新疆海島棉聯(lián)合試驗(yàn)品系表型性狀遺傳多樣性分析

李小童，白玉林，杜斌，王承強(qiáng)，劉紹歡，劉霞

（新疆溢達(dá)紡織有限公司，烏魯木齊830054）

新疆是我國(guó)唯一的長(zhǎng)絨棉生產(chǎn)區(qū)[1]，自20世紀(jì)50年代從國(guó)外引種種植以來(lái)，新疆長(zhǎng)絨棉育種經(jīng)歷了引種、系統(tǒng)選育、兼顧高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)等綜合性狀選育的不同育種階段，利用不同的選育方法培育出了多個(gè)適合不同生態(tài)區(qū)的優(yōu)良長(zhǎng)絨棉新品種[2]。近些年審定的長(zhǎng)絨棉品種數(shù)量較多，株型大多為緊湊型、零式果枝，上半部平均長(zhǎng)度為36.65 mm，斷裂比強(qiáng)度為44.09 cN·tex－1，馬克隆值略微升高，鈴重和衣分無(wú)明顯差異，但主栽品種不穩(wěn)定、纖維超長(zhǎng)超強(qiáng)等單一或復(fù)合品質(zhì)性狀突出的長(zhǎng)絨棉新品種少的問(wèn)題依然存在。隨著紡織產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，不僅對(duì)原棉纖維上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度的要求越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)馬克隆值、纖維細(xì)度及纖維成熟度的要求也越來(lái)越高；并且隨著大眾生活水平的不斷提升，高支紗產(chǎn)品的市場(chǎng)越來(lái)越廣闊，要求育種者應(yīng)順應(yīng)市場(chǎng)需求，分梯度選育適合不同紗線生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原棉。目前新疆長(zhǎng)絨棉品種選育工作已取得了很大的進(jìn)步，主要的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀遺傳改良效果顯著[3-4]。對(duì)不同審定品種進(jìn)行遺傳多樣性及其遺傳背景分析發(fā)現(xiàn)，雖然新疆長(zhǎng)絨棉審定品種的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)在不斷的提升，但親本遺傳基礎(chǔ)狹窄、核心親本使用普遍的問(wèn)題依然存在[5-6]。

本研究對(duì)參加新疆長(zhǎng)絨棉新品種（系）審定的參試材料進(jìn)行遺傳多樣性分析，旨在了解目前各單位參試品種（系）表型性狀的遺傳規(guī)律及品種遺傳基礎(chǔ)，明確目前各育種單位的選育特點(diǎn)，以期為今后的長(zhǎng)絨棉育種工作提供借鑒，并在產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)性狀方面尋求質(zhì)的突破，培育出農(nóng)戶喜愛(ài)和符合市場(chǎng)需求的長(zhǎng)絨棉新品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為2016年和2017年參加新疆聯(lián)合試驗(yàn)的長(zhǎng)絨棉新品系（表1），由各參試單位提供；2016年參試材料32份，2017年參試材料31份，共63份。另選審定品種以作比較，包括新海13號(hào)至新海41號(hào)，新海44號(hào)至新海47號(hào)及新海50號(hào)共34份材料，由新疆溢達(dá)紡織有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用間比排列，2次重復(fù)，行長(zhǎng)6.6 m，平均行距38.33 cm，株距11.0 cm，6行區(qū)，小區(qū)面積15 m2。試驗(yàn)在新疆阿拉爾市10團(tuán)20連進(jìn)行，前茬作物為棉花，土質(zhì)為沙壤土，土壤肥力均勻，年度間田間管理一致。

1.3 性狀調(diào)查及方法

全生育期對(duì)所有參試材料進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查。8月下旬每小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的連續(xù)10株調(diào)查株高、第一果枝節(jié)位、第一果枝高度、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)和脫落率；8月下旬至9月上旬進(jìn)行吐絮日期調(diào)查，計(jì)算生育期；10月中旬每小區(qū)整株收取100個(gè)棉鈴考種，測(cè)定鈴重、衣分和籽指，并將軋花所得皮棉寄至原農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（烏魯木齊）進(jìn)行纖維品質(zhì)測(cè)試。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用MS Excel和SPSS 11.0對(duì)表型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)、遺傳多樣性指數(shù)等參數(shù)，將表型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（無(wú)量綱化處理），計(jì)算參試材料的歐式距離，并以Ntsys 2.10的離差平方和法對(duì)表型數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。

表1 新疆長(zhǎng)絨棉聯(lián)合試驗(yàn)參試材料名稱和選育單位

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀分析

對(duì)2016年和2017年新疆長(zhǎng)絨棉聯(lián)合試驗(yàn)的63個(gè)品系的16個(gè)表型性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2）發(fā)現(xiàn)：10個(gè)主要農(nóng)藝性狀中，脫落率的變異系數(shù)最大，達(dá)29.2%；第一果枝高度、第一果枝節(jié)位、單株鈴數(shù)和株高，其變異系數(shù)分別為23.9%、21.0%、17.7%和17.2%；衣分變異系數(shù)最小，僅為5.1%。變異系數(shù)的大小與表型性狀數(shù)據(jù)的變異范圍呈正相關(guān)，說(shuō)明目前參加自治區(qū)長(zhǎng)絨棉審定參試材料的單株鈴數(shù)和產(chǎn)量還有很大的提升空間。

對(duì)6個(gè)纖維品質(zhì)性狀分析結(jié)果表明，斷裂伸長(zhǎng)率的變異系數(shù)最大（14.4%），變異范圍為4.0%～6.9%；其次為斷裂比強(qiáng)度的8.4%，變異范圍為34.5～51.4 cN·tex－1；長(zhǎng)度整齊度指數(shù)的變異系數(shù)最小（1.3%），變異范圍為86.5%～91.2%。

16個(gè)表型性狀中遺傳多樣性指數(shù)在1.094～2.069，平均值為1.853。其中株高的遺傳多樣性指數(shù)最高，為2.069，然后依次是籽指、果枝數(shù)和馬克隆值，其遺傳多樣性指數(shù)分別為2.066、2.050和2.038；衣分的遺傳多樣性指數(shù)最低。

表2 參試品系表型性狀變異及遺傳多樣性分析

2.2 表型性狀聚類分析

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用離差平方和法進(jìn)行聚類分析，計(jì)算不同參試品系的歐式遺傳距離（圖1）。從圖1可以看出，在閾值為27.024時(shí)，可將參試品系分為3大類，分別包含9、23和31個(gè)品系；在閾值為20.980時(shí)，第3大類可分為2個(gè)亞類，分別包含12和19個(gè)品系。

分析可知：不同參試品系的遺傳距離變幅為1.531～45.664，平均遺傳距離為5.373。參試品系的遺傳距離變幅增加反映出不同育種單位品種的遺傳基礎(chǔ)不斷擴(kuò)增和豐富[7]。同一單位選育或表型性狀相近的參試品種（系）大多數(shù)聚成一類，其中產(chǎn)量性狀高、纖維品質(zhì)優(yōu)良的31個(gè)參試品種（系）均聚在第三類群，側(cè)面反映出各參試單位的選育特點(diǎn)及核心種質(zhì)使用普遍的問(wèn)題依然存在。

從表型性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）可知，各類群參試品系表型性狀差異較大，各具代表性，很好地反映了參試品系的特點(diǎn)。第Ⅰ類群的品系主要表現(xiàn)為：早熟、矮稈、果枝始節(jié)低、果枝多，單株結(jié)鈴性強(qiáng)、衣分高、脫落率低、籽指小和纖維品質(zhì)較差。第Ⅱ類群品系的特點(diǎn)是：生育期長(zhǎng)、株高中等、始節(jié)位高、單株結(jié)鈴數(shù)少、鈴重低、衣分低，纖維品質(zhì)優(yōu)于第Ⅰ類群。第Ⅲ類群的品系的熟性、果枝始節(jié)、單株結(jié)鈴數(shù)、脫落率和衣分居中，而株高、果枝數(shù)、鈴重、籽值和纖維品質(zhì)優(yōu)于第Ⅰ、Ⅱ類群。

2.3 參試品系與新疆已審定長(zhǎng)絨棉品種的性狀比較分析

參試品系與新疆已審定長(zhǎng)絨棉品種比較發(fā)現(xiàn)：參試品系的鈴重高于參試的34個(gè)審定品種，衣分和籽指差異不大；纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度、長(zhǎng)度整齊度和紡紗均勻性指數(shù)均優(yōu)于審定品種，馬克隆值差異不大，但斷裂伸長(zhǎng)率低于審定品種。

圖1 參試品系表型性狀聚類圖

表3 不同聚類類群品系表型性狀分析

表4 參試品系與新疆自育審定長(zhǎng)絨棉品種表型性狀比較

由表5得知，海島棉纖維斷裂伸長(zhǎng)率與纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度、長(zhǎng)度整齊度和紡紗均勻性指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為－0.585、－0.866、－0.499和－0.811，說(shuō)明斷裂伸長(zhǎng)率隨著其他纖維品質(zhì)指標(biāo)的提升呈降低的趨勢(shì)。

表5 參試品系纖維品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

16個(gè)海島棉的表型性狀變異系數(shù)范圍為5.1%～29.2%，平均遺傳多樣性指數(shù)為1.853。分析發(fā)現(xiàn)纖維品質(zhì)的遺傳多樣性指數(shù)幾乎均高于平均值，說(shuō)明纖維品質(zhì)在海島棉遺傳育種中還具有很大的改良和利用潛力。聚類分析將63份參試材料聚為3大類，并且具有明顯的類群關(guān)系，類群之間表現(xiàn)出了明顯的區(qū)域性和育種家選育特點(diǎn)。

隨著參試品系纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度、長(zhǎng)度整齊度和紡紗均勻性指數(shù)的不斷提升，其纖維的斷裂伸長(zhǎng)率呈降低趨勢(shì)，從而影響紗線的內(nèi)在彈性。此結(jié)果雖然與纖維品質(zhì)性狀間的相關(guān)性有關(guān)系，但也從側(cè)面反映出育種與紗線研發(fā)的脫節(jié)及育種材料遺傳基礎(chǔ)狹窄的問(wèn)題依然存在。但6個(gè)纖維品質(zhì)性狀中斷裂伸長(zhǎng)率的變異系數(shù)最大，其育種利用空間很大，育種家應(yīng)利用其潛力育成綜合纖維品質(zhì)優(yōu)良的長(zhǎng)絨棉新品種。

對(duì)不同環(huán)境的參試品種（系）合并進(jìn)行聚類分析無(wú)法消除環(huán)境對(duì)相關(guān)性狀的影響，從而對(duì)聚類結(jié)果產(chǎn)生影響。因此對(duì)兩年的參試材料單獨(dú)做聚類分析發(fā)現(xiàn)：同一單位選育或表型性狀相近的參試品種（系）大多聚為一類，與兩年表型合并分析結(jié)果一致；但兩年合并聚類分析時(shí)其歐式距離會(huì)略微變大。兩年參試材料單獨(dú)和合并進(jìn)行聚類分析時(shí)均發(fā)現(xiàn)，近一半品種都聚類在同一類群中，這可能與核心種質(zhì)的普遍使用有關(guān)（聯(lián)合試驗(yàn)參試品系未提供親本來(lái)源）。

對(duì)審定品種和參試品系的農(nóng)藝性狀分析可以看出，大部分參試品種株高較高（80 cm以上），始果節(jié)位有降低趨勢(shì)，這對(duì)籽棉產(chǎn)量有提升作用[12]，但限制了長(zhǎng)絨棉的機(jī)械化采收[13]。而且高稈品種對(duì)水肥、溫度較敏感，若水肥調(diào)控不當(dāng)或遇惡劣環(huán)境蕾鈴脫落嚴(yán)重，從而影響棉田產(chǎn)量和種植戶收入，進(jìn)而影響種植戶種植積極性及品種推廣。近些年隨著紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面審定長(zhǎng)絨棉品種不能滿足優(yōu)質(zhì)紗線生產(chǎn)的要求；另一方面，紗線與原棉指標(biāo)之間的相互關(guān)系以及原棉品質(zhì)主要指標(biāo)是否真正能夠衡量原棉和紗線品質(zhì)優(yōu)劣的問(wèn)題依然值得研究。因此，長(zhǎng)絨棉育種工作者在培育新品種時(shí)，要多進(jìn)行農(nóng)戶走訪及紗廠和市場(chǎng)調(diào)研，培育出農(nóng)戶喜愛(ài)種植、滿足優(yōu)質(zhì)紗線生產(chǎn)及具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的長(zhǎng)絨棉新品種。