不同产量水平棉花品种产量因子差异性分析

温思钰，曹彩荣，潘转霞，3，郭宝生，杨六六，夏 芝，侯保国，李朋波，3

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030031；2.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；3.棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室，山西运城044000；4.河北省农林科学院棉花研究所，河北石家庄050000）

棉花作为重要的经济作物，在纺织工业和食用油利用中发挥着巨大的作用。从1978 年以来，我国棉花种植面积呈下降趋势，但棉花总产保持在600 万t 以上，这得益于棉花单产的提高，从1978 年的445 kg/hm2增加到2018 年的1 819 kg/hm2，棉花单产提高了4 倍以上[1]。随着棉花面积的继续萎缩，培育高产棉花品种就成为主要的育种目标[2-3]。产量构成因素对产量的影响较大，其他农艺性状大多数是通过影响产量构成因素来间接的影响产量[4-5]。前人对于产量构成因素及产量间关系和影响规律的研究发现，品种、生态环境和栽培技术上的不同都会导致产量构成上的差异[6-9]。研究棉花品种改良过程中产量相关性状的变化趋势，对于明确育种目标、挖掘产量潜力有重要意义[10]。

铃数、铃质量、衣分、收获指数等产量相关性状对棉花产量的影响较大，且品种改良过程中产量相关性状的变化趋势较为复杂[11-12]。宋锦花等[13]通过分析1979—2006 年江苏省中熟转基因棉花品种区域试验的产量数据，发现不同年代品种中皮棉产量增加速度放缓，铃数逐步增加且增加幅度也逐渐变大，铃质量增加缓慢，2000 年以后育成品种衣分有所下降。孔繁玲等[14]结合区域试验数据，对黄淮棉区1950—1994 年间10 个代表棉花品种的产量和产量相关性状进行比较研究，发现不同时期棉花品种的产量并非直线上升，不同品种增产途径不同，随着品种更替，铃数呈现逐渐增加的趋势，铃质量在不同时期品种间差异极显著，但并未表现出逐渐增加的趋势。棉花品种产量的提高归功于铃数和衣分，研究还发现不同历史时期产量构成因素对产量的贡献率不同，在黄淮棉区株铃数对产量的贡献最大，这与周有耀等[15-16]的研究结论一致。张德贵等[17]通过对不同时期11 个代表棉花品种产量和产量相关性状的比较分析，发现不同时期品种的平均皮棉产量逐步增加，铃数和衣分增加趋势明显，铃质量变化趋势不明显，这与魏守军等[18]研究结果相同。通过对长江流域棉区30 余年区试资料的分析，发现随着棉花品种的更替，铃质量表现出上升的趋势[17]。田海燕等[19]对河北省中早熟棉品种改良成效的分析中也有类似的发现。

本试验采用189 份棉花骨干种质和主推品种，收集多年多点产量性状表型数据，通过分析不同产量水平间棉花品种产量构成因子的差异，明确棉花品种改良过程中对产量提高贡献较大的因素，在进一步开展产量育种中作为选择的重要指标，为黄河流域棉区选育产量因子构成更为合理的高产棉花品种奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为189 份棉花种质资源，主要来自河北、山西、湖北、新疆等省份1985—2015 年育成的品种或品系，以及少部分早期国外引进品种。

1.2 试验设计

试验于2018 年在山西省农业科学院棉花研究所南花农场、2019 年在河北农林科学院棉花研究所试验基地进行。土壤肥力中等，4 月中下旬播种，播种密度为5.25 万株/hm2，品种顺序排列，2 次重复，每小区2 行，行长5 m，行距0.75 m，株距0.28 m，田间按当地高产栽培技术进行管理。

1.3 测定项目及方法

收获期间每小区选取具有代表性的10 株棉株，调查单株铃数。从这10 株棉株上取20 个中部正常吐絮棉铃，考查单铃质量、衣分。以收花后小区籽棉产量除以小区株数，计算该品种单株籽棉产量。参照辛承松等[20]提出的测定方法，选取小区内整齐一致、具有代表性的5 株棉株，从近地面剪下，风干30 d 后，称取单株秸秆质量，以籽棉与秸秆的质量比计算棉柴比，以此近似代表经济系数。

1.4 数据分析

数据经Excel 2016 软件进行整理后，利用SPSS 19.0 软件进行变异系数、标准差等统计分析。

2 结果与分析

2.1 试验材料划分

表1 试验材料划分情况

从表1 可以看出，189 份棉花种质资源的单株籽棉产量变化幅度为44.00～146.91 g，以石抗126（单株籽棉产量107.04 g）为参考，分别以单株籽棉产量80、100、125 g 为划分标准，根据实际产量表现，将189 份试验材料划分为低产品种、中产品种、高产品种和超高产品种。

2.2 不同产量水平棉花品种产量因子表现和变异分析

从表2 可以看出，在低产品种中，变异系数最大的性状是单株秸秆质量，变异系数为24.25%，其次为棉柴比，变异系数为22.75%。铃数（15.64%）和单株籽棉产量（11.64%）这2 个性状变异系数介于10%～20%。在中产品种中，仅有单株秸秆质量（18.25%）、棉柴比（16.80%）和铃数（11.54%）这3 个性状的变异系数大于10%。在高产品种中，变异系数大于10%的性状有棉柴比（12.19%）、单株秸秆质量（11.85%）、铃数（10.60%）。在超高产品种中，单株秸秆质量（12.04%）、铃数（10.66%）这2 个性状变异系数大于10%。综合来看，4 种产量水平的品种中，低产品种每个性状相比其他3 个产量水平的变异系数均较大，说明试验材料中低产品种材料类型丰富。性状变异系数越大，性状值的变幅越大，该性状被改良的可能性越大。高产品种和超高产品种性状变异系数较小，可能是性状被充分改良后导致控制表型值的基因获得了富集。

2.3 不同产量水平棉花品种产量因子分布规律

由表2 和图1 可知，28 份低产品种材料平均铃数为16.96 个，其中，18 份低产品种铃数为16.0～18.9 个。103 份中产品种材料平均铃数为18.38 个，其中，57 份材料铃数在16～19 个，占中产品种材料总数的55.34%。51 份高产品种的平均铃数为20.94 个，高产品种铃数较多地分布在19.0～21.9 个和22.0～24.9 个这2 个铃数区间内，共占高产品种总材料数的76.47%。7 份超高产品种的平均铃数为26.66 个，铃数区间主要在22.0～30.9 个。

表2 不同产量水平棉花品种产量因子表现和变异分析

低产品种铃质量主要分布在5.00～5.49 g 和5.50～5.99 g 2 个区间内，分别占低产品种总材料数的39.29%和32.14%。中产品种铃质量主要分布在5.50～5.99 g 这个区间内，占中产品种总材料数的39.80%。高产品种中49.02%的试验材料铃质量在5.50～5.99 g 区间内。

低产品种的衣分主要分布在36.0%～37.9%、38.0%～39.9%和40.0%～41.9%区间内。中产品种的衣分主要分布在38.0%～39.9%和40.0%～41.9%区间内。高产品种的衣分主要分布在36.0%～41.9%区间内。

低产品种单株秸秆质量主要分布在80.0～99.9 g 区间内，中产品种单株秸秆质量主要分布在80.0～99.9 g 和100.0～119.9 g 2 个区间内，高产品种单株秸秆质量主要分布在100.0～119.9 g 和120.0～139.9 g 2 个区间内，7 份超高产品种的单株秸秆质量分布在120.0～179.9 g 区间内。

低产品种棉柴比主要分布在0.60～0.99 区间内，12 份低产品种棉柴比小于0.8。中产品种、高产品种和超高产品种棉柴比主要分布在0.80～0.99和1.00～1.19 这2 个区间内。

2.4 不同产量水平棉花品种产量因子变化趋势分析

表3 不同产量水平棉花品种产量因子差值情况

从不同产量水平棉花品种性状间差值（表3）看出，铃数在四类棉花品种中呈增长趋势，且随着产量的提高增加幅度也在加大。比较四类品种在铃质量上的差值，低产品种与中产品种间铃质量差值为0.50 g，而中产品种、高产品种、超高产品种间铃质量上差异不显著。不同产量水平品种衣分平均值的差值中，低产品种与中产品种衣分差异最大，差值为0.94%，但未达显著水平。在单株秸秆质量上，低产品种与中产品种间差值较小，中产品种、高产品种和超高产品种中单株秸秆质量呈极显著增加趋势，且增加幅度逐渐增大。在四类品种中，中产品种、高产品种、超高产品种分别与低产品种在棉柴比上的差值都达极显著水平，中产品种、高产品种和超高产品种在棉柴比这一性状上的差异不显著。棉柴比反映了该棉花品种的经济系数，棉柴比不是高产品种的必要条件，但较高的棉柴比是高产的基础。

3 结论与讨论

在品种类型、生态环境和栽培技术等因素的影响下，棉花产量构成模式、产量因子及产量间的关系、产量相关性状都出现了不同的变化规律[21-22]。如何降低无关因素的干扰，研究产量因子对棉花产量提升的作用成为研究的一大难点[23-24]。本试验利用多年多点消除环境影响，比较不同产量水平棉花品种在产量相关性状上的差异，挖掘籽棉产量增加的原因。以石抗126 作为参考，按单株籽棉产量将189 份分为28 份低产品种、103 份中产品种、51 份高产品种和7 份超高产品种。分析这四类棉花品种产量相关性状的变异系数，低产品种在四类品种中各个性状变异系数均较大，说明低产品种材料来源广泛、材料类型较为丰富。低产品种向超高产品种培育的过程中，性状变异系数逐渐减小，这是品种改良过程中注重该性状选择的结果。高产品种中多个性状的变异系数小于10%，也说明目前育种中可利用的高产品种材料多样性较差，遗传基础较为狭窄。

结合产量相关性状的平均值、频数分布情况和性状间差值，在四类品种中，单株籽棉产量增加的过程中，铃数呈现增加的趋势，且增加幅度不断加大。铃质量在四类品种中先增加后趋于平缓。在四类产量水平中，随着单株籽棉产量的增加，衣分这一性状先增加，达到最大后逐渐降低。单株秸秆质量随着单株籽棉产量的增加呈持续增加趋势，且增加幅度不断增大。低产品种中棉柴比主要分布在0.60～0.99 范围内，低产品种中棉柴比较低的材料较多，中高产品种中棉柴比主要分布在0.80～0.99区间内，说明在高产育种中，棉花的经济系数也获得了同步的提高。

综合来看，在低产品种向中产品种的培育过程中，铃数、铃质量、衣分、单株秸秆质量、棉柴比都获得了选择。在中产品种向高产品种培育的过程中，铃数和单株秸秆质量这2 个性状有所增加，铃质量、棉柴比趋于稳定，说明在现阶段产量改良过程中，对产量贡献更大的是铃数和生物产量。因此，在黄河流域棉区，当前的棉花高产育种目标应该是在稳定铃质量和衣分的前提下，着重选择生物学产量高、成铃性强的材料，通过产量因子的协同改良，综合提高棉花的生产潜力，以获得更高产量水平的品种。

志谢：中国农业大学华金平教授在材料提供和试验设计中给予了悉心的指导和帮助，新疆农业科学院经作所孔杰博士和河北农林科学院旱作所戴茂华博士提供了部分试验材料，在此表示感谢！