河西走廊棉花種質(zhì)資源鑒定分類研究

朱新明，詹有俊，楊濤，孫建船，張璇

（酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 酒泉735000）

隨著棉花生產(chǎn)環(huán)境的變化和紡織工業(yè)的發(fā)展,對(duì)棉花品種的主要農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀，尤其是適宜輕簡(jiǎn)化機(jī)械化優(yōu)質(zhì)高效栽培要求越來(lái)越高。新疆近年來(lái)提出了 “雙30”（即纖維上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度分別達(dá)到30 mm 和30 cN·tex－1） 的棉花品種選育目標(biāo)，以滿足機(jī)械化采收和原棉市場(chǎng)需求。 棉花新品種的推陳出新必須有優(yōu)良的種質(zhì)資源和先進(jìn)的育種技術(shù)做支撐。為此，種質(zhì)資源的鑒定分析、創(chuàng)新改良在新品種選育過(guò)程中就顯得十分重要。筆者對(duì)多年來(lái)征集鑒定的棉花種質(zhì)資源運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分挖掘其蘊(yùn)含的遺傳信息，為河西走廊棉花新品種選育提供優(yōu)良親本，提高育種成效。

1 材料與方法

材料來(lái)源于酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院棉花研究所1994 年以來(lái)征集到的部分種質(zhì)資源[1]，鑒定的282 份材料包括國(guó)外引進(jìn)品種資源19 份， 地方品種及自主改良創(chuàng)新的42 份， 其余均從國(guó)內(nèi)科研院校引進(jìn)。對(duì)征集到的種質(zhì)資源，采用邊種植鑒定、邊分類整理歸檔、邊雜交改良的技術(shù)路線和方法。 分批次在棉花枯萎病圃和無(wú)枯、黃萎病田中進(jìn)行田間種植鑒定，室內(nèi)考種。 重點(diǎn)考查生育期、株高、第一果枝節(jié)位、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分、百粒籽棉重、衣指、枯萎病發(fā)病株率（剖稈鑒定）、枯萎病指（剖稈鑒定）、纖維分梳長(zhǎng)度12 個(gè)性狀指標(biāo)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

利用Shannon-Weaver 遺傳多樣性信息指數(shù)（H′）來(lái)衡量種質(zhì)資源的遺傳多樣性[2-3]。對(duì)每個(gè)性狀進(jìn)行10 個(gè)等級(jí)劃分， 每個(gè)0.5σ 為1 級(jí)， 計(jì)算第1級(jí)[xi＜（（xˉ－2σ)]到第10 級(jí)[xi＞（xˉ＋2σ）]中每一級(jí)種質(zhì)資源某一性狀出現(xiàn)的頻數(shù)概率（Pi）。計(jì)算公式：H′＝－∑Pi×ln（Pi）.

其中，Pi為某一性狀第i 級(jí)別內(nèi)材料數(shù)量占材料總量的百分比，ln 為自然對(duì)數(shù)，xˉ為性狀表型平均值，σ 為標(biāo)準(zhǔn)差。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件， 計(jì)算各性狀指標(biāo)的平均值（E）、標(biāo)準(zhǔn)差（s）、最大值、最小值，以及變異系數(shù)（Coefficient of variation,CV）和遺傳多樣性指數(shù)。

變異系數(shù)：CV＝s/E×100.

2 結(jié)果與分析

鑒定分析的12 個(gè)主要農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀（表1，由于存在缺失值樣本須剔除， 所以各性狀樣本數(shù)不同），其遺傳多樣性指數(shù)平均為1.90。表明這些棉花種質(zhì)資源的遺傳多樣性非常豐富。其遺傳多樣性指數(shù)排序：株高＞生育期＞第一果枝節(jié)位＞衣分＞果枝數(shù)＞鈴重＞枯萎病發(fā)病株率＞百粒籽棉重＞單株結(jié)鈴數(shù)＞分梳長(zhǎng)度＞枯萎病指＞衣指。變異系數(shù)平均為27.95%，種質(zhì)資源間差異比較大。 不同性狀的變異系數(shù)排序：枯萎病病指＞枯萎病發(fā)病株率＞單株結(jié)鈴數(shù)＞鈴重＞第一果枝節(jié)位＞株高＞衣指＞果枝數(shù)＞百粒籽棉重＞衣分＞生育期＞分梳長(zhǎng)度。

表1 棉花種質(zhì)資源農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)統(tǒng)計(jì)描述

2.1 農(nóng)藝性狀

生育期、株高、第一果枝節(jié)位、果枝數(shù)4 個(gè)性狀指標(biāo)的遺傳多樣性指數(shù)為1.97～2.09，遺傳多樣性信息非常豐富（表1）。

鑒定材料的生育期平均為138.6 d， 變異系數(shù)7.67%，各品系間差異小，總體偏向中早熟。 這與針對(duì)河西走廊特早熟棉區(qū)生態(tài)特點(diǎn)， 以生育期短、矮化密植促進(jìn)早熟的目標(biāo)一致。 其遺傳多樣性指數(shù)2.07。鑒定的種質(zhì)資源中生育期在120～138 d 的品系122 份， 占47.1%； 生育期小于118 天的品系5份， 分別是中7-3、 金塔草棉、 豫2067、77-118 和9509-494，可用作新品種選育的特早熟親本。

鑒定材料的株高為35.5～90.5 cm， 平均為65.2 cm,變異系數(shù)14.48%，遺傳多樣性指數(shù)2.09。其中株高小于46.3 cm 的品系4 份， 分別是siz44791、中621、浙ZW-1 和1059，可作為創(chuàng)制矮稈品種的首選材料。 株高大于84.0 cm 的品系4份：121A-2、 酒696、P-1 和酒04-1-1， 但其株型緊湊、節(jié)間短，可用作耐密性親本。

第一果枝節(jié)位是品種早熟性和機(jī)采選育的關(guān)鍵指標(biāo)之一， 西北內(nèi)陸棉區(qū)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是5 節(jié)左右，第一果枝節(jié)位高度在18 cm 左右[4]。鑒定的種質(zhì)資源中第一果枝節(jié)位低于5.0 節(jié)的品系有164 份，占65.6%，這些種質(zhì)資源生育期相對(duì)較短，可作為早熟親本利用；第一果枝節(jié)位在4.7～5.3 節(jié)的品系有82 份，占32.8%。

果枝數(shù)平均為9.5，變幅5.6～12.0，變異系數(shù)10.85%， 遺傳多樣性指數(shù)1.97。 其中， 果枝數(shù)在8.0～11.0 的品系有227 份，占90.8%；果枝數(shù)大于11.50 的品系5 份，占2.0%。

2.2 產(chǎn)量性狀

單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分是構(gòu)成產(chǎn)量的主要因素，其遺傳多樣性指數(shù)為1.88～2.00，遺傳信息較為豐富。

鑒定材料的平均單株結(jié)鈴數(shù)8.3，最高為21.0，變異系數(shù)高達(dá)30.89%。 除品種間差異外，環(huán)境因素對(duì)單株結(jié)鈴數(shù)影響也較大。 鑒定的種質(zhì)資源中，單株結(jié)鈴數(shù)在8.0 個(gè)以上的品系有128 份，占50.0%。鑒定材料的平均鈴重為5.7 g，變異系數(shù)15.26%，遺傳多樣性指數(shù)1.95。 其中，鈴重在4.8～5.8 g 的品系有112 份，占45.5%，這些品系熟性、產(chǎn)量適中，與河西走廊植棉區(qū)生態(tài)特點(diǎn)相吻合，可作為重點(diǎn)改良對(duì)象。 鈴重大于5.9 g 的品系有108 份，占43.9%。這些品系生育期相對(duì)較長(zhǎng)，可作為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)親本資源加以改良利用。

衣分平均為40.0%，變異系數(shù)8.62%，遺傳多樣性指數(shù)2.00。其中，衣分在40.0%～44.8%的品系有89 份，占41.0%，是重點(diǎn)改良創(chuàng)新應(yīng)用的骨干親本。 衣分在45.0%～47.3%的品系有11 份，占5.0%。

多年育種生產(chǎn)實(shí)踐表明，河西走廊棉花新品種選育要求單株結(jié)鈴數(shù)8.0 個(gè)以上， 鈴重5.5g 左右，衣分≥40.0%，籽棉產(chǎn)量5 700 kg·hm－2以上[1]。 依此標(biāo)準(zhǔn)，B46、酒393、9509-494 等41 份種質(zhì)資源綜合表現(xiàn)好，單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分等產(chǎn)量性狀適中，在新品種選育和資源創(chuàng)新利用方面應(yīng)繼續(xù)當(dāng)作骨干親本。

2.3 枯萎病

鑒定的種質(zhì)資源中，枯萎病發(fā)病株率（剖稈）和枯萎病指（剖稈）的變異系數(shù)都特別大，表明各品系對(duì)枯萎病的抗性反應(yīng)差異明顯；兩個(gè)指標(biāo)的遺傳多樣性指數(shù)分別為1.92 和1.58。 病情指數(shù)能更好地反映發(fā)病株率與發(fā)病嚴(yán)重度的綜合關(guān)系。按照朱荷琴等[5]劃分的抗病類型：對(duì)該區(qū)棉花枯萎病免疫的品系17 份，高抗的37 份，抗病的25 份，耐病的27份，感病的72 份。

2.4 纖維分梳長(zhǎng)度

分梳長(zhǎng)度是早期育種學(xué)家室內(nèi)考種傳統(tǒng)鑒定棉花纖維長(zhǎng)度的最直接方法。鑒定的種質(zhì)資源分梳長(zhǎng)度為17.4～38.6 mm，平均為30.2 mm，遺傳多樣性指數(shù)1.81；品系間性狀差異小，變異系數(shù)7.66%。其中， 分梳長(zhǎng)度在29.0～31.0 mm 的品系120 份，占49.4%；大于34.8 mm 的長(zhǎng)纖維品系4 份，分別是HCR316、墾M07、中植棉L15 和川98。

3 聚類分析

3.1 聚類結(jié)果

對(duì)103 份（另外的179 份品系由于數(shù)據(jù)缺失沒有進(jìn)行聚類分析）種質(zhì)資源的生育期、株高、第一果枝節(jié)位、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、分梳長(zhǎng)度、衣分、衣指、枯萎病指10 個(gè)性狀指標(biāo)，進(jìn)行K- 均值快速聚類，分屬于7 個(gè)類別，各類別間除鈴重外性狀的特征差異顯著（表2 和表3）。

3.2 各類特征特性

第1 類種質(zhì)資源生育期短，平均128.9 d；植株矮，平均株高59.2 cm。 屬于早熟矮稈資源。 第2 類種質(zhì)資源生育期較長(zhǎng)，枯萎病重，其他性狀適中。第3 類種質(zhì)資源生育期長(zhǎng)，平均145.6 d；單株結(jié)鈴數(shù)多，平均9.5 個(gè)；衣分高，平均42.9%。第4 類種質(zhì)資源高抗枯萎病，平均病指（剖稈）3.8。 主要農(nóng)藝性狀適中，平均生育期139.9 d、第一果枝節(jié)位4.8。 單株結(jié)鈴數(shù)8.5 個(gè)，鈴重5.9 g，其產(chǎn)量性狀中等偏上。纖維分梳長(zhǎng)度30.5 mm，衣分41.1%。 該類是河西走廊棉花新品種選育的首選親本資源。第5 類種質(zhì)資源生育期較短，平均129.3 d，株高較矮，平均60.8 cm。單株果枝數(shù)較多，為9.5；單株結(jié)鈴7.3 個(gè)，較低；鈴重、纖維分梳長(zhǎng)度、衣分、衣指中等，抗枯萎病性能較好。 第6 類種質(zhì)資源高感枯萎病，病指（剖稈）平均82.3。第7 類種質(zhì)資源果枝數(shù)多，平均為10.1；鈴重為6.2 g，生育期131.6 d，株高77.2 cm，第一果枝節(jié)位5.1 節(jié)，單株結(jié)鈴8.2 個(gè)，枯萎病指（剖稈）為9.4，抗枯萎病，是河西走廊棉區(qū)機(jī)采棉品種選育的首選親本。

表2 7 個(gè)聚類中心各性狀表現(xiàn)

表3 單因素方差分析

表4 103 個(gè)品系的聚類結(jié)果

4 結(jié)論

對(duì)282 份棉花種質(zhì)資源的12 個(gè)性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明：這些種質(zhì)資源存在廣泛的遺傳多樣性，其中產(chǎn)量構(gòu)成因素之一的單株結(jié)鈴數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)較低，變異系數(shù)較大。 單株結(jié)鈴數(shù)受環(huán)境因素影響較大，要注重篩選挖掘?qū)Νh(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的種質(zhì)資源。 另外，分梳長(zhǎng)度的遺傳多樣性指數(shù)也較低，表明該批種質(zhì)資源纖維長(zhǎng)度遺傳基礎(chǔ)有限， 需加大優(yōu)質(zhì)材料的征集鑒定和創(chuàng)新創(chuàng)制，為河西走廊棉區(qū)棉花新品種選育提供廣泛的物質(zhì)基礎(chǔ)。

參照河西走廊棉花育種目標(biāo)，聚類分析的第4類種質(zhì)資源綜合表現(xiàn)優(yōu)良，主要農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)與育種目標(biāo)吻合度高， 先后培育出了敦棉2 號(hào)、酒棉19 號(hào)優(yōu)良品種及一些綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的育種中間品系。在今后的新品種選育中應(yīng)繼續(xù)作為骨干親本資源，重點(diǎn)改良創(chuàng)新利用。

近年來(lái)，河西走廊棉花新品種選育要滿足輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培要求，參照新疆機(jī)采棉花品種標(biāo)準(zhǔn)[6]：生育期130～135 d，株高70～75 cm，第一果枝高度18～20 cm， 有效果枝數(shù)8～9， 單株結(jié)鈴8～9個(gè)，第一果枝節(jié)位5.0～5.8 節(jié)。按此品種選育指標(biāo)，聚類分析的第7 類品系性狀表現(xiàn)突出，是機(jī)采棉品種選育的首選親本資源[7]。