新疆海島棉育種目標(biāo)性狀多元分析與種質(zhì)資源評(píng)價(jià)

馬 麒,宿俊吉,寧新柱,李吉蓮,劉 萍,陳 紅,林 海,鄧福軍*

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000;2.棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽 455000)

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新疆海島棉育種目標(biāo)性狀多元分析與種質(zhì)資源評(píng)價(jià)

馬 麒1, 2,宿俊吉1, 2,寧新柱1,李吉蓮1,劉 萍1,陳 紅1,林 海1,鄧福軍1*

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000;2.棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽 455000)

對(duì)新疆海島棉主要育種目標(biāo)性狀進(jìn)行多元分析與種質(zhì)資源評(píng)價(jià)，旨在為海島棉品種選育提供理論依據(jù)和優(yōu)異親本。相關(guān)分析表明，新疆海島棉主要育種目標(biāo)性狀之間存在顯著或極顯著的相關(guān)性。主成分分析表明，前9個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.966 %，前3個(gè)主成分主要凝聚的生物學(xué)信息是品質(zhì)和產(chǎn)量因子；根據(jù)新疆海島棉各種質(zhì)基于育種目標(biāo)性狀的綜合主成分值，評(píng)選出9份綜合性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源；并對(duì)綜合主成分值排名前50的材料，基于前3個(gè)主成分值進(jìn)行二維排序分析，評(píng)選出13份品質(zhì)性狀優(yōu)良種質(zhì)，11份品質(zhì)、產(chǎn)量均占優(yōu)的種質(zhì)?；谥鞒煞志垲惙治霰砻鳎跉W式距離為5時(shí)，130份資源被聚為六個(gè)類群，其中92.308 %的種質(zhì)均聚在了第Ⅰ大類群，品系07NH-68和11-616分別被單獨(dú)聚在第Ⅴ和Ⅵ類群。上述結(jié)果表明，基于育種目標(biāo)性狀主成分聚類群中的新疆海島棉種質(zhì)資源分布較為集中，新疆海島棉在長(zhǎng)期以來的育種過程中所追求的育種目標(biāo)性狀較單一和相似；主成分分析和二維排序分析2種方法綜合應(yīng)用可以更好地評(píng)價(jià)出新疆海島棉優(yōu)良種質(zhì)資源，為新疆海島棉品種遺傳改良中種質(zhì)的有效利用提供科學(xué)客觀的依據(jù)。

新疆海島棉；育種目標(biāo)性狀；多元分析；種質(zhì)資源評(píng)價(jià)

海島棉(GossypiumbarbadenseL.)是棉花四倍體栽培種之一，其纖維細(xì)長(zhǎng)、富有絲光、強(qiáng)力較高，是高檔特種棉紡織品的重要原料。新疆地區(qū)具有棉花生產(chǎn)得天獨(dú)厚的自然生態(tài)條件，是中國(guó)海島棉生產(chǎn)最適宜的地區(qū)，也是中國(guó)唯一的海島棉商業(yè)化生產(chǎn)基地[1]。截止到現(xiàn)在，新疆選育出了勝利1號(hào)、軍海1號(hào)、新海2～48號(hào)等49個(gè)海島棉品種以及較多具有優(yōu)良品質(zhì)、抗病性的品系，已積累了較豐富的海島棉種質(zhì)資源。但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，能夠真正在育種上有效利用的種質(zhì)資源并不多，種質(zhì)資源老化、缺乏的問題日益突出，已成為制約海島棉品種取得重大突破的根本因素[1]。為了更有效地對(duì)現(xiàn)有新疆海島棉種質(zhì)資源進(jìn)行利用，必須加強(qiáng)對(duì)種質(zhì)資源的深入研究和評(píng)價(jià)，發(fā)掘出具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)資源，進(jìn)一步拓展新疆海島棉種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)，提高海島棉遺傳育種水平。

雖然已有研究者對(duì)海島棉種質(zhì)資源的遺傳多樣性，農(nóng)藝、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的遺傳相關(guān)性等方面開展了研究并取得系列成就[2-7]，但研究中涉及到新疆海島棉種質(zhì)資源較少，且有關(guān)海島棉表型性狀的研究依然停留在運(yùn)用數(shù)量分布、變異分析上，因此對(duì)種質(zhì)資源的分析與評(píng)價(jià)很難做到應(yīng)有的科學(xué)性，滿足不了海島棉日益增加的育種需求。而多元分析(Multivariate analysis)從構(gòu)成性狀的多因素關(guān)系中揭示供試材料的特點(diǎn)和生物學(xué)意義，為遺傳材料的客觀評(píng)價(jià)和品種選育提供參考依據(jù)[8]。因此，利用多元分析方法對(duì)現(xiàn)有新疆海島棉種質(zhì)資源進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)，發(fā)掘出具有優(yōu)異育種目標(biāo)性狀的種質(zhì)資源，對(duì)于提升新疆海島棉育種水平有重要意義。目前，多元分析已經(jīng)成功地應(yīng)用于小麥[8]、辣椒[9]、菊苣[10]、大蒜[11]等眾多作物種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)中，并且能較好地對(duì)性狀組成做出鑒定和評(píng)價(jià)，評(píng)選出性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源。

但迄今為止，未見利用多元分析法對(duì)新疆海島棉育種目標(biāo)性狀進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。為進(jìn)一步加深新疆海島棉種質(zhì)資源的挖掘與研究，為海島棉栽培和遺傳育種研究提供理論依據(jù)，本研究以130份新疆海島棉品種/系為供試材料，通過對(duì)其主要育種目標(biāo)性狀進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查觀測(cè)和多元分析與評(píng)價(jià)，發(fā)掘出綜合育種目標(biāo)性狀優(yōu)良或某一育種目標(biāo)性狀突出的種質(zhì)資源，為新疆海島棉新品種選育及種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究以收集的疆內(nèi)各科研單位選育的130份海島棉種質(zhì)為研究材料。其中含有育成品種46份，品系84份；白色海島棉121份，彩色海島棉9份(2份綠色海島棉、7份棕色海島棉)。供試材料名稱見表1。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)二師29團(tuán)(東經(jīng)85°39′，北緯41°49′)，該地屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，總?cè)照諗?shù)2990 h，無霜期平均210 d，年平均氣溫11.4 ℃，年平均降水量58.6 mm ，2013和2014年在該試驗(yàn)田種植130份海島棉材料。播種方式采用機(jī)械平作覆膜，一膜4行，行長(zhǎng)3 m，3重復(fù)隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)材料2行，株距為0.12 m。施肥中等，肥力均勻，栽培管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)大田模式。

1.3 表型性狀調(diào)查方法

育種目標(biāo)性狀的調(diào)查和測(cè)定方法參考了杜雄明等[12]主編的《棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》。調(diào)查和測(cè)定14個(gè)育種目標(biāo)性狀的表型參數(shù)，它們分別為葉片大小、果枝類型、株型、第一果枝節(jié)位高、株高、第一果枝節(jié)位、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分、纖維長(zhǎng)度、馬克隆值、纖維強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率。其中葉片大小、果枝類型、株型屬描述型性狀，按照各自標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值。在長(zhǎng)勢(shì)均勻處隨機(jī)抽取10株進(jìn)行第一果枝節(jié)位高、株高、第一果枝節(jié)位和果枝數(shù)的調(diào)查和測(cè)定；收獲期隨機(jī)收取棉株中上部50個(gè)考種鈴，室內(nèi)考種測(cè)其衣分和單鈴重；軋花后取棉樣約10 g左右送農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定纖維長(zhǎng)度(mm)、強(qiáng)度(cN/tex-1)、馬克隆值、整齊度指數(shù)(%)及伸長(zhǎng)率(%)等纖維品質(zhì)性狀指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用GraphPad Prism繪圖軟件進(jìn)行主成分的二維排序分析。利用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析中的系統(tǒng)聚類離差平方和法，基于14個(gè)育種目標(biāo)性狀的主成分值，對(duì)130份新疆海島棉種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析(Cluster analysis)，用平方歐氏距離繪制聚類結(jié)果的樹狀圖。

表1 130份海島棉種質(zhì)資源

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆海島棉育種目標(biāo)性狀的相關(guān)性分析

通過對(duì)新疆海島棉育種目標(biāo)性狀的相關(guān)性分析可知，部分性狀之間存在明顯的相關(guān)性(表2)。葉片大小與單鈴重、纖維長(zhǎng)度、纖維強(qiáng)度之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)性，說明小葉性狀的植株不利于這3個(gè)性狀指標(biāo)的提高，在品種選育時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮大葉片性狀；株高與果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、纖維長(zhǎng)度、纖維強(qiáng)度呈顯著或極顯著的正相關(guān)性，說明株高是海島棉育種中的一個(gè)較關(guān)鍵因子，在品種選育時(shí)應(yīng)選擇株高相對(duì)較高的植株；果枝類型與單鈴重、纖維強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率成呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)性，株型與果枝數(shù)、馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)，與纖維長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)，說明在海島棉品種選育時(shí)應(yīng)多考慮中長(zhǎng)型果枝，株型應(yīng)該保持適中，不宜過緊或過散；此外，果枝數(shù)與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與單鈴重呈顯著負(fù)相關(guān)；衣分與馬克隆值、伸長(zhǎng)率呈極顯著正相關(guān)性，與纖維長(zhǎng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)性；纖維長(zhǎng)度與纖維強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率呈極顯著正相關(guān)性，與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)性。說明上述性狀指標(biāo)在育種選擇上應(yīng)適中為好，不宜過分追求某個(gè)或某幾個(gè)性狀。

2.2 新疆海島棉育種目標(biāo)性狀的主成分分析

2.2.1 主成分分析 由于新疆海島棉主要育種目標(biāo)性狀之間存在顯著或極顯著的相關(guān)性，且各性狀之間正、負(fù)相關(guān)性的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜(表2)。為了能更充分地反映出各主要目標(biāo)性狀之間起主導(dǎo)作用的綜合指標(biāo)，通過多變量的主成分分析，采用降維的方法將復(fù)雜多性狀指標(biāo)整合成幾個(gè)彼此之間互不相關(guān)的簡(jiǎn)單綜合性狀因子，使這些因子盡可能地反映原來變量的信息量[14]，從而為新疆海島棉種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)提供有效依據(jù)。

根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85 %的標(biāo)準(zhǔn)[15]，提取前9個(gè)主成分(Principal component, PC)即可概括全部性狀的絕大多數(shù)信息(表3)。第1主成分貢獻(xiàn)率達(dá)22.106 %，纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率在正方向有較高因子載荷，因此可稱纖維長(zhǎng)強(qiáng)度因子，其主成分值越大越好，同時(shí)說明纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率是新疆海島棉育種目標(biāo)性狀中最關(guān)鍵的3個(gè)性狀，在品種選育時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮與選擇。第2主成分貢獻(xiàn)率為13.922 %，其特征向量所凝聚的生物學(xué)信息主要為產(chǎn)量構(gòu)成因素，因此可稱為豐產(chǎn)性因子，性狀特征根中以單株結(jié)鈴數(shù)、果枝數(shù)在正向的貢獻(xiàn)最大，衣分在負(fù)向有較大特征向量，說明在追求較多單株結(jié)鈴數(shù)和果枝數(shù)的過程中會(huì)降低衣分，因此該主成分值不宜過大，適中為宜。第3主成分貢獻(xiàn)率為12.054 %，其特征向量所凝聚的生物學(xué)信息主要是馬克隆值，為纖維細(xì)度因子，對(duì)應(yīng)以馬克隆值、單株結(jié)鈴數(shù)和果枝數(shù)在正向具有較大特征向量，因此主成分值也不宜過大，適中為宜。第4主成分貢獻(xiàn)率為9.479 %，其特征向量所凝聚的生物學(xué)信息主要是果枝節(jié)位因素，稱之為第一果枝節(jié)位因子，對(duì)應(yīng)以第一果枝節(jié)位、第一果枝節(jié)位高在正向具有較大特征向量，果枝類型在負(fù)向具有較大特征向量，主成分值適中為宜。第5主成分貢獻(xiàn)率為8.031 %，其特征向量所凝聚的生物學(xué)信息主要是果枝類型因素，稱之為果枝類型因子，對(duì)應(yīng)以果枝類型、第一果枝節(jié)位高和株型在正向具有較大特征向量，主成分值適中為宜。第6主成分貢獻(xiàn)率為6.845 %，稱之為第一果枝節(jié)位高度因子，主成分值適中為宜。第7主成分貢獻(xiàn)率為5.789 %，稱之為株型因子，主成分值適中為宜。第8主成分貢獻(xiàn)率為5.510 %，稱之為株型因子，主成分值適中為宜。第9主成分貢獻(xiàn)率為4.229 %，稱之為單鈴重因子，主成分值適中為宜。

表2 新疆海島棉主要育種目標(biāo)性狀的相關(guān)性分析

注：**和*分別表示在0.01和0.05水平上差異顯著。X1：葉片大??；X2：果枝類型；X3：株型；X4：第一果枝節(jié)位高；X5：株高；X6：第一果枝節(jié)位；X7：果枝數(shù)；X8：?jiǎn)沃杲Y(jié)鈴數(shù)；X9：?jiǎn)吴徶?；X10：衣分；X11：纖維長(zhǎng)度；X12：馬克隆值；X13：纖維強(qiáng)度；X14：伸長(zhǎng)率。 Note：**and * respectively means the correlation is significant at 0.01 or 0.05 levels.X1: Leaf size;X2: Fruit-branch type;X3: Plant type;X4: Height of the first fruit-branch;X5: Plant height;X6: The first fruit-branch nodes;X7: Numbers of fruit-branches;X8: Bolls per plant;X9: Weight per boll;X10: Lint percentage;X11: Fiber length;X12: Micronaire value;X13: Fiber strength;X14: Elongation rate.

表3 新疆海島棉主要育種目標(biāo)性狀的主成分分析

2.2.2 主成分值計(jì)算及種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià) 對(duì)新疆海島棉種質(zhì)資源的14個(gè)主要目標(biāo)性狀值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，依據(jù)主成分?jǐn)?shù)學(xué)模型公式計(jì)算出每個(gè)品種/系的各主成分值(公式F1,F2,F3......F9)和綜合主成分值(F綜)。F綜表示將9個(gè)主成分值進(jìn)行加權(quán)平均處理得到的所有主成分的綜合得分值，F(xiàn)綜值較大的品種/系，其綜合育種目標(biāo)性狀表現(xiàn)較優(yōu)良[13]。依據(jù)130份種質(zhì)F綜值大小進(jìn)行排序，提取排名前50的種質(zhì)列于表4。

根據(jù)F綜值的含義可知，該50份種質(zhì)的綜合育種目標(biāo)性狀表現(xiàn)較好，尤其是排名前9的07NH-59(棕)、新海15號(hào)、DJ9031、天長(zhǎng)10號(hào)、k-416、新海30號(hào)、DJ09-172、DJ10149、04NC-20H(綠)，其綜合育種目標(biāo)性狀優(yōu)良。因此，基于育種目標(biāo)性狀進(jìn)行新疆海島棉種質(zhì)資源評(píng)價(jià)時(shí)，通過計(jì)算各種質(zhì)資源的主成分值(或綜合主成分值)，可以對(duì)其進(jìn)行全面又系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)，避免因僅僅考慮某個(gè)或某幾個(gè)性狀對(duì)新疆海島棉種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的不準(zhǔn)確性。

表4 新疆海島棉綜合主成分值排名前50材料

續(xù)表4 Continued table 4

2.2.3 二維排序分析及優(yōu)異種質(zhì)資源評(píng)價(jià) 由表3可知，前3個(gè)主成分因子(纖維長(zhǎng)強(qiáng)度因子、豐產(chǎn)性因子、纖維細(xì)度因子)主要凝聚的育種目標(biāo)性狀是產(chǎn)量和品質(zhì)性狀，是新疆海島棉遺傳育種中最關(guān)鍵的育種目標(biāo)性狀，評(píng)價(jià)出關(guān)鍵育種目標(biāo)性狀優(yōu)異的海島棉種質(zhì)資源，可以為新疆海島棉遺傳改良育種提供材料基礎(chǔ)。為了能更簡(jiǎn)便和直觀地揭示出關(guān)鍵育種目標(biāo)性狀優(yōu)異的海島棉材料，以表4中所列的50份綜合育種目標(biāo)性狀優(yōu)異的材料為研究對(duì)象，利用GraphPad Prism繪圖軟件以第1主成分值為橫坐標(biāo)(X軸)，分別以第2、3主成分值為縱坐標(biāo)(Y軸)繪出二維排序圖(圖1～2)。因第1主成分為纖維長(zhǎng)強(qiáng)度因子，所以其值越大，纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)、強(qiáng)度越高。由圖1、2可知，該主成分值較大的材料分布于二維排序圖縱坐標(biāo)的右側(cè)，越靠右越好。第2主成分為豐產(chǎn)性因子，對(duì)應(yīng)的單株結(jié)鈴數(shù)、果枝數(shù)在正向具有較大特征向量，衣分具有負(fù)向較大特征向量，因此主成分值不宜過大或過小，適中為宜，該主成分值適中的種質(zhì)主要分布于橫坐標(biāo)軸附近。第3主成分為纖維細(xì)度因子，對(duì)應(yīng)以馬克隆值與果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此主成分值適中為宜，該主成分值適中的種質(zhì)主要分布于橫坐標(biāo)(X軸)附近。

X:第一主成分；Y：第二主成分圖1 50份海島棉種質(zhì)第1 和2 主成分二維排序圖Fig.1 Scatter plot based on the first and second PC

因此，綜合第1、2主成分來看，纖維長(zhǎng)強(qiáng)度較高且豐產(chǎn)性較好的種質(zhì)在圖1中的分布情況是遠(yuǎn)離Y軸且靠近X軸，選取11份材料(虛線橢圓內(nèi))作為代表性種質(zhì)資源，依次分別是綜合主成分值排名第45、23、41、37、15、14、32、26、29、48、31的08NH-16、DJ-1、長(zhǎng)豐4號(hào)、新海2號(hào)、長(zhǎng)豐3號(hào)、新海46號(hào)、新海47號(hào)、新海45號(hào)、新海31號(hào)、AW-2044、11-616。綜合第1、3主成分來看，纖維品質(zhì)優(yōu)異(纖維長(zhǎng)強(qiáng)度較高、細(xì)度較低)的種質(zhì)在圖2中的分布情況也是遠(yuǎn)離Y軸且靠近X軸，選取13份材料(虛線橢圓內(nèi))作為代表性種質(zhì)資源，依次分別是綜合主成分值排名第45、41、37、15、46、14、32、40、26、29、35、48、49的08NH-16、長(zhǎng)豐4號(hào)、新海2號(hào)、長(zhǎng)豐3號(hào)、新海24號(hào)、新海46號(hào)、新海47號(hào)、新海12號(hào)、新海45號(hào)、新海31號(hào)、新海41號(hào)、AW-2044、新海5號(hào)。上述種質(zhì)資源可以作為品質(zhì)、產(chǎn)量的優(yōu)異基因的載體資源被重點(diǎn)開發(fā)利用。

X:第一主成分；Y：第三主成分圖2 50份海島棉種質(zhì)第1 和3主成分二維排序圖Fig.2 Scatter plot based on the first and third PC

圖3 130份新疆海島棉種質(zhì)資源基于主要育種目標(biāo)性狀的聚類圖Fig.3 The clustering figure of 130 Sea Island cotton germplasm resources bred in Xinjiang based onbreeding targeted-traits

2.3 基于主要育種目標(biāo)性狀主成分的聚類分析

基于育種目標(biāo)性狀的前9個(gè)主成分值，利用系統(tǒng)聚類法對(duì)130份新疆海島棉種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析，并繪制出聚類分析圖(圖 3)。由圖3可知，在遺傳距離為5時(shí)，130份種質(zhì)資源被劃分為6個(gè)類群，其中絕大多數(shù)種質(zhì)(120份)被聚在第Ⅰ大類群，占總種質(zhì)資源的92.308 %；聚在第Ⅱ類群中的種質(zhì)有農(nóng)一師農(nóng)科所選育的167、3-2H和二師農(nóng)科所選育的新海32號(hào)，聚在第Ⅲ類群中的種質(zhì)有巴州農(nóng)科院選育的H5161和農(nóng)墾科學(xué)院選育的08NC-25H(棕)，聚在第Ⅳ類群的種質(zhì)有3份，均是由農(nóng)墾科學(xué)院選育的07NH-5、07NC-89H(棕)、03NH-7，而07NH-68和11-616分別被單獨(dú)聚在第Ⅴ和Ⅵ類群。聚類結(jié)果表明，基于育種目標(biāo)性狀主成分聚類群中的新疆海島棉種質(zhì)資源分布較為集中，這說明新疆海種質(zhì)資源的育種目標(biāo)性狀變異度不夠豐富，遺傳基礎(chǔ)較狹窄；新疆海島棉長(zhǎng)期以來的育種過程中所追求的育種目標(biāo)性狀較單一和相似。

3 討論與結(jié)論

育種目標(biāo)性狀通常包含對(duì)遺傳進(jìn)展更為有利的經(jīng)濟(jì)性狀[16]。在作物遺傳育中，育種家主要目的是根據(jù)適宜的育種目標(biāo)選育優(yōu)良性狀的個(gè)體，而如果僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)育種目標(biāo)性狀直觀分析和評(píng)價(jià)，由于性狀多、受評(píng)群體大且各性狀間存在著許多復(fù)雜相關(guān)性的影響，對(duì)分析和評(píng)價(jià)增加人為主觀性，對(duì)優(yōu)異種質(zhì)的評(píng)選工作帶來困難[17]。而多元分析可以從構(gòu)成性狀的多因素關(guān)系中揭示供試材料的特點(diǎn)和生物學(xué)意義，為遺傳材料的客觀評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)[8]。因此，對(duì)現(xiàn)有新疆海島棉種質(zhì)資源的育種目標(biāo)性狀進(jìn)行多元分析，可以科學(xué)客觀地評(píng)選出優(yōu)異種質(zhì)資源親本，對(duì)于促進(jìn)海島棉目標(biāo)性狀的有效選擇及優(yōu)化育種規(guī)劃有重要意義。多元分析中的主成分分析，可將新疆海島棉育種目標(biāo)性狀轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)主成分，根據(jù)種質(zhì)的主成分值，可以篩選出綜合育種目標(biāo)性狀表現(xiàn)優(yōu)良的種質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，入選的前9個(gè)主成分可以代表全部育種目標(biāo)性狀的生物學(xué)信息。進(jìn)一步通過計(jì)算各種質(zhì)的綜合主成分值，評(píng)選出了9份綜合育種目標(biāo)性狀優(yōu)良的種質(zhì)，分別是07NH-59(棕)、新海15號(hào)、DJ9031、天長(zhǎng)10號(hào)、k-416、新海30號(hào)、DJ09-172、DJ10149、04NC-20H(綠)，這些種質(zhì)對(duì)于新疆海島棉育種中親本選擇有重要參考價(jià)值。

主成分分析雖然可以達(dá)到降維簡(jiǎn)化信息的目的，但是難以確定各種質(zhì)的在主成分之間的具體分布情況和特點(diǎn)，而利用二維排序分析可以更加簡(jiǎn)潔、直觀地反映各種質(zhì)在主成分坐標(biāo)上的位置和分布特征[11]。根據(jù)前3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率較大，且為海島棉育種目標(biāo)性狀的關(guān)鍵因子(產(chǎn)量、品質(zhì)因子)的特點(diǎn)，通過二維排序分析，以第1主成分值為橫坐標(biāo)，分別以第2、3主成分值為縱坐標(biāo)繪制坐標(biāo)圖。在坐標(biāo)上可清晰地顯示出第1主成分值較大且第2、3主成分值適中的種質(zhì)分布情況和特點(diǎn)，據(jù)此評(píng)選出了13份高纖維品質(zhì)的優(yōu)異種質(zhì)和11份品質(zhì)、產(chǎn)量性狀結(jié)合十分理想的優(yōu)異種質(zhì)，這些種質(zhì)可以直接作為新疆海島棉品質(zhì)育種的優(yōu)良親本。因此，二維排序分析在區(qū)分供試材料產(chǎn)量、品質(zhì)性狀優(yōu)劣，以及評(píng)選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)方面具有簡(jiǎn)便直觀的特點(diǎn)。所以在種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和育種親本選擇時(shí)應(yīng)該依據(jù)主成分的排序，借助于二維排序分析，協(xié)調(diào)各主成分之間的關(guān)系，從而為選育出綜合性狀優(yōu)良的新品種提供依據(jù)[18]。

系統(tǒng)聚類分析既可以揭示品種類群間的遺傳差異與相互關(guān)系，又可以了解類群內(nèi)品種的遺傳相似性[19]，而在聚類分析中引入主成分的目的是用盡可能少的主成分說明生物學(xué)的大部分信息，減少統(tǒng)計(jì)的復(fù)雜性[20]。本研究基于育種目標(biāo)性狀主成分值，在歐氏距離為5時(shí)，將130份材料聚為六大類群，揭示出了類群或個(gè)類間的遺傳差異性，其中絕大多數(shù)(120份)種質(zhì)被聚在第Ⅰ大類群，說明該120份種質(zhì)間育種目標(biāo)性狀相似程度較高，遺傳背景差異不大，表明新疆海島棉育種目標(biāo)性狀變異度不夠豐富，新疆海島棉育種長(zhǎng)期以來追求的育種目標(biāo)過于單一，育種目標(biāo)性狀較相似。因此，目前在我國(guó)新疆海島棉產(chǎn)量已達(dá)到較高水平的前提下，未來育種目標(biāo)應(yīng)該朝向纖維品質(zhì)指標(biāo)協(xié)調(diào)化及適宜機(jī)采棉性狀發(fā)展，以更加豐富海島棉的育種目標(biāo)性狀。此外，品系07NH-68和11-616，分別被單獨(dú)聚在2個(gè)類群中，說明二者遺傳背景較遠(yuǎn)，育種目標(biāo)性狀差異較大，在后期遺傳育種中可以考慮作為雜種優(yōu)勢(shì)利用的親本來使用。

總之，對(duì)新疆海島棉育種目標(biāo)性狀進(jìn)行多元分析，才能較客觀地對(duì)其種質(zhì)資源作出系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)。而主成分分析和二維排序分析兩種方法綜合應(yīng)用可以更好地評(píng)價(jià)新疆海島棉優(yōu)良種質(zhì)的分布情況，評(píng)選出綜合育種目標(biāo)性狀和關(guān)鍵育種目標(biāo)性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源，為新疆海島棉品種遺傳改良的種質(zhì)利用提供科學(xué)依據(jù)。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Multivariate Analysis on Breeding Targeted-traits of Sea Island Cotton (G.barbadense) Bred in Xinjiang and Evaluation of Germplasm Resources

MA Qi1,2, SU Jun-ji1,2, NING Xin-zhu1, LI Ji-lian1, LIU Ping1, CHEN Hong1, LIN Hai1, DENG Fu-jun1*

(1.Cotton Research Institute, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science/Northwest Inland Region Key Laboratory of Cotton Biology and Genetic Breeding Ministry of Agriculture, Xinjiang Shihezi 832000, China; 2.State Key Laboratory of Cotton Biology, Henan Anyang 455000,China)

In order to provide a theoretical basis forG.barbadensebreeding and excellent parents, the multivariate analysis on major breeding targeted-traits and evaluation on germplasm resources ofG.barbadensebred in Xinjiang were conducted. Correlation analysis showed that there were significant or extremely significant correlation between some of the breeding targeted-traits ofG.barbadensebred in Xinjiang. Principal component analysis indicated that cumulative contribution rate of the first nine principal component was 87.966 %, biological information of the first three principal component was fiber quality and yield factor. According to comprehensive principal component value of each germplasm based on breeding targeted-traits ofG.barbadensebred in Xinjiang, nine germplasm resources which possessed superior integrated traits were selected out. A two-dimensional sorting analysis was performed based on the first three principal component values, using comprehensive principal component values of the top 50. Moreover, 13 germplasm resources of elite fiber quality as well as 11 germplasm resources of excellent fiber quality and yield were selected out. Cluster analysis based on the principal component showed that euclidean distance was 5, 130 germplasm resources are divided into six category groups, of which 92.308 % germplasm resources were gathered in group Ⅰ, two lines, 07NH-68 and 11-616, were rspectively clustered in group Ⅴand Ⅵ. These results indicated that the distribution ofG.barbadensebred in Xinjiang from clustering groups was relatively concentrated and the breeding targeted-traits which has long been in pursuit of were similar and single. Integrated application of principal component analysis and two-dimensional sorting analysis could better evaluate the excellentG.barbadensegermplasm resources bred in Xinjiang, which would provide scientific and objective basis for efficiently using germplasm resources ofG.barbadensebred in Xinjiang to achieve improvement breeding.

Sea Island cotton bred in Xinjiang; Breeding targeted-traits; Multivariate analysis; Germplasm resource evaluation

1001-4829(2016)07-1530-10

10.16213/j.cnki.scjas.2016.07.007

2015-06-17

棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金(CB2015A10); 國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2014BAD09B01); 新疆農(nóng)墾科學(xué)院青年基金(YQJ201503)

馬 麒(1990-)，男，甘肅人，碩士，助理研究員，主要從事棉花分子育種工作，*為通訊作者，E-mail：dengf.j@sohu.com。

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