90份转BT基因抗虫棉品种（系）在新疆早熟棉区的适应性评价

摘 要：【目的】评价转BT基因抗虫棉品种（系）的适应性与应用价值，为棉花新品种的选育提供适合的亲本。

【方法】以90份转BT基因抗虫棉为材料，研究其农艺性状和品质性状的变异情况及相关性，并以主要农艺性状和品质性状对90份转BT基因抗虫棉进行主成分和聚类分析。

【结果】供试90份转BT基因抗虫棉品种（系）纤维品质、农艺性状间差异显著，其中44份转BT基因抗虫棉为早熟材料，46份转BT基因抗虫棉为中早熟材料；前5个主成分特征值均大于1，累计贡献率达71.62%，第1主成分与产量有关，第2主成分与纤维品质有关，第3主成分与植株性状有关。90份转BT基因抗虫棉划分为4个类群，第I类群籽指性状表现好；第II类群断裂比强度、伸长率较好；第III类群单株铃数、铃重、衣分较高；第IV类群纤维品质较好。

【结论】筛选出了G21-2、G21-14、G21-1、G21-77等综合性状优异、铃重均在5.00 g以上、衣分在42%以上的转BT基因抗虫棉品种（系）18份。

关键词：转BT基因抗虫棉；农艺性状；适应性；陆地棉

中图分类号：S562；S188"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）07-1561-13

0 引 言

【研究意义】棉花是纺织业的重要来源［1］，2022年我国新疆棉花种植面积249.69×104 hm2（3 745.4×104 亩），占全国棉花总种植面积的83.2%，棉花总产量539.1×104 t，占全国棉花总产量的90.2%，占世界棉花总产量的20%［2］。

棉花枯萎病、黄萎病、棉铃虫、棉蚜等均危害棉花生长。因此评价转BT基因抗虫棉品种的适应性，筛选出适合新疆早熟棉区的优质转BT基因棉品种（系），对创新种质资源和选育抗虫棉新品种有重要意义。

【前人研究进展】20世纪90年代棉铃虫危害作物受害面积达到2 192×104 hm2［3，4］。转BT基因棉的应用不仅使棉花棉铃虫得到了有效控制，还减轻了棉铃虫对玉米、大豆等作物的危害。

【本研究切入点】李雪源等［5］对新疆转基因抗虫棉进行了回顾与展望。有关转BT基因抗虫棉种质资源的适应性与应用价值文献尚不多见［6-8］，需评价转BT基因抗虫棉品种（系）在新疆早熟棉区的适应性。

【拟解决的关键问题】收集90份转BT基因抗虫棉品种（系）为供试材料，田间种植2年，分析90份转BT基因棉品种（系）在新疆早熟棉区的适应性及其农艺性状和品质性状的变异情况，为新疆培育高产优质转BT基因抗虫棉新品种选育提供优良的育种亲本。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试的90份转BT基因抗虫棉品种（系）均来自我国棉花育种的科研机构。表1

试验于2021～2022年在新疆塔城地区沙湾市新疆农业大学棉花育种基地进行，沙湾市属于大陆性中温带干旱气候，平均气温为6.3～6.9℃，全年日照时数为2 800～2 870 h，≥10℃积温3 400～3 600℃，无霜期170～190 d，年降水量140～350 mm。

采用间比排列法，设3次重复。行长8.8 m，行宽2.42 m，株距12 cm，小区面积20 m2。供试棉花品种（系）种植密度为15 600株/667m2，采用地膜覆盖种植。

1.2 方 法

1.2.1 生育期

将棉花品种（系）分为早熟品种（112 ～125 d）；中早熟品种（126～134 d）；中熟品种（135～145 d）；中晚熟品种（145～154 d）以及晚熟品种生育期＞155 d（生育期为从播种到吐絮期的天数（d））。根据杜雄明等［9］棉花种质资源描述规范标准测量。

1.2.2 农艺性状

8～9月，从每个重复中选取具有代表性的棉花植株5株，调查供试材料的第一果枝节位、株高、果枝数、铃数等农艺性状。在吐絮期取每份材料中间部位吐絮正常的20个棉铃，称重计算铃重。

1.2.3 纤维品质

轧花后测定每个材料的衣分、籽指。取轧花后的皮棉20 g，送农业农村部棉花质量监督检验测试中心（乌鲁木齐）。

我国棉花纤维品质审定标准，依据纤维长度、断裂比强度、马克隆值等将棉花纤维分为3个等级，第一类：纤维长度≥31.0 mm、比强度≥32.0 cN/tex、马克隆值3.7～4.2为优质棉；第二类：纤维长度≥29.0 mm、比强度≥30.0 cN/tex、马克隆值3.5～5.0为中等棉；第三类：纤维长度≥27.0 mm，比强度≥28.0" cN/tex，马克隆值3.5～5.5为普通棉。

1.3 数据处理

使用Excel整理数据，运用SPSS26.0软件进行描述统计和聚类分析，运用Rstudio进行主成分分析和相关性及可视化分析，运用Origin进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同转BT基因抗虫棉品种（系）的生育期

研究表明，90份转BT基因抗虫棉品种（系）中，其中44份材料为早熟品种（系）（112～125 d），46份材料为中早熟品种（系）（126～135 d）。表2

2.2 转BT基因抗虫棉品种（系）农艺性状变异比较

研究表明，供试材料不同性状的变异系数范围为4.23%～14.05%。其中株高变异系数最大，为14.05%，衣分的变异系数最小，为4.23%。农艺性状变异系数由大到小的顺序为株高（14.05%）gt;单株铃数（11.40%）gt;单株果枝数 （10.62%）gt;皮棉产量（9.78%）gt;第一果枝节位（9.30%）gt;铃重（8.59%）gt;籽棉产量（7.40%）gt;籽指（7.08%）gt;衣分（4.23%）。

供试材料中株高、单株铃数、单株果枝数3个农艺性状的变异系数均大于10%，不同来源地的转BT基因抗虫棉品种（系）性状存在较大的差异，变异类型丰富，品种的改良潜力大。表3

2.3 转BT基因抗虫棉品种（系）纤维品质性状比较

研究表明，供试材料各纤维品质性状的变异系数在1.55%～20.54%。其中马克隆值的变异系数最大为20.54%；其余棉纤维品质性状变异系数的大小依次为断裂比强度（7.71%）＞上半部平均长度（4.95%）＞伸长率（1.99%）＞整齐度指数（1.55%）。

大部分转BT基因抗虫棉品种（系）为第三类普通棉，但是也有一部分属于第一类优质棉。供试材料中各纤维品质性状的变异系数较大，遗传多样性较为丰富。表3

2.4 转BT基因抗虫棉品种（系）性状之间的相关性

研究表明，供试材料各性状之间存在不同程度的相关性。其中农艺性状X1（第一果枝节位）与各性状相关性不显著；X2（株高）与果枝数、铃重、单株铃数、籽棉产量和皮棉产量呈极显著正相关，与衣分呈显著正相关，与籽指呈显著负相关；X3（果枝数）与铃数呈极显著正相关。

供试材料产量性状X4（铃重）与断裂比强度呈显著负相关；X5（单株铃数）与籽棉产量、皮棉产量呈极显著正相关，与马克隆值呈显著负相关；X6（籽指）与上半部平均长度、整齐度、断裂比强度呈显著正相关，与衣分、皮棉产量呈极显著负相关。X7（衣分）与籽棉产量和皮棉产量呈极显著

正相关；

X8（籽棉产量）与皮棉产量呈极显著正相关，与伸长率呈显著负相关；X9（皮棉产量）与上半部平均长度、断裂比强度、伸长率呈显著负相关。

品质性状X10（上半部平均长度）与伸长率、断裂比强度和整齐度指数呈极显著正相关；与马克隆值呈极显著负相关。X11（整齐度指数）与断裂比强度和伸长率呈极显著正相关。X12（马克隆值）与断裂比强度呈极显著负相关。X13（断裂比强度）与伸长率呈极显著正相关。表4，图1

2.5 转BT基因抗虫棉品种（系）主要性状的主成分

研究表明，提取特征值大于1的主成分，共有5个，累计贡献率为71.62%。第一主成分的特征值为3.69，相应的贡献率为26.33%，其中皮棉产量的特征向量值最大（0.75），对第一主成分影响最大，其次是籽棉产量（0.67）、衣分（0.56）、单株铃数（0.42），因此第一主成分为棉花产量因子。

第二主成分的特征值为2.46，相应的贡献率为17.58%，其中上半部平均长度的特征向量值最大（0.61），其次是断裂比强度（0.59）、整齐度（0.38）、伸长率（0.37），因此第二主成分为棉花纤维品质因子。

第三主成分的特征值为1.50，相应的贡献率为10.70%，其中果枝数的特征向量值最大（0.64），其次是株高（0.38）、铃重（0.36）、单株铃数（0.35），因此第三主成分为棉花植株性状因子。

第四主成分的特征值是1.34，相应的贡献率为9.55%，其中马克隆值的向量值最大（0.39）。第五主成分的特征值是1.05，贡献率为7.46%，其中第一果枝节位的向量值最大（0.63）。样本间有一定的离散空间，而且离散的空间大小不一。表5，图2

2.6 转BT基因抗虫棉品种（系）的聚类分析

研究表明，聚类划分为4大类群。类群I包含G21-64、G21-50、G21-33等6个品系，占比6.67%；类群II包含G21-67、G21-35、G21-31等47个品系，占比52.22%；类群III包含G21-23、G21-74、G21-75等7个品系，占比7.78%；类群IV包含G21-1、G21-7、G21-75等30个品系，占比33.33%。图3

第I类群共6份材料属于籽指较高的一类材料。代表材料为G21-32、G21-51、G21-33；第II类群共47份材料，属与断裂比强度、伸长率较好的材料，代表材料为G21-35、G21-66、G21-2和G21-67；第III类群共7份材料，该类群属于第一果枝节位、株高、单株铃数、铃重、衣分较高的材料，该类群的材料与棉花产量密切相关，代表材料为 G21-84、G21-90和G21-74；第IV类群共30份材料属于上半部平均长度、整齐度、马克隆值较好的材料，该类群的优质性状与棉花纤维品质有着直接的联系，并且该类群有较高的衣分均值为44.07%，代表材料为G21-1、G21-37、G21-49、G21-77；其中衣分较高的代表品种为G21-78、G21-85、G21-59等。表6

2.7 综合性状表现较好的18份转BT基因抗虫棉品种（系）的评价

研究表明，筛选出的18份转BT基因抗虫棉品种（系）与产量相关性状中，铃重均值为6.15，变幅为1.84，较90份转BT基因抗虫棉平均值增加了0.17；单株铃数的均值为9.10，变幅为5.80，较90份转BT基因抗虫棉铃数平均值增加了3～4个；衣分占比均在42%以上；籽指均值为10.89，变幅为3.34。各农艺性状的变异系数在3.48%～19.44%，其中株高、果枝节位、单株果枝数、单株铃数、铃重的变异系数均大于10%，遗传多样性丰富。表7

18份转BT基因抗虫棉品种（系）的纤维品质性状中G21-2、G21-14、G21-1、G21-77、G21-59、G21-66为中等棉；G21-46、G21-90、G21-58、G21-26、G21-50、G21-18为普通棉。2年主要农艺性状数据的差异较小，转BT基因抗虫棉品种（系）具有一定的稳定性。表8，图4～5

3 讨 论

3.1

赵丽芬等［10］对早熟转BT基因抗虫棉品种资源主要农艺性状鉴定与评价，发现株高、第一果枝节位、果枝数、单株铃数具有较大的变幅，试验对90份中早熟转BT基因抗虫棉品种（系）进行综合分析，其农艺性状的变异结果与文献［10］结果一致。

试验相关性分析得出，株高与单株果枝数、铃重、单株铃数、籽棉产量和皮棉产量呈极显著正相关，株高越高果枝数、铃数越多，铃重与单株铃数呈负相关，单铃重越重，单株铃数越少，试验研究结果与齐子杰等［11］研究结果一致；聚类分析中表明纤维品质好与产量高的并不在同一类，与陈荣江等［12］研究结果一致。不同来源的种质资源的农艺性状具有相同的变异程度，说明该性状具有一定的稳定性；而产量性状易受到地理、气候等因素的影响。

主成分分析中提取了贡献率达71.62%的5个主成分因子，其中第一主成分为棉花产量因子，贡献率为26.33%；第二主成分为棉花纤维品质因子，贡献率为17.58%；第三主成分为棉花植株性状因子，贡献率为10.70%；第四主成分为马克隆值因子，贡献率9.55%；第五主成分为第一果枝节位因子，贡献率7.44%。

3.2

BT基因和CPTI基因是转BT基因抗虫棉研究中最常用的2个外源基因；转BT基因抗虫棉的抗虫效果主要表现在抗虫的时空性、抗虫的持久性及抗虫范围狭窄等方面［13-19］；抗虫的时空性一般表现在两方面：一方面随着转BT基因抗虫棉生育期的变化，抗虫效果也随之减弱；另一方面棉花不同部位抗虫效果也不尽相同。转BT基因抗虫棉的持久性主要表现在抗虫基因的单一性，其次抗虫范围狭窄主要是转BT基因抗虫棉仅对棉铃虫、红铃虫等少数鳞翅目昆虫产生抗性，并且随着生育期的变化随之减弱，研发多基因、双基因的抗虫品种以提高棉花的综合抗虫能力［20-23］。

4 结 论

供试90份转BT基因抗虫棉品种（系）的农艺性状差异显著。第I类群：籽指较高，代表材料为G21-32、G21-51、G21-33；第II类群：断裂比强度、伸长率较好，代表材料为G21-35、G21-66、G21-2和G21-67；第III类群：第一果枝节位、株高、单株铃数、铃重、衣分较高，该类群的材料与棉花产量密切相关，代表材料为 G21-84、G21-90和G21-74 ；第IV类群：上半部平均长度、整齐度、马克隆值较好，该类群的优质性状与棉花纤维品质有直接的联系，并且该类群有较高的衣分均值为44.07%，代表材料为G21-1、G21-37、G21-49、G21-77；其中衣分值较高的代表品种为G21-78、G21-85、G21-59。筛选出18份转BT基因抗虫棉品种（系），其中铃重均在5.10g以上、衣分在42%以上。其中G21-2、G21-14、G21-1、G21-77、G21-59、G21-66为中等棉；G21-46、G21-90、G21-58、G21-26、G21-50、G21-18为普通棉。

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Evaluation of adaptability of 90 BT transgenic insectresistant

cotton varieties （lines） in early cotton areas of Xinjiang

LI Ying， GUO Wenwen， LI Jiangbo， QU Yanying， CHEN Quanjia， ZHENG Kai

（College of Agricultural Xinjiang Agricultural University/Key Laboratory of Crop Genetic Improvement and Germplasm Innovation， Urumqi 830052， China）

Abstract：【Objective】 Evaluate the adaptability and application value of germplasm resources， and to provide parents for the selection and breeding of new cotton varieties.

【Methods】 The variation and correlation of agronomic traits and quality traits were studied by using 90 BT transgenic insect-resistant" cotton as experimental materials， and principal component analysis and clustering analysis of 90 BT transgenic insect-resistant" cotton were carried out with main agronomic traits and quality traits.

【Results】 The results of the analysis showed that there were significant differences in fiber quality and agronomic traits in the test materials. Among them， 44 were converted to BT gene cotton as early maturing materials， and 46 were converted to BT gene cotton as medium and early maturing materials. The first five principal component characteristic values were greater than 1， and the cumulative contribution rate reached 71.62%， the first principal component was related to cotton yield， the second principal component was related to fiber quality， and the third principal component was related to plant traits. 90 trans-BT cotton were divided into 4 groups by cluster analysis， and the sub-finger traits of group I showed good performance. Group II， the specific strength and elongation at break were good. Group III had higher boll number， boll weight and clothing score per plant. Group IV's fiber quality was better.

【Conclusion】 18 parts of G21-2， G21-14， G21-1， G21-77 and other boll weights are selected from 90 transgenic cotton materials， all with a weight of more than 5.00 g， clothing content of more than 42%， and excellent comprehensive properties.

Key words：BT transgenic insect-resistant "cotton; agronomic trait; adaptability; upland cotton

Fund projects：Design and Cultivation of a New Early maturing and Disease resistant Cotton Variety （2023ZD04041）

Correspondence author：ZHENG Kai （1988-）， male， from Xinyang， Henan， Ph.D.， associate professor， research direction： cotton molecular breeding， （E-mail）zhengkai555@126.com

CHEN Quanjia（1972-）， male， from Urumqi，Xinjiang， professor， doctoral supervisor， research direction： cotton genetics and breeding， （E-mail）chenqjia@126.com

收稿日期（Received）：

2023-11-15

基金项目：

早熟抗病棉花新品种设计与培育（2023ZD04041）

作者简介：

李颖（1998-），女，河北保定人，硕士研究生，研究方向为农艺与种业，（E-mail）18331290824@139.com

通讯作者：

郑凯（1988-），男，河南信阳人，副教授，博士，硕士生导师，研究方向为棉花分子育种，（E-mail）zhengkai555@126.com

陈全家（1972-），男，新疆乌鲁木齐人，教授，博士，硕士生/博士生导师，研究方向为棉花遗传育种，（E-mail）chenqjia@126.com