利用主成分和隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)40份早熟棉F材料

鄧艷鳳 肖水平 王濤 楊紹群 楊秀 劉新穩(wěn)

摘要：基于形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)40份陸地棉雜交組合后代F，材料在長(zhǎng)江流域的表現(xiàn)，為長(zhǎng)江流域棉花新品種的選育奠定基礎(chǔ)。以40份早熟棉F，材料為試驗(yàn)材料，利用主成分分析和隸屬函數(shù)法對(duì)各材料10個(gè)主要性狀進(jìn)行分析，篩選出綜合性狀優(yōu)良的F，代材料，提高創(chuàng)新種質(zhì)的利用率。結(jié)果表明：主成分分析參試40材料的10個(gè)主要性狀可以用4個(gè)主成分因子（累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.9%）來描述，各材料4個(gè)主因子綜合得分值以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28材料位于前10位;隸屬函數(shù)法各材料10個(gè)性狀平均值以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35材料位于前10位。通過綜合比較與分析認(rèn)為，F(xiàn)2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28綜合性狀優(yōu)良，可作為創(chuàng)新種質(zhì)材料利用。

關(guān)鍵詞：早熟陸地棉;F2材料;主要性狀;主成分;隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S562.038

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-3143（2022）01-002406

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.004

棉花作為我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈最長(zhǎng)的大田經(jīng)濟(jì)作物，涉及農(nóng)業(yè)和紡織工業(yè)兩大領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整以及我國(guó)現(xiàn)有適合機(jī)采棉花品種較少，適紡高支紗品種少，抗病蟲害品種缺乏等諸多原因，導(dǎo)致棉農(nóng)的植棉積極性越來越低，我國(guó)棉花種植面積逐年下降2-3引。因此生產(chǎn)上急需培育出一批具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗并適合機(jī)采等綜合性狀優(yōu)良的新型棉花品種，增加棉花產(chǎn)量，提高棉農(nóng)植棉的積極性。通過利用雜種優(yōu)勢(shì)可以快速有效地發(fā)掘出農(nóng)作物的生產(chǎn)潛力，是作物傳統(tǒng)育種中常用的一種方法。育種工作者利用棉花的雜種優(yōu)勢(shì)，不僅可以提高棉花產(chǎn)量，改善棉纖維品質(zhì)，增強(qiáng)棉花的抗逆性，而且可以縮短育種周期，是目前育種家培育棉花新品種的主要方法之一[6-2]。雜交組合的F2代是性狀開始強(qiáng)烈分離的時(shí)期，親本的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，性狀分離就越明顯，同時(shí)也標(biāo)志著通過雜交創(chuàng)造了變異，為選擇創(chuàng)造了條件。因此通過各種組合F2代優(yōu)勢(shì)比較，按照棉花的早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等育種目標(biāo)，篩選不同雜交親本的優(yōu)勢(shì)效應(yīng)性狀，可以正確地選配優(yōu)良雜交組合，從而篩選出具有早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等綜合性狀優(yōu)良的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合。目前變異分析、相關(guān)分析、主成分分析和隸屬函數(shù)法是育種家篩選優(yōu)異品種的主要方法13-14。本研究利用田間表現(xiàn)優(yōu)良且來源不同的棉花品種按照性狀互補(bǔ)原則配制40個(gè)雜交組合，通過對(duì)其后代F2材料的生育期、農(nóng)藝性狀及纖維品質(zhì)的測(cè)定，采用主成分分析和隸屬函數(shù)法對(duì)各材料主要性狀進(jìn)行比較分析，篩選綜合性狀優(yōu)良的F2材料，為早熟棉的選育奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料由2016年江西省棉花研究所早熟課題組對(duì)40個(gè)雜交組合進(jìn)行人工雜交獲得F代，2017年收獲40份F，代材料，2018-2019年種植在江西省棉花研究所試驗(yàn)田，種植方式采用板地直播方法。小區(qū)長(zhǎng)10.0m，寬1.5m，雙行區(qū)，行距0.8m，株距0.2m，各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3次重復(fù)。

1.2測(cè)定指標(biāo)及方法

記錄每份材料的出苗期和吐絮期并計(jì)算出全生育期，棉花生育后期在每小區(qū)選取10株長(zhǎng)勢(shì)正常的棉花，分別測(cè)量株高，統(tǒng)計(jì)單株果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)（取平均值）。收花期采收棉株中部?jī)?nèi)圍完全開裂棉鈴60個(gè)，曬干后稱重計(jì)算單鈴重，籽棉經(jīng)軋花后稱量皮棉質(zhì)量，計(jì)算衣分，并取纖維樣品寄送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（安陽）進(jìn)行上半部平均長(zhǎng)度、馬克隆值和斷裂比強(qiáng)度等檢測(cè)。

1.3數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)各材料的I0個(gè)主要性狀數(shù)據(jù)用MicrosoftExcel2010初步整理和隸屬函數(shù)值計(jì)算，利用SPASS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算以及主成分分析。

在對(duì)40份陸地棉F，代材料的10個(gè)主要性狀進(jìn)行主成分分析時(shí)，為確保主成分得分值越高的材料，綜合性狀最優(yōu)，分析前將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。基于早熟、矮化、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的育種目標(biāo)，以生育期和株高為逆向指標(biāo)，采用原數(shù)據(jù)倒數(shù)值轉(zhuǎn)換，單株果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、衣分、單鈴重、上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和單位面積籽棉產(chǎn)量均為正指標(biāo)，采用原數(shù)據(jù)值，馬克隆值為適度指標(biāo)，按公式（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)化（馬克隆值A(chǔ)級(jí)取值范圍為3.7-4.2，取3.95為適度值151）。

式中：X;（k）為原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果，X：（k）為原始數(shù)據(jù)，表示材料，k為某個(gè)性狀。

隸屬函數(shù)值計(jì)算方法參照王婷婷等（2018）的方法，計(jì)算公式如下。

式中，Z為i品系j性狀的隸屬函數(shù)值，X為i品系j性狀的測(cè)定值，Xmin和Xma*分別為j性狀的最小值和最大值。單株果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、衣分、單鈴重、上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和籽棉產(chǎn)量為正向擇優(yōu)，采用（2）式進(jìn)行計(jì)算，生育期、株高和馬克隆值為負(fù)向擇優(yōu)，采用（3）式進(jìn)行計(jì)算（由于試驗(yàn)材料馬克隆值的最小值為5.10，其采用負(fù)向擇優(yōu)）。

2結(jié)果與分析

2.1參試材料主要性狀變異分析

對(duì)40份早熟棉F2材料的10個(gè)主要性狀進(jìn)行遺傳變異分析，結(jié)果表明（表1），10個(gè)主要性狀間的變異系數(shù)在3.02%～25.46%，變異幅度較大，其中變異系數(shù)最大的為成鈴數(shù)（25.46%），變異幅度為12.80～30.40個(gè)，極差是17.6個(gè)。變異系數(shù)最小的為生育期（3.02%），變異幅度在82～93天，極差是11天。其他性狀的變異系數(shù)從大到小依次為籽棉產(chǎn)量（15.39%）》果枝數(shù)（10.85%）》株高（10.42%）》比強(qiáng)度（8.36%）》鈴重（6.35%）》馬克隆值（4.82%）》衣分（3.75%）》纖維長(zhǎng)度（3.72%）。一般變異系數(shù)大于10%表示樣本間差異較大。本試驗(yàn)中成鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、果枝數(shù)和株高的變異系數(shù)均大于10%，表明這40份F，代材料在株高、產(chǎn)量和果枝數(shù)等方面差異較大，有利于高產(chǎn)雜交組合的比較和篩選。

2.2參試材料主要性狀的主成分分析

由表3可知，前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.9%，包含了主要農(nóng)藝性狀的絕大部分信息，因此選取前4個(gè)主成分進(jìn)行分析比較可靠。由表3、表4可知，第一主成分的特征值為3.4864，貢獻(xiàn)率為34.86%，以籽棉產(chǎn)量（0.3999）、生育期（0.3885）、株高（0.3754）、鈴重（0.3713）和斷裂比強(qiáng)度（0.3359）的荷載較高，包含熟性、株型、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀，因而該因子為全能因子;第二主成分的特征值為2.3043，貢獻(xiàn)率為23.04%，以果枝數(shù)（0.5009）、衣分（0.4154）、斷裂比強(qiáng)度（-0.3935）、成鈴數(shù)（0.3607）和馬克隆值（0.3558）的荷載較高，為株型和品質(zhì)因子;第三主成分的特征值為1.1184，貢獻(xiàn)率為11.18%，以纖維長(zhǎng)度（0.6372）的荷載最高，說明該因子主要影響纖維長(zhǎng)度，為品質(zhì)因子;第四主成分的特征值為0.9811，貢獻(xiàn)率為9.81%，以衣分（0.7111）的荷載最高，說明該因子主要影響衣分和皮棉產(chǎn)量，為產(chǎn)量因子。

根據(jù)各材料對(duì)應(yīng)的主成分得分值計(jì)算出材料間的綜合得分值17，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28列前10位（表5）。

2.3各材料的隸屬函數(shù)法分析

采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法，對(duì)40份早熟棉F代材料主要性狀進(jìn)行函數(shù)值比較，來增加評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后分別計(jì)算各材

料對(duì)應(yīng)各性狀的隸屬函數(shù)值以及平均隸屬函數(shù)值，以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隸屬函數(shù)值位于前10位（表6）。

3討論與結(jié)論

在育種工作中，篩選優(yōu)良種質(zhì)最常用的方法是將產(chǎn)量性狀與其相關(guān)的性狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)時(shí)主觀因素太多且分析比較片面。主成分分析可以將多個(gè)復(fù)雜的原始指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)互不相關(guān)且具有代表性的綜合指標(biāo)，通過提取主要因子，計(jì)算綜合得分值，可以綜合考慮多個(gè)性狀，較客觀性地篩選出優(yōu)良種質(zhì)。本研究40個(gè)早熟棉F2代材料的10個(gè)性狀的主成分分析表明，前4個(gè)主成分上累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.9%，反應(yīng)了大部分遺傳變異信息，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28的綜合得分值排前10位，是綜合性狀優(yōu)良的材料。

隸屬函數(shù)法是對(duì)多個(gè)指標(biāo)的綜合分析，可以避免單一指標(biāo)的片面性。因此，能夠提高優(yōu)異種質(zhì)篩選的準(zhǔn)確性。本研究40個(gè)早熟棉F2代材料的10個(gè)性狀的隸屬函數(shù)法分析表明，F(xiàn)2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隸屬函數(shù)值排前10位，是綜合性狀優(yōu)良的材料。

綜合主成分分析和隸屬函數(shù)法分析認(rèn)為，F(xiàn)2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28是綜合性狀優(yōu)良的材料，可作為種質(zhì)材料利用。

參考文獻(xiàn)

[1]汪若海，承泓良，宋曉軒.中國(guó)棉史概述[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2017：210-213.

[2]高偉，張西嶺.長(zhǎng)江流域棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀及“十三五”發(fā)展建議[J].中國(guó)棉花，2016，43（1）：3-7.

[3]呂林軍，趙連英，趙沉沉，等.新型噴氣渦流紡紗線的技術(shù)劍新和發(fā)展趨勢(shì)[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2018（08）：55-56

[4]邢朝柱，靖深蓉，邢以華.中國(guó)棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用研究回顧和展望[J].棉花學(xué)報(bào)，2007（05）：337-345

[5]張衛(wèi)東.哈密墾區(qū)雜交棉人工去雄高產(chǎn)高效制種技術(shù)[J].新疆農(nóng)墾科技，2013，36（05）：54-55.

[6]Loden H D，Richmond T R.Hybrid vigor incotton-cytogenetic aspects and practical applications[J].Economic Botany，1951（5）：387-408

[7]李永旗，夏紹南，崔愛花，等.江西種植外來不同熟性棉花品種的成鈴分布[J].棉花科學(xué)，2015，37（6）：31-35.

[8]劉亞平，楊兆光，肖遠(yuǎn)龍，等.抗草甘膦雜交棉超親和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的分析[J].棉花科學(xué)，2015，37（6）：23-30.

[9]李永旗，崔愛花，張麗娟，等.10個(gè)雜交組合高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)分析[J].棉花科學(xué)，2015，37（4）：17-21.

[10]張麗娟，李直興，崔愛花，等.以大鈴抗病棉花材料配置的組合F，代競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)測(cè)定[J].棉花科學(xué)，2014，36（5）：19-22.

[11]吳香華，肖水平，孫亮慶，等.江西新引進(jìn)棉花種質(zhì)資源鑒定與篩選[J].江西棉花，2011，33（4）：19-24

[12]孔清泉，肖遠(yuǎn)龍，楊兆光，等.對(duì)11份抗逆棉花種質(zhì)資源的主要性狀分析[J].棉花科學(xué)，2021，43（1）：26-30

[13]楊秀，鄧艷鳳，肖水平，等.早熟棉F代22份材料主要性狀的綜合評(píng)價(jià)分析[丁].棉花科學(xué)，2020，42（2）：15-21.

[14]鄧艷鳳，肖水平，柯興盛，等.一批早熟棉育種材料F，代主要性狀的主成分分析[J].棉花科學(xué)，2019，41（02）：14-19.

[15]阿布都艾尼·阿布都維力，艾麥爾江·阿布力提甫，馬輝，等.灰色關(guān)聯(lián)度分析法在棉花品種（系）對(duì)比篩選試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].農(nóng)村科技，2019（06）：14-18

[16]王婷婷，張曉東，魯雪林，等.河北省濱海鹽漬土地區(qū)油葵綜合性狀分析[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2018，26（05）：693-702.

[17]杜培兵，張永福，白小東，等.主成分分析和隸屬函數(shù)法對(duì)馬鈴薯品種抗旱性的評(píng)價(jià)[J].種子，2019，38（08）：120-126.

[18]莊萍萍，李偉，魏育明，等.波斯小麥農(nóng)藝性狀相關(guān)性及主成分分析[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2006（4）：11-14.