基于生育期和农艺性状的棉花品种(系)适应性评价

王俊铎，郑巨云，龚照龙，艾先涛，郭江平，莫 明，李雪源，梁亚军

(新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国最大的优质棉、商品棉生产和出口基地，棉花总产、单产、面积连续多年稳居全国首位[1]。新疆棉花单位面积生产成本随劳动力成本增长而上涨，机采棉在新疆得到大面积推广[2]。当前新疆种植的棉花品种主要来源于历史选育品种、外地引进品种等，还存在品种多，品系杂，引种不规范等问题。研究新疆棉花品系的生态适应性，对筛选棉花品种(系)有重要意义。【前人研究进展】李洪等[3]利用主成分分析，评价11个不同玉米品种在晋北地区的适应性，为晋北地区品种选育提供参考。吕建珍等[4]利用主成分分析法，对引进的18份春播谷子品种(系)进行生态适应性鉴定，为我国东北与西北春播谷子区品种选育提供科学依据。傅晓艺等[5]对水旱兼用型小麦新品种石麦 28 号，利用方差分析和多重比较进行适应性分析，石麦 28 号是一个水旱兼用型小麦品种，适宜在河北省中南部和黄淮旱地区域种植。田闵玉等[6]利用相关性分析、主成分分析和隶属函数值法，对14份引进菠菜品种(系)的主要农艺性状进行比较分析和综合评价，为高原地区菠菜良种推广提供科学依据。丁逸帆等[7]采用GGE双标图法，分析了14个大麦品种在江苏地区8个试验点的高产、稳产和区域适应性。【本研究切入点】当前棉花研究主要集中在单一性状或某一方面抗性上，对棉花品种的生态适应性分析较少。研究基于生育期和农艺性状的棉花品种(系)适应性评价。【拟解决的关键问题】基于生育期和农艺性状利用主成分分析法，对20个棉花品种(系)进行适应性分析，分析评价新疆棉花适应性，筛选适应性强的棉花品种(系)，为新疆棉花优异品种的推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年在新疆农业科学院第一师16团陆地棉育种基地进行。前茬作物为棉花，供试土壤为中等肥力，0～30 cm土壤有机质7.50 g/kg，全氮0.58 g/kg，速效氮35.97 mg/kg，有效磷1.82 mg/kg，有效钾19.35 mg/kg。该区光热资源丰富，农业为灌溉农业，农作物为1年一熟制。

供试材料为国家种质资源库收集品种，对照材料(当地主栽品种)为中棉49号(CK)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用田间小区试验方法，小区面积8.5 m×2.3 m = 19.55 m2，机采棉膜下滴灌种植模式。随机区组排列，3重复，田间管理同大田生产。2017年4月15日播种，2018年4月10日播种，9月初开始，根据不同品种成熟情况陆续收获。

1.2.2 测定指标

播种后10～15 d，开始生育期调查，选择有代表性的植株连续5株，定点测定农艺性状，成熟期取样测定品质性状。测定指标19个，包括参试棉花品种生育期(X1)、株高(X2)、果枝始节高度(X3)、果枝数(X4)、铃数(X5)、籽指(X6)、籽棉重(X7)、皮棉重(X8)、单铃重(X9)、衣分(X10)、667m2产籽棉(X11)、上半部平均长度(X12)、断裂比强度(X13)、马克隆值(X14)、断裂伸长率(X15)、短纤维指数(X16)、成熟度指数(X17)、纺织一致性指数(X18)、长度整齐度指数(X19)。

1.3 数据处理

试验数据采用SPSS 19.0 软件进行统计分析，采用主成分分析法，计算每个品种的综合得分，依据每个品种的得分情况对各供试品种进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 品种生育期

研究表明，2017年，生育期最短的品种是J170633，仅122 d，低于对照(136 d)14 d。品种J170635、J170636、J170637生育期最长为147 d，高于对照品种11 d。以CK的生育期(136 d)为界限，则20个参试品种中J170633、J170634、J170644、J170646、J170647、J170648六个品种生育期低于136 d，其余品种生育期均高于对照品种。2018年，品种J170635最晚进入蕾期但最早进入絮期，这导致其有最短的生育期(127 d)低于对照组8 d，和J170635具有相同生育期的还有J170633和J170641两个品种。生育期最长的是J170634，为145 d高于对照10 d。但2018所有参试品种中，只有品种J170634生育期高于对照，其余的品种生育期均低于对照。图1

2.2 不同棉花品系生育期与农艺性状的相关性

研究表明，多项指标间呈显著或极显著相关性。2017年，参试品种生育期与株高、果枝数、上半部平均长度呈极显著正相关，相关系数分别为0.372、0.283和0.351，与马克隆值和成熟度指数呈显著负相关，相关系数分别为-0.259和-0.317。株高与始节高度呈和马克隆值呈显著正相关，相关系数分别为0.288和0.260，但与短纤维指数呈显著负相关，相关系数为-0.266。果枝始节与断裂比强度和纺织一致性指数都呈显著正相关，相关系数分别为0.407和0.330。果枝数与铃数呈显著正相关，但与马克隆值和成熟度指数呈显著负相关，相关系数分别为-0.401和-0.451。铃数与籽棉重、单铃重呈显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关，与成熟度指数呈显著负相关，相关系数分别为-0.332和-0.399。籽指与上半部平均长度、断裂强度比、纺织一致性指数和长度整齐度指数均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.449、0.446、0.445和0.327，与短纤维指数呈极显著负相关关系。上半部平均长度与断裂强度比、纺织一致性指数、长度整齐度指数呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.495、0.906和0.557，与马克隆值和成熟度指数呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.599和-0.442。断裂比强度与纺织一致性指数和长度整齐度指数呈极显著正相关关系，与短纤维指数呈极显著负相关关系，相关系数分别为0.658、0.428和-0.388。马克隆值与短纤维指数和纺织一致性指数呈极显著负相关，与成熟度指数呈极显著正相关关系。成熟度指数和纺织一致性指数呈极显著负相关关系，相关系数为-0.408。

2018年，参试品种生育期与衣分、马克隆值和成熟度指数呈极显著负相关关系，与上半部平均长度和纺织一致性指数呈显著正相关关系，相关系数分别为-0.393、-0.559、-0.576和0.526、0.372。对比2017年，生育期对马克隆值和成熟度指数的影响较为一致。株高与果枝数、籽棉重、皮棉重、单铃重、衣分、断裂比强度、马克隆值、成熟度指数均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.709、0.380、0.522、0.380、0.374、0.268、0.447和0.445。与2017年株高对马克隆值的影响趋势一致。果枝数与皮棉重、衣分、籽棉单产均呈极显著正相关，相关系数分别为0.380、0.402和0.348，与马克隆值呈极显著负相关系数为-0.348，和2017年的情况相似。籽指与籽棉重、单铃重、上半部平均长度、断裂比强度、纺织一致性指数和长度整齐度指数都呈极显著正相关，与衣分和短纤维指数呈极显著负相关，与2017年的情况完全一致，籽指是一个对于棉花多个农艺性状具有稳定关系的指标。籽棉重与断裂比强度、纺织一致性指数、长度整齐度指数呈极显著正相关，与2017年的情况具有相同的趋势。皮棉重与单铃重、衣分、667 m2产籽棉、马克隆值都呈极显著正相关，与成熟度指数和长度整齐度指数呈显著正相关，与上半部平均长度和短纤维指数分别呈显著和极显著负相关，给你2017年的趋势相同但相关性显著程度有所区别。单铃重与667 m2产籽棉、断裂比强度、纺织一致性指数、长度整齐度指数呈极显著正相关关系，与短纤维指数呈极显著负相关，这与2017年具有相同的趋势，但显著性更明显。衣分的情况和单铃重类似，与断裂比强度和成熟度指数呈极显著正相关关系，与上半部平均长度和纺织一致性指数呈极显著负相关关系。667 m2产籽棉与断裂伸长率呈极显著正相关。上半部平均长度与马克隆值和短纤维指数呈极显著负相关关系，与纺织一致性指数和长度整齐度指数呈极显著正相关关系。断裂比强度与成熟度指数、纺织一致性指数、长度整齐度指数呈极显著正相关关系，与断裂伸长率和短纤维指数呈极显著负相关关系。图1，表1

注：A图为2017年参试材料生育期情况，B图为2018年参试材料生育期

2.3 不同棉花品系生育期与农艺性状的主成分

研究表明，2017年和2018年的试验19个成分的累积贡献率均达到100%，19个因子对棉花综合性状的评价均有贡献。

根据主成分对应特征值大于1的原则提取主成分，在2年的试验结果中分别提取到6个主成分。2017和2018年第一主成分的贡献率分别为23.264%和26.245%，前6个成分的累积贡献率分别达到了78.154%和82.839%，前6个主成分基本代表了棉花主要生长性状80%左右的遗传信息，可以用这6个主成分来反映19个原始性状指标的基本遗传信息。表2

表2 不同棉花品系生育期与农艺性状的主成分Table 2 Principal component analysis of growth stages and agronomic traits of different cotton strains

2.4 影响主成分的主要性状

研究表明，2017年，第一主成分的农艺性状指标主要有籽指、断裂比强度、纺织一致性指数和长度整齐度指数，主成分1是由上述几个指标共同决定的一个综合指标，其中断裂比强度的荷载值最大，为0.268，但纺织一致性指数和籽指的荷载值分别为0.228和0.212，3个指标的影响程度差异不大，认为Z1是品质因子；2018年，第一主成分的变量和2017年试验趋势一致，贡献率和2017年试验接近，则2018年试验的Z1也被定义为品质因子。2018年试验决定第二主成分大小的主要因素是籽棉重、单铃重、皮棉重、667 m2产籽棉，其贡献率为22.355%，将其定义为产量因子(Z2);2017年试验第二主成分贡献率为16.146%，其中正向载荷较高的是皮绵重、籽棉重和单铃重，荷载指数分别为0.234、0.320和0.320，与2018年试验具有相同趋势，定义为产量因子(Z2)。第三主成分中，2018年试验贡献率为13.491%，其中长度整齐度指数和纺织一致性指数载荷较高符号为正，故称其为整齐度因子(Z3)；2017年试验第三主成分贡献率为15.263%，高于2018年试验，2年的试验具有相同趋势。第四主成分中，2017年试验贡献率为9.275%，其中株高的荷载值最大，为0.558，称为株高因子(Z4)；但2018年试验第四主成分与2017年试验结果不同，断裂伸长率载荷值在19个指标中最大(0.421)，定义Z4为断裂伸长率因子。第六主成分2017年试验贡献率为5.874%，其中断裂伸长率载荷值最大，为0.616，定义为断裂伸长率因子(Z6)；而第六主成分2018年试验贡献率为6.464%，其中果枝始节载荷值最高，定义为果枝始节因子(Z6)。各性状载荷值分布有所差异可能由于2年的气候、土壤情况等自然条件不同造成。表3

2.5 基于主成分分析的棉花品系综合评价

2017年试验供试的20个棉花品种中，品质因子得分最高的是品种J170636，产量因子得分最高的是品种J170641，整齐度因子得分最高的是品种J170632，株高因子得分最高的是品种J170650，断裂伸长率因子得分最高的是品种J170640。综合因子得分最高的是品种J170634，最低的是品种J170644。2018年试验依据主成分分析划分的几个主成分中，品质因子得分最高的是品种J170641，产量因子得分最高的是品种J170644，整齐度因子得分最高的是品种J170631，断裂伸长率因子得分最高的是品种J170647，果枝始节得分最高的是品种J170643。综合因子得分最高的是品种J170647，最低的是品种J170637。

品种J170647在2年的试验中分别为第一和第六，品种J170650分别为第四和第七，品种J170640分别为第三和第九，这些品种的生态适应性较好。品种J170644在2017年试验中排名第二十，但在2018年试验中排名第三；品种J170645在2017年试验中排名第十九，但在2018年试验中排名第五；品种J170646在2017年试验中排名第十四，但在2018年试验中排名第二；品种J170642在2017年试验中排名第十七，但在2018年试验中排名第五，这几个品种适应性表现不稳定。品种J170633在2017年试验中排名第十六，在2018年试验中排名第十四；品种J170632在2017年试验中排名第十三，在2018年试验中排名第二十，这2个品种在该地区的生态适应性较差。表4

3 讨 论

3.1 生育期是影响作物生态适应性主要指标之一

生育期是影响作物生态适应性的主要指标之一[8-9]，筛选生育期与生态气候条件相适宜的作物品种是引种的首要条件[10-11]。李洪等[3]主要以不同品种在晋北地区的生育期、株高、穗长等生物学性状来评价参试材料的适应性；朱大伟等[12]研究发现纬度每升高1°水稻全生育期平均增加3 d左右，南粳9108适宜在N32～ 34°地区种植。梅丽等[13]筛选适宜北京地区的藜麦品种时，考虑的是参试品种的生育期，适宜作为粮景兼用型的品种为晚熟型，其中红藜1和红藜2育期140 ～ 149 d，最为合适。张建学等[14]分析 8 个甘蓝型冬油菜品种在陇东南干旱山区适应性时发现，参试品种在不同生态区域间的生育期差异较大，不同品种在同一试验点生育期也存在较大差异。品种的生育期是研究其生态适应性的主要指标之一[15]，研究对供试的20个棉花品种在2年试验中的生育期情况进行统计，2017年参试品种中仅有6个品种的生育期短于对照，2018年除J170634外其他参试品种生育期均短于对照，参试材料在2年的试验中，生育期变化差异较大，主要是由于气象因子影响较大，从中筛选出了J170631、J170644、J170646、J170647四个品种2年的生育期变化较小，其适应性较强。

3.2 棉花品种的稳定性对生态适应性极为重要

优良的品种应该具有较强的稳定性[16]，即在不同的生态条件下均表现出接近的产量和质量，这有利于品种的大面积推广和引种[17]。石海春等[18]用高稳系数法和 Eberhart--Russell 模型综合分析了玉米品种瑞玉16 的丰产性及适应性，确定其适宜种植范围广，具有良好的生产潜力和推广应用价值，高金锋[19]采用 Franics和Kannenberg模型对6个荞麦品种的丰产性、稳定性及适应性进行了分析，发现榆荞-4、北早生和固引1号3个品种稳定性、适应性较好。付亮等[20]利用R语言统计模型，分析和评价了17个冬小麦品种稳定性和适应性，认为新麦 35、郑麦 103和周麦 36在各个试点的适应性和稳定性较好。林坤等[21]为分析评价鲁西南地区主栽的 10个小麦品种丰产性和稳定性，利用联合方差分析、线性回归分析和 AMMI模型对 3个试验地点产量数据进行分析。研究通过对20个参试品系进行2年品比试验，发现参试品系生育期、上半部平均长度、断裂比强度等重要指标的表现具有较大差异，品系J170635在2017年试验中的生育期为147 d，但在2018年的生育期仅127 d，相差20 d，其稳定性较差；通过主成分分析，发现品质因子得分最高的是品种J170636，产量因子得分最高的是品种J170641，整齐度因子得分最高的是品种J170632，综合因子得分最高的是品种J170634。2018年品质因子得分最高的是品种J170641，产量因子得分最高的是品种J170644，整齐度因子得分最高的是品种J170631，综合因子得分最高的是品种J170647。从2年的数据中，发现参试品系的生态稳定性较差，需要对其进一步选择。

4 结 论

比较20份棉花品种资源在2017和2018年2年的生育期、株高、果枝始节高度、果枝数、铃数、籽指、上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、伸长率、短纤维指数、成熟度指数等共计19个指标的表现，筛选出J170640、J170647、J170650三份综合性状表现较好的品种(系)，在该地区具有较强的生态适应性。品种J170644、J170645、J170646在2年的试验中适应性表现差异较大，稳定性较差；品种J170633、J170632在该地区的生态适应性较差。