不同陆地棉种质资源机采性状分析

桑志伟,梁亚军,龚照龙,郑巨云,王俊铎,李雪源,陈全家

(1.新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心,乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院经济作物研究所,乌鲁木齐 830091)

【研究意义】2020年新疆棉花播种面积252.86×104hm2(3 792.9万亩),占全国的78.93%,其中机采棉的面积达到了191.31×104hm2(2 869.63万亩),占全疆面积的76.46%;地方面积112.64×104hm2(1 689.63万亩),兵团面积78.67×104hm2(1 180万亩),机采率分别达到69.83%、90.9%[1]。研究棉花机采性状对选育早熟优质高产的机采棉新品种有重要意义。【前人研究进展】棉花品种多样性的丰富,主要归功于长期自然与人工选择的双重作用[2]。采用变异分析[3-5]、相关性分析[6-9]、主成分分析[10-11]、聚类分析[10-14]等方法的较多。李慧琴等[15]对270份陆地棉种质资源的7个农艺性状和5个纤维品质性状分析显示,筛选出能够改良棉花比强度、马克隆值和改善产量构成的资源材料。郑巨云等[16]对6个机采棉品种的株型性状和产量进行了相关性分析,发现籽棉产量与株高、主茎节间长、果枝数、果节数存在正相关但不显著,与果枝始节高度呈负相关,株高过大会导致棉花营养分配分散无益于增产,株高过小又会导致节间过于紧凑降低通风透光效果也无益于增产。邓艳凤等[17]对57个棉花品种的12个主要农艺性状进行多种统计分析,发现随着籽棉产量升高,结铃性会变好,株高变高,生育期变长,单铃重衣分升高,随着单株果枝数变多,单铃重会变小。尹会会等[18]对134份国外棉花种质的品质、农艺性状分别进行了聚类分析和主成分分析,品质性状聚类得出第Ⅱ类35份材料品质最好,第Ⅰ类58份材料产量最高。【本研究切入点】目前,对陆地棉资源机采性状的研究报道较少,需研究陆地棉机采性状之间的相关性。【拟解决的关键问题】对273份陆地棉种质资源的15个机采性状进行变异分析、相关性分析、主成分分析以及聚类分析,综合评价棉花种质资源,筛选优质棉花种质材料,为机采棉新品种的选育及其亲本选配提供支撑材料。

1.1 材 料

试验于2021年在新疆阿拉尔市十六团新疆农业科学院实验基地进行,供试材料为新疆农科院经作所提供273份陆地棉种质资源,其中中国西北内陆棉区132份、黄河流域棉区61份、长江流域棉区30份、特早熟棉区11份;中亚22份;美国13份;非洲2份;澳大利亚2份。表1

表1 273份陆地棉种质资源

续表1 273份陆地棉种质资源

续表1 273份陆地棉种质资源

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

于4月14日播种,采用膜下滴灌,1膜6行(66 cm+10 cm)的机采棉种植模式。每份材料3次重复,随机区组排列,行长3 m,理论株数15 000株/667m2,田间管理同大田生产。4月27日开始出苗,5月7日定苗,7月7日打顶,9月30日收获。

1.2.2 测定指标

每个材料取连续10株长势均衡的棉株调查,取3次重复的平均值分析。8月6日开始性状调查,包括生育期、株高、始节高、始节位、果枝数、果节数、果枝夹角、叶面积、SPAD值、单株结铃数等。10月2日考种并计算各材料单铃重和衣分。

绒长、比强度、马克隆值由中国农业科学院棉花研究所利用HVI900大容量纤维检测仪测定。

1.3 数据处理

数据处理及相关分析使用Excel2019,SPSS26.0,R-4.2.2等软件。

2.1 机采性状的变异分析

研究表明,各性状变异系数差异较大,变异范围在3.93%～20.68%,其中单株铃数变异系数最大为20.68%,变幅在3.6～9.6个,生育期的变异系数最小为3.93%,变幅在113～136.5 d。其他性状变异系数依次排序为叶面积(17.81%)>始节高(14.41%)>株高(13.20%)>果节数(12.44%)>始节位(11.03%)>果枝数(9.98%)>单铃重(9.47%)>果枝夹角(8.77%)>比强度(8.21%)>马克隆值(7.91%)>衣分(7.88%)>绒长(5.65%)>SPAD值(5.61%)。表2

2.2 机采性状的相关性

研究表明,生育期与始节位、SPAD值、单铃重呈极显著正相关(P<0.01),与果枝数、果节数、单株铃数、比强显著负相关(P<0.05);株高与始节高、果枝数、果节数、叶面积、单株铃数呈极显著正相关(P<0.01);始节高与始节位、叶面积、单株铃数呈极显著正相关(P<0.01);始节位与叶面积、单铃重呈显著正相关(P<0.05),与果枝数、果节数、果枝夹角、单株铃数显著负相关(P<0.05);果枝数与果节数、单株铃数呈极显著正相关(P<0.01);果节数与单株铃数、叶面积、马克隆值呈显著正相关(P<0.05);果枝夹角与叶面积呈显著负相关(P<0.05);比强度与叶面积、单株铃数、绒长呈显著正相关(P<0.05),与SPAD值、马克隆值呈显著负相关(P<0.05);马克隆值与衣分呈极显著正相关(P<0.01),与绒长呈极显著负相关(P<0.01)。表3

2.3 机采性状的主成分

研究表明,共提取出5个主成分,贡献率分别为20.924%、15.397%、13.216%、7.346%、7.048%,累计贡献率为63.932%。PC1中株高的特征值最大(0.861),说明株高对PC1的影响最大,其次是果节数(0.767),单株铃数(0.7),果枝数(0.691),PC1为株型性状因子;PC2中始节位的特征值最大(0.611),其次是始节高(0.587),叶面积(0.568),生育期(0.479);PC3中马克隆值特征值最大(0.61)且绒长、比强度特征值绝对值大,绝对值分别为0.659、0.644,PC3为纤维品质因子;PC4中单铃重的特征值最大(0.56),其次是SPAD值(0.501);PC5中果枝夹角特征值最大(0.694)。表4

表4 机采性状的主成分

2.4 不同种质资源的聚类

研究表明,第Ⅰ类有76份材料,单铃重(6.3 g)和衣分(43.7%)在5类中最高,属于大铃高衣分材料;第Ⅱ类有164份材料,生育期短,叶面积小(90.5 cm2),品质优于第Ⅰ、Ⅴ类材料;第Ⅲ类有7份材料,整体表现为株高高(90.1 cm),始节高高(34.7 cm),叶面积大(126.6 cm2),但单株铃数、单铃重相较于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类偏低,品质好;第Ⅳ类有24份材料,整体表现为生育期短(121.1 d),果枝数(9.8),果节数(22.9)、单株铃数(7.9),比强度(31.5 cN/tex)在5类中最高,品质最优。第Ⅴ类有2份材料,表现为生育期长,株高矮,单株铃数少,单铃重低(3.7 g)、衣分低(29.9%)。图1,表5

图1 不同种质资源聚类

分析棉花品种的表型性状,有利于在后续育种工作中对品种进行改良[19]。孔清泉等[20]对 92 个陆地棉品种的8个主要农艺性状进行变异分析发现,生育期和纤维长度小于5%,成铃数、单铃重、株高、衣分、断裂强度、马克隆值6个性状的变异系数均大于5%。研究表明,除生育期变异系数小于5%外,其他14个性状的变异系数大于5%,其中单株铃数、叶面积、外围果节数、始节高、株高、始节位6个性状变异系数大于10%,与前人研究基本相似[18]。一般认为,变异系数>10%则材料之间差异比较大[21],273份陆地棉种质资源在单株铃数、叶面积、始节高、株高、果节数、始节位6个性状之间存在的差异较大,材料类型丰富,有利于比较和筛选。

相关性分析表明,株高与始节高、果枝数、果节数、叶面积、单株铃数呈极显著正相关,始节高与始节位、叶面积、单株铃数呈极显著正相关,马克隆值与衣分呈极显著正相关,与绒长呈极显著负相关。与前人[22-23]的部分研究结果一致,株高越高,始节高越高,果枝数、果节数、单株铃数就越多,叶面积越大,表型性状容易受环境影响,需要多年多点试验进一步验证结果[24]。绒长越长,比强度越强,马克隆值越小,棉花的绒长、比强度、马克隆值可以同步改良。

主成分分析表明,果节数、单株铃数、果枝数随着株高的增加而增加;随着始节位的增加,始节高、叶面积、生育期也随之升高,但果枝数、果节数、果枝夹角会随之降低;随着马克隆值的增加,绒长、比强度随之降低;随着单铃重的升高,SPAD值也随之升高;随着果枝夹角的增加,SPAD值、衣分、单株铃数会随之降低,果枝夹角越大,棉花株型越松散,通风透光能力降低,影响棉花叶绿素含量以及结铃率。

研究结果可分为5类。第Ⅰ类属于大铃高衣分材料,第Ⅱ类属于生育期短、株高较矮的材料,第Ⅲ类属于株高较高、品质较好的材料,第Ⅳ类属于株高适宜、品质优异的材料,第Ⅴ类属于生育期长、株高较矮、产量较差的材料。前人明确了机采棉主要性状指标要求[25-26]。第Ⅳ类株高适宜、品质优异的24份材料可作为机采棉品种遗传改良的优质亲本。

273份陆地棉种质资源的15个机采性状变异系数差异较大,变异范围在3.93%～20.68%。并且存在相互制约、相互作用的关系,单株铃数与株高、始节高、果枝数、果节数衣分、比强度呈极显著或显著正相关;始节位与果枝数、果节数、果枝夹角、单株铃数显著负相关(P<0.05);比强度与叶面积、单株铃数、绒长呈显著正相关(P<0.05);马克隆值与衣分呈极显著正相关(P<0.01),与绒长、比强度呈极显著负相关(P<0.01)。5个主成分累计贡献率为63.932%。材料分为5类,第Ⅰ类76份材料,第Ⅱ类164份材料,第Ⅲ类7份材料,第Ⅳ类24份材料,第Ⅴ类2份材料。其中,第Ⅳ类共24份材料表现最好。

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