陸地棉品種(系)資源株型性狀與皮棉產(chǎn)量的關(guān)系

付遠(yuǎn)志，李鵬云，王浩麗，王清連，李成奇

(現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心/河南科技學(xué)院棉花研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003)

陸地棉品種(系)資源株型性狀與皮棉產(chǎn)量的關(guān)系

付遠(yuǎn)志，李鵬云，王浩麗，王清連，李成奇*

(現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心/河南科技學(xué)院棉花研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003)

以我國(guó)近年來(lái)育成或引進(jìn)的172份陸地棉骨干品種(系)為材料，對(duì)2年棉花株高、主莖長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、總果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、果枝長(zhǎng)度、果枝節(jié)間長(zhǎng)度和果枝夾角等8個(gè)株型性狀與皮棉產(chǎn)量進(jìn)行了變異、相關(guān)、通徑和回歸分析。結(jié)果表明，棉花株型性狀和皮棉產(chǎn)量的變異年度間差別不大；除主莖節(jié)間長(zhǎng)度與皮棉產(chǎn)量呈不顯著負(fù)相關(guān)，其它株型性狀均與皮棉產(chǎn)量呈不顯著或顯著正相關(guān)；2年除株高和主莖長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)方向相反，其它株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均方向一致；對(duì)皮棉產(chǎn)量直接貢獻(xiàn)最大的性狀是有效果枝數(shù)，其次是果枝節(jié)間長(zhǎng)度；回歸與相關(guān)、通徑結(jié)果吻合，表明可以通過提高有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度，降低總果枝數(shù)或果枝長(zhǎng)度促進(jìn)皮棉產(chǎn)量。研究結(jié)果為棉花株型育種的性狀選擇提供了理論參考。

株型性狀；皮棉產(chǎn)量；變異；相關(guān)；通徑；回歸

棉花株型與產(chǎn)量關(guān)系密切，合理的株型可以改良群體的透光性，提高光合效率，增加棉花產(chǎn)量[1-3]。通過合理密植、植物激素調(diào)控等栽培措施改良棉花群體結(jié)構(gòu)，可達(dá)到增產(chǎn)目的[4-6]。棉花株型育種是通過選擇合適的親本雜交，后代株型性狀選擇，最終培育高產(chǎn)棉花品種。當(dāng)前，棉花株型育種越來(lái)越引起育種家的重視。泗棉3號(hào)是我國(guó)20世紀(jì)90年代以來(lái)長(zhǎng)江流域育成的推廣面積最大的棉花品種,其選育的關(guān)鍵技術(shù)是,注重理想株型的塑造,協(xié)調(diào)綜合豐產(chǎn)性[7]。近年來(lái)關(guān)于棉花株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的影響已有較多報(bào)道，但多側(cè)重于栽培技術(shù)與管理措施方面[8-11]，對(duì)種質(zhì)或育種群體進(jìn)行株型與皮棉產(chǎn)量間關(guān)系的研究不是很多。田志剛等[12]、湯飛宇等[13-14]、Tang等[15]、Rauf等[16]和任頤等[17]以棉花參加區(qū)域試驗(yàn)品系或少數(shù)地方品種為材料，對(duì)株型性狀與皮棉產(chǎn)量進(jìn)行了相關(guān)、通徑或灰色關(guān)聯(lián)等分析。這些研究均是基于少數(shù)材料(品種或品系)研究性狀間的關(guān)系，育種應(yīng)用價(jià)值不大。為進(jìn)一步闡明棉花株型性狀與皮棉產(chǎn)量的關(guān)系，本研究以我國(guó)近年來(lái)育成或引進(jìn)的172份陸地棉骨干品種(系)為材料，利用變異、相關(guān)、通徑和回歸等方法對(duì)棉花株型性狀與皮棉產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)分析，為棉花株型育種的性狀選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的172份陸地棉品種(系)中，64份來(lái)自黃河流域棉區(qū)，25份來(lái)自長(zhǎng)江流域棉區(qū)，55份來(lái)自西北內(nèi)陸棉區(qū)，18份來(lái)自北部特早熟棉區(qū)，10份為國(guó)外引進(jìn)品種(具體材料未顯示)。所有材料均經(jīng)過多代自交。

1.2 田間種植與性狀考察

分別于2012、2013年將172份材料種植在河南科技學(xué)院棉花育種試驗(yàn)田，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，單行區(qū)，3次重復(fù)。每行14～16株，行長(zhǎng)5 m，行距1 m，大田常規(guī)管理。對(duì)2年所有材料，在棉花生長(zhǎng)后期分別考查株高、主莖長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、總果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、果枝長(zhǎng)度、果枝節(jié)間長(zhǎng)度和果枝夾角等8個(gè)株型性狀。其中，果枝長(zhǎng)度、果枝節(jié)間長(zhǎng)度和果枝夾角是在得到總果枝數(shù)的基礎(chǔ)上，調(diào)查植株中間2個(gè)果枝，取其平均值。棉花收獲后考種獲得單株皮棉產(chǎn)量(為便于描述，以下簡(jiǎn)稱皮棉產(chǎn)量)。將各材料3次重復(fù)的平均值作為該材料當(dāng)年性狀的表型值，最終獲得2012和2013年的株型性狀和皮棉產(chǎn)量表型值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)；利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行性狀的變異、相關(guān)、通徑和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2年株型性狀與皮棉產(chǎn)量的變異分析

由表1得出，2年各株型性狀與皮棉產(chǎn)量變幅均較大，顯示了材料間較高的遺傳多樣性。2年各性狀的變異程度及變異趨勢(shì)基本一致。2012年各性狀的變異系數(shù)由大到小依次為皮棉產(chǎn)量、果枝長(zhǎng)度、有效果枝數(shù)、果枝節(jié)間長(zhǎng)度、主莖長(zhǎng)度、株高、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、總果枝數(shù)和果枝夾角；2013年各性狀的變異系數(shù)由大到小依次為皮棉產(chǎn)量、果枝長(zhǎng)度、有效果枝數(shù)、果枝節(jié)間長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、主莖長(zhǎng)度、株高、總果枝數(shù)和果枝夾角。

2.2 2年株型性狀與皮棉產(chǎn)量的相關(guān)分析

由2年株型性狀間的相關(guān)分析(表2)得出，2年各株型性狀間的相關(guān)基本一致。2年株高、主莖長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度和有效果枝數(shù)分別與其他7個(gè)株型性狀呈一致的或正或負(fù)相關(guān)關(guān)系，僅存在顯著與不顯著區(qū)別?？偣?shù)與果枝長(zhǎng)度和果枝節(jié)間長(zhǎng)度，果枝節(jié)間長(zhǎng)度與果枝夾角2年相關(guān)不一致，2012年均呈正相關(guān)，2013年均呈負(fù)相關(guān)。由各株型性狀與皮棉產(chǎn)量間的相關(guān)分析得出，2年各株型性狀與皮棉產(chǎn)量間的相關(guān)差別不大。除主莖節(jié)間長(zhǎng)度與皮棉產(chǎn)量間2年均呈不顯著負(fù)相關(guān)，其他各株型性狀與皮棉產(chǎn)量間均呈不顯著或顯著正相關(guān)。

表1 2年株型性狀與皮棉產(chǎn)量的變異分析

表2 2年株型性狀與皮棉產(chǎn)量的相關(guān)分析

注：上三角和下三角分別為2012和2013年各性狀間的相關(guān)系數(shù)；* 和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著。 Note: The data are correlation coefficients among all traits in 2012 above the diagonal and in 2013 under the diagonal; *, ** indicate significance at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.3 2年株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的通徑分析

相關(guān)分析只反映了性狀間的相互關(guān)系，并不能準(zhǔn)確說(shuō)明各性狀對(duì)某一特定性狀的貢獻(xiàn)大小。通徑分析可將性狀間的相關(guān)系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，從而反映某一自變量對(duì)因變量的直接貢獻(xiàn)和間接貢獻(xiàn)[18]。為此，進(jìn)一步對(duì)棉花株型性狀與皮棉產(chǎn)量進(jìn)行了通徑分析。由表3得出，株高對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)2012年為負(fù)值、2013年為正值，可通過主莖長(zhǎng)度或果枝節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。主莖長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)2012年為正值、2013年為負(fù)值，可通過有效果枝數(shù)或株高對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。主莖節(jié)間長(zhǎng)度兩年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為負(fù)值，可通過主莖長(zhǎng)度或株高對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)?？偣?shù)2個(gè)年份對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為負(fù)值，可通過有效果枝數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。有效果枝數(shù)2年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為正值，可通過主莖長(zhǎng)度或果枝節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。果枝長(zhǎng)度2年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為負(fù)值，可通過有效果枝數(shù)或果枝節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。果枝節(jié)間長(zhǎng)度2年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為正值，可通過有效果枝數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。果枝夾角2年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為正值，可通過有效果枝數(shù)或主莖節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量起較大間接貢獻(xiàn)。

2.4 2年株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的回歸分析

由于影響棉花皮棉產(chǎn)量的性狀很多，這些性狀很可能存在多重共線性。為避免發(fā)生多重共線性現(xiàn)象，采用多元逐步回歸對(duì)早熟性狀與皮棉產(chǎn)量進(jìn)行了回歸分析(表4)。由回歸方程得出，2012年總果枝數(shù)(X4)、有效果枝數(shù)(X5)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度(X7)對(duì)皮棉產(chǎn)量有極顯著影響，其中有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度為正向，總果枝數(shù)為負(fù)向；2013年有效果枝數(shù)(X5)、果枝長(zhǎng)度(X6)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度(X7)對(duì)皮棉產(chǎn)量有極顯著影響，其中有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度為正向，果枝長(zhǎng)度為負(fù)向。結(jié)果與相關(guān)、通徑分析吻合。

3 討論與結(jié)論

作物株型多屬于數(shù)量性狀，受基因型和環(huán)境共同控制。株型又與其它性狀如產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等存在相關(guān)關(guān)系，在水稻、小麥、玉米等禾谷類作物上已有較多報(bào)道[19-22]。了解性狀間的相關(guān)關(guān)系，有助于對(duì)性狀選擇提供科學(xué)決策。變異分析得出，2012年各性狀的變異系數(shù)由高到低依次為皮棉產(chǎn)量、果枝長(zhǎng)度、有效果枝數(shù)、果枝節(jié)間長(zhǎng)度、主莖長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、總果枝數(shù)和果枝夾角，2013年除主莖節(jié)間長(zhǎng)度的變異系數(shù)排序中有所提高，其余性狀的排序沒有改變，說(shuō)明棉花株型性狀和皮棉產(chǎn)量的變異年度間差別不大。性狀的變異程度反映了其受基因型和環(huán)境的影響程度，變異程度大的性狀應(yīng)在較大的后代群體中進(jìn)行選擇，反之亦然。相關(guān)分析表明，2年各株型性狀與皮棉產(chǎn)量的相關(guān)基本一致，其中，株高和總果枝數(shù)均與皮棉產(chǎn)量呈不顯著或顯著正相關(guān)，與多數(shù)學(xué)者結(jié)論一致[2, 13, 16, 23]；有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度均與皮棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明它們與皮棉產(chǎn)量關(guān)系非常密切，通過增加有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度可提高皮棉產(chǎn)量。

表3 2年株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的通徑分析

注：X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、Y分別為株高、主莖長(zhǎng)度、主莖節(jié)間長(zhǎng)度、總果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、果枝長(zhǎng)度、果枝節(jié)間長(zhǎng)度、果枝夾角、皮棉產(chǎn)量；a)和b)分別表示2012和2013年。 Note:X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,Yrepresent plant height, stem length, stem internode length, total fruit branches, effective fruit branches, fruit branch length, fruit branch internode length, fruit branch angle and lint yield per plant, respectively; a) and b) represent 2012 and 2013,respectively.

表4 2年株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的回歸分析

通徑分析表明，2年除株高和主莖長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)年度間方向相反，其它株型性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均方向一致(均或正或負(fù))。2年對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)最大的性狀均為有效果枝數(shù)，其次為果枝節(jié)間長(zhǎng)度；主莖節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為負(fù)值，但可通過主莖長(zhǎng)度或株高使皮棉產(chǎn)量有較大提升，這與湯飛宇等[13]的報(bào)道一致。2年總果枝數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為負(fù)值，果枝夾角對(duì)皮棉產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)均為正值，這與前人的一些結(jié)果不一致[2]，可能與各自采用的試驗(yàn)材料有關(guān)。本研究選用來(lái)自我國(guó)各大棉區(qū)及國(guó)外引進(jìn)的172份陸地棉骨干品種(系)進(jìn)行分析，材料的遺傳背景豐富，結(jié)果具有較高的可信度?；貧w與相關(guān)、通徑分析結(jié)果吻合，表明可以通過提高有效果枝數(shù)和果枝節(jié)間長(zhǎng)度，降低總果枝數(shù)或果枝長(zhǎng)度促進(jìn)皮棉產(chǎn)量。百棉1號(hào)是本試驗(yàn)中皮棉產(chǎn)量最高的品種(2年平均46.97 g)，其株型表現(xiàn)為株高適中(2年平均113.39 cM)，莖桿粗壯抗倒伏，果枝上舉，株型清秀，通風(fēng)透光好，有效果枝數(shù)多(2年平均12.94 cM)[24]。因此，棉花株型育種尤其要重視有效果枝數(shù)的選擇。本研究中提高果枝節(jié)間長(zhǎng)度和降低果枝長(zhǎng)度促進(jìn)皮棉產(chǎn)量是不矛盾的。郝良光[25]的研究表明，棉株外圍鈴脫落遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)圍鈴。因此，提高果枝節(jié)間長(zhǎng)度、減少易脫落的外圍果枝長(zhǎng)度，可以降低田間遮陰率，提高養(yǎng)分利用率，達(dá)到增產(chǎn)目的。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，利用分子標(biāo)記鑒定棉花株型性狀QTL已有較多報(bào)道[26-31]，如王新坤[27]等以陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1和經(jīng)60Coγ射線照射獲得的矮稈突變體Ari1327為材料，利用SSR分子標(biāo)記和F2群體鑒定到4個(gè)株高 QTL，可解釋的聯(lián)合表型貢獻(xiàn)率達(dá) 74.53 %。這些研究使在分子水平上剖析株型與產(chǎn)量間的關(guān)系成為可能，結(jié)合常規(guī)選擇，最終實(shí)現(xiàn)棉花株型育種的重大突破。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Relationship of Plant Architecture Traits and Lint Yield of Upland Cotton Variety (Line) Resources

FU Yuan-zhi, LI Peng-yun,WANG Hao-li,WANG Qing-lian, LI Cheng-qi*

(Collaborative Innovation Center of Modern Biological Breeding, Henan Province / Cotton Research Institute, Henan Institute of Science and Technology, Henan Xinxiang 453003, China)

A total of 172 backboneG.hirsutumvarieties (lines) bred or introduced in recent years in our country were selected as experimental materials, and the variation, correlation, path and regression analyses for eight cotton plant architecture traits(plant height, stem length, stem internode length, total fruit branches, effective fruit branches, fruit branch length, fruit branch internode length and fruit branch angle with lint yield in two-year data were made. The results showed that there were a little difference of the cotton plant architecture traits and lint yield between different years; Except the correlation of stem internode length with lint yield was not significantly negative, the other plant architecture traits with lint yield were not significant or significant positive correlation; In two years, except the direct contributions of plant height and stem length to lint yield were both in opposite direction, the direct contributions of the other architecture traits to lint yields were all in same direction; The trait of the biggest direct contribution to lint yield was effective fruit branches, followed by fruit branch internode length; The result of regression analysis was consistent with the correlation and the path coefficient, indicating that the lint yield by increasing effective fruit branches and fruit branch internode length or reducing fruit branches and fruit branch length could be promoted. The results would provide some theory references for the traits selecting in cotton plant architecture breeding.

Plant architecture traits; Lint yield; Variation; Correlation; Path; Regression

1001-4829(2016)09-2063-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.09.010

2015-09-20

河南省科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(14A210006)；河南省高校青年骨干教師資助計(jì)劃(2013GGJS-136)；河南科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(201102)

付遠(yuǎn)志(1978-)，女，河南睢縣人，講師，從事棉花數(shù)量遺傳研究，E-mail : fuyuanzhi@hist.edu.cn，*為通訊作者。

S562

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