不同生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的关系

李成奇,李鹏云,王浩丽,付远志,王清连

(1.现代生物育种河南省协同创新中心,河南新乡453003；2.河南科技学院棉花研究所,河南新乡453003)

不同生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的关系

李成奇1,2,李鹏云1,2,王浩丽1,2,付远志1,2,王清连1,2

(1.现代生物育种河南省协同创新中心,河南新乡453003；2.河南科技学院棉花研究所,河南新乡453003)

以我国近年来育成或引进的来自黄河流域、长江流域、西北内陆和北部特早熟四大棉区的172份陆地棉骨干品种(系)为材料,在河南新乡和新疆石河子两个不同的生态环境下,对棉花早熟性与皮棉产量进行了变异、相关、通径和回归分析.结果表明:两环境下各性状变异系数由大到小均依次为皮棉产量、始节高度、果枝始节、苗期、蕾期、花铃期、生育期;各早熟性状间的相关在两环境中基本一致,但各早熟性状与皮棉产量的相关在两环境下差别较大;对皮棉产量直接通径系数最大的早熟性状在新乡是果枝始节,在石河子是始节高度;回归分析进一步明确了在新乡可以通过降低蕾期、提高果枝始节促进皮棉产量,在石河子可以通过降低花铃期、提高始节高度促进皮棉产量.研究结果为早熟、高产棉花的生态穿梭育种提供了理论依据.

生态环境;早熟性;皮棉产量;相关;通径;回归

当前,国内外棉花价格严重倒挂,粮棉争地矛盾日益突出.培育高产优质的早熟棉品种是缓解粮棉争地矛盾、实现粮棉双丰收的有效途径[1-3].然而,棉花的早熟性是一个综合性状,由生育期、各生育时期、霜前花率和果枝始节等早熟性构成因素构成.这些早熟性状均属复杂的数量性状[4],受基因型和环境共同控制,在不同群体、不同环境中还表现出不同的遗传模式[5-8].同时,多数研究认为,棉花的早熟性和产量之间存在显著负相关[5,9-10],要在较短的生长季节内获得生产上满意的产量,无疑加剧了早熟性和产量之间的矛盾.为深入认识棉花早熟性本质及其与产量间的内在联系,喻树讯等[11]对棉花早熟性构成因素进行了遗传和相关分析;蔡应繁等[12]对棉花早熟性和产量进行了主成分和典型相关分析;师维军[13]对棉花早熟性和产量进行了相关和偏相关分析;田志刚等[14]、刘昌文等[15]对早熟棉产量性状进行了相关和通径分析;董承光等[16]对早熟棉进行了产量性状的相关、通径和回归分析;刘卫星等[17]对早熟棉进行了产量及其构成因素的偏相关和通径分析;吴晓东等[18]对特早熟杂交棉进行了产量构成因素的回归分析.上述研究为解析棉花早熟性与产量间的关系奠定了理论基础,为指导早熟棉高产育种做出了重要贡献.

我国幅员辽阔,在不同环境地域进行生态穿梭育种是培育广适应性优良品种的重要环节.然而,迄今为止对不同生态环境下棉花农艺性状间关系的研究较少.李成奇等[19]对不同生态环境下陆地棉主要农艺性状与皮棉产量间的关系进行了分析,为棉花产量育种的农艺性状选择提出了主攻方向.本研究利用变异、相关、通径和回归等分析手段对不同生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的关系进行了分析,旨在为通过生态穿梭育种培育早熟、高产棉花品种提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

以我国近年来育成或引进的172份陆地棉骨干品种(系)为试验材料.其中64份来自黄河流域棉区, 25份来自长江流域棉区,55份来自西北内陆棉区,18份来自北部特早熟棉区,10份为国外引进品种 (详细资料略).所有材料均经过多代自交.

1.2 田间种植与性状考察

分别于2012、2013年将172份材料种植在黄河流域棉区的河南新乡(北纬35.18°、东经113.52°、海拔95 m)和西北内陆棉区的新疆石河子(北纬44.27°、东经85.94°、海拔442 m),完全随机区组设计,单行区,3次重复.新乡点每行14～16株,行长5 m,行距1.0 m;石河子点每行38～40株,行长5 m,行距0.45 m.当地大田常规管理.对2年2点所有材料,每行分别考查苗期(出苗期—现蕾期)、蕾期(现蕾期—开花期)、花铃期(开花期—吐絮期)、生育期(出苗期—吐絮期)、果枝始节和始节高度等6个早熟性状;棉花收获后考种获得霜前皮棉产量.将各材料3次重复的平均值作为该材料当年性状的表型值,最终获得新乡和石河子两环境下的早熟和皮棉产量性状值.

1.3 数据处理

利用Excel 2007进行数据整理;利用SPSS 19.0软件进行性状的变异、相关、通径和回归分析.

2 结果与分析

2.1 两种生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的变异分析

变异系数是测定性状受一定环境条件影响发生变异程度的重要指标,也反映了性状的遗传稳定性.新乡和石河子两种生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的变异分析结果见表1.

表1 两种生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的变异分析Tab.1 Variation analysis of earliness and lint yield in two environments

由表1可知,不论是在新乡还是在石河子,各棉花品种性状的变异系数由大到小均依次为皮棉产量、始节高度、果枝始节、苗期、蕾期、花铃期、生育期.说明在不同生态环境下,皮棉产量相对最不稳定,最易受环境影响,而生育期则相对最稳定,不易受环境影响.所有性状的变异系数新乡均高于石河子,说明棉花的早熟性和皮棉产量受环境影响的程度黄河流域棉区要大于西北内陆棉区.

2.2 两种生态环境下棉花早熟性及其与皮棉产量间的相关分析

新乡和石河子两种生态环境下棉花早熟性及其与皮棉产量的相关分析结果见表2.

表2 两种生态环境下棉花早熟性及其与皮棉产量的相关分析Tab.2 Correlation analysis of earliness and lint yield in two environments

由表2可知,棉花各早熟性状间的相关性在两种生态环境中基本一致,除花铃期和始节高度在新乡和石河子分别呈不显著的正相关和负相关外,其他各早熟性状间均呈显著或极显著正相关.由各早熟性状与皮棉产量间的相关结果得出,两种生态环境下除蕾期与皮棉产量均呈微弱负相关外,其他各早熟性状与皮棉产量的相关性差别较大.其中,苗期与皮棉产量在新乡呈极显著正相关,在石河子为微弱负相关;花铃期和生育期与皮棉产量在新乡均呈极显著正相关,在石河子均呈极显著负相关;果枝始节与皮棉产量在两种生态环境下均呈正相关,但在新乡达极显著水平,在石河子不显著;始节高度与皮棉产量在两环境下均呈正相关,但在新乡不显著,在石河子呈极显著水平.

2.3 两种生态环境下棉花早熟性对皮棉产量的通径分析

相关分析只反映了性状间的相互关系,并不能准确说明各性状对某一特定性状的贡献大小.通径分析可将性状间的相关系数分解为直接通径系数(某一自变量对因变量的直接贡献)和间接通径系数(该自变量通过其他自变量对因变量的间接贡献)[20].为此,进一步对早熟性与皮棉产量进行了通径分析,结果见表3.

表3 两种生态环境下棉花早熟性对皮棉产量的通径分析Tab.3 Path analysis of earliness characteristics to lint yield in two environments

由表3可知,供试棉花品种苗期在两种生态环境下对皮棉产量的直接通径系数均为正值,在新乡可通过果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用,在石河子可通过始节高度对皮棉产量产生较大的促进作用.蕾期在新乡对皮棉产量的直接通径系数为负值,但可通过果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用;在石河子对皮棉产量的直接通径系数为正值,还可通过始节高度对皮棉产量产生较大的促进作用.花铃期在新乡对皮棉产量的直接通径系数为正值,可通过果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用;在石河子对皮棉产量的直接通径系数为负值,但可通过蕾期对皮棉产量产生较大的促进作用.生育期在两种生态环境下对皮棉产量的直接通径系数均为负值,但在新乡可通过苗期和果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用,在石河子可通过蕾期对皮棉产量产生较大的促进作用.果枝始节在新乡对皮棉产量的直接通径系数为正值且极显著,还可通过苗期对皮棉产量产生较大的促进作用;在石河子对皮棉产量的直接通径系数为负值,但可通过始节高度对皮棉产量产生较大的促进作用.始节高度在新乡对皮棉产量的直接通径系数为负值,但可通过果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用;在石河子对皮棉产量的直接通径系数为正值且极显著,还可通过蕾期对皮棉产量产生较大的促进作用.

2.4 两种生态环境下棉花早熟性状对皮棉产量的回归分析

由于影响棉花皮棉产量的性状很多,这些性状很可能存在多重共线性.为避免发生多重共线性现象,采用多元逐步回归对早熟性状与皮棉产量进行了回归分析.由回归分析结果得出,在新乡,蕾期(X2)和果枝始节(X5)对皮棉产量有极显著影响,其中蕾期为负向,果枝始节为正向,回归方程为Y=27.521-1.181X2+4.62X5,R2=0.141(P＜0.01);在石河子,花铃期(X3)和始节高度(X6)对皮棉产量有极显著影响,其中花铃期为负向,始节高度为正向,回归方程为Y=32.995-0.373X3+0.48X6,R2=0.246(P＜0.01).回归结果与通径结果吻合.

3 结论与讨论

探讨不同生态环境下棉花早熟性与皮棉产量的关系,对指导早熟棉重要性状的异地选择和生态穿梭育种具有实际意义.新乡和石河子分属我国两个不同的棉花生态区,生态环境差别较大.变异分析结果表明,两种生态环境下棉花各早熟性状和皮棉产量的变异程度趋势一致,变异系数由高到低均依次为皮棉产量、始节高度、果枝始节、苗期、蕾期、花铃期、生育期,说明在不同环境下棉花各性状的遗传稳定性趋势相同.各性状的变异系数新乡均高于石河子,说明与新乡相比,各性状在石河子的遗传稳定性较强,受环境影响相对较小.两种生态环境下皮棉产量的变异系数均最大,分别为29.93%和20.00%;其次为始节高度,分别为16.91%和14.40%;生育期的变异系数最小,分别为5.08%和3.77%.这与董承光等[16]、李成奇等[19]的研究结论基本一致.说明在不同生态环境下,皮棉产量最不稳定,最易受环境影响,而生育期均最稳定,不易受环境影响.

各早熟性状与皮棉产量的相关性在两种生态环境中差别较大.新乡点苗期、花铃期、生育期和果枝始节与皮棉产量呈极显著正相关,蕾期和始节高度与皮棉产量相关不显著;石河子点始节高度与皮棉产量呈极显著正相关,花铃期、生育期与皮棉产量呈极显著负相关,苗期、蕾期和果枝始节与皮棉产量相关不显著.生育期是衡量棉花早熟性最直接的指标.本研究中,生育期与皮棉产量的相关性在两种生态环境下相反,可能是由于在新乡所有材料均按黄河流域春棉播种时间播种(4月下旬),无霜期较长,棉花生长后期天气晴朗、日照充足,有利于棉铃吐絮,从而有较长的生育期,产量较高；西北内陆棉区的石河子无霜期较短,棉花生长后期早晚温差较大,对棉花的早熟有利,但对吐絮不利[21],从而造成生育期与皮棉产量呈极显著负相关.董承光等[16]对北疆早熟棉的主要育种目标性状进行了相关分析,得出生育期与皮棉产量的相关性为负值,与本研究石河子点的结果一致.李成奇等[19]对新乡和石河子两种生态环境下陆地棉主要农艺性状的相关分析研究得出,两种生态环境下棉花生育期和果枝始节均与皮棉产量呈负相关,与本研究结果存在差别.这可能与采用的试验材料不同有关,前者采用的是遗传上尚未纯合、稳定的F2杂种后代分离群体,为棉花分离世代的性状选择提供依据;而本研究采用的是遗传上纯合、稳定的品种(系)群体,在纯系水平上探讨材料间的相关关系,对指导棉花性状选择具有普遍意义.

通径分析结果表明,两种生态环境下各早熟性状对皮棉产量具有一致直接通径作用的有苗期(正向)和生育期(负向),而蕾期、花铃期、果枝始节和始节高度对皮棉产量的直接通径作用均相反(或正向或负向);对皮棉产量的直接通径系数最大的性状在新乡是果枝始节,在石河子是始节高度.值得一提的是,针对不同的生态环境,对某一性状的选择既要考虑其对目标性状产生的直接贡献,又要考虑其通过其他性状对目标性状产生的间接贡献,即要考虑综合效果[19].如生育期在两种生态环境下对皮棉产量的直接通径系数均为负值,在保证适当生育期条件下,在新乡可通过提高苗期和果枝始节对皮棉产量产生较大的促进作用,在石河子可通过提高蕾期对皮棉产量产生较大的促进作用.回归与相关、通径结果吻合,进一步明确了在新乡应通过降低蕾期、提高果枝始节促进皮棉产量,在石河子应通过降低花铃期、提高始节高度促进皮棉产量,为棉花早熟高产的生态穿梭育种明确了主攻方向.

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（责任编辑：邓天福）

Correlation of cotton earliness and lint yield in different ecological environments

LI Chengqi1,2,LI Pengyun1,2,WANG Haoli1,2,FU Yuanzhi1,2,WANG Qinglian1,2
(1.Collaborative Innovation Center of Modern Biological Breeding,Henan Province,Xinxiang 453003, China；2.Cotton Research Institute,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China)

A total of 172 backbone cotton varieties (lines)bred or introduced in recent years from Yellow River basin,Yangtze River basin,Northwestern China and Northern China were selected as experimental materials.Analyses of variation,correlation,path and regression for cotton earliness and lint yield were generated in two different ecological environments,Xinxiang,Henan and Shihezi,Xinjiang.The results were as follows:In two environments, variation coefficient from high to low were always lint yield,height of first fruiting branch node,first fruiting branch node,seedling period,bud period,flower and boll period,growth period;In two environments,the correlation between earliness characteristics was basically consistent,however,the correlation between each earliness characteristics and lint yield displayed great difference.The earliness characteristics with the largest direct path coefficient to lint yield was first fruiting branch node in Xinxiang,and height of first fruiting branch node in Shihezi.Regression analysis further clarified that we can promote lint yield though reducing bud period and increasing first fruiting branch node in Xinxiang,and reducing flower and boll period and increasing height of first fruiting branch node in Shihezi.The results provided some theory reference for the shuttle breeding of earliness and high-yielding cotton.

ecological environment;earliness;lint yield;correlation;path;regression

S562

：A

：1008-7516（2015）05-0001-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.05.001

2015-07-18

河南省科学技术研究重点项目(14A210006);河南省高校青年骨干教师资助计划项目(2013GGJS-136);河南科技学院大学生创新实验项目(201102)

李成奇(1974―),男,山西运城人,博士,副教授.主要从事棉花遗传育种研究.