棉花种质综合性状鉴定及资源利用分析

曹 阳，严玉萍，朱 波，冯振秀，周小凤，吕 博，张 燕，方 瑞

(1.新疆生产建设兵团第五师农业科学研究所，新疆双河 833400；2.新疆农垦科学院棉花研究所，新疆石河子 832000；3.湖北省农业科学院经济作物研究所/农业部长江中游棉花生物学与遗传育种重点实验室，武汉 430070)

0 引 言

【研究意义】棉花品种资源是培育优质、高产新品种的遗传育种基础[1-3]。品种的持续更新换代，均来源于优异种质资源的挖掘利用。不同地域，气候、土壤、海拔等差异，种质资源类型有较大差异[4]，种质资源越丰富，基因开发潜力越大。加强种质资源的收集、利用[5]，发掘创制，对培育推广突破性新品种有重要意义。【本研究切入点】随着产业优势的转移、种植技术和纺织技术的集成创新，棉花产业和市场对新疆棉花品种的主要性状要求越来越高[6]。加强棉花新、特、优种质资源选育研究很重要[7]。种质质量的高低，关系到育成品种综合性状，2018～2019年对收集到的396份品种资源展开研究，进行田间生育期、主要农艺、经济性状、抗病能力调查以及品质检测[8]，掌握这些资源生长发育特点、综合分析各性状的优、缺点等，为种质资源的利用与创新、新品种的培育等提供科学利用基础[8，9]。【拟解决的关键问题】以保存396份陆地棉品种资源为材料，采用田间鉴定方法，分析6个表型生育性状、6个经济学性状、5个纤维品质性状及田间黄萎病变异及分布。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料由新疆农垦科学院提供，为近年来保存和收集的疆内外育成396份品种资源，其中西北内陆171份(新疆自育材料169份)，黄河流域127份，长江流域66份，国外21份，北部特早熟棉区11份。

于2018年和2019年连续2年在新疆兵团第五师农科所试验基地进行田间试验。采用膜下滴灌，机采棉播种方式，行距配置为66+10(cm)，平均行距38 cm，平均株距10.0 cm，每小区2行，小区长2.0 m，小区面积1.52 m2，每排间设40 cm走道，理论株数26.3 ×104株/hm2。采取间比法排列，重复2次。试验田肥力中等，连作棉花近30 a，栽培管理按常规措施。

1.2 方 法

试验区域选择肥力相当、地势平坦的地点，调查和取样点选取每小区中间行中部。测定性状包括生育期、株高、果枝数、果枝始节、始果节高度、空果枝数和单株结铃数7项性状；每小区收取植株中部完全吐絮铃10个，室内测定衣分、单铃重、衣分、籽指4项性状；皮棉样品送新疆农垦科学院测试品质，包括纤维长度、比强度、马克隆值、长度整齐度指数、伸长率5项指标。黄萎病调查以6月底、8月底分2次进行，每小区内植株全部调查，采用5级制分级，计算病情指数及样正病指[11]，田间管理措施一致，数据采集时期和采集方法按照《棉花种质资源调查标准和描述规范》[12]执行。

1.3 数据处理

试验数据利用Microsoft Excel计算，并利用统计函数，分析标准差、变异系数等。

2 结果与分析

2.1 不同种质资源的生育性状

研究表明，396份种质中，晚熟资源生育期130 d以上占21.0%，生育期在适宜范围116～125 d的有205份，占51.8%，在早熟性状上遗传基础丰富。种质资源生育期：播种-出苗 9 d，出苗-开花70 d，开花-吐絮56 d，最大值142 d，最小值108 d，种质平均生育期125 d，平均苗期加蕾期天数比花铃期天数长14 d，生育期最短的只有108 d，属于特早熟材料，最晚则长达142 d，生育期极差达34 d，标准差6.19，种质生育期变异系数4.95。图1

图1 生育期分布Fig. 1 Distribution map of growth period

2.2 不同种质资源的主要表型性状

研究表明，田间鉴定的396份种质表型性状，平均株高53.5 cm，平均果枝数7.3个，植株整体表现偏矮，长势偏弱。空果枝数平均2.2，最高为4.6，极差4.3，变异程度高，变异系数达35.1。平均始果节位5.6，极差3，3，变异系数小。平均始果节高19.2 cm，符合机械采收要求达到的高度，但种质间差异大，极差达25.2 cm，最矮的仅9.9 cm，变异系数17.5，变异程度较高，低于15 cm的不宜作为种质利用。单株铃数平均5.6个，极差6.0，变异系数大，达20.0，种质间结铃性差异大，可供产量改良的类型丰富。

396份材料中，有52.3%株高集中分布在50.0～59.9 cm，还有29.8%分布在50.0 cm以下，矮秆资源多，60.0 cm以上较高株型的材料相对较少，仅占总数的17.9%，与新疆机采棉适宜株高70 cm以上有一定差距。果枝数、始果节位、始果节高度分布集中，果枝数在6.0～8.9个，占总数的92.7%，始果节位在5.0～6.9，占总数的86.8%，始果节高度在20.0 cm以上占比39.9%，空果枝数多数分布在1.0～2.9个，占总数79.5%。单株铃数分布较分散，从3.0到7.0以上均有不同比例分布。图2，表1

图2 主要表型性状变异特点Fig.2 Variation characteristics of main phenotypic characters

表1 主要表型性状分布Table 1 Distribution of main phenotypic characters

2.3 不同种质资源室内考种性状

研究表明，平均铃重5.1 g，极差4.2 g；平均衣分41.1%，衣分最高达50.5%，最低仅为29.9%，极差达20.6个百分点；反映种子大小的籽指，平均10.5 g，极差7.0 g。虽然考种性状内数据差别较大，但396份种质中，考种3个性状变异程度相对较小，变异系数7.74%～10.2%。图3

图3 室内考种性状变异特点Fig. 3 Variation characteristics of characters in seed examination

表2 室内考种性状分布Table 2 Distribution of characters in seed examination

研究表明，396份材料中，铃重以4.0～5.9 g居多，占总数的95.3%，其中又以5.0～5.4 g最普遍，占总数39.4%，6.0 g以上大铃仅占2.8%，鉴定种质中衣分超过40%的占68.7%，其中超过42.0%的占总数的44.7%，籽指多集中在9.0～11.9 g，占总数的91.1%，其中10.0～10.9 g占总数46.2%。表3

2.4 不同种质资源产量

研究表明，棉花种质产量存在明显差异，平均籽棉产量4 819.5 kg/hm2，产量极差高达7 003.5 kg/hm2；平均皮棉产量1 987.5 kg/hm2，产量极差高达3 111.0 kg/hm2；籽皮棉产量变异程度大，变异系数分别为22.51、25.73。图4

396份材料中，籽棉产量以3 751～6 000 kg/hm2居多，占总数的73.53%，其中又以4 501～5 250 kg/hm2较多，占总数28.0%，产量6 001 kg/hm2以上高产种质占11.5%，其中，有3个超高产种质产量在8 251 kg/hm2以上，最高达到9 085.5 kg/hm2。396份种质，皮棉产量多在1 500 kg/hm2以上，占比82.3%，产量2 400 kg/hm2以上高产种质占20.0%，其中，有15个超高产种质产量超过3 000 kg/hm2，占比3.8%。表3

图4 产量变异特点Fig. 4 Characteristics of yield variation

表3 产量分布Table 3 Distribution of yield

2.5 不同种质资源抗病性

研究表明，棉花种质抗病性差异明显，6月底黄萎病发生普遍很轻，平均病指0.7，极差9.5，材料之间变幅相对较小，前期鉴定只可作为抗性参考；8月底发病高峰平均校正病指22.9，病指极差高达80.4。图5

2019年发病程度远低于2018年，8月底黄萎病发病高峰，发病率差19.1个百分点，病指相差8.8。棉花黄萎病发生受环境气候变化影响控制，年度间病指绝对值差别较大，但病指高低趋势基本一致。试验田与病圃相比，发病程度较轻，6月底，棉花开花前，黄萎病发生轻，超过一半种质未见发病。8月底校正病指10.0以下的有73份，占总数的18.4%，10.0～20.0的有125份，占总数的31.0%，超过20.0的有198份，占总数的50.0%。表4

2.6 不同种质资源品质

研究表明，平均纤维长度29.4 mm，最长达到34.1 mm，最短仅22.3 mm；马克隆值平均4.3，极差2.1；比强度平均值较高，为31.3 cN/tex，最高达42.1 cN/tex，极差20.2 cN/tex；整齐度和伸长率平均分别为85.7%、6.8%，变异系数小。从变异比强度>马克隆值>纤维长度>伸长率>整齐度，各材料间比强度差异最大。图6

图5 黄萎病变异特点Fig.5 Variation characteristics of Verticillium wilt

表4 种质黄萎病病指分布Table 4 Distribution of disease index of Verticillium wilt in the tested germplasm resources

图6 纤维品质变异特点Fig. 6 Variation characteristics of fiber quality

表5 纤维品质性状分布Table 5 Distribution Table of fiber quality characters

研究表明，396份材料中，纤维品质以A和AA档次为主体,AAA档次较少。部分长度达到了较高的档次，但整齐度、断裂比强度和马克隆值间品指标不匹配。纤维长度以28.0～29.9 mm居多，有199个，占总数的50.3%，30.0～30.9 mm较多，占总数24.9%，纤维长度31.0 mm以上种质占11.8%，其中，有12个在32.0 mm以上，占比3.0%。马克隆值是纤维细度和成熟度的综合指标，A级最优，B1、B2次之， C1、C2较差；396份种质马克隆值多在4.3～4.9(B2级)，占比55.3%，3.7～4.2(A级)品种数133个，占比33.6%；C级占比7.9%。比强度分布分散，超过30.0 cN/tex占比69.2%，其中超过32.0 cN/tex有104个，占总数26.3%。纤维的一致性较好，整齐度集中在83.0%(高)以上，其中≥86.0(整齐度很高)占总数的42.9%。伸长率是指棉纤维拉伸到断裂时伸长与未拉伸前长度之比的百分数，占总数82.0%种质伸长率在6.8%以上。种质中，品质类型多样，具有培育高品质纤维品种的巨大潜力。表5

2.7 筛选出的优异种质资源

研究表明，红叶材料1份，鸡脚叶材料3份，无酚材料2份，特早熟种质(≤115 d)12个，矮秆材料(<40 cm)4份，高衣分材料(≥46%)10份，抗黄萎病种质5份，优质种质(纤维长度≥32 mm，比强度≥34 cN/tex)12份。表6

表6 筛选出的16份优异种质主要性状Table 6 Results of main traits of the 16 selected excellent germplasm

3 讨 论

因产量提升的制约因素不同，对品种需求的重点不同，有些区域要求早熟性居首位，有些区域抗病性是主要矛盾，再兼顾其它性状，找到了各性状间的平衡点[13]。

表型是生物遗传物质在环境作用下的外在表现形式[14]。株高、果枝数是2个反映植株长势和发育快慢的性状[15], 供试种质中最突出的问题是长势弱的材料多，产量优势不足，应把提高结铃性作为主要目标性状和研究的突破口[16]；株高与产量间存在极显著正相关[17]，新疆棉区虽然适宜矮密早栽培，但随着机采棉的广范应用，可适当增加高度降低密度，达到农机与农艺融合[18]。特异种质可作为杂交棉选育时的一个亲本，利用F1中亲优势或超亲优势,来弥补亲本缺陷。在田间观察和分析过程中发现，受年度气候条件不同的影响，年度间种质性状变化较大，除了内在遗传因素外，环境因素的影响也很重要，需将遗传稳定性好种质作为核心资源，增加遗传效能。

抗黄萎病种质资源少，抗黄萎病育种较缓慢[19],需不断创制目标性状较好的具备自主知识产权的优异种质，搭建专业化、智能化种质资源鉴定评价与基因挖掘平台[20]，根据品质生态分布规律，布局不同纤维类型品种，发挥遗传品质和生态品质优势[21]。

4 结 论

4.1鉴定的材料类型较丰富，生育期大部分属于早熟类型，平均生育期125 d；平均始果节高19.2 cm，株高60.0 cm以上较高株型的种质少。空果枝数变异程度高。衣分整体较高，超过42.0%的占总数的44.7%，产量变幅大，籽棉产量极差高达7 003.5 kg/hm2，6 001 kg/hm2以上高产种质占11.5%；皮棉产量极差高达3 111.0 kg/hm2，有15个超高产种质产量超过3 000 kg/hm2。 6月底开花前后黄萎病发生很轻， 8月底达到发病高峰，病指20.0以下的占50.1%。纤维长度以28.0～29.9 mm居多，马克隆值多在B2级，比强度较高，

4.2筛选出综合性状协调性较好的、不同地域优异种质16份，可作为增加遗传多样性的骨干亲本。