基于生育期和農(nóng)藝性狀的棉花品種(系)適應(yīng)性評價(jià)

王俊鐸，鄭巨云，龔照龍，艾先濤，郭江平，莫 明，李雪源，梁亞軍

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉、商品棉生產(chǎn)和出口基地，棉花總產(chǎn)、單產(chǎn)、面積連續(xù)多年穩(wěn)居全國首位[1]。新疆棉花單位面積生產(chǎn)成本隨勞動(dòng)力成本增長而上漲，機(jī)采棉在新疆得到大面積推廣[2]。當(dāng)前新疆種植的棉花品種主要來源于歷史選育品種、外地引進(jìn)品種等，還存在品種多，品系雜，引種不規(guī)范等問題。研究新疆棉花品系的生態(tài)適應(yīng)性，對篩選棉花品種(系)有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】李洪等[3]利用主成分分析，評價(jià)11個(gè)不同玉米品種在晉北地區(qū)的適應(yīng)性，為晉北地區(qū)品種選育提供參考。呂建珍等[4]利用主成分分析法，對引進(jìn)的18份春播谷子品種(系)進(jìn)行生態(tài)適應(yīng)性鑒定，為我國東北與西北春播谷子區(qū)品種選育提供科學(xué)依據(jù)。傅曉藝等[5]對水旱兼用型小麥新品種石麥 28 號，利用方差分析和多重比較進(jìn)行適應(yīng)性分析，石麥 28 號是一個(gè)水旱兼用型小麥品種，適宜在河北省中南部和黃淮旱地區(qū)域種植。田閔玉等[6]利用相關(guān)性分析、主成分分析和隸屬函數(shù)值法，對14份引進(jìn)菠菜品種(系)的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較分析和綜合評價(jià)，為高原地區(qū)菠菜良種推廣提供科學(xué)依據(jù)。丁逸帆等[7]采用GGE雙標(biāo)圖法，分析了14個(gè)大麥品種在江蘇地區(qū)8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和區(qū)域適應(yīng)性。【本研究切入點(diǎn)】當(dāng)前棉花研究主要集中在單一性狀或某一方面抗性上，對棉花品種的生態(tài)適應(yīng)性分析較少。研究基于生育期和農(nóng)藝性狀的棉花品種(系)適應(yīng)性評價(jià)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于生育期和農(nóng)藝性狀利用主成分分析法，對20個(gè)棉花品種(系)進(jìn)行適應(yīng)性分析，分析評價(jià)新疆棉花適應(yīng)性，篩選適應(yīng)性強(qiáng)的棉花品種(系)，為新疆棉花優(yōu)異品種的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院第一師16團(tuán)陸地棉育種基地進(jìn)行。前茬作物為棉花，供試土壤為中等肥力，0～30 cm土壤有機(jī)質(zhì)7.50 g/kg，全氮0.58 g/kg，速效氮35.97 mg/kg，有效磷1.82 mg/kg，有效鉀19.35 mg/kg。該區(qū)光熱資源豐富，農(nóng)業(yè)為灌溉農(nóng)業(yè)，農(nóng)作物為1年一熟制。

供試材料為國家種質(zhì)資源庫收集品種，對照材料(當(dāng)?shù)刂髟云贩N)為中棉49號(CK)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，小區(qū)面積8.5 m×2.3 m = 19.55 m2，機(jī)采棉膜下滴灌種植模式。隨機(jī)區(qū)組排列，3重復(fù)，田間管理同大田生產(chǎn)。2017年4月15日播種，2018年4月10日播種，9月初開始，根據(jù)不同品種成熟情況陸續(xù)收獲。

1.2.2 測定指標(biāo)

播種后10～15 d，開始生育期調(diào)查，選擇有代表性的植株連續(xù)5株，定點(diǎn)測定農(nóng)藝性狀，成熟期取樣測定品質(zhì)性狀。測定指標(biāo)19個(gè)，包括參試棉花品種生育期(X1)、株高(X2)、果枝始節(jié)高度(X3)、果枝數(shù)(X4)、鈴數(shù)(X5)、籽指(X6)、籽棉重(X7)、皮棉重(X8)、單鈴重(X9)、衣分(X10)、667m2產(chǎn)籽棉(X11)、上半部平均長度(X12)、斷裂比強(qiáng)度(X13)、馬克隆值(X14)、斷裂伸長率(X15)、短纖維指數(shù)(X16)、成熟度指數(shù)(X17)、紡織一致性指數(shù)(X18)、長度整齊度指數(shù)(X19)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用主成分分析法，計(jì)算每個(gè)品種的綜合得分，依據(jù)每個(gè)品種的得分情況對各供試品種進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種生育期

研究表明，2017年，生育期最短的品種是J170633，僅122 d，低于對照(136 d)14 d。品種J170635、J170636、J170637生育期最長為147 d，高于對照品種11 d。以CK的生育期(136 d)為界限，則20個(gè)參試品種中J170633、J170634、J170644、J170646、J170647、J170648六個(gè)品種生育期低于136 d，其余品種生育期均高于對照品種。2018年，品種J170635最晚進(jìn)入蕾期但最早進(jìn)入絮期，這導(dǎo)致其有最短的生育期(127 d)低于對照組8 d，和J170635具有相同生育期的還有J170633和J170641兩個(gè)品種。生育期最長的是J170634，為145 d高于對照10 d。但2018所有參試品種中，只有品種J170634生育期高于對照，其余的品種生育期均低于對照。圖1

2.2 不同棉花品系生育期與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

研究表明，多項(xiàng)指標(biāo)間呈顯著或極顯著相關(guān)性。2017年，參試品種生育期與株高、果枝數(shù)、上半部平均長度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.372、0.283和0.351，與馬克隆值和成熟度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.259和-0.317。株高與始節(jié)高度呈和馬克隆值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.288和0.260，但與短纖維指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.266。果枝始節(jié)與斷裂比強(qiáng)度和紡織一致性指數(shù)都呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.407和0.330。果枝數(shù)與鈴數(shù)呈顯著正相關(guān)，但與馬克隆值和成熟度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.401和-0.451。鈴數(shù)與籽棉重、單鈴重呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)，與成熟度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.332和-0.399。籽指與上半部平均長度、斷裂強(qiáng)度比、紡織一致性指數(shù)和長度整齊度指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.449、0.446、0.445和0.327，與短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。上半部平均長度與斷裂強(qiáng)度比、紡織一致性指數(shù)、長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.495、0.906和0.557，與馬克隆值和成熟度指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.599和-0.442。斷裂比強(qiáng)度與紡織一致性指數(shù)和長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.658、0.428和-0.388。馬克隆值與短纖維指數(shù)和紡織一致性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與成熟度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。成熟度指數(shù)和紡織一致性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.408。

2018年，參試品種生育期與衣分、馬克隆值和成熟度指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與上半部平均長度和紡織一致性指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.393、-0.559、-0.576和0.526、0.372。對比2017年，生育期對馬克隆值和成熟度指數(shù)的影響較為一致。株高與果枝數(shù)、籽棉重、皮棉重、單鈴重、衣分、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、成熟度指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.709、0.380、0.522、0.380、0.374、0.268、0.447和0.445。與2017年株高對馬克隆值的影響趨勢一致。果枝數(shù)與皮棉重、衣分、籽棉單產(chǎn)均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.380、0.402和0.348，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)系數(shù)為-0.348，和2017年的情況相似。籽指與籽棉重、單鈴重、上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、紡織一致性指數(shù)和長度整齊度指數(shù)都呈極顯著正相關(guān)，與衣分和短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與2017年的情況完全一致，籽指是一個(gè)對于棉花多個(gè)農(nóng)藝性狀具有穩(wěn)定關(guān)系的指標(biāo)。籽棉重與斷裂比強(qiáng)度、紡織一致性指數(shù)、長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與2017年的情況具有相同的趨勢。皮棉重與單鈴重、衣分、667 m2產(chǎn)籽棉、馬克隆值都呈極顯著正相關(guān)，與成熟度指數(shù)和長度整齊度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與上半部平均長度和短纖維指數(shù)分別呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)，給你2017年的趨勢相同但相關(guān)性顯著程度有所區(qū)別。單鈴重與667 m2產(chǎn)籽棉、斷裂比強(qiáng)度、紡織一致性指數(shù)、長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與2017年具有相同的趨勢，但顯著性更明顯。衣分的情況和單鈴重類似，與斷裂比強(qiáng)度和成熟度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與上半部平均長度和紡織一致性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。667 m2產(chǎn)籽棉與斷裂伸長率呈極顯著正相關(guān)。上半部平均長度與馬克隆值和短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與紡織一致性指數(shù)和長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。斷裂比強(qiáng)度與成熟度指數(shù)、紡織一致性指數(shù)、長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與斷裂伸長率和短纖維指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。圖1，表1

注：A圖為2017年參試材料生育期情況，B圖為2018年參試材料生育期

2.3 不同棉花品系生育期與農(nóng)藝性狀的主成分

研究表明，2017年和2018年的試驗(yàn)19個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率均達(dá)到100%，19個(gè)因子對棉花綜合性狀的評價(jià)均有貢獻(xiàn)。

根據(jù)主成分對應(yīng)特征值大于1的原則提取主成分，在2年的試驗(yàn)結(jié)果中分別提取到6個(gè)主成分。2017和2018年第一主成分的貢獻(xiàn)率分別為23.264%和26.245%，前6個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了78.154%和82.839%，前6個(gè)主成分基本代表了棉花主要生長性狀80%左右的遺傳信息，可以用這6個(gè)主成分來反映19個(gè)原始性狀指標(biāo)的基本遺傳信息。表2

表2 不同棉花品系生育期與農(nóng)藝性狀的主成分Table 2 Principal component analysis of growth stages and agronomic traits of different cotton strains

2.4 影響主成分的主要性狀

研究表明，2017年，第一主成分的農(nóng)藝性狀指標(biāo)主要有籽指、斷裂比強(qiáng)度、紡織一致性指數(shù)和長度整齊度指數(shù)，主成分1是由上述幾個(gè)指標(biāo)共同決定的一個(gè)綜合指標(biāo)，其中斷裂比強(qiáng)度的荷載值最大，為0.268，但紡織一致性指數(shù)和籽指的荷載值分別為0.228和0.212，3個(gè)指標(biāo)的影響程度差異不大，認(rèn)為Z1是品質(zhì)因子；2018年，第一主成分的變量和2017年試驗(yàn)趨勢一致，貢獻(xiàn)率和2017年試驗(yàn)接近，則2018年試驗(yàn)的Z1也被定義為品質(zhì)因子。2018年試驗(yàn)決定第二主成分大小的主要因素是籽棉重、單鈴重、皮棉重、667 m2產(chǎn)籽棉，其貢獻(xiàn)率為22.355%，將其定義為產(chǎn)量因子(Z2);2017年試驗(yàn)第二主成分貢獻(xiàn)率為16.146%，其中正向載荷較高的是皮綿重、籽棉重和單鈴重，荷載指數(shù)分別為0.234、0.320和0.320，與2018年試驗(yàn)具有相同趨勢，定義為產(chǎn)量因子(Z2)。第三主成分中，2018年試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為13.491%，其中長度整齊度指數(shù)和紡織一致性指數(shù)載荷較高符號為正，故稱其為整齊度因子(Z3)；2017年試驗(yàn)第三主成分貢獻(xiàn)率為15.263%，高于2018年試驗(yàn)，2年的試驗(yàn)具有相同趨勢。第四主成分中，2017年試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為9.275%，其中株高的荷載值最大，為0.558，稱為株高因子(Z4)；但2018年試驗(yàn)第四主成分與2017年試驗(yàn)結(jié)果不同，斷裂伸長率載荷值在19個(gè)指標(biāo)中最大(0.421)，定義Z4為斷裂伸長率因子。第六主成分2017年試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為5.874%，其中斷裂伸長率載荷值最大，為0.616，定義為斷裂伸長率因子(Z6)；而第六主成分2018年試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為6.464%，其中果枝始節(jié)載荷值最高，定義為果枝始節(jié)因子(Z6)。各性狀載荷值分布有所差異可能由于2年的氣候、土壤情況等自然條件不同造成。表3

2.5 基于主成分分析的棉花品系綜合評價(jià)

2017年試驗(yàn)供試的20個(gè)棉花品種中，品質(zhì)因子得分最高的是品種J170636，產(chǎn)量因子得分最高的是品種J170641，整齊度因子得分最高的是品種J170632，株高因子得分最高的是品種J170650，斷裂伸長率因子得分最高的是品種J170640。綜合因子得分最高的是品種J170634，最低的是品種J170644。2018年試驗(yàn)依據(jù)主成分分析劃分的幾個(gè)主成分中，品質(zhì)因子得分最高的是品種J170641，產(chǎn)量因子得分最高的是品種J170644，整齊度因子得分最高的是品種J170631，斷裂伸長率因子得分最高的是品種J170647，果枝始節(jié)得分最高的是品種J170643。綜合因子得分最高的是品種J170647，最低的是品種J170637。

品種J170647在2年的試驗(yàn)中分別為第一和第六，品種J170650分別為第四和第七，品種J170640分別為第三和第九，這些品種的生態(tài)適應(yīng)性較好。品種J170644在2017年試驗(yàn)中排名第二十，但在2018年試驗(yàn)中排名第三；品種J170645在2017年試驗(yàn)中排名第十九，但在2018年試驗(yàn)中排名第五；品種J170646在2017年試驗(yàn)中排名第十四，但在2018年試驗(yàn)中排名第二；品種J170642在2017年試驗(yàn)中排名第十七，但在2018年試驗(yàn)中排名第五，這幾個(gè)品種適應(yīng)性表現(xiàn)不穩(wěn)定。品種J170633在2017年試驗(yàn)中排名第十六，在2018年試驗(yàn)中排名第十四；品種J170632在2017年試驗(yàn)中排名第十三，在2018年試驗(yàn)中排名第二十，這2個(gè)品種在該地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性較差。表4

3 討 論

3.1 生育期是影響作物生態(tài)適應(yīng)性主要指標(biāo)之一

生育期是影響作物生態(tài)適應(yīng)性的主要指標(biāo)之一[8-9]，篩選生育期與生態(tài)氣候條件相適宜的作物品種是引種的首要條件[10-11]。李洪等[3]主要以不同品種在晉北地區(qū)的生育期、株高、穗長等生物學(xué)性狀來評價(jià)參試材料的適應(yīng)性；朱大偉等[12]研究發(fā)現(xiàn)緯度每升高1°水稻全生育期平均增加3 d左右，南粳9108適宜在N32～ 34°地區(qū)種植。梅麗等[13]篩選適宜北京地區(qū)的藜麥品種時(shí)，考慮的是參試品種的生育期，適宜作為糧景兼用型的品種為晚熟型，其中紅藜1和紅藜2育期140 ～ 149 d，最為合適。張建學(xué)等[14]分析 8 個(gè)甘藍(lán)型冬油菜品種在隴東南干旱山區(qū)適應(yīng)性時(shí)發(fā)現(xiàn)，參試品種在不同生態(tài)區(qū)域間的生育期差異較大，不同品種在同一試驗(yàn)點(diǎn)生育期也存在較大差異。品種的生育期是研究其生態(tài)適應(yīng)性的主要指標(biāo)之一[15]，研究對供試的20個(gè)棉花品種在2年試驗(yàn)中的生育期情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2017年參試品種中僅有6個(gè)品種的生育期短于對照，2018年除J170634外其他參試品種生育期均短于對照，參試材料在2年的試驗(yàn)中，生育期變化差異較大，主要是由于氣象因子影響較大，從中篩選出了J170631、J170644、J170646、J170647四個(gè)品種2年的生育期變化較小，其適應(yīng)性較強(qiáng)。

3.2 棉花品種的穩(wěn)定性對生態(tài)適應(yīng)性極為重要

優(yōu)良的品種應(yīng)該具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[16]，即在不同的生態(tài)條件下均表現(xiàn)出接近的產(chǎn)量和質(zhì)量，這有利于品種的大面積推廣和引種[17]。石海春等[18]用高穩(wěn)系數(shù)法和 Eberhart--Russell 模型綜合分析了玉米品種瑞玉16 的豐產(chǎn)性及適應(yīng)性，確定其適宜種植范圍廣，具有良好的生產(chǎn)潛力和推廣應(yīng)用價(jià)值，高金鋒[19]采用 Franics和Kannenberg模型對6個(gè)蕎麥品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性及適應(yīng)性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)榆蕎-4、北早生和固引1號3個(gè)品種穩(wěn)定性、適應(yīng)性較好。付亮等[20]利用R語言統(tǒng)計(jì)模型，分析和評價(jià)了17個(gè)冬小麥品種穩(wěn)定性和適應(yīng)性，認(rèn)為新麥 35、鄭麥 103和周麥 36在各個(gè)試點(diǎn)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性較好。林坤等[21]為分析評價(jià)魯西南地區(qū)主栽的 10個(gè)小麥品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，利用聯(lián)合方差分析、線性回歸分析和 AMMI模型對 3個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究通過對20個(gè)參試品系進(jìn)行2年品比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)參試品系生育期、上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度等重要指標(biāo)的表現(xiàn)具有較大差異，品系J170635在2017年試驗(yàn)中的生育期為147 d，但在2018年的生育期僅127 d，相差20 d，其穩(wěn)定性較差；通過主成分分析，發(fā)現(xiàn)品質(zhì)因子得分最高的是品種J170636，產(chǎn)量因子得分最高的是品種J170641，整齊度因子得分最高的是品種J170632，綜合因子得分最高的是品種J170634。2018年品質(zhì)因子得分最高的是品種J170641，產(chǎn)量因子得分最高的是品種J170644，整齊度因子得分最高的是品種J170631，綜合因子得分最高的是品種J170647。從2年的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)參試品系的生態(tài)穩(wěn)定性較差，需要對其進(jìn)一步選擇。

4 結(jié) 論

比較20份棉花品種資源在2017和2018年2年的生育期、株高、果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、鈴數(shù)、籽指、上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率、短纖維指數(shù)、成熟度指數(shù)等共計(jì)19個(gè)指標(biāo)的表現(xiàn)，篩選出J170640、J170647、J170650三份綜合性狀表現(xiàn)較好的品種(系)，在該地區(qū)具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性。品種J170644、J170645、J170646在2年的試驗(yàn)中適應(yīng)性表現(xiàn)差異較大，穩(wěn)定性較差；品種J170633、J170632在該地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性較差。