊度指數(shù)平均值(84.76%)僅高于第Ⅱ類群。綜合來看，第Ⅳ類群屬于優(yōu)質(zhì)材料。第Ⅰ類群纖維長度平均值(28.61 mm)僅低于第Ⅳ類群，比強(qiáng)度(31.18 cN·tex-1)和馬克隆值(5.45)平均值均高于第Ⅲ類群，整齊度指數(shù)平均值(85.20%)僅低于第Ⅲ類群，伸長率平均值(6.81%)僅低于第Ⅳ類群。因此，第Ⅰ類群屬于較優(yōu)質(zhì)材料。

表6 早熟棉新品系不同類群的品質(zhì)性狀表現(xiàn)

圖3 63份早熟棉新品系品質(zhì)性狀的系統(tǒng)聚類圖

3 討論與結(jié)論

變異系數(shù)是反映不同觀測(cè)值變異程度的重要統(tǒng)計(jì)參數(shù)，常用來衡量作物遺傳多樣性及多變環(huán)境下的遺傳穩(wěn)定性[17]。選擇優(yōu)良新品種(系)的潛力與農(nóng)作物各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)有直接聯(lián)系，一般變異系數(shù)越大，遺傳多樣性越豐富，對(duì)優(yōu)良品種的選擇越有利[18-19]。馬曉梅等[20]對(duì)新疆128個(gè)早熟陸地棉參試品種(系)的調(diào)查表明，5個(gè)主要性狀的變異系數(shù)從小到大依次為：株高<果枝數(shù)<始節(jié)位<籽棉產(chǎn)量<結(jié)鈴數(shù)。本試驗(yàn)對(duì)63份早熟陸地棉高代新品系的12個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行遺傳變異分析，發(fā)現(xiàn)變異系數(shù)>5%的有8個(gè)性狀，結(jié)鈴數(shù)(23.03%)和籽棉產(chǎn)量(16.70%)變異系數(shù)最大，表明遺傳多樣性較為豐富；變異系數(shù)<5%的有纖維長度(4.58%)、生育期(3.21%)、整齊度指數(shù)(1.51%)和伸長率(0.83%)，說明參試材料在產(chǎn)量性狀上具有很大的改良潛力，而生育期和品質(zhì)性狀趨于穩(wěn)定，可作為篩選早熟優(yōu)質(zhì)棉花材料的穩(wěn)定依據(jù)。

棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)及其他農(nóng)藝性狀之間存在相互影響。因此，為提高產(chǎn)量和改良品質(zhì)，棉花農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性越來越受重視。石建斌等[21]研究表明，陸地棉果枝數(shù)與比強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)，衣分與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，而單鈴重與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)。齊海坤等[22]對(duì)機(jī)采棉雜交后代主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，籽棉產(chǎn)量與株高、果枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；而品質(zhì)性狀又與果枝數(shù)、鈴重呈負(fù)相關(guān)，與衣分呈正相關(guān)性，表明產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀與株型性狀之間有一定的相關(guān)性。本研究表明，早熟陸地棉高代新品系籽棉產(chǎn)量與生育期、株高、成鈴數(shù)、單鈴重、馬克隆值和整齊度指數(shù)呈正相關(guān)性，這與齊海坤等[22]的研究結(jié)果相一致。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)棉花鈴重除與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)外，其余4個(gè)品質(zhì)性狀均存在不同程度的正相關(guān)，表明通過提高棉花鈴重能夠改善纖維品質(zhì)，但鈴重與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)，即隨著鈴重的增加衣分也越來越低。因此，在培育新品種時(shí)應(yīng)兼顧產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的相關(guān)性。

對(duì)63份早熟陸地棉高代新品系分別按生育期與株型性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀三方面進(jìn)行聚類，篩選出早熟材料13份、較早熟材料23份，高產(chǎn)材料4份、較高產(chǎn)材料20份，優(yōu)質(zhì)材料15份、較優(yōu)質(zhì)材料33份。同時(shí)具有早熟、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性的材料為H56(生育期90.00 d，株高100.00 cm，果枝數(shù)14.00個(gè)，成鈴數(shù)11.00個(gè)，衣分39.09%，單鈴重5.08 g，棉纖維長度29.60 mm，比強(qiáng)度34.90 cN·tex-1，馬克隆值5.6，整齊度指數(shù)為85.60%，伸長率6.90%，籽棉產(chǎn)量3 451.76 kg·hm-2)，建議參加長江流域棉區(qū)早熟組區(qū)域試驗(yàn)，以期獲得新品種審定并進(jìn)行示范推廣。早熟優(yōu)質(zhì)材料4份，分別是H02、H26、H28、H48，早熟較高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)材料1份為H02(生育期89.00 d，株高95.00 cm，果枝數(shù)15.50個(gè)，成鈴數(shù)11.00個(gè)，衣分41.37%，單鈴重4.76 g，棉纖維長度30.20 mm，比強(qiáng)度34.90 cN·tex-1，馬克隆值5.1，整齊度指數(shù)為83.10%，伸長率6.80%，籽棉產(chǎn)量2 462.14 kg·hm-2)，較早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料2份，分別是：H36(生育期90.00 d，株高92.00 cm，果枝數(shù)12.00個(gè)，成鈴數(shù)10.00個(gè)，衣分39.90%，單鈴重4.66 g，棉纖維長度28.80 mm，比強(qiáng)度33.70 cN·tex-1，馬克隆值5.3，整齊度指數(shù)為85.20%，伸長率6.80%，籽棉產(chǎn)量2 572.39 kg·hm-2)和H37(生育期91.00 d，株高88.00 cm，果枝數(shù)12.00，成鈴數(shù)12.00，衣分43.98%，鈴重4.61 g，棉纖維長度30.30 mm，比強(qiáng)度34.20 cN·tex-1，馬克隆值5.3，整齊度指數(shù)為83.80%，伸長率6.90%，籽棉產(chǎn)量2 668.69 kg·hm-2),建議參加長江流域棉區(qū)早熟組區(qū)域試驗(yàn)。

對(duì)63份早熟陸地棉新品系主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合比較，共篩選出早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料1份、早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料1份和較早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料2份，下一步將申請(qǐng)轉(zhuǎn)基因安全證書并參加2 a的DUS測(cè)試，為參加棉花區(qū)域試驗(yàn)打下基礎(chǔ)和保障。