海岛棉种质资源机采农艺性状相关性分析

黄幸磊,王为然,王 萌,朱家辉,林 峰,秦国礼,杨 静,阿里甫·艾尔西,吴全忠,孔 杰

(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,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆海岛棉品质优良,纤维柔长,是高端家纺和高附加值纺织品的关键原料[1]。机采棉是棉花产业发展的方向,但目前种植的海岛棉品种中有相当一部分不适宜机采,影响新疆海岛棉产业的发展[2],因此,分析海岛棉种质资源机采农艺性状,对选育出适合机采的海岛棉品种有重要意义。【前人研究进展】匡政成等[3]分析了10个机采陆地棉材料的13个农艺性状,筛选出5个适合当地种植的机采陆地棉材料;张哲等[4]通过对100份陆地棉进行研究,筛选出11个适宜机采的棉花品种。杜斌等[5]通过对5个海岛棉品系进行研究,筛选出2个可以作为机采海岛棉的备选品系。洪梅等[6]通过对海岛棉品种进行机采筛选试验,筛选出3个较为适合机采的海岛棉材料;宁新民等[7]采用新海24号和自育高代材料352作为亲本,选育出海岛棉机采品种新78。【本研究切入点】目前对机采海岛棉的研究多是针对若干品种进行分析筛选,而未对海岛棉种质资源进行深入系统研究,且有关海岛棉机采性状的系统研究相对较少,需系统开展海岛棉种质资源机采农艺性状的研究。【拟解决的关键问题】选取125份零式果枝海岛棉种质资源作为研究对象,对机采海岛棉农艺性状进行变异系数、遗传多样性、相关性、主成分和聚类分析,为机采海岛棉亲本选配和品种选育提供优良的种质资源。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021～2022年在新疆库尔勒市新疆农业科学院经济作物研究所棉花育种试验基地(86.08°E,41.68°N)进行。试验区≥10℃积温为3 800℃以上,年日照时数 2 800 h以上,年平均降水量为56.30 mm,无霜期 200 d以上,适合海岛棉种植和生长;前茬作物为棉花,土壤质地为壤土,采用1膜4行((10 cm+66 cm+10 cm)+66 cm)机采模式种植,每个材料2行,行长5 m,株距0.12 m,随机区组试验,3次重复,种植管理方式同大田。

材料为125份零式果枝海岛棉种质资源,分别来自于中国、塔吉克斯坦、叙利亚、埃及、前苏联、美国、乌兹别克斯坦、印度、土库曼斯坦和加拿大。选取的材料来源广泛、类型多样,几乎涵盖了不同引种、育种重要时期的栽培品种和品系。表1

表1 125份海岛棉种质资源

1.2 方 法

每份材料选取内外行有代表性植株10株,按《棉花种质资源描述规范和数据》方法调查棉花相关农艺性状[8]。生育期:从苗期到吐絮期;株高:用直尺测量子叶节到主茎顶部之间的距离;茎粗:用游标卡尺测量子叶节下1 cm处粗度;始果枝节位:现蕾期从子叶节数至始果枝处,中间节数即为始果节节位;始果枝高度:测量子叶节到始果枝的距离;中部果枝长度:测量倒5果枝长度;下部果枝长度:测量下部第1果枝长度;中部、下部果枝夹角:使用YX-501冠层光温仪(北京雅欣理仪)测量果枝与主茎夹角。于收获期,每个小区收取中部棉铃50个,测定铃重和衣分。

1.3 数据处理

所有数据取3次重复平均值;采用Microsoft Excel 2019计算各性状的平均值、标准差、变异系数,遗传多样性指数在Excel中采用香农多样性指数(H′)进行分析。

H′ =-ΣPilnPi.

式中,Pi表示第i种表型出现的频率,其中各性状赋值根据平均数和标准差的计算结果将各个性状分为 10 级,1 级

2 结果与分析

2.1 海岛棉种质资源机采农艺性状变异性和多样性指数

研究表明,不同农艺性状的变异系数在3.54%～23.85%。变异系数≥10%的性状有10个。性状变异系数从大到小顺序依次为始果枝节位(23.85%)>始果枝高度(23.66%)>铃数(20.44%)>中部果枝夹角(20.36%)>下部果枝长度(18.89%)>中部果枝长度(18.82%)>下部果枝夹角(14.99%)>株高(14.12%)>茎粗(11.05%)>铃重(10.27%)>衣分(6.03%)>生育期(3.42%)。其中,生育期变异系数最小,变异幅度为109～138 d;始果枝节位变异系数最大,变异幅度为1.50～5.25节。12 个机采农艺性状的遗传多样性指数变化范围为1.96～2.10,遗传多样性指数大于1.8。遗传多样性指数最大的是中部果枝夹角(2.10),最小的是生育期(1.96)。125份海岛棉种质资源间差异较大,种质资源多样性丰富。表2

表2 海岛棉机采农艺性状变异系数和多样性指数变化

2.2 海岛棉种质资源机采农艺性状相关性

研究表明,始果枝高度、始果枝节位、株高、铃重和衣分是影响海岛棉机采性和产量的重要因素。125份海岛棉不同机采农艺性状之间显著相关(P<0.05),部分为极显著相关(P<0.01)。生育期与株高、茎粗呈极显著正相关,相关系数分别为0.25、0.33;生育期与下部果枝长度、始果枝节位呈显著正相关,相关系数分别为0.20、0.19;株高与茎粗、始果枝高度、始果枝节位、铃重呈极显著正相关,相关系数分别为0.55、0.70、0.41、0.45;茎粗与中部果枝长度、铃数呈极显著正相关,相关系数分别为0.30、0.48;中部果枝长度与中部果枝夹角、下部果枝长度、下部果枝夹角呈极显著正相关,相关系数分别为0.24、0.64、0.27;中部果枝夹角与下部果枝长度、下部果枝夹角呈极显著正相关,相关系数分别为0.28、0.44,中部果枝夹角与铃数呈显著负相关,相关系数为 -0.26;下部果枝长度与下部果枝夹角呈极显著正相关,相关系数为0.38;始果枝高度与始果枝节位、铃重呈极显著正相关,相关系数分别为0.76、0.37;始果枝节位与铃重呈极显著正相关,相关系数为0.34,铃重与衣分呈显著正相关,相关系数为0.21。图1

注：**和*分别表示在 0.01和0.05水平上相关性

2.3 海岛棉种质资源机采农艺性状主成分

研究表明,将12个机采农艺性状转化为6个主成分累计贡献率为78.59%,分别为始果枝高度因子(因子1)、果枝因子(因子2)、茎粗因子(因子3)、衣分因子(因子4)、铃数因子(因子5)和铃重因子(因子6)。第1主成分的特征值为2.72,贡献率为22.74%,始果枝高度特征向量最大(0.47),始果枝高度对于第1主成分的影响最大,其次是株高(0.45)、始果枝节位(0.43)、茎粗(0.30),第1主成分为始果枝高度因子,代表性品种有新海52号、K-412、K426; 第 2主成分的特征值为2.20, 贡献率为18.37%,下部果枝长度特征向量最大(0.50),下部果枝长度对于第2主成分的影响最大,其次是中部果枝长度(0.48)、中部果枝夹角(0.42)、下部果枝夹角(0.39),第2主成分为果枝因子,代表性品种有新海41号、吐海1号、巴州3410;第3主成分的特征值为1.55, 贡献率为12.88%,茎粗特征向量最大(0.51),茎粗因子对于第3主成分的影响最大,其次是生育期(0.38)、铃数(0.37)、中部果枝长度(0.15),代表性品种有504-И、HM-1、苏联11号;第4主成分的特征值为1.23,贡献率为10.25%,衣分特征向量最大(0.73),衣分对于第4主成分的影响最大,其次是铃重(0.41)、生育期(0.26)、中部果枝长度(0.11),代表品种有苏联11号、混选8号、苏联棉B51系;第5主成分的特征值为0.77,贡献率为6.45%,铃数特征向量最大(0.65),铃数因子对于第5主成分的影响最大,其次是衣分(0.44)、下部果枝夹角(0.41)、中部果枝夹角(0.31),代表品种有五瓣长绒棉、混选8号、冀B91-45;第6主成分的特征值为0.79, 贡献率为8.74%,铃重特征向量最大(0.51),铃重因子对于第6主成分的影响最大,其次是株高(0.30)、生育期(0.30)、中部果枝夹角(0.25)。代表品种有新海25号、苏联B9101、K426。表3

表3 海岛棉种质资源机采农艺性状的主成分变化

2.4 海岛棉种质资源机采农艺性状聚类

研究表明,在遗传距离10.1处,将125份海岛棉种质资源分为5类,不同类群间分别计算各性状的平均值。第Ⅰ类包含种质资源4份,中部果枝长度和下部果枝长度最短、下部果枝夹角最小,但株高和始果枝高度较低,有效铃数和衣分最低;第Ⅱ类包含种质资源60份,铃数较多,但株高较低、铃重最小;第Ⅲ类包含种质资源12份,生育期最短、株高和始果枝高度最低、茎粗最细、始果枝节位最少;第Ⅳ类包含种质资源28份,中部果枝长度和下部果枝长度最长,衣分最低;第Ⅴ类包含种质资源21份,株高和始果枝高度最高,茎粗最粗、始果枝节位最多,有效铃数最多、铃重最大,中部果枝夹角最小,但生育期最长。第Ⅴ类的21份材料,株高100 cm左右、始果枝高度最高、果枝短且上举、铃数最多、铃重最大,代表品种为新海43号、新海55号、石河子V7-4、K426、新78、16DJC01、新库K2442、新库198-1。图2,表4

图2 基于海岛棉种质资源机 采农艺性状数据的聚类图

表4 不同类群海岛棉机采农艺性状的平均数变化

3 讨 论

3.1对海岛棉种质资源机采农艺性状进行分析,有利于后续海岛棉机采性状的遗传改良[11]。通过变异系数分析和遗传多样性指数分析发现,125份海岛棉种质资源12个机采农艺性状变异系数中,有10个性状的变异系数大于10%,遗传多样性指数变化范围在1.96～2.10,均大于1.8,与张磊磊[12]研究结果基本一致。

3.2棉花各农艺性状相关关系比较复杂[13]。研究结果表明,株高与始果枝高度、始果枝节位、铃重呈极显著正相关,株高越高,棉铃越大,单铃重越重,与李武[14]、王海涛等[15]的研究结论相似。始果枝高度与始果枝节位、铃重,呈极显著正相关,始果枝节位越高,株高越高,单铃重越重,与李慧琴[16]、尹会会等[17]的研究结果较一致。研究还发现上下果枝长度和夹角之间存在显著或极显著相关性。在后期育种改良中,应考虑多个性状之间的相互作用,单一过度追求某一性状的提升是不可取的。主成分分析是使用降维思想,在尽可能少损失信息的条件下把多个指标简化为几个综合指标[17]。尹会会等[17]通过对134份棉花种质资源进行主成分分析,将15个性状简化为6个主成分,累计贡献率为75.27%;聚类分析是直接比较各事物的性质,将性质相近的归为一类,性质差别较大的归为不同类的分析方法[18]。研究将125份海岛棉种质资源通过聚类分析分为5份,第Ⅴ类的材料基本符合机采棉性状要求[19-22]。

4 结 论

新海43号、新海55号、石河子V7-4、K426、新78、16DJC01、新库K2442、新库198-1株高100 cm左右,始果枝高度均大于18 cm ,果枝短且上举,铃数多,铃重大,早熟,平均生育期为126.71 d,可以作为创制机采棉的基础材料。12个机采农艺性状转化为6个主成分,其累计贡献率达到78.59%,分别为始果枝高度因子、果枝因子、茎粗因子、衣分因子、铃数因子和铃重因子。125份海岛棉种质资源遗传变异较大,多样性丰富,性状间具有广泛的相关性,分为5类;第Ⅴ类21份种质资源符合机采棉性状要求。