早中熟機(jī)采棉種質(zhì)資源遺傳多樣性分析

管利軍 羅鵬 李世奎 朱曉平

摘要 對(duì)101份早中熟機(jī)采棉種質(zhì)資源品系的15個(gè)表型性狀進(jìn)行變異系數(shù)、相關(guān)性、主成分和聚類(lèi)分析。結(jié)果表明，15個(gè)性狀中，有6個(gè)性狀的變異系數(shù)超過(guò)了10.0%，其中株高的變異系數(shù)最大，為10.6%；整齊度指數(shù)的變異系數(shù)最小，為1.2%。相關(guān)性分析表明，各性狀間存在不同的相互關(guān)聯(lián)，14對(duì)數(shù)量性狀的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，9對(duì)數(shù)量性狀相關(guān)性達(dá)到了顯著水平。主成分分析提取到了6個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率為73.228%；聚類(lèi)分析將101份棉花種質(zhì)品系分成了4大類(lèi)，各類(lèi)群性狀差異較大，可為棉花新品種培育提供不同特性的種質(zhì)品系。

關(guān)鍵詞 機(jī)采棉；種質(zhì)資源；遺傳多樣性；分析

中圖分類(lèi)號(hào) S562? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）23-0039-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.009

Genetic Diversity Analysis of Early and Mid-ripening Machine-picked Cotton Germplasm Resources

GUAN Li-jun， LUO Peng， LI Shi-kui et al

（Agricultural Science Research Institute of the 13th Division of Xinjiang Production and Construction Corps， Hami， Xinjiang 839000）

Abstract By analyzing 15 phenotypic traits of 101 early-middle-maturing machine-picked cotton germplasm resources， the coefficient of variation， correlation， principal component and cluster analysis were carried out. Results showed that the coefficient of variation of 6 traits exceeded 10.0%. The maximum coefficient of variation of plant height was 10.6%. The uniformity index had a minimum coefficient of variation of 1.2%. Correlation analysis showed that there were different correlations between traits. The correlation of 14 pairs of quantitative traits reached a very significant level. 9 pairs of quantitative trait correlations reached a significant level. Principal component analysis extracted 6 principal components. The cumulative contribution rate was 73.228%. Cluster analysis divided 101 cotton germplasm materials into 4 categories at the genetic distance of 2.52. There were large differences in the characteristics of the various groups. This research could provide germplasm materials with different characteristics for the cultivation of new cotton varieties.

Key words Machine-picked cotton;Germplasm;Genetic diversity;Analysis

基金項(xiàng)目 十三師育種專(zhuān)項(xiàng)（2021B9）;棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（CB2022A07）;十三師基本科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020B7）。

作者簡(jiǎn)介 管利軍（1977—），男，江蘇如東人，副研究員，從事農(nóng)作物品種選育與栽培技術(shù)研究。 *通信作者，副研究員，碩士，從事農(nóng)作物品種選育與栽培技術(shù)研究。

收稿日期 2022-06-27

中國(guó)新疆地區(qū)出產(chǎn)的棉花被視為產(chǎn)量高、質(zhì)量好的棉花。隨著新疆機(jī)采棉的推廣，存在纖維細(xì)度變粗、纖維長(zhǎng)度變短、纖維強(qiáng)度下降、纖維馬克隆值增大等問(wèn)題，機(jī)采棉品種培育任務(wù)艱巨［1］。

棉花種質(zhì)資源狹窄導(dǎo)致品種同質(zhì)性和產(chǎn)量長(zhǎng)期徘徊不前是制約棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題。通過(guò)棉花種質(zhì)創(chuàng)新，培育高產(chǎn)、多抗、優(yōu)質(zhì)性狀協(xié)調(diào)發(fā)展的棉花品種，對(duì)于促進(jìn)棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著新疆棉花單位面積生產(chǎn)成本的上漲，棉花種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)狹窄，因此挖掘具有遺傳多樣性的棉花種質(zhì)，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)采棉新品種顯得尤為重要［2-4］。

關(guān)于棉花資源的鑒定評(píng)價(jià)及遺傳多樣性的研究已經(jīng)在我國(guó)廣泛開(kāi)展［5-8］，在研究棉花不同來(lái)源不同遺傳背景的種質(zhì)資源時(shí)，所采用的統(tǒng)計(jì)分析方法主要包括變異分析［9-10］、相關(guān)性分析［11-14］、聚類(lèi)分析［15-18］等，但對(duì)新疆機(jī)采棉的種質(zhì)資源方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為了鑒定適合新疆利用的早中熟機(jī)采棉種質(zhì)資源，筆者對(duì)101份中早熟機(jī)采棉種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，以期為新疆機(jī)采棉新品種的培育提供品系基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 101份早中熟機(jī)采棉品系由新疆維吾爾自治區(qū)種子管理站提供，代號(hào)是zzy1～zzy100、CK（J206-5）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)于2020—2021年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所科技示范園開(kāi)展，試驗(yàn)田肥力中等。棉花試驗(yàn)品系共計(jì)101份，每品系為1小區(qū)，1膜6行種植，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品系重復(fù)2次，小區(qū)面積10 m2。于2020年4月18日和2021年4月19日播種，行長(zhǎng)4.45 m，行距0.38 m，株距0.128 m，種植密度2.06萬(wàn)株/hm2。管理與常規(guī)大田管理一致。

1.2.2 性狀調(diào)查。

在棉花生長(zhǎng)各個(gè)生育期，每小區(qū)選取連續(xù)20株進(jìn)行調(diào)查，記載各品系生育期、長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相，在棉花吐絮期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采摘50個(gè)中上部正常吐絮的棉鈴，通過(guò)室內(nèi)考種計(jì)算單鈴重、衣分、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量等產(chǎn)量指標(biāo)，并將皮棉樣品送至中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，測(cè)定纖維品質(zhì)。棉花主要性狀分別是生育期（X1）、株高（X2）、第一果枝節(jié)位高度（X3）、果枝數(shù)（X4），單株鈴數(shù)（X5）、籽指（X6）、衣分（X7）、單鈴重（X8）、籽棉產(chǎn)量（X9）、皮棉產(chǎn)量（X10），上半部平均長(zhǎng)度（X11）、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)（X12）、斷裂比強(qiáng)度（X13）、斷裂伸長(zhǎng)率（X14）、馬克隆值（X15）。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel和DPS軟件對(duì)參試棉花品系的各性狀進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要農(nóng)藝性狀的變異分析

對(duì)101份品系的農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量性狀指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明從各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)來(lái)看，株高、單株鈴數(shù)、果枝數(shù)和皮棉產(chǎn)量的變異系數(shù)較大，分別為0.126、0.117、0.114和0.120；生育期和衣分的變異系數(shù)較小，分別為0.025和0.032（表1）。生育期≥120.0 d的品系13份，占參試品系12.9%，株高平均值70.1 cm，第一果枝節(jié)位高度≥5的品系有99份，占參試品系98.0%，衣分≥40%的品系有97份，占參試品系96.0%，單鈴重≥5 g的品系有94份，占參試品系93.1%，說(shuō)明該批品系產(chǎn)量改良的潛力較大。

2.2 主要品質(zhì)性狀的變異分析

對(duì)101份參試棉花品系的品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明從變異系數(shù)來(lái)看，檢測(cè)的5項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)都較小，其中整齊度指數(shù)變異系數(shù)最小，為0.012（表2）。上半部平均長(zhǎng)度在30.0 mm以上的品系有78個(gè)，101份品系有62份品系屬于中絨類(lèi)型，36份品系屬于中長(zhǎng)絨類(lèi)型，2份品系屬于長(zhǎng)絨類(lèi)型，表明有37.6%的品系達(dá)到中長(zhǎng)絨及以上等級(jí)。斷裂比強(qiáng)度在30.0 cN/tex以上的品系有66個(gè)，有86份品系的斷裂比強(qiáng)度達(dá)到較強(qiáng)及以上等級(jí)。馬克隆值在A級(jí)范圍的品系有22個(gè)，屬于B2類(lèi)型的品系有59份，屬于C2類(lèi)型的品系有20份。綜合分析，符合上半部纖維長(zhǎng)度在30 mm以上、斷裂比強(qiáng)度在30 cN/tex以上、馬克隆值為A級(jí)的品系有15個(gè)。

2.3 數(shù)量性狀的相關(guān)性

對(duì)參試棉花品系的15個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，15個(gè)性狀間存在相關(guān)關(guān)系， 14對(duì)數(shù)量性狀相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，9對(duì)數(shù)量性狀相關(guān)性達(dá)到了顯著水平。其中，生育期與籽指呈顯著正相關(guān)；株高與果枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)；果枝數(shù)與單株鈴數(shù)呈顯著正相關(guān)；單株鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量之間存在極顯著的正相關(guān)，與衣分存在極顯著負(fù)相關(guān)，與籽指存在顯著負(fù)相關(guān)，與單鈴重存在顯著相關(guān)；籽指與衣分存在極顯著正相關(guān)；單鈴重與皮棉產(chǎn)量存在極顯著正相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量存在顯著正相關(guān)；籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量存在極顯著正相關(guān)；上半部平均長(zhǎng)度與斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值之間存在極顯著正相關(guān)，與斷裂伸長(zhǎng)率存在極顯著負(fù)相關(guān)，與長(zhǎng)度整齊度指數(shù)存在顯著相關(guān)；長(zhǎng)度整齊度指數(shù)與馬克隆值之間存在極顯著正相關(guān)，與斷裂比強(qiáng)度存在顯著正相關(guān)；斷裂比強(qiáng)度與馬克隆值之間存在極顯著正相關(guān)，與斷裂伸長(zhǎng)率存在極顯著負(fù)相關(guān)，這與彭嘉熹等［19-20］的觀點(diǎn)基本一致。

2.4 數(shù)量性狀的主成分

在主成分分析中，方差代表了在主成分方向上的分散程度，方差越大，主成分在數(shù)據(jù)分析中所起的作用越大［21］。由表4可知，參試品系15個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均達(dá)到100%，15個(gè)因子對(duì)棉花綜合性狀的評(píng)價(jià)均有貢獻(xiàn)。

應(yīng)用主成分分析法，利用相關(guān)矩陣的方法，對(duì)101個(gè)棉花品系主要的產(chǎn)量性狀進(jìn)行分析，對(duì)15個(gè)主要性狀進(jìn)行主成分分析，根據(jù)主成分對(duì)應(yīng)特征值大于1的原則提取主成分，可將原來(lái)的15個(gè)單項(xiàng)性狀轉(zhuǎn)化為6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的綜合指標(biāo)，在試驗(yàn)結(jié)果中提取到6個(gè)主成分，前6個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為19.386%、17.727%、12.278%、8.978%、8.097%和6.762%，累積方差貢獻(xiàn)率73.228%（表4），包含了主要性狀原始數(shù)據(jù)的絕大部分遺傳信息，可以用這6個(gè)主成分來(lái)反映15個(gè)原始性狀指標(biāo)的基本遺傳信息。

2.5 影響主成分的主要性狀

研究表明，決定第一主成分的農(nóng)藝性狀指標(biāo)主要有皮棉產(chǎn)量、籽棉產(chǎn)量，試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為19.386%，第一主成分是由上述幾個(gè)指標(biāo)共同決定的一個(gè)綜合指標(biāo)，其中皮棉產(chǎn)量的荷載值最大，為0.521，稱為產(chǎn)量性狀因子；決定第二主成分大小的主要因素是斷裂比強(qiáng)度和上半部平均長(zhǎng)度，其貢獻(xiàn)率17.727%，為將其定義為品質(zhì)因子；第三主成分中，試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為12.278%，其中衣分、籽指載荷較高符號(hào)為正，稱為農(nóng)藝性狀因子；第四主成分中，試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為8.978%，其中第一果枝節(jié)位的荷載值最大，為0.522，稱為第一果枝節(jié)位因子；第五主成分試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為8.097%，其中長(zhǎng)度整齊度指數(shù)的載荷值較大，為0.529，定義為長(zhǎng)度整齊度指數(shù)因子；第六主成分試驗(yàn)貢獻(xiàn)率為6.762%，其中生育期載荷值最大，為0.443，定義為生育期因子。

3 主要性狀的聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析是直接比較各事物之間的性質(zhì)，將性質(zhì)相近的歸為一類(lèi)，將性質(zhì)差別較大的歸入不同類(lèi)的分析方法［20］。該研究利用生育期等15個(gè)性狀對(duì)101個(gè)供試陸地棉品系進(jìn)行聚類(lèi)分析，采用歐氏距離-離差平方和法對(duì)資源品系進(jìn)行聚類(lèi)分析［22-23］，結(jié)果見(jiàn)圖1。以產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀和纖維品質(zhì)等15個(gè)性狀，可將101個(gè)陸地棉品系聚為4個(gè)類(lèi)群，結(jié)果見(jiàn)表5。

第 Ⅰ 類(lèi)有33個(gè)品系，主要表現(xiàn)為生育期、株高、籽指、斷裂比強(qiáng)度中等，果枝數(shù)、鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量偏低，單鈴重、上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、斷裂伸長(zhǎng)率偏高。對(duì)這類(lèi)品系，應(yīng)注意提高鈴數(shù)和產(chǎn)量，主要以提高產(chǎn)量為改良目標(biāo)。

第 Ⅱ 類(lèi)有20個(gè)品種，主要表現(xiàn)為鈴數(shù)、衣分、上半部平均長(zhǎng)度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率中等，生育期、籽指、單鈴重偏低，株高、果枝數(shù)、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、斷裂比強(qiáng)度偏高，對(duì)這類(lèi)品系，應(yīng)注意增加籽指，主要以提高上半部長(zhǎng)度和單鈴重為改良目標(biāo)。

第 Ⅲ 類(lèi)有20個(gè)品種，主要表現(xiàn)為上半部平均長(zhǎng)度、伸長(zhǎng)率中等，生育期、籽指、單鈴重偏低，鈴數(shù)、衣分、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度偏高，主要以提高單鈴重和降低馬克隆值為改良目標(biāo)，整體表現(xiàn)較好的一類(lèi)。

第 Ⅳ 類(lèi)有28個(gè)品系，主要表現(xiàn)為株高、上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、馬克隆值、伸長(zhǎng)率中等，生育期、籽指、單株鈴數(shù)偏低，衣分、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、斷裂比強(qiáng)度偏高，主要以提高單株鈴數(shù)和降低馬克隆值為改良目標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)101份中早熟棉花種質(zhì)資源中15個(gè)性狀的變異系數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有5個(gè)性狀的變異系數(shù)大于10%，說(shuō)明樣本間差異較大［24］，較大的變異幅度，說(shuō)明這101份棉花種質(zhì)資源間的遺傳差異較大，綜合分析各農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)，變異系數(shù)從大到小依次為株高＞皮棉產(chǎn)量＞單株鈴數(shù)＞果枝數(shù)＞籽指＞果枝節(jié)位＞單鈴重＞衣分＞生育期，不同品系間的單株結(jié)鈴和株高遺傳差異較大，這些性狀的差異大有利于棉花種質(zhì)資源的篩選。經(jīng)綜合分析棉花各品系纖維品質(zhì)性狀，變異系數(shù)從大到小依次為馬克龍值＞斷裂比強(qiáng)度＞上半部纖維長(zhǎng)度＞斷裂伸長(zhǎng)率＞整齊度指數(shù)，參試品系的上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)較好。

相關(guān)性分析表明，各性狀間存在著不同的相互關(guān)聯(lián)，10個(gè)產(chǎn)量性狀間（除株高和第一果枝節(jié)位）、5個(gè)纖維品質(zhì)性狀間（除上半部纖維長(zhǎng)度）均表現(xiàn)為顯著或極顯著的相互制約關(guān)系；單株鈴數(shù)和單鈴重與單位面積產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明適當(dāng)?shù)奶岣邌沃赈彅?shù)和單鈴重有利于增加產(chǎn)量，這與鄧艷鳳等［16、20］的研究結(jié)果基本一致。

中早熟機(jī)采棉主要性狀進(jìn)行主成分分析中，可將15個(gè)主要性狀簡(jiǎn)化為6個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)73.228%，包含了主要性狀原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。進(jìn)一步說(shuō)明了參試品系各性狀間錯(cuò)綜復(fù)雜的相關(guān)性，因此在機(jī)采棉育種工作中，在追求高產(chǎn)量，注意協(xié)調(diào)各性狀間的關(guān)系，使矛盾降到最小，提高育種效率，達(dá)到育種目標(biāo)。

通過(guò)聚類(lèi)分析，101份機(jī)采棉種質(zhì)品系被分成了4個(gè)類(lèi)群，第 Ⅰ 類(lèi)種質(zhì)資源籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量較低，進(jìn)一步說(shuō)明此類(lèi)種質(zhì)品系存在生態(tài)適應(yīng)性問(wèn)題，第Ⅲ類(lèi)群是產(chǎn)量和品質(zhì)最好的類(lèi)群，可以更好地為選配雜交親本加以利用，第Ⅳ類(lèi)種質(zhì)品系纖維品質(zhì)偏低，可作為改良絨長(zhǎng)與斷裂比強(qiáng)度的品系加以利用。

該研究所調(diào)查的農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀均屬于表型數(shù)據(jù)，易受環(huán)境因素的影響，若要獲得更為理想的聚類(lèi)結(jié)果，在嚴(yán)格控制試驗(yàn)環(huán)境的同時(shí)，結(jié)合分子標(biāo)記等技術(shù)，以更好地為新疆優(yōu)質(zhì)機(jī)采棉品種的選育提供科學(xué)依據(jù)［25］。

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