不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子差異性分析

溫思鈺，曹彩榮，潘轉(zhuǎn)霞，3，郭寶生，楊六六，夏 芝，侯保國，李朋波，3

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000；3.棉花種質(zhì)資源利用與分子設計育種山西省重點實驗室，山西運城044000；4.河北省農(nóng)林科學院棉花研究所，河北石家莊050000）

棉花作為重要的經(jīng)濟作物，在紡織工業(yè)和食用油利用中發(fā)揮著巨大的作用。從1978 年以來，我國棉花種植面積呈下降趨勢，但棉花總產(chǎn)保持在600 萬t 以上，這得益于棉花單產(chǎn)的提高，從1978 年的445 kg/hm2增加到2018 年的1 819 kg/hm2，棉花單產(chǎn)提高了4 倍以上[1]。隨著棉花面積的繼續(xù)萎縮，培育高產(chǎn)棉花品種就成為主要的育種目標[2-3]。產(chǎn)量構(gòu)成因素對產(chǎn)量的影響較大，其他農(nóng)藝性狀大多數(shù)是通過影響產(chǎn)量構(gòu)成因素來間接的影響產(chǎn)量[4-5]。前人對于產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量間關(guān)系和影響規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，品種、生態(tài)環(huán)境和栽培技術(shù)上的不同都會導致產(chǎn)量構(gòu)成上的差異[6-9]。研究棉花品種改良過程中產(chǎn)量相關(guān)性狀的變化趨勢，對于明確育種目標、挖掘產(chǎn)量潛力有重要意義[10]。

鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分、收獲指數(shù)等產(chǎn)量相關(guān)性狀對棉花產(chǎn)量的影響較大，且品種改良過程中產(chǎn)量相關(guān)性狀的變化趨勢較為復雜[11-12]。宋錦花等[13]通過分析1979—2006 年江蘇省中熟轉(zhuǎn)基因棉花品種區(qū)域試驗的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同年代品種中皮棉產(chǎn)量增加速度放緩，鈴數(shù)逐步增加且增加幅度也逐漸變大，鈴質(zhì)量增加緩慢，2000 年以后育成品種衣分有所下降。孔繁玲等[14]結(jié)合區(qū)域試驗數(shù)據(jù)，對黃淮棉區(qū)1950—1994 年間10 個代表棉花品種的產(chǎn)量和產(chǎn)量相關(guān)性狀進行比較研究，發(fā)現(xiàn)不同時期棉花品種的產(chǎn)量并非直線上升，不同品種增產(chǎn)途徑不同，隨著品種更替，鈴數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，鈴質(zhì)量在不同時期品種間差異極顯著，但并未表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。棉花品種產(chǎn)量的提高歸功于鈴數(shù)和衣分，研究還發(fā)現(xiàn)不同歷史時期產(chǎn)量構(gòu)成因素對產(chǎn)量的貢獻率不同，在黃淮棉區(qū)株鈴數(shù)對產(chǎn)量的貢獻最大，這與周有耀等[15-16]的研究結(jié)論一致。張德貴等[17]通過對不同時期11 個代表棉花品種產(chǎn)量和產(chǎn)量相關(guān)性狀的比較分析，發(fā)現(xiàn)不同時期品種的平均皮棉產(chǎn)量逐步增加，鈴數(shù)和衣分增加趨勢明顯，鈴質(zhì)量變化趨勢不明顯，這與魏守軍等[18]研究結(jié)果相同。通過對長江流域棉區(qū)30 余年區(qū)試資料的分析，發(fā)現(xiàn)隨著棉花品種的更替，鈴質(zhì)量表現(xiàn)出上升的趨勢[17]。田海燕等[19]對河北省中早熟棉品種改良成效的分析中也有類似的發(fā)現(xiàn)。

本試驗采用189 份棉花骨干種質(zhì)和主推品種，收集多年多點產(chǎn)量性狀表型數(shù)據(jù)，通過分析不同產(chǎn)量水平間棉花品種產(chǎn)量構(gòu)成因子的差異，明確棉花品種改良過程中對產(chǎn)量提高貢獻較大的因素，在進一步開展產(chǎn)量育種中作為選擇的重要指標，為黃河流域棉區(qū)選育產(chǎn)量因子構(gòu)成更為合理的高產(chǎn)棉花品種奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為189 份棉花種質(zhì)資源，主要來自河北、山西、湖北、新疆等省份1985—2015 年育成的品種或品系，以及少部分早期國外引進品種。

1.2 試驗設計

試驗于2018 年在山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所南花農(nóng)場、2019 年在河北農(nóng)林科學院棉花研究所試驗基地進行。土壤肥力中等，4 月中下旬播種，播種密度為5.25 萬株/hm2，品種順序排列，2 次重復，每小區(qū)2 行，行長5 m，行距0.75 m，株距0.28 m，田間按當?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)進行管理。

1.3 測定項目及方法

收獲期間每小區(qū)選取具有代表性的10 株棉株，調(diào)查單株鈴數(shù)。從這10 株棉株上取20 個中部正常吐絮棉鈴，考查單鈴質(zhì)量、衣分。以收花后小區(qū)籽棉產(chǎn)量除以小區(qū)株數(shù)，計算該品種單株籽棉產(chǎn)量。參照辛承松等[20]提出的測定方法，選取小區(qū)內(nèi)整齊一致、具有代表性的5 株棉株，從近地面剪下，風干30 d 后，稱取單株秸稈質(zhì)量，以籽棉與秸稈的質(zhì)量比計算棉柴比，以此近似代表經(jīng)濟系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016 軟件進行整理后，利用SPSS 19.0 軟件進行變異系數(shù)、標準差等統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗材料劃分

表1 試驗材料劃分情況

從表1 可以看出，189 份棉花種質(zhì)資源的單株籽棉產(chǎn)量變化幅度為44.00～146.91 g，以石抗126（單株籽棉產(chǎn)量107.04 g）為參考，分別以單株籽棉產(chǎn)量80、100、125 g 為劃分標準，根據(jù)實際產(chǎn)量表現(xiàn)，將189 份試驗材料劃分為低產(chǎn)品種、中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種和超高產(chǎn)品種。

2.2 不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子表現(xiàn)和變異分析

從表2 可以看出，在低產(chǎn)品種中，變異系數(shù)最大的性狀是單株秸稈質(zhì)量，變異系數(shù)為24.25%，其次為棉柴比，變異系數(shù)為22.75%。鈴數(shù)（15.64%）和單株籽棉產(chǎn)量（11.64%）這2 個性狀變異系數(shù)介于10%～20%。在中產(chǎn)品種中，僅有單株秸稈質(zhì)量（18.25%）、棉柴比（16.80%）和鈴數(shù)（11.54%）這3 個性狀的變異系數(shù)大于10%。在高產(chǎn)品種中，變異系數(shù)大于10%的性狀有棉柴比（12.19%）、單株秸稈質(zhì)量（11.85%）、鈴數(shù)（10.60%）。在超高產(chǎn)品種中，單株秸稈質(zhì)量（12.04%）、鈴數(shù)（10.66%）這2 個性狀變異系數(shù)大于10%。綜合來看，4 種產(chǎn)量水平的品種中，低產(chǎn)品種每個性狀相比其他3 個產(chǎn)量水平的變異系數(shù)均較大，說明試驗材料中低產(chǎn)品種材料類型豐富。性狀變異系數(shù)越大，性狀值的變幅越大，該性狀被改良的可能性越大。高產(chǎn)品種和超高產(chǎn)品種性狀變異系數(shù)較小，可能是性狀被充分改良后導致控制表型值的基因獲得了富集。

2.3 不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子分布規(guī)律

由表2 和圖1 可知，28 份低產(chǎn)品種材料平均鈴數(shù)為16.96 個，其中，18 份低產(chǎn)品種鈴數(shù)為16.0～18.9 個。103 份中產(chǎn)品種材料平均鈴數(shù)為18.38 個，其中，57 份材料鈴數(shù)在16～19 個，占中產(chǎn)品種材料總數(shù)的55.34%。51 份高產(chǎn)品種的平均鈴數(shù)為20.94 個，高產(chǎn)品種鈴數(shù)較多地分布在19.0～21.9 個和22.0～24.9 個這2 個鈴數(shù)區(qū)間內(nèi)，共占高產(chǎn)品種總材料數(shù)的76.47%。7 份超高產(chǎn)品種的平均鈴數(shù)為26.66 個，鈴數(shù)區(qū)間主要在22.0～30.9 個。

表2 不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子表現(xiàn)和變異分析

低產(chǎn)品種鈴質(zhì)量主要分布在5.00～5.49 g 和5.50～5.99 g 2 個區(qū)間內(nèi)，分別占低產(chǎn)品種總材料數(shù)的39.29%和32.14%。中產(chǎn)品種鈴質(zhì)量主要分布在5.50～5.99 g 這個區(qū)間內(nèi)，占中產(chǎn)品種總材料數(shù)的39.80%。高產(chǎn)品種中49.02%的試驗材料鈴質(zhì)量在5.50～5.99 g 區(qū)間內(nèi)。

低產(chǎn)品種的衣分主要分布在36.0%～37.9%、38.0%～39.9%和40.0%～41.9%區(qū)間內(nèi)。中產(chǎn)品種的衣分主要分布在38.0%～39.9%和40.0%～41.9%區(qū)間內(nèi)。高產(chǎn)品種的衣分主要分布在36.0%～41.9%區(qū)間內(nèi)。

低產(chǎn)品種單株秸稈質(zhì)量主要分布在80.0～99.9 g 區(qū)間內(nèi)，中產(chǎn)品種單株秸稈質(zhì)量主要分布在80.0～99.9 g 和100.0～119.9 g 2 個區(qū)間內(nèi)，高產(chǎn)品種單株秸稈質(zhì)量主要分布在100.0～119.9 g 和120.0～139.9 g 2 個區(qū)間內(nèi)，7 份超高產(chǎn)品種的單株秸稈質(zhì)量分布在120.0～179.9 g 區(qū)間內(nèi)。

低產(chǎn)品種棉柴比主要分布在0.60～0.99 區(qū)間內(nèi)，12 份低產(chǎn)品種棉柴比小于0.8。中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種和超高產(chǎn)品種棉柴比主要分布在0.80～0.99和1.00～1.19 這2 個區(qū)間內(nèi)。

2.4 不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子變化趨勢分析

表3 不同產(chǎn)量水平棉花品種產(chǎn)量因子差值情況

從不同產(chǎn)量水平棉花品種性狀間差值（表3）看出，鈴數(shù)在四類棉花品種中呈增長趨勢，且隨著產(chǎn)量的提高增加幅度也在加大。比較四類品種在鈴質(zhì)量上的差值，低產(chǎn)品種與中產(chǎn)品種間鈴質(zhì)量差值為0.50 g，而中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種、超高產(chǎn)品種間鈴質(zhì)量上差異不顯著。不同產(chǎn)量水平品種衣分平均值的差值中，低產(chǎn)品種與中產(chǎn)品種衣分差異最大，差值為0.94%，但未達顯著水平。在單株秸稈質(zhì)量上，低產(chǎn)品種與中產(chǎn)品種間差值較小，中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種和超高產(chǎn)品種中單株秸稈質(zhì)量呈極顯著增加趨勢，且增加幅度逐漸增大。在四類品種中，中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種、超高產(chǎn)品種分別與低產(chǎn)品種在棉柴比上的差值都達極顯著水平，中產(chǎn)品種、高產(chǎn)品種和超高產(chǎn)品種在棉柴比這一性狀上的差異不顯著。棉柴比反映了該棉花品種的經(jīng)濟系數(shù)，棉柴比不是高產(chǎn)品種的必要條件，但較高的棉柴比是高產(chǎn)的基礎。

3 結(jié)論與討論

在品種類型、生態(tài)環(huán)境和栽培技術(shù)等因素的影響下，棉花產(chǎn)量構(gòu)成模式、產(chǎn)量因子及產(chǎn)量間的關(guān)系、產(chǎn)量相關(guān)性狀都出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律[21-22]。如何降低無關(guān)因素的干擾，研究產(chǎn)量因子對棉花產(chǎn)量提升的作用成為研究的一大難點[23-24]。本試驗利用多年多點消除環(huán)境影響，比較不同產(chǎn)量水平棉花品種在產(chǎn)量相關(guān)性狀上的差異，挖掘籽棉產(chǎn)量增加的原因。以石抗126 作為參考，按單株籽棉產(chǎn)量將189 份分為28 份低產(chǎn)品種、103 份中產(chǎn)品種、51 份高產(chǎn)品種和7 份超高產(chǎn)品種。分析這四類棉花品種產(chǎn)量相關(guān)性狀的變異系數(shù)，低產(chǎn)品種在四類品種中各個性狀變異系數(shù)均較大，說明低產(chǎn)品種材料來源廣泛、材料類型較為豐富。低產(chǎn)品種向超高產(chǎn)品種培育的過程中，性狀變異系數(shù)逐漸減小，這是品種改良過程中注重該性狀選擇的結(jié)果。高產(chǎn)品種中多個性狀的變異系數(shù)小于10%，也說明目前育種中可利用的高產(chǎn)品種材料多樣性較差，遺傳基礎較為狹窄。

結(jié)合產(chǎn)量相關(guān)性狀的平均值、頻數(shù)分布情況和性狀間差值，在四類品種中，單株籽棉產(chǎn)量增加的過程中，鈴數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢，且增加幅度不斷加大。鈴質(zhì)量在四類品種中先增加后趨于平緩。在四類產(chǎn)量水平中，隨著單株籽棉產(chǎn)量的增加，衣分這一性狀先增加，達到最大后逐漸降低。單株秸稈質(zhì)量隨著單株籽棉產(chǎn)量的增加呈持續(xù)增加趨勢，且增加幅度不斷增大。低產(chǎn)品種中棉柴比主要分布在0.60～0.99 范圍內(nèi)，低產(chǎn)品種中棉柴比較低的材料較多，中高產(chǎn)品種中棉柴比主要分布在0.80～0.99區(qū)間內(nèi)，說明在高產(chǎn)育種中，棉花的經(jīng)濟系數(shù)也獲得了同步的提高。

綜合來看，在低產(chǎn)品種向中產(chǎn)品種的培育過程中，鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分、單株秸稈質(zhì)量、棉柴比都獲得了選擇。在中產(chǎn)品種向高產(chǎn)品種培育的過程中，鈴數(shù)和單株秸稈質(zhì)量這2 個性狀有所增加，鈴質(zhì)量、棉柴比趨于穩(wěn)定，說明在現(xiàn)階段產(chǎn)量改良過程中，對產(chǎn)量貢獻更大的是鈴數(shù)和生物產(chǎn)量。因此，在黃河流域棉區(qū)，當前的棉花高產(chǎn)育種目標應該是在穩(wěn)定鈴質(zhì)量和衣分的前提下，著重選擇生物學產(chǎn)量高、成鈴性強的材料，通過產(chǎn)量因子的協(xié)同改良，綜合提高棉花的生產(chǎn)潛力，以獲得更高產(chǎn)量水平的品種。

志謝：中國農(nóng)業(yè)大學華金平教授在材料提供和試驗設計中給予了悉心的指導和幫助，新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)作所孔杰博士和河北農(nóng)林科學院旱作所戴茂華博士提供了部分試驗材料，在此表示感謝！