不同机采棉花品种农艺性状与品质性状研究分析

张哲卢锐杜梦旗程凯乐艾先涛高山

(1.塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300；2.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)

引言

棉花是我国重要的经济作物，从国家统计局获悉，2020年我国棉花播种面积达到3169.9千hm2；作为我国最大的棉花产区新疆，在2020年棉花产量达516.1万t，较去年增长3%，占全国棉花总产量87.3%[1]。新疆棉花的发展已经具有快速发展的强劲势头，机采棉技术的运用成为了新疆棉花产业不可或缺的一部分；尤其是对机采棉产量和品质的关注度就变成了重中之重[2]，随着机采棉的市场制度不断成熟和种植模式的不断完善，对机采棉品种选育的问题也逐渐突显，选出早熟、株型适宜和优质高产机采品种是各育种家和生产单位一直探讨的话题，因此，选出适宜机采的早熟优质高产机采棉品种有着非常重要的现实意义。郑巨云等[3]对6个机采棉品种的株型结构性状及产量结构进行研究，利用差异显著性分析、相关分析研究表明：籽棉产量与株高存在正相关但不显著，与果枝数呈负相关，因为过多的果枝会导致棉花营养分配分散，以及郁闭等情况导致经济系数下降。戴茂华等[4]对30份陆地棉品种的12个主要性状进行变异性、相关性和聚类分析表明，皮棉产量与株高、单株铃数和衣分呈正相关，单铃重与籽指呈极显著正相关，而与衣分和皮棉产量呈显著负相关，衣分极显著正相关于皮棉产量，而显著负相关于籽指。李兴河等[5]对80份种质资源的10个性状进行了遗传多样性分析和相关分析；其中遗传多样性分析显示，单株铃数、铃重、子棉产量的变异系数均大于20%，说明不同来源的种质资源具有相对稳定性，但其产量性状可能更易受环境、气候等因素的影响；相关分析表明，单株铃数越多，衣分越高，子棉产量越高。新疆棉花产业的快速发展出现的矛盾中，品种因素占主要原因，市场上的机采品种更是不胜枚举，筛选出早熟高产优质的机采棉品种，可进一步提高棉花经济效益，促进棉农增收和机采棉品种的推广。本研究通过对35个棉花品种的主要农艺性状和品质性状的变异分析、相关性分析、主成分分析以及聚类分析4个分析方法综合评价和筛选早熟、优质高产的机采品种，并为机采品种的推广、产量增收和品质的提高提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2021年在新疆库车市现代农业科创中心进行，供试材料来源于育种单位和生产企业，生产上大面积推广运用的35个机采棉品种。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验采用随机区组排列的方式，重复3次，小区行长4m，幅宽2.0m。膜下滴灌，采用机采模式1膜6行，行距配置66cm加10cm，重复间隔0.6m。

1.2.2 试验实施

前茬作物为玉米，土壤类型是粘土，施基肥862.50kg·hm-2(750kg磷酸二铵加112.50kg尿素)。播种方式，先铺膜后人工点播，4月20日播种期，中耕除草6次，生育期共滴水12次，随水施肥9次，化调8次。于4月30日用氯氟·吡虫啉150g·hm-2、高氯·马150g·hm-2防地老虎和蓟马；5月9日高效氯氟氰菊酯150g·hm-2防蓟马和地老虎；5月29日用噻虫嗪75g·hm-2、啶虫脒150g·hm-2防地老虎和蓟马；6月8日用噻虫嗪75g·hm-2、啶虫脒150g·hm-2、吡虫啉30g·hm-2防黑蚜。7月10日打顶，根据不同品种的吐絮情况陆续收获。

1.3 调查内容

1.3.1 指标选择

选择主要农艺性状，包括株高、果枝数和单株结铃数，产量性状，包括籽棉产量、单铃重和衣分，品质性状，包括上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率等，进行统计分析。

1.3.2 生育期

从棉花出苗期到吐絮期的天数。

1.3.3 性状调查

8月5日调查株高、果枝数，10月10日调查单株结铃数，根据不同品种的吐絮情况陆续收获并取得单铃重、衣分、籽指和籽棉产量，由中国农业科学院棉花研究所农业农村部棉花品质监督检验测试中心(安阳)进行上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率检测。

1.4 数据分析

使用Excel 2019进行各性状的最大值、最小值、均值、标准差及变异系数。使用SPSS处理系统对各个材料的农艺性状相关性分析、主成分分析以及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 变异分析

2.1.1 主要性状的变异分析

由表1的35份材料的变异分析结果表明，不同性状间的变异范围为0.760%～15.290%，变幅较大，其中，单株结铃数的变异系数最大(15.290%)，变异幅度为3.900～9.133个，其它性状的变异系数依次为籽棉产量(15.160%)>株高(10.890%)>单铃重(8.520%)>籽指(8.480%)>果枝数(7.990%)>生育期(5.190%)>衣分(3.800%)；结果得出，各性状之间的变异系数差别较大，其中产量构成因素中单株结铃数和籽棉产量表现出的变异最大，其变异系数都大于10%，表明该批材料在产量上有着很高的改良潜质，反之，变异系数越小的性状表明该性状越稳定；其中，籽棉产量过6000kg的品种有1个，籽棉产量在5250～6000kg的品种有16个，在4500～5250kg的品种有14个，4500kg以下的品种有4个。

表1 试材料各指标变异情况

2.1.2 品质性状的变异情况

从表1可以看出，各品质性状中马克隆值(8.02%)的变异系数最高，变异幅度为3.65～4.95，其它品质性状依次为断裂比强度变异系数是4.67%，变异幅度为27.30～34.80，上半部平均长度的变异系数是3.19%，变异幅度为27.95～32.40,整齐度指数的变异系数是1.30%，变异幅度为81.05～86.00，伸长率的变异系数是0.76%，变异幅度为6.70～6.90。品质性状中上半部平均长度均值在30.27mm，超过30mm的有22个品种，占总数的62.85%，整齐度指数主要集中在83.43%，

2.2 供试材料各性状的相关分析

对供试材料的13个农艺性状进行相关性分析，见表2，结果表明，生育期与籽指、整齐度指数等呈显著正相关，与单株结铃数呈显著负相关，与衣分呈极显著负相关；株高与断裂比强度呈显著正相关，与马克隆值呈显著负相关，与果枝数呈极显著正相关；果枝数与籽棉产量、断裂比强度呈显著正相关，与单株结铃数铃数呈极显著正相关；单株结铃数与衣分呈显著正相关，与籽棉产量呈极显著正相关；单铃重与籽指呈极显著正相关；衣分与马克隆值呈显著相关，与整齐度指数呈显著负相关，与籽指呈极显著负相关；籽指与整齐度指数呈显著正相关；上半部平均长度与马克隆值呈显著负相关，与断裂比强度呈极显著正相关；整齐度指数与伸长率呈极显著正相关；断裂比强度与马克隆值呈显著负相关。

表2 试材料各指标相关性分析

2.3 供试材料各性状的主成分分析

对供试材料的13个农艺性状进行主成分分析，见表3，结果表明，提取特征值大于1的原则提取了4因子，前4个特征值的累计贡献率达72.53%，可以大致反映供试材料各农艺性状和品质性状的大部分信息。

第1主成分的特征值为3.352，贡献率为25.785%，第1主成分中衣分特征向量值最大(0.815)，说明衣分对第1主成分影响最大，其次是单株结铃数(0.695)、籽棉产量(0.471)，因此第1主成分为棉花产量因子，衣分越大说明相应的皮棉产量越高，单株结铃数越多籽棉产量越高。第2主成分的特征值为3.089，贡献率为23.760%，第2主成分中断裂比强度特征向量值最大(0.844)，其次是上半部平均长度(0.756)；第3主成分的特征值为1.572，贡献率为12.095%，第3主成分中整齐度指数特征向量值最大(0.695)，其次是伸长率(0.681)，因此第2主成分和第3主成分为棉花品质因子。第4主成分的特征值为1.416，贡献率为10.893%，第4主成分中单铃重特征向量值为最大(0.724)。

2.4 供试材料各性状的聚类分析

利用欧式距离对供试材料进行聚类，遗传距离为6时将35份材料划分为4大类，见图1，以及各类群的性状均值，见表4。第Ⅰ类包括3个棉花品种，分别是“新陆中59号”、“新陆早37号”和“新陆早46号”(JM18)，生育期(139.556d)属于晚熟、株高(91.044cm)偏高、铃数较少、籽棉产量偏低，以及品质的5个指标在4个类群里是数据值最低，该批材料各指标都存在很大的改良潜力。第Ⅱ类群中只包含了1个棉花品种“新陆早63号”，该品种的生育期(129d)、株高(85cm)、果枝数(11.533台)、单株结铃数(7.800个)、单铃重(5.400g)、衣分(0.420)、籽指(10.313g)、籽棉产量(6677.256kg)，以及品质指标上半部平均长度(31.450mm)、整齐度指数(83.600%)、断裂比强度(31.900 cN·tex-1)、马克隆值(4.650)和伸长率(6.850%)等13个指标来分析，此品种是1个值得推广的棉花品种，且符合优质高产机采棉的要求。第Ⅲ类群包括了15个品种，属于晚熟、植株偏高、上半部平均长度、断裂比强度和伸长率偏高的棉花品种，籽棉产量(5722.029kg)也是非常可观。第Ⅳ类群包括了16个品种，该类群的材料属于生育期长、株高适中、单株结铃数偏少、籽棉产量居中、马克隆值(4.463)和伸长率(6.833%)较高的一类材料，各个类群的品种不同，各指标的特点也不同，在往后的育种工作中，可进行筛选运用和改良利用。

表3 供试材料各指标主成分分析

图1 利用欧式距离对35份供试材料进行聚类

表4 不同类群13个性状的均数

3 讨论

曲志华等[6]对170份亚麻种质资源的9个主要性状进行了变异分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析，表明各性状的变异程度以及种质资源的多样性[7]。孔清泉等[8]对92个陆地棉品种的8个主要农艺性状进行变异分析发现株高、单株结铃数和单铃重等农艺性状的变异系数都大于7%；纤维长度、断裂强度和马克隆值均小于8%，而本试验变异分析中株高、单株结铃数和单铃重的变异系数分别为10.890%、15.290%和8.520%；上半部平均长度、断裂强度和马克隆值的变异系数分别为3.190%、4.670%和8.020%；这与孔清泉[8]的研究结果一致。综上说明，株型和产量的变异性比较大，品质变异性小，可以为筛选优质棉提供理论依据[9]。

王燕等[10]研究发现，株高与果枝数、单株结铃数呈显著相关，与籽棉产量呈显著负相关；果枝数与单株结铃数呈极显著正相关，与籽棉产量呈显著负相关；单铃重与衣分呈极显著正相关；单株结铃数与籽棉产量呈显著负相关。本试验研究发现，株高与果枝数呈极显著正相关；果枝数与籽棉产量呈显著正相关，与单株结铃数呈极显著正相关；单铃重与籽指呈极显著正相关；单株结铃数与衣分呈显著正相关，与籽棉产量呈极显著正相关；与王燕[10]的研究结果不一致，原因在于本试验所调查的数据值均出自于大田试验，有些许的变量不可控制，故在以后的育种试验中应取3a及以上的数据以减少误差。李慧琴等[11]对270份棉花品种为试验材料研究发现，株高与断裂比强度、马克隆值呈显著正相关；单株结铃数与衣分呈显著正相关；上半部平均长度与马克隆值呈极显著负相关；断裂比强度与马克隆值呈显著负相关。本试验研究发现，株高与断裂比强度、马克隆值呈显著正相关；单株结铃数与衣分呈显著正相关；上半部平均长度与马克隆值呈显著负相关；断裂比强度与马克隆值呈显著负相关。这与李慧琴[11]研究结果部分一致。

主成分分析结果表明，随着生育期越长，单株结铃数和果枝数均增长，但衣分有所降低；随着断裂比强度的增加，上半部平均长度和株高也增加，但马克隆值随之下降；随着整齐度指数的增加，马克隆值和伸长率也逐渐增加，但株高会变低；随着单铃重的增加，棉花籽棉产量和籽指随之增加，但伸长率会随之降低。前人[12]研究表明，各性状之间有着相互矛盾、相互协调和相互制约的关系。

聚类分析结果表明，第Ⅰ类群中的品种特征均不显著，第Ⅱ类群中的品种是生育期短、株高适宜[3]且优质高产，第Ⅲ类群中的品种是晚熟且高产、品质居中的一类材料，第Ⅳ类群中的品种是晚熟但整齐度指数、马克隆值和伸长率较好的一批材料。第Ⅲ和Ⅳ类群的材料可作为改善产量和品质的材料。针对生育期晚的问题，是机采棉发展中的一个重要问题；本试验中出现的生育期晚的问题，与田间管理和环境因素有着很大的关系，所以，为使取得的数据有更高的准确性，需要加强对田间的管理，必要时要结合分子育种[13]，进行更全面的研究。

4 结论

本研究通过对35份机采棉品种的主要农艺性状与品质性状进行调查研究和综合分析得出，筛选出符合本试验研究结果的是“新陆早63号”，该品种在生育期、产量和品质等方面都优于其它品种，适宜在库车以及南疆地区推广种植；另外，聚类分析筛选出第Ⅲ类群中的15个品种属于晚熟但产量和品质是可观的一类材料；可作为改善产量和品质的优质材料加以利用，聚类分析中的生育期和农艺性状易受环境的影响，所以在棉花品种选育过程中应把棉花的特性和环境因素相结合，减少表型数据的误差，保持产量和品质的协调性。