200份陸地棉種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析

王俊鐸，龔照龍，梁亞軍，艾先濤，郭江平，莫 明，李雪源，鄭巨云

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

0 引 言

【研究背景】棉花作為重要的經(jīng)濟作物，其自身商品化率達到95%以上[1，2]。新疆棉花單位面積生產(chǎn)成本隨之上漲[3]。隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲棉全面推廣，存纖維細度變粗、纖維長度變短、纖維強度下降、纖維馬克隆值增大等問題，棉花品種培育任務(wù)艱巨[4]?！厩叭搜芯窟M展】李飛等[5]將 172 份陸地棉材料共 19 個農(nóng)藝性狀進行主成分分析和聚類分析，主成分分析結(jié)果表明，19 個性狀可簡化為彼此互不相關(guān)的 5 個主成分，這 5 個主成分累計貢獻率達 80.253%。劉娜等[6]利用聚類分析法和主成分分析法,綜合評價分析了319份陸地棉材料耐鹽表型數(shù)據(jù)的遺傳多樣性，結(jié)果表明，陸地棉遺傳多樣性非常豐富。李武等[7]對黃河流域 102 個棉花材料的 9 個農(nóng)藝性狀進行主成分及聚類分析，結(jié)果表明，棉花品種株高越高相應(yīng)的營養(yǎng)枝、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)增多，單鈴質(zhì)量提高，生育期延長；棉花品種第1果枝著生節(jié)位較高，生育期延長，營養(yǎng)枝較多，單株鈴數(shù)增多，單鈴質(zhì)量提高，衣分也會上升；同一品種的籽指越大，相應(yīng)的衣分就會降低，導(dǎo)致皮棉產(chǎn)量下降?！颈狙芯壳腥朦c】合理選擇、利用棉花種質(zhì)資源對當前棉花育種起著至關(guān)重要的作用，而種質(zhì)資源表型的多樣性在育種材料的搜集中是核心問題[7,8,9]。當前大多數(shù)對于種子資源多樣性的研究基于農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀，而基于生育期和形態(tài)指標的研究較少。研究陸地棉種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究基于生育期和形態(tài)指標利用遺傳多樣性分析、聚類分析，綜合分析200份棉花種質(zhì)資源，為當前的棉花優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源篩選、創(chuàng)新、拓寬棉花種質(zhì)基因庫工作提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院第一師16團陸地棉育種基地進行。該基地位于塔里木河源頭(阿克蘇河、葉爾羌河、和田河)交匯點附近的平原荒漠綠洲區(qū)內(nèi)，海拔為 1 014 m，屬典型的極端干旱氣候，蒸發(fā)強烈。年平均降水量45.7 mm、蒸發(fā)量 1 876.6～2 558.9 mm、日照時數(shù) 2 950 h，無霜期207 d。土壤質(zhì)地為砂壤土，前茬作物為棉花。

從國家種質(zhì)資源庫收集200份陸地棉種質(zhì)資源，2017～2018年在第一師16團陸地棉育種基地種植鑒定。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用田間小區(qū)試驗方法，小區(qū)面積8.5 m×2.3 m = 20 m2，行距(66+10)cm，株距10出苗，機采棉膜下種植模式。每個品種3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，田間管理同大田生產(chǎn)。2017年于4月15日播種，2018年于4月10日播種，從9月初開始，根據(jù)不同品種的成熟情況陸續(xù)收獲。

1.2.2 指標測定

于8月20日測試株型、植株色素腺體、莖色、主莖硬度、莖毛或葉毛多少等指標；于10月5日測定種子短絨著生情況、短絨顏色、種子短絨著生情況、種子短絨顏色、種仁色素腺體、吐絮顏色等指標(棉花DUS測試指南[5])。表1

表1 棉花形態(tài)指標測定標準

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花種植資源生育期

研究表明，從苗期到蕾期的時長從20～38 d不等，78%的品種時長集中在25～33 d，其中品種J170764和J170809時間最長(38 d), 品種J170739 時長最短(22 d)；從蕾期到花期平均時長為39 d，71.5%的品種時長集中在34～43 d，200份材料中品種J170776、J170818和J170827時長最長(48 d), 品種J170664時長最短(24 d)；花期到絮期的時長跨度最大，品種J170814僅為43 d(最短)但品種J170637、J170639等8個品種時長為84 d(最長)相差41 d，平均時長為70 d，其中53.5%集中在67～78 d；種質(zhì)資源的生育期差異明顯。圖1

注：A：苗期-蕾期時長分布；B：為蕾期-花期時長分布；C：為花期-絮期時長分布；D：為生育期時長分布

2.2 棉花種植資源形態(tài)指標遺傳多樣性

研究表明，參試材料的21個性狀的遺傳多樣性指數(shù)(H′)變幅范圍在0～1.02；種子短絨顏色的遺傳多樣性指數(shù)(H′)最高(1.02)，其次是莖毛葉毛多少(0.97)，葉色(0.72)，種子短絨顏色、莖毛或葉毛多少、葉色多樣性較為豐富。葉片形狀的遺傳多樣性指數(shù)(H′)是(0)，所有材料的的葉片性狀一致；再次是葉基斑和果枝類型(都為0.03)大部分材料的葉基斑和果枝類型相同。表2

表2 形態(tài)指標遺傳多樣性

2.3 對種質(zhì)資源進行聚類

利用歐式距離對參試材料進行聚類，200份材料可以劃分為6大類，其中第1大類有30份，主要以株型為筒型，莖色紫紅色，莖毛少，葉色紅色，種子短絨顏色灰褐色材料為主；第2大類主要以170177為主的20份材料，株型為塔型，無植株色素腺體，種子短絨著生稀毛，種子短絨顏色綠褐色，有種仁色素腺體，吐絮顏色乳白；第3大類有31份，主要是株型為塔型，無植株色素腺體，莖色為綠色，葉色深綠色，種子短絨顏色灰綠色，無種仁色素腺體為主；第4大類20份，主要特征為主要是株型為塔型，有植株色素腺體，莖色為紅色，主莖硬度硬，莖毛中，有葉基斑，有限果枝類型，有種仁色素腺體，吐絮顏色為白色；第5大類有34份，主要特征為株型為塔型，有植株色素腺體，莖色為綠色，主莖硬度中，莖毛多，葉色為深綠色，有葉基斑，有限果枝類型，花冠黃色，有種仁色素腺體，吐絮顏色為乳白色；第6大類50份，所占比例較大，主要特征為株型塔型，有植株色素腺體，莖色為綠色，無莖毛，葉色深綠色，葉片大小中，無葉基斑，有限果枝類型，黃色花冠，黃色花藥，鈴著生方式單生，鈴型卵圓，種子短絨著生情況多毛，種子短絨顏色灰綠色，有種仁色素腺體，吐絮顏色白色。圖1

圖2 利用歐式距離對參試材料進行聚類

3 討 論

袁東升等[10]對其新收集的266份番茄種質(zhì)資源35個表型性狀指標進行了遺傳多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析，以確定材料的遺傳多樣性豐富程度以及變異程度。趙勇等[11]基于農(nóng)藝性狀分級數(shù)據(jù)，采用方差、廣義遺傳力、主成分、聚類和判別分析等統(tǒng)計方法，對 317 份甘蔗種質(zhì)資源進行綜合評價分析，篩選農(nóng)藝性狀表現(xiàn)優(yōu)良的種質(zhì)資源。并在此基礎(chǔ)上，采用1次旋光法，對篩選出的優(yōu)良種質(zhì)資源甘蔗糖分進行評價。王沛琦等[12]以來自國內(nèi)外的 312 份紅花種質(zhì)為材料，采用主成分分析與聚類分析，對 6 個主要表型性狀進行多樣性分析,結(jié)果表明，紅花種質(zhì)資源主要表型性狀的遺傳變異豐富。我國不是棉花的起源中心，雖然通過引進收集，逐漸完成了數(shù)量的積累，但棉花遺傳基礎(chǔ)仍比較狹窄，棉花基因資源的多樣性較低[13]。研究將200份棉花種質(zhì)材料基于形態(tài)指標進行多樣性分析，遺傳多樣性指數(shù)(H′)變幅范圍在0～1.02，這與李慧琴等[14]的研究情況有所不同。聚類分析已被廣泛用于作物種質(zhì)資源分類和遺傳多樣性的研究，研究將200份棉花種質(zhì)材料基于形態(tài)指標通過聚類分析劃分為6大類，但聚類分析所用的形態(tài)指標數(shù)據(jù)一定程度上受到環(huán)境條件影響，若想進一步取得更為理想的聚類分析結(jié)果，應(yīng)在嚴格控制試驗環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，對試驗進行更加系統(tǒng)的研究。

新疆作為我國棉花主產(chǎn)區(qū)，但當前面臨著棉花纖維品質(zhì)較差、棉花黃萎病大流行、棉花不耐鹽堿、干旱和高溫等因素，嚴重制約了棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因而迫切需要對國內(nèi)外棉花資源進行考察收集[13]。長期的人工選擇也會進一步造成棉花遺傳基礎(chǔ)比較狹小[15]，研究中，遺傳多樣性指數(shù)(H′)變幅范圍在0～1.02，也說明參試材料的多樣性不夠豐富。

4 結(jié) 論

200份種質(zhì)資源的遺傳多樣性豐富，其中第1大類30份材料，莖色紫紅色，種子短絨顏色灰褐色材料為主，可以作為彩色棉花育種資源；以170177為主的20份材料種子短絨著生稀毛，種子短絨顏色綠褐色可以作為早熟、無酚、耐高溫的育種材料；第6大類50份，可以作為目前新疆育種材料親本，主要特征為株型塔型，無莖毛，葉色深綠色，葉片大小中，無葉基斑，有限果枝類型，黃色花冠，黃色花藥，種子短絨著生情況多毛，種子短絨顏色灰綠色，有種仁色素腺體，吐絮顏色白色。