新疆绿洲干旱区不同棉种主要性状综合评价及分析

吾买尔江·库尔班，努斯热提·奥斯曼，阿尔曼·阿不利米提，李 杰，张鹏忠，吐尔逊江·买买提

(1.新疆农业科学院库车陆地棉试验站，新疆库车 842000；2.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；3.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】棉花是我国主要的经济作物之一，优质品种是其生产的核心，增产贡献率可达30%以上，因地制宜选择、利用棉花种质资源、培育适宜品种对促进棉花产业发展具有重要作用[1-4]。【前人研究进展】戴茂华等[5]通过对10个北疆优质杂交棉新品种(系)的若干农艺性状与产量、品质性状进行相关性分析，发现果枝数、株高和单株铃数对皮棉产量影响较大。李永山等[6]对20世纪50年代至90年代，中国自育的棉花品种20份进行产量性状的相关性和通径分析表明，衣分和单株结铃数是影响皮棉产量的主要因素。董承光[7]等研究发现，整齐度与上半部平均长度、比强度及伸长率呈显著正相关，比强度与长度呈极显著正相关。但是，受研究群体相对较小、材料来源不同、种植环境及方式差异大等因素影响，前人研究结论具有较大差异[8-9]。新疆是我国最大的棉花生产基地，2017年种植面积达2 217.47×103hm2，总产456.6×104t，均超过全国的70%以上[10]。【本研究切入点】新疆高温干旱，属典型的灌溉农业区，水资源匮乏、水分利用水平低是制约新疆棉业持续发展的一个重要因子[11-12]，加上独特的自然条件、栽培模式、植株生长的系统性、多样性，需要筛选、培育具有高产、优质、多抗等特性的品种，针对南疆陆地棉产量品质性状的综合分析的研究报道很少。【拟解决的关键问题】16个棉花品种为材料，分析新疆干旱绿洲区“密、矮、早”，“大群体，小个体”栽培下棉花农艺形状、品质、根系、产量及产量构成因子等主要性状相关性和聚类分析，综合评价南疆生产上推广应用的棉花品种，为选择品种、制定栽培措施等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016年4月～2017年10月在新疆农科院库车陆地棉试验站棉花根系原位观测平台基地进行，地理位置41°09′N，83°15′E，海拔910 m，年降水量50～80 mm，年蒸发量2 800 mm左右，无霜期200 d，有效积温4 300～4 500℃，属典型的暖温带大陆性干旱气候。土壤质地为砂壤土，0～60 cm土层土壤有机质含量20.13 mg/kg，全氮0.72 g/kg、速效磷13.2 mg/kg、速效钾154.4 mg/kg。

材料为新疆农科院经作所棉花品种，分别为C460、C8517、C4769、新陆202，以及石185等年代比较早的新疆陆地棉品种的重要核心种质资源，新疆农科院经作所选育的早熟、超高产特性的10-108-3(新陆中42号提高系)、AY4、26号；高产、稳产特性的种质材料3、4号(新陆中28号提高系)；抗逆种质新陆中36号、中棉所41号；早熟新品种新陆早59号、新陆早60号、新陆早63号；适应性、稳产性好的军棉1号等16个棉花品种(系)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验按随机区组设计，3次重复，采用1膜6行种植，行距配置(10+66+10+66+10)cm，株距10 cm，小区面积54 m2，采用膜下滴灌干播湿出技术，分别于2016年4月17日和 2017年4月14日进行膜上点播，于2016年4月18日和2017年4月16日滴出苗水。

棉花根系原位观测平台基地大田种植，根系原位观测基地，每培养池种植10株棉花用于研究棉花根系和地上部发育指标的研究，滴灌栽培、自然生长(不打顶、不化学调控)。

室内栽培：每盆种植6株，使用营养液漂浮栽培法研究棉花根系生长，营养液具体配方为：四水硝酸钙(945 mg/L)，硝酸钾(506 mg/L)，硝酸铵(80 mg/L)，磷酸二氢钾(136 mg/L)，硫酸镁(493 mg/L)，铁盐溶液(2.5 mL)，微量元素液(5 mL，pH=6.0)；铁盐溶液：七水硫酸亚铁(2.78 g)，乙二胺四乙酸二钠(EDTA.Na 3.73 g)；蒸馏水500 mL(pH=5.5)；微量元素液：碘化钾(0.83 mg/L)，硼酸(6.2 mg/L),硫酸锰(22.3 mg/L)，硫酸锌(8.6 mg/L)，钼酸钠(0.25 mg/L)，硫酸铜(0.025 mg/L)，氯化钴(0.025 mg/L)。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 生育期

记录棉花播种、出苗及各生育期的开始与结束日期。

1.2.2.2 农艺性状

各处理选择代表性棉株10株，测定株高、始节高、节间长度、始节位、果枝数、铃数等。

1.2.2.3 纤维品质

在吐絮期，收取单株中部正常吐絮棉铃20个，混样，测定其铃重、衣分、衣指、子指，将棉样送农业部纤维检验测试中心测定纤维品质。

1.2.2.4 根系性状

采用LC-4800植物根系形态扫描仪和加拿大引进的根系分析软件(WinRHIZOBasic32-bit2013)根系图像扫描分析系统，分析根系长度、直径、面积、体积、根尖记数等指标。

1.2.2.5 产量

根据棉花吐絮情况分3次采摘并记录收获株数、单株铃数、单铃重，实测每个测坑的棉花产量作为最终的产量数据，并化为每公顷产量。

1.3 数据处理

对产量及品质等数据分析用SPSS11.0统计软件进行；对主要形态指标进行赋值后，用DPS14.5软件采用可变类平均法聚类分析进行聚类。

2 结果与分析

2.1 不同品种棉花地上部农艺性状差异与产量性状的关联度

研究表明，石185、C460、8517、新陆202、C4769等种质资源材料的株高比审定的品种普遍很低；新陆早59号、新陆早60号、新陆早63号等早熟品种的株高发育比早中熟品种快，株高普遍比较高，10-108-3株高在16个品种中最高，生长速度快。果枝节位军棉1号、10-108-3、C4769显著低于其他品种，仅为3.2～4.2，新陆中36号最大为7.4。叶龄新陆早60号显著高于其他品种可达17.2片，军棉1号和AY4最小，其他各品间差异不显著。果枝数新陆中42号的最多，AY4次之，新陆202的最少，各品种果枝数在6.7～13.1，差异显著。AY4的现蕾数最多可以达到31个蕾，4号的现蕾数第二，28.6个蕾；石185、C460、8517、新陆202、C4769等基础种质资源的现蕾数最少。表1

表1 不同品种棉花地上部农艺性状差异Table 1 Differences of aboveground agronomic traits of different cotton cultivars

研究表明，铃数与产量的灰色关联度最大，其值为0.93；株高、蕾数、果枝数、主茎节间数次之，其值分别为0.87、0.85、0.82、0.81；叶龄数、果枝节位最小，其值为0.76、0.76。从灰色关联度的数值来看，其值都大于0.75，株型性状(株高、叶龄数、主茎节间数、果枝节位、果枝数、蕾数、铃数)对产量的影响较明显。其中，株高、叶龄数、主茎节间数反映植株发育进程；果枝数、蕾数、铃数与“库”密切相关，反映生殖器官发育动态。表2

表2 地上部主要农艺性状与籽棉产量之间灰色关联度Table 2 Grey relational analyses between major agronomic trait of above ground part and unginned cotton yield

2.2 不同棉花品种产量及产量构成因子

研究表明，各品种单株铃数差异明显，最多的为10-108-3为9.4个，其次为4号为7.2个，新陆202最少仅为1.8个；各品种铃重为4.5～6.5 g，军棉1号和8517最大，显著高于其他处理。衣分石185最小为32%，4号最高48.3%。C460、C8517、C4769、新陆202、2-3、石185等新疆陆地棉品种的重要核心种质资源籽棉产量1 500～3 000 kg/hm2，其中C460、C8517等基础种质材料19世纪末20世纪初引进的陆地棉基础种质资源材料，C4769、2-3等基础种质资源50年代后引进的种质资源，新陆202是70年代新疆审定的品种。2010年后选育审定的早熟新品种新陆早59号、新陆早60号品种籽棉产量可以达到5 250 kg/hm2以上，南疆历史上推广面积最大的品种军棉1号产量可以达到5 850 kg/hm2。具有早熟、高产、稳产特性的AY4、4号可以达到5 429、7 517 kg/hm2，较50年代的陆地棉增加高3倍以上，比41号、新陆中36号、新陆早59号、新陆早60号、新陆早63号高2倍以上。10-108-3籽棉产量最高可达 9 306 kg/hm2。表3

表3 产量和产量性状Table 3 Yield and yield trait

2.3 不同品种棉花主要产量指标间的相关性

研究表明，单株铃数与铃重呈负相关性，且达到极显著水平；单株结铃数与衣分、纤维重呈显著的正相关关系，铃重与铃壳、棉籽重、纤维重、种子数呈显著正相关，铃大铃壳加厚，棉籽重、纤维重、种子数增加；衣分与籽指、衣指、纤维重相关系数分别为0.829、0.606、0.632；籽指与籽棉重、纤维重呈显著正相关，相关系数分别为0.492、0.538，衣分与种子数呈显著负相关，相关系数为-0.532；铃壳与籽棉重、种子数呈显著正相关，相关系数分别为0.544、0.691；纤维重与种子数相关系数为0.682。表4

表4 棉花产量指标间的相关性Table 4 Correlation analysis result of cotton yield index

研究表明，单株铃数、铃重、衣分对皮棉产量的直接影响中，单株铃数的直接作用最大，衣分次之，铃重的直接作用最小。通过分析各个间接通径系数发现，衣分通过单株铃数对皮棉产量的间接作用较大，其间接通径系数为0.437。虽然单株铃数通过铃重对皮棉产量产生负的间接作用，但作用很小，而单株铃数的直接作用较大，所以对于皮棉产量单株铃数的影响较大，二者的简单相关系数为0.966；单株铃数通过衣分对皮棉产量产生正的间接作用，但作用较小；至于铃重，其直接通径系数和间接通径系数均较小，对皮棉产量的改变影响不大。表5

表5 简单相关系数Table 5 Decomposition of simple correlation coefficient

2.4 不同棉花品种品质性状特征及根长与品质之间的相关性

研究表明，各品种绒长和整齐度新陆中60号最大，分别为29.7 mm、88.4%，10-108-3次之，为29 mm和87.9%；各品种马克隆值为4.62～5.73，处于B2级4.3～4.9的有新陆早59号、军棉1号、新陆早63号、10-108-3、8517，其他各品种处于C级。断裂比强度中棉所41最大为29.9新陆早60号，新陆早60号次之为29新陆早60号，断裂伸长率和成熟度各品种差异不显著，分别在6.4%～6.7%、0.83～0.86，断纤维率3号和26号最大达8.9%，新陆中36号最小为6.7；纺织一致性指数各品种差异较大，介于100～160，10-108-3最大，3号最小。表6

表6 不同品种棉花相关品质指标Table 6 Quality measurement result of different cotton cultivars

研究表明，总根长与果节始节、果枝数、伸长率呈显著正相关，即总根长越大，根系越发达越有利于枝芽的生长；生育期与子叶节高度、果枝数呈负相关关系，与果节始节、比强度、伸长率呈显著的正相关；比强度与马克隆值呈负相关，与伸长率呈正相关关系。表7

表7 不同品种棉花根长与品质之间的相关性Table 7 Correlation analysis between root length and quality of different cotton cultivars

2.5 不同品种棉花根系变化特征

研究表明，各品种总根长差异明显，在12.82～37.02 cm，3最长，军棉1号次之，C460最短；根的总表面积3最大为2.47 cm2，石185次之为2.42 cm2，C460最小仅为0.9 cm2。各品种总根容积在0.005～0.013，平均根直径为0.002 mm，且差异不显著，根尖数C460显著低于其他品种，仅为144.7，新陆早60号最多可达660.9。表8

表8 不同品种棉花根系变化特征Table 8 Characteristics of root changes of different cotton cultivars

2.6 根系主要性状相关性

研究表明，总根长、根表面积、根容积、根直径、根尖数、根分叉与籽棉产量之间相关关系很显著，其中总根长、根表面积、根尖数、根分叉与籽棉产量正相关，根尖数与籽棉产量相关系数最大(+0.117)，根表面积之间的相关关系第2(+0.039 3)；根容积、根的直径与籽棉产量之间负相关，根平均直径的相关系数大(-0.185)，根容积的相关系数次级(-0.005 4)。总根长、根表面积、根容积、根直径、根尖数、根分叉与籽棉产量结果中得知超高产特性的棉花品种10-108-3，高产品种4号，军棉1号，新陆早59号、新陆早60号，高产品系AY4等品种中，10-108-3，AY4等品系根系性状的发育不是很好明显的降低根系冗余，反而产量不高的3号，石185等品系的根系性状的发育最好表现明显的根系冗余现象。表9，图1

表9 根系主要性状与籽棉产量相关性Table 9 Correlation analysis between main traits of roots and unginned cotton yield

图1 主要性状聚类分析和籽棉产量Fig.1 Clustering analysis of major traits and unginned cotton yield

3 讨 论

棉株农艺性状是棉株生长发育状况的首要指标，直接影响着棉花的光能利用率，进而影响干物质的积累以及最终产量。张香桂等[14]对 154份国外棉花种质的主要农艺及经济性状进行了鉴定，从中筛选出了矮秆高籽指高纤维强度的材料；李飞等[15]研究了172份陆地棉品种(系)的产量、株高、籽指等19 个主要农艺性状变异情况发现，大部分农艺性状的变异系数均大于5%。研究发现，供试棉种中10-108-3株高在16个品种中最高，生长速度快。各品种果枝数为6.7～13.1，新陆中42号的最多；现蕾数AY4的最多达到31个。相关分析表明，铃数与产量的灰色关联度最大，其值为0.93，株型性状(株高、叶龄数、蕾铃数等)对产量的影响较明显，这与前人的研究结果一致。品种是影响棉花质量的内在关键因素，不同棉花品种其内在纤维品质有较大区别。棉花纤维品质一直是品种创新、种植、加工的主要指标，尤其随着供给侧结构改革，对其提出更高要求。李慧琴等[16]研究发现株高与单铃重、衣分、马克隆值等呈显著正相关，与整齐度指数和伸长率呈极显著正相关。研究表明，总根长与果节始节、果枝数、伸长率呈显著正相关，与前人研究结果一致。棉花高产超高产栽培必须发挥品种的遗传潜力，提高资源利用效率，而影响选育高产棉花新品种成效包括遗传、生理、生态、环境等诸多因素。根系是作物营养、养分吸收、物质同化转化合成的重要器官[17]，庞大的根系作为冗余的存在，导致生物个体、种群或群落乃至生态系统等生命水平上对人类有益的输出功能降低，而当剔除这部分多余实体，输出功能就会得到加强。通过栽培技术的提高和育种手段的改进，减少冗余便可成为实现高产的重要途径[18]。

4 结 论

各棉花品种总根长差异明显，在12.82～37.02 cm，根的总表面积3号最大为2.47 cm2，总根容积在0.005～0.013，平均根直径为0.002 mm，根尖数新陆早60号最多可达660.9。总根长、根表面积、根容积、根直径、根尖数、根分叉与籽棉产量之间相关关系很显著，根容积、根的直径与籽棉产量呈负相关，10-108-3，AY4等品系明显地降低了根系冗余。