新陆早系列棉花品种更替中棉铃发育特性及与产量和品质的关系

陈宗奎，田龙海，索晓霞，田景山，罗宏海

(石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)

新陆早系列棉花品种更替中棉铃发育特性及与产量和品质的关系

陈宗奎，田龙海，索晓霞，田景山，罗宏海

(石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)

【目的】明确不同年代新陆早系列棉花品种棉铃发育特性及其与产量和品质的关系。【方法】以1980～2010年推广面积较大的10个新陆早系列棉花品种为材料，测定棉铃发育过程中长度、直径、体积、单铃重、产量及纤维品质。【结果】随品种更替，棉铃铃长、铃直径、铃体积和单铃重分别下降2.79%～16.92%，2.27%～13.28%，10.15%～35.9%和11.5%～18.9%；单株铃数和产量分别增加了4.0%～45.29%和8.75%～28.04%。纤维长度和比强度从1980年代到2000年代分别提高了7.6%和11.6%，2000～2010年代没有明显的变化。相关分析表明，铃长、铃直径和铃体积与单株结铃数、产量、整齐度和马克隆值成极显著负相关，与单铃重、纤维长度和比强度成显著正相关；通径分析表明，增加棉铃长度和直径有利于提高纤维长度和比强度。【结论】棉花品种演替过程中产量的增加主要归因于单株铃数的增加，铃龄0～21 d铃长和铃直径与产量和品质形成关系密切。

棉花；品种更替；棉铃发育特性；产量；品质

0 引 言

【研究意义】新疆光热资源丰富，具有发展棉花的光热资源优势，也是我国最大的棉花生产基地，自20世纪80年代以来，伴随品种的更替，棉花产量不断提高。棉铃是形成产量和品质的基础，北疆棉区新陆早系列棉花品种的更替对棉铃发育和产量品质的影响研究较少，因此，探明不同年代新陆早系列棉花品种棉铃发育规律及其与产量和品质的关系，对棉花超高产栽培及新品种选育有重要意义。【前人研究进展】棉铃是棉花产量和品质形成的基本单位，直接影响棉花产量的提高。相吉山等[1]通过分析新陆早系列品种主要性状，发现生育进程、铃重和衣分是影响产量的主要因素。褚贵新等[2]研究发现，在棉花品种更替过程中单株结铃数呈显著的增加趋势，且单铃的经济系数也在增大。棉铃的生长发育变化对产量和纤维品质的形成有很大影响，提高棉花单铃重和单株结铃数是棉花高产的重要实现途径[3-4]。有研究表明棉铃体积与单铃重呈显著正相关关系[5,6]；单株铃数与产量成极显著正相关，与单铃重成正相关关系[1,6]，但如果铃壳所占比重太高，提高单铃重并不能显著提高产量[2]。棉铃的正常发育是棉纤维发育的基础，也有利于纤维品质的提高[7]。严重影响棉铃生长发育，可导致棉花产量与纤维品质大幅度降低[3]，研究表明随棉铃的体积降低，纤维长度变短，马克隆值增大[8]。【本研究切入点】关于棉铃数量和质量与籽棉产量和品质关系的研究较多，但对棉铃发育动态过程与产量和品质关系研究较少，尤其是新陆早系列品种棉铃发育动态过程及其与产量和品质关系研究更少。研究不同年代新陆早系列棉花品种棉铃发育特性及其与产量和品质的关系。【拟解决的关键问题】研究新陆早系列品种更替中棉铃发育动态过程中棉铃长度、直径、体积和单铃重的变化规律，探讨棉铃发育特性与产量和品质之间关系。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2014年在石河子大学农学试验站(45°19′N，86°03′E)进行，该地区棉花生长期(4～9月)，平均气温 20.28℃，最低气温13.22℃，最高气温27.61℃，总日照时数1 915.3 h，总降雨量97.2 mm，总蒸发量为850.4 mm，平均日蒸发量4.65 mm。选用北疆棉区种植面积较大的新陆早系列棉花品种，其中1980年代(80s)包括新陆早1号、新陆早2号；1990年代(90s)包括新陆早5号、新陆早7号；2000年代(00s)包括新陆早13号、新陆早24号、新陆早36号；2010年之后(10s)包括新陆早45号、新陆早53号。小区面积15 m2，随机区组排列，重复3次。2014年4月24日布滴灌带、铺膜后，在膜上人工点播后补出苗水。田间种植方式及管道铺设方法同大田膜下滴灌棉花，种植密度15×104株/hm2。生育期随水滴施纯氮260 kg/hm2，生育期滴水12次，滴水总量为4 500 m3/hm2。采用缩节胺化学调控6次，总用量为300 g/hm2。7月5日左右打顶，其他管理措施同一般大田。表1

表1 供试品种

Table 1 Tested Cultivars

品种Cultivars审定年份Dateofauthorized品种Cultivars审定年份Dateofauthorized新陆早1号Xinluzao1(Z1)1978新陆早13号Xinluzao13(Z13)2002新陆早2号Xinluzao2(Z2)1988新陆早24号Xinluzao24(Z24)2005新陆早5号Xinluzao5(Z5)1994新陆早36号Xinluzao36(Z36)2007新陆早7号Xinluzao7(Z7)1997新陆早45号Xinluzao45(Z45)2010新陆早10号Xinluzao10(Z10)1999新陆早53号Xinluzao53(Z3)2012

1.2 方 法

1.2.1 棉铃生长发育

棉株开花后，对中部果枝(第5～6果枝)第1果节的当日所开白花挂牌标记，每7 d取大小相近棉铃6个，直至棉铃裂铃。用游标卡尺测定棉铃长度、直径，计算其平均值；用排水法测定棉铃体积；将鲜样105℃杀青，85℃烘干至恒重测定棉铃重。

1.2.2 产量和品质

收获期每品种分别选取代表性棉株10 株，按纵向分为下部(1～3果枝)、中部(4～6果枝)、上部(7果枝以上)三个部位，统计成铃数、计算单株产量，并收取各品种下部、中部、上部籽棉各20 g脱绒，测定衣分后取各品种棉纤维样品，送至农业部农产品质量监督中心(乌鲁木齐)，测定棉纤维长度、整齐度、比强度和马克隆值等品质指标。

1.3 数据统计

采用SPSS 16.0统计分析软件进行相关性分析和通径分析，多重比较用Duncan法(α=0.05)；作图采用Sigma Plot 10.0完成。

2 结果与分析

2.1 不同年代棉花品种铃长、铃直径、铃体积和单铃重的变化

不同年代品种棉铃长度和棉铃直径随铃龄呈先增加后稳定趋势，棉铃体积和单铃重均随铃龄增加而增加。棉铃长度和棉铃直径在不同年代品种间均以80s品种较高，在铃龄0～21 d快速增长期内，80s品种分别较90s、00s和10s品种高2.97%、15.88%、18.34% 和3.94%、17.36%、14.96%；在21～49 d的平稳期间，80s品种分别较90s、00s和10s品种高2.6%、15.1%、15.5%和1.6%、9.2%、6.4%。棉铃体积在龄0～28 d快速增长，80s品种分别较90s、00s和10s品种高9.6%、28%、35.3%；在35～49 d的平稳期间，80s品种分别较90s、00s和10s品种高11.7%、31.9%、36.5%。单铃重在铃龄0～49 d呈快速上升趋势，在铃龄0～28 d各品种间差异不大；在35～49 d的平稳期间，80s品种较90s、00s和10s品种分别高11.5%、36.3%、18.9%；说明品种更替过程中，棉铃长度、直径、体积和单铃重均成下降趋势，铃长度、铃直径和铃体积在铃龄0～21 d，单铃重在铃龄28～49 d生长优势明显。铃体积和单铃重品种间形成差异主要在铃龄28～49 d。图1

图1 棉铃发育变化动态

Fig.1 The developmental dynamics of cotton bolls

进一步分析棉铃长度、直径、体积和单铃重相对增长量可以看出，棉铃长度和直径相对增长量在铃龄0～21 d快速增长期内，80s品种分别较90s、00s和10s品种高3.94%、6.6%、9.14% 和3.04%、7.96%、7.22%；在21～49 d品种间无明显差异。棉铃体积相对增长量在铃龄0～28 d，80s品种分别较90s、00s和10s品种高4.35%、11.16%、17.46%；在35～49 d的平稳期间，品种间无明显差异；单铃重在铃龄0～28 d各品种间差异不大；而在35～49 d的平稳期间，80s品种分别较90s、00s和10s品种高11.5%、36.3%、18.9%。说明新陆早系列棉花品种更替过程中，棉铃长度、直径、体积和单铃重的增长速率呈下降趋势。图2

图2 棉铃相对增长量的变化动态

Fig.2 The dynamic change of cotton bolls relative growth

2.2 不同年代棉花品种产量及品质的变化

研究表明，不同年代棉花品种的籽棉产量和皮棉产量均随着品种更替不断增加，其中10s品种较80s、90s和00s品种分别高28%、15.97%、8.75%和28.1%、14.29%、3%。80s棉花品种单铃重分别较90s、00s和10s高6.0%、18.76%、25.1%；以10s棉花品种单株结铃数分别较80s、90s和00s高45.29%、26.18%、4.0%衣分00s分别较80s、90s和10s高3.77%、2.6%、3.71%。表2

表2 不同年代品种产量及其构成因子变化

Table 2 Changes of yield factors of cultivars in different years

年代Data单铃重Singlebollweight(g)单株铃数Bollnumberperplant(ind)籽棉产量Seedcottonyield(g/plant)衣分Lintpercentage皮棉产量Lintyield(g/plant)10s51d99a4639a3818b1819a00s53c95a4273b392a1767a90s60b78b4000c385ab1592b80s63a68c3623d382b1420c

注：产量均为平均单株产量，同一列同一水分处理不同字母表示差异达5%显著水平；下同

Note: The yield of all the mean single plant yield, datain same column and water treatment with different letters indicate significant difference (P<0.05); the same as below

研究表明，10s棉花品种纤维长度和比强度显著高于80s、90s品种，但与00s品种无明显差异；整齐度和马克隆值在不同年代品种间无显著差异。说明从80年代到00年代棉花纤维品质有一定的改善，但2000～2010年，纤维品质没有明显的变化。表3

表3 不同年代品种品质性状变化

Table 3 Change of quality characters of cultivars in different years

品种Cultivars整齐度Fiberuniformity纤维长度Fiberlength马克隆值Micronaire比强度Fiberstrength10s850a313a38a351a00s848a312a38a337ab90s855a290b40a302b80s848a290b39a301b

2.3 棉铃发育特性与产量和品质的关系

铃长、铃直径和铃体积与单株结铃数、籽棉产量和皮棉产量成极显著负相关，但与单铃重成显著正相关。棉铃生长发育指标与品质性状之间的相关性分析表明，铃长、铃直径和铃体积与比强度和纤维长度成显著正相关，与整齐度和马克隆值成负相关。表4

表4 产量构成因子与品质性状相关性

Table 4 Correlation analysis of yield constituting factor and quality characters

项目Items铃长Bolllength铃直径Bolldiameter铃体积Bollvolume单铃重Bollweight单株铃数Bollnumberperplant比强度Fiberstrength整齐度Fiberuniformity马克隆值Micronaire纤维长度Fiberlength铃长Bolllength—0906∗∗0972∗∗057∗-900∗∗0746∗∗-0112-00770690∗铃直径Bolldiameter0—0882∗∗0555∗-0787∗∗0688∗-0103-00040669∗铃体积Bollvolume00—0581∗-0873∗∗0731∗∗-0109-00770684∗单铃重Bollweight00230025800114—-02630138-02060140246单株铃数Bollnumberperplant0000200409—-0771∗∗-018-0039-0680∗比强度Fiberstrength0005001300070670003—-021-0430927∗∗整齐度Fiberuniformity072907490737052105750513—799∗∗-0389马克隆值Micronaire081209908130665090401630002—-0457纤维长度Fiberlength0013001700140440015002120135—

注：左下角为Sig值，右上角为相关系数，*表示显著性在0.05水平，**表示显著性在0.01水平

Note: Bottom left corner is significant value, top right is correlation coefficient,*significant at 5% level of significance,**significant at 1% level of significance

3 讨 论

3.1 棉花品种演替过程中棉铃发育动态及其与产量的关系

棉花产量由单位面积株数、单株铃数、铃重和衣分构成。50多年来，新疆特早熟棉区随着品种的更换，新育成品种产量的遗传增益每年约为9.3 kg/hm2[4]。在产量构成因素中单位面积株数主要由栽培因素决定，铃重、单株铃数和衣分由品种的遗传决定[4]。一般认为铃重和生育期呈显著的正相关[4]。孙杰等[9]研究表明，北疆棉区选育前期品种生育期最长，铃重最大；品种更替过程中，生育期缩短，但单铃重及衣分变化不大，单铃重增长势呈下降趋势[1]，而单株结铃性有逐渐增加的趋势，产量也呈逐年升高趋势[2]。研究也发现随着品种更替，单铃重呈下降趋势，单株铃数和产量呈上升趋势，表明产量的提高主要依赖于单株结铃数的增加。

棉铃体积[5]和棉铃直径[14]对单铃重的影响很大，且棉铃体积与产量成极显著正相关[10]。棉铃生长发育指标与产量性状相关分析表明，单株结铃数和产量与铃长、铃直径和铃体积成极显著负相关。通径分析发现，铃长与单株铃数和产量相关度较高，而铃长在铃龄0～21 d增长优势明显，表明品种更替过程中产量的差异，可能是在铃龄0～21 d，铃长及其相对增长量逐年降低，进而降低了铃体积和铃重[11-12]。因此，通过棉花高产栽培调控与新品种选育技术，在保证适宜单株铃数的前提下，适度促进铃龄0～21 d的铃长相对增长量、提高铃长，对进一步挖掘棉花产量潜力具有重要意义。

3.2 棉花品种演替过程中棉铃发育动态过程与品质的关系

棉纤维品质的形成过程实质上是纤维的伸长和胞壁纤维素的有效积累过程，因而受到生态因子和品种类型的显著影响[13]。而Wanjura等[14]和Danforth等[15]认为纤维长度主要由基因决定。田海燕等[16]研究表明新疆特早熟棉区棉花品种纤维长度递增较明显，纤维强度增强，与品种更替密切相关。研究发现，新陆早系列棉花品种演替过程中，从1980年代到2000年代纤维品质有一定的提高，但2000～2010年代，纤维品质基本没有明显的变化。

随着棉铃的发育，纤维品质成增强趋势[17,18]，并且纤维品质与棉铃长度关系密切[19,20]。进一步分析发现比强度和纤维长度与铃长、铃直径和铃体积呈显著正相关；通径分析表明，比强度与铃长关系更密切且呈正相关关系，纤维长度与铃直径关系更密切，而铃长和铃直径在铃龄0～21 d增长优势明显；而随品种更替纤维品质有一定的改善，铃长和铃直径在铃龄0～21 d，呈逐年下降趋势，进一步影响了棉铃发育，但棉铃储存足够的同化物可保证纤维品质发育[21,22]，而对不同年代品种间品质的影响与棉铃发育关系不大，可能与该阶段的育种主攻产量或品质的目标有关[4]。

随着劳动力成本的增加和农业机械化进程的推进，在新疆棉区大力推进机械化采收已成为必然趋势，而在机械化采收过程中，要求纤维长、断裂比强度大棉花品种，以减弱棉花机械采收时机械拉力对棉纤维品质的影响[23,24]。因此，在保证产量较高前提下，选育铃龄0～21 d铃长和铃直径较大或增长速率较快的品种，以提高纤维长和比强度，对新疆棉区棉花经济效益增加有重要意义。

4 结 论

1980～2010年代新陆早系列棉花品种演替过程中，铃长、铃直径、铃体积和单铃重均呈降低趋势，但单株铃数的增加弥补了单铃重降低的不足，从而保证了较高的棉花产量；1980～2000年代，新陆早系列棉花品种纤维长度和比强度有明显提高，自2000年之后纤维品质变化不明显。此外，铃龄0～21 d内铃长和铃直径与产量和品质指标呈显著正相关关系。因此，选育棉铃发育早期铃长和铃直径较大或增长速率较快的品种或栽培措施，可进一步挖掘棉花优质高产潜力。

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Fund project:National science and technology support program (2014BAD09B03) and Shihezi University SRP project (SRP2014188)

On Characteristics of Boll Development of Xinluzao Series of Cotton Varieties and Their Relationship with the Yield and the Fiber Quality in Northern Xinjiang

CHEN Zong-kui, TIAN Long-hai, SUO Xiao-xia, TIAN Jing-shan, LUO Hong-hai

(CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity/KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjingProductionConstructionCorps,ShiheziXinjiang832000.China)

【Objective】 This experiment aims to explore the cotton boll development and the effect on fiber quality and yield of Xinluzao cotton varieties, which might be of great significance to construct high-yielding cultivation technique system and new variety cotton breeding in Xinjiang.【Method】Field experiments were carried out to study the characteristics of cotton boll development among 12 main cotton varieties used widely from 1980s to 2010s, and the boll length, diameter, volume, single boll weight, yield and fiber quality during development were determined.【Result】During the evolutional succession of Xinluzao cotton varieties, boll length, boll diameter, boll volume and boll weight decreased by 2.79%-16.92%, 2.27%-13.28%, 10.15%-35.9% and 11.5%-18.9%, respectively; Bolls number per plant and seed cotton yield increased by 4.0%-45.29% and 8.75%-28.04%, respectively. From 1980s to 2000s, fiber length and fiber strength increased; during the period from 2000 to 2010, there were no obvious changes. The correlation analysis showed that boll length, boll diameter and boll volume were significantly negatively correlated with the bolls number per plant, seed cotton yield, fiber uniformity and micronaire, and significantly positively correlated with single boll weight, fiber length and specific strength. The further path coefficient analysis showed that boll length and boll diameter went against increasing bolls number per plant, but both helped to improve fiber strength and fiber length.【Conclusion】The increase of yield was mainly attributed to the increase of boll number per plant during the evolutional succession of Xinluzao cotton cultivars, and the length and diameter of 0～21 d were closely related to the yield and quality.

cotton; evolutional succession of cotton varieties; cotton boll development characteristics; yield; fiber quality

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.01.002

2016-04-26

国家科技支撑计划课题(2014BAD09B03)；石河子大学SRP项目(SRP2014188)

陈宗奎(1990-)，男，甘肃人，硕士，研究方向为棉花栽培学与耕作学，(E-mail)1643803948@qq.com

罗宏海(1979-)，男，新疆人，博士，副教授，研究方向为作物生理生态，(E-mail)luohonghai79@163.com

S562

A

1001-4330(2017)01-0010-10