陆地棉正反交F2∶3家系主要农艺性状与单株皮棉产量的关系

赵 康,任 丹,梁维维,庞 博,马尚洁,张梦媛,高文伟

(1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆金丰源种业有限公司,新疆阿克苏 843100;3.新疆畜牧科学院草业研究所,乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】棉花产业已成为新疆经济的重要支柱产业之一[1]。新疆棉花遗传距离相对较窄、基因多样性亦较低[2]。近年来,在棉花种质基础的改良和创新方面进行了研究,结合育种目标改良群体进行基因的分离与重组、增大杂种优势群内的遗传变异已是解决遗传基础狭窄最有效和最快捷的途径之一[3-5]。棉花单株成铃数、单铃重和衣分等指标是棉花产量重要的构成因子。研究棉花单株产量与主要农艺性状之间的关系,对丰富棉花育种的基础材料和培育优良杂交种具有重要意义。【前人研究进展】梅拥军等[6]研究结果表明,皮棉产量的显性效应主要受铃数和铃重影响。汤飞宇等[7]通过多元逐步回归分析和通径分析表明,铃数、铃重和果节数对单株皮棉产量具有显著影响。朱协飞等[8]研究结果表明,对皮棉产量影响最大的性状是单株铃数。【本研究切入点】前人研究主要分布在农艺与产量性状因素方面,材料群体在产量、品质跨度较大,主要在F1代、F2代群体[9-12]或者海陆杂群体[13-14],但关于陆地棉正反交F2∶3家系的变异分析、相关性研究鲜有报道。需研究棉花单株产量与主要农艺性状之间的关系。【拟解决的关键问题】对创建的陆地棉正反交F2∶3家系进行相关性、主成分、逐步回归和通径分析,研究棉花单株产量与各农艺性状之间的关系,为培育优良陆地棉杂交种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

以陆地棉徐州142、系9以及其正反交组配合衍生的90份和78份F2∶3家系(徐州142×系9,90份;系9 × 徐州142,78份)为材料,材料均由新疆农业大学农学院提供,其中系9为新疆自育品种,丰产性好、抗逆性强。徐州142种子无短绒无纤维。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

田间试验于2021年4月在新疆生产建设兵团第八师144团新疆农业大学棉花育种基地,(E43°20′～45°20′,N84°45′～86°40′)进行,海拔528 m,气候干燥,温带大陆干旱气候特征,无霜期170～190 d。试验地前茬为棉花,土质为粘壤土[5]。0～40 cm土壤养分含量分别为有机质13.51 g/kg、速效钾227.54 g/kg、碱解氮47.68 mg/kg、速效磷13.84 mg/kg。2021年4月播种,采用1膜6行的播种模式,播幅2.35 m,行长2.00 m,株距0.10 m。

1.2.2 测定指标

于2021年9月25日,每份材料选取连续5株调查株高(plant height,PH)、果枝数(fruit branch number,FBN)、有效果枝数(effective fruit branch,EFNB)、铃数(boll number per plant,BN)和有效铃数(effective boll number per,EBN)。收获20铃后进行室内考种,测定单铃重(boll weight, BW)和单株皮棉产量(lint yield per plant,LYPP),计算衣分(lint percentage,LP)。

1.3 数据处理

采用Excel 2020对试验数据进行整理分析,采用SPSS 26.0、origin 2021进行描述性统计、相关性分析、主成分分析、回归分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 亲本及F2∶3家系性状变异系数的变化

研究表明,徐州142的株高高于系9,徐州142的果枝数和有效果枝数多于系9,而系9的铃数和有效铃数更具有优势。表型性状株高、果枝数、有效果枝数、果枝数和有效果枝数的子代均大于亲本,这些表型性状存在正向超亲优势。产量性状单铃重、单株皮棉产量和衣分表现为系9大于子代。F2∶3家系性状变异系数表现为单株皮棉产量变异较大,变异系数分别为36.19 %和33.77 %;株高变异较小,变异系数分别为9.94%和9.48%。“徐州142×系9”F2∶3家系中,各性状的变异大小依次为单株皮棉产量>有效铃数>铃数>有效果枝数>衣分>单铃重>果枝数>株高。“系9×徐州142”F2∶3家系中,各性状的变异大小依次为单株皮棉产量>铃数>有效铃数>有效果枝数>单铃重>果枝数>衣分>株高。2个F2:3家系间各性状经独立样本t检验,单铃重呈显著差异。正反交F2∶3家系各性状整体呈正态分布。表1

表1 亲本及F2∶3家系描述性对比

2.2 F2∶3家系各性状不同指标性状相关性

研究表明,大多数指标之间相关性达到显著或者极显著水平,且绝大多数方向都是一致的。株高、果枝数、有效果枝数、铃数和有效铃数之间呈极显著正相关。单铃重、单株籽棉产量、单株皮棉产量和衣分之间呈极显著正相关。单株籽棉产量和单株皮棉产量与其余大部分指标间呈极显著正相关,单株籽棉产量与其余指标相关程度依次为单株皮棉产量>有效铃数>铃数>有效果枝数>单铃重>株高>果枝数>衣分。单株皮棉产量与其余指标相关程度依次为单株籽棉产量>铃数>有效铃数>有效果枝数>单铃重>衣分>株高>果枝数。棉花单株结铃数与产量关系密切。表2

表2 F2∶3家系表型性状相关性

2.3 F2∶3家系不同指标主成分

研究表明,KMO 和 Bartlett 的检验值为0.594,Sig.值<0.000 1,可以做主成分分析。前两个主成分特征根值分别为3.961和1.680,均大于1。前两个主成分贡献率分别为49.513%和21.001%,累计贡献率达到70.514%,涵盖了F2∶3家系的绝大多数遗传信息。其中PC1主要特征值为单株皮棉产量(0.877)、铃数(0.905)和有效铃数(0.913),将其命名为棉铃生长因子。PC2载荷最高的分别为单铃重(0.828)和衣分(0.772),可作为衣分和铃重综合选择构成因子。图1、图2

图1 F2∶3家系主成分碎石图

图2 F2∶3家系的主成分

2.4 F2∶3家系的单株产量与农艺性状的多元逐步回归

研究表明,每个回归模型的统计学意义都具有显著性(P<0.001)。其中铃数能单独解释单株皮棉产量变异的59.8%,铃数、铃重和衣分能共同解释其变异的94.2%,铃重、衣分、有效铃数和有效果枝数能共同解释其变异的97.0%。除铃重、衣分和有效铃数外,有效果枝数也和单株皮棉产量关系密切。表3

表3 F2∶3家系的单株产量与农艺性状的多元逐步回归

2.5 F2∶3家系的单株产量与农艺性状的通径系数

研究表明,7个农艺性状直接作用大小依次为有效铃数、铃重、衣分、有效果枝数、铃数、果枝数和株高。有效铃数对棉花单株产量的直接通径系数为0.686,其对单株皮棉产量的直接作用最大,有效铃数通过果枝数、有效果枝数和单铃重产生微弱的正向间接作用。株高对棉花单株皮棉产量的直接作用最小,直接通径系数为-0.007,通过有效铃数产生较大的正向间接作用影响棉花单株皮棉产量。有效铃数对棉花产量贡献最大,选择有效铃数多的棉花是高产品种选育的重要途径,同时也要考虑单铃重、衣分和有效果枝数。表4

表4 F2∶3家系的单株产量与农艺性状的通径系数

3 讨 论

3.1以新疆自育陆地棉系9和徐州142为亲本及其杂交群体为材料进行主要农艺性状与产量性状的关系研究,结果表明正反交F2∶3家系表型性状株高、果枝数、有效果枝数、铃数和有效铃数,子代表现均优于亲本,产量性状单铃重、单株皮棉产量和衣分表现为母本系9表现优于子代,与前人研究基本一致[15]。正反交组合衍生的F2∶3家系的单株皮棉产量变异最大,株高表型变异较小[16]。棉花正反交F1代多数产量性状没有明显差异,产量性状受细胞核遗传较大[9-11]。经过独立样本t检验,单铃重存在显著性差异,属偏母性遗传[12]。研究中正反交后代各性状连续变异,呈正态分布或偏正态分布,属典型的多基因控制数量性状的遗传特点[17]。

3.2棉花各个性状之间存在着大小不同的相关性。研究中,单株皮棉产量与株高、果枝数、有效果枝数、铃数、有效铃数和单铃重间均呈极显著正相关。与其余指标相关程度依次为有效铃数>铃数>有效果枝数>单铃重>株高>果枝数>衣分,与顾相蕊[18]研究结果基本相一致。

主成分分析作为基础的数学分析方法,是一种常用的多变量分析方法[19]。研究中用主成分分析方法将F2∶3家系多个指标分成2个主成分,累计贡献率大于70%,能有效地反映数据变化的倾向,满足主成分分析的必要条件,PC1代表棉铃生长因子;PC2代表衣分和铃重综合选择因子。

3.3棉花单株结铃数、单铃重和衣分是棉花3个产量构成因子。前人对不同产量构成因子对棉花产量的贡献研究结果不相一致,大多数人认为单株铃数对棉花皮棉产量的贡献最大[20]。研究进一步进行了逐步回归分析和通径分析。结果表明有效铃数对棉花产量贡献最大,选择有效铃数多的棉花是高产品种选育的重要途径,同时也要考虑单铃重、衣分和有效果枝数,与汤飞宇[7]研究结果一致。

研究棉花正反交后代各表型性状对于提高棉花产量有一定的影响,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[21]。

4 结 论

F2∶3家系具有丰富的变异,大部分性状表现典型数量遗传特点,普遍存在超亲分离现象,各个性状的杂种优势表现明显。单株籽棉产量和单株皮棉产量与株高、果枝数、有效果枝数、铃数、有效铃数和单铃重间均呈极显著正相关。有效铃数对棉花产量贡献最大,选择有效铃数多的棉花是高产品种选育的重要途径,同时也要考虑单铃重、衣分和有效果枝数。