陸地棉92份種質資源主要性狀的遺傳多樣性分析

孔清泉 楊兆光 吳振江 謝業濤 李強 肖遠龍

摘要：對陸地棉種質資源遺傳多樣性分析，可以篩選雜交的親本、創新種質資源、拓寬棉花種質基因庫、選育品種提供基礎材料。因而對92份陸地棉種質資源的8個主要性狀進行遺傳變異、相關性和聚類分析。遺傳變異分析表明，單株成鈴集中在22.0～32.0個，單鈴重集中在5.1～6.0 g，但有一半以上材料的衣分低于40%;纖維上半部平均長度集中在中絨類型（52.0%），斷裂比強度集中在中強（47.8%）和強（33.7%），馬克隆值大部分屬于C2類型（71.7%）;變異系數大于10%的有2個性狀：單株成鈴數（19.9%）、單鈴重（10.5%）。相關性分析表明，纖維上半部平均長度與斷裂比強度呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;衣分與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關，與纖維上半部平均長度、斷裂比強度呈極顯著負相關;馬克隆值與生育期、衣分呈極顯著正相關，與纖維上半部平均長度呈極顯著負相關。Ward法聚類分析表明，遺傳距離為10 時可劃分為5大類，第Ⅰ類群的15份材料屬于高產、長纖維、低馬克隆值材料，第Ⅱ類群的28份材料屬于大鈴、高衣分材料，第Ⅲ類群的9份材料屬于生育期短、優質材料，第Ⅴ類群的27份材料屬于大鈴、優質材料。

關鍵詞：陸地棉;種質資源;遺傳多樣性;聚類分析

中圖分類號：S562.035? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-3143（2020）03-0033-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.03.005

Genetic Diversity Analysis of? Main Characters in 92 Upland Cotton

Germplasm Resources

Kong Qingquan， Yang Zhaoguang， Wu Zhenjiang， Xie Yetao， Li Qiang， Xiao Yuanlong

（Cotton Research Institute of Jiangxi Province， Jiujiang， Jiangxi 332000， China）

Abstract： In this study， we analyzed the genetic diversity of 92 upland cotton germplasm resources， in order to provide basic materials for screening parental cotton germplasm suitable for hybridization， innovating cotton germplasm resources， broadening cotton germplasm gene pool and breeding. Genetic variation， correlation and cluster analysis were performed on 7 agronomic traits and 5 fiber quality traits of 92 upland cotton germplasm resources. In terms of agronomic traits the number of boll per plant was concentrated in 22.0～32.0， and the concentration of single boll weight was 5.1～6.0 g. However， on the lint percentage， more than half of the materials were less than 40%. In terms of quality， the upper half mean length was concentrated in the medium velvet type （52.0%）， and the fiber strength was concentrated in the medium strong （47.8%） and strong （33.7%）， the micronaire value was concentrated in the C2（71.7%）. There were 2 traits with coefficient of variation greater than 10%， number of bolls per plant （19.9%）， single boll weight （10.5%）. Correlation analysis showed that the upper half mean length significantly positively correlated with the fiber strength， and significantly negatively correlated with the micronaire value; the lint percentage significantly positively correlated with boll weight， micronaire value， and significantly negatively correlated with the upper half mean length， fiber strength; the micronaire value significantly positively correlated with growth period， lint percentage. Cluster analysis classified 92 cotton germplasm into five groups when the genetic distance was 10. The groupⅠof 15 materials was high yield， long staple， low micronaire value; group Ⅱof 28 materials was large bell， high lint; group Ⅲ of 9 materials was short growth period， high quality materials; group Ⅴof 27 materials was large bell， high quality materials.

Key words： Upland cotton; Germplasm resources; Genetic diversity; Cluster analysis

0? 引言

棉花是我國重要的經濟作物與紡織工業的原材料[1]，對提高我國國民生產總值有重要作用。陸地棉是我國種植面積最大、分布范圍最廣的是四大栽培棉之一。目前，隨著我國人口的快速增長、國家的飛速發展，對棉花產物的需求量越來越大，對棉纖維品質的要求越來越高，因此高產優質棉種的培育顯得尤為重要。影響作物產量和品質的主要因素在于內因，即作物的遺傳因素，也就是說提高產量優化品質主要在于作物品種[1]。種質資源是作物育種的重要物質基礎，是培育高產優質棉花新品種的物質基礎，在棉花育種研究中具有舉足輕重的作用。對棉花種質資源研究的目的是為育種提供遺傳多樣性豐富的親本材料。因此挖掘具有遺傳多樣性的棉花種質，對棉花科研人員來說，仍然是一項艱巨而不斷追求的核心目標。在研究棉花不同來源不同遺傳背景的種質資源時，所采用的統計分析方法主要包括變異分析[2-3]、相關性分析[4-7]、聚類分析[8-12]等。李慧琴，等[11]通過對270個陸地棉種質資源的品質與農藝性狀的變異情況、遺傳多樣性、品質性狀間的相關性、聚類分析，篩選出了可以改良棉花斷裂比強度、馬克隆值和改良棉花產量構成的資源材料。劉存敬，等[13]通過對從前蘇聯引進的種質材料的農藝性狀、產量及產量因子和纖維品質等性狀系統的鑒定研究，篩選出早熟、矮稈、高衣分、高籽指、長纖維、高強度和細度好等不同特性的優異材料44份，改善了我國棉花種質資源缺乏的現狀。董承光，等[14]對153份陸地棉種質資源的主要農藝性狀進行綜合評價，認為這153份種質材料能為各類棉花育種和遺傳研究提供較為豐富的親本材料。本研究通過對92份陸地棉種質資源進行主要農藝性狀與纖維品質性狀的遺傳變異、相關性、聚類分析及評價，以期為篩選適用于作雜交親本的棉花種質、創新棉花種質資源、拓寬棉花種質基因庫、選育品種提供基礎材料。

1? 材料與方法

1.1? 材料

92份陸地棉材料中有76份是2015年從中國農業科學院棉花研究所引進2016年自交繁代，2017年繼續種植并進行性狀調查，另有16份材料是江西省棉花研究所育種課題組自培材料（未審定）。代號是1～92。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設計

試驗于2017年在江西省棉花研究所科研基地進行。試驗田肥力中等，冬作空閑。試驗材料共計92份，每材料為一小區，隨機排列，雙行種植，小區面積20 m2。2017年4月19日播種，雙膜小拱棚營養缽育苗，期間及時揭膜煉苗。5月26日移栽，行距0.87 m，株距0.48 m，種植密度2.4萬株/hm2。栽后管理與常規大田管理一致，并按時進行主要性狀調查工作。

1.2.2? 性狀調查與考種

調查各材料生育期、農藝性狀、纖維品質。吐絮期在每小區選取長勢均勻一致的的棉花10株， 主要調查株高、單株成鈴數。每小區（每材料）隨機采收棉株中部內圍正常開裂棉桃50個，室內進行考種測定單鈴重、衣分等;各材料取皮棉20 g，送交中國農業科學院棉花研究所農業部棉花品質監督檢驗測試中心（安陽）進行五項纖維指標測定。

1.2.3? 數據處理與分析

上述5個農藝性狀指標和3個品質性狀指標數據用Microsoft Excel 2010軟件進行基本整理。利用SAS 8.0軟件進行各性狀的遺傳變異情況和相關性分析。利用SPSS 25.0進行聚類分析，聚類分析方法采用離差平方和法。各類群的平均值用Microsoft Excel 2010軟件完成。

2? 結果與分析

2.1? 主要性狀的遺傳變異分析

試驗數據用平均值、極差、變異系數等基本統計量分析不同材料8個性狀的表現和變異情況（表1、表2）。

從生育進程來看，生育期變異幅度為116～126 d，極差是10天，總變異系數是1.7%，有65份材料的生育期在121～125 d，占總數的70.7%，有26份材料在115～120 d，占總數的28.3%，低于115天的材料數為0份，平均生育期是121.6 d，說明這批材料大部分屬于中早熟材料（120～135 d）。

從農藝性狀來看，單株結鈴的變異幅度為18.6～46.8個，極差是28.2個，有38份材料的單株結鈴集中在27.1～32.0個，占總數的41.3%，單株結鈴數小于22個的有9份材料，占總數的9.8%，大于37個的有13份材料，占總數的14.1%，平均單株結鈴數是30.1個，變異系數為19.9%（表現為最大）。株高變異幅度為90.8～144.0 cm，極差是53.2 cm，變異系數是7.9%，有89份材料的株高在110.1～144.0 cm，占總數的93.4%，株高在90.8～100.0 cm的有3份材料，平均株高是123.4 cm，說明這些材料的株型整體較為高大。單鈴重變異幅度為4.2～6.8 g，大于5.0 g有79份材料，占總數的85.9%，變異系數為10.5%。衣分的變異幅度為33.4%～44.9%，變異系數是5.8%，大于或等于40%的占43.5%，平均衣分僅為39.7%。一般變異系數大于10%表示樣本間差異較大[15]，經綜合分析各農藝性狀的表現，發現不同材料間的單株結鈴和單鈴重遺傳差異較大，多樣性豐富，有利于種質資源的比較篩選，但是衣分大于或等于40%的不足一半，表現一般。

從纖維品質性狀來看，纖維上半部平均長度變異幅度為28.1～34.7 mm，平均纖維長度為31.1 mm，變異系數是4.2%，根據NY/T 1426-2007 [16]，92份材料有48份材料屬于中絨類型（28.0～30.9 mm），34份材料屬于中長絨類型（31.0～32.9 mm），10份材料屬于長絨類型（33.0～36.9 mm），表明有接近一半的材料達到中長絨甚至長絨等級。斷裂比強度變異幅度為25.7～35.1 cN/tex，變異系數是6.3%，平均值是30.0 cN/tex，有60份材料的斷裂比強度達到較強及以上等級（29.0～36.9 cN/tex）。馬克隆值變異幅度為4.1～6.1，變異系數是7.8%，平均值是5.1，屬于A類型（3.7～4.2）的有2份材料，屬于B2類型（4.3～4.9）的有24份材料，屬于C2（5.0及以上）類型的有66份材料，大部分材料的馬克隆值偏大。經綜合分析92份材料的品質性狀，發現這批材料的上半部平均長度、斷裂比強度表現較好，但馬克隆值大部分屬于C2類型。

2.2? 性狀間的相關分析

對92份陸地棉種質資源的8個主要性狀進行相關性分析（表3），結果表明生育期與成鈴數呈顯著負相關，與馬克隆值呈極顯著正相關，說明縮短生育期，可以增加成鈴數，同時也可在一定程度上改善馬克隆值;衣分與上半部平均長度、斷裂比強度呈極顯著負相關，與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關，可見衣分越高，單鈴重越大，同時會導致上半部平均長度降低，斷裂比強度減弱，馬克隆值變大;上半部平均長度與斷裂比強度呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關，即上半部平均長度越長，斷裂比強度越強，馬克隆值越低;斷裂比強度與馬克隆值呈顯著負相關，即斷裂比強度越強，馬克隆值越小。

2.3? 聚類分析

為了將這些材料進行分類，用SPSS 25.0軟件對92份材料進行聚類分析，在遺傳距離為10時，92份材料可聚類為5大類（圖1），并且對不同類群的進行了基本統計（表5）。第Ⅰ類群有15份材料，這一類群表現為成鈴數（36.32個/株）最高，株高中等（119.15 cm）、衣分較高（40.66%）、單鈴重較重（5.69 g）、上半部平均長度較長（中長絨）、馬克隆值較優（B2），綜合分析說明該類群屬于產量性狀和纖維上半部平均長度、馬克隆值優的棉花材料。第Ⅱ類群有28份材料，這一類群表現為單鈴重（5.94 g）最大，衣分（41.78%）最高，上半部平均長度為中絨、斷裂比強度中等、馬克隆值較差（C2），綜合分析說明該類群屬于大鈴、高衣分，纖維品質差的棉花材料。第Ⅲ類群有9份材料，這一類群表現為生育期（118.77 d）最短，上半部平均長度為中長絨，斷裂比強度為強類型，馬克隆值為B2類型，綜合分析說明該類群屬于生育期短，纖維品質優的棉花材料。第Ⅳ類群有13份材料，這一類群平均數，株高為127.09 cm、單鈴重為4.94 g、衣分為37.73%、成鈴數為27.46個/株、上半部平均長度為中絨、馬克隆值為C2類型，綜合分析說明該類群表現差。第Ⅴ類群有27份材料，這一類群平均的單鈴重為5.80 g，上半部平均長度為中長絨、斷裂比強度為強類型、馬克隆值為B2類型，綜合分析說明這一類群是大鈴優質棉花材料。

3? 討論與結論

系統研究作物種質資源的遺傳多樣性對作物遺傳育種具有十分重要的意義。本研究中涉及的試驗材料大部分屬于中早熟材料，株型整體較為高大，大部分單鈴重大于5.0 g，接近一半衣分達到40%，接近一半纖維長度達到中長絨甚至長絨等級，大部分斷裂比強度達到較強及以上等級，有2份馬克隆值達到A等級（3.7～4.2），說明無論在產量性狀還是品質性狀上，這批種質材料都有一定的利用價值。尹會會，等[17]研究134份國外陸地棉種質材料，除纖維長度、整齊度和衣分的變異系數小于5%，其余性狀的變異系數均大于5%。本試驗研究結果顯示除了生育期和纖維長度小于5%外，其余6個性狀的變異系數均大于5%，其中成鈴數和單鈴重的變異系數大于10%;兩者的各性狀變異情況基本相似。一般變異系數大于10%表示樣本間差異比較大[15]，說明92份材料成鈴數和單鈴重之間存在的差異較大，資源類型豐富，有利于種質材料的比較和篩選。

作物產量的高低、品質的好壞與光能利用的多少有直接關系，光能利用率的大小受植株形態結構影響[18-19]，因此棉花株型與產量和品質之間存在著密切的相關性。本研究在對各個性狀的相關性分析中，發現衣分與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關，與纖維長度、斷裂比強度呈極顯著負相關;生育期與馬克隆值極顯著正相關，與單株成鈴數呈極顯著負相關;纖維長度與斷裂比強度呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關。這與尹會會，等[17]、李慧琴，等[11]部分研究結果較一致。同時這些研究表明棉花產量與品質之間存在著難以“和平共處”的矛盾，在棉花育種中為獲得豐產優質的棉花新品種，應協調好兩者的關系，不可一度追求高產而忽略品質，也不可過度追求優質而影響到產量。為解決這一難題，育種家通過分子技術輔助育種，以期培育出高產優質的棉花新材料。

聚類分析是直接比較各事物之間的性質，將性質相近的歸為一類，將性質差別較大的歸入不同類的分析方法。本研究的聚類結果顯示，第Ⅰ類群的15份材料屬于高產、長纖維、馬克隆值較好材料，在育種中可以用做親本材料加以利用;第Ⅱ類群是大鈴、高衣分材料，第Ⅲ類群是生育期短、優質材料，第Ⅴ類群是大鈴、優質材料。這些材料可作為增產、改善品質的中間材料。本試驗中聚類分析所用的田間試驗數據受環境條件影響較大，因此，若取得更為理想的聚類分析結果，應在嚴格控制試驗環境條件的基礎上，結合分子標記等先進技術，對試驗進行更加系統的研究，以進一步明確各種質資源間的親緣關系[20-21]，更好的為選配雜交親本提供理論依據。

本研究所調查的農藝性狀、產量性狀和品質性狀均屬表型數據，易受環境因素的影響，且為一年的結果，因此要進行兩年甚至三年的重復試驗，獲多年數據進行分析，以減少試驗誤差。

通過對這些材料進行不同方面的分析，認為其遺傳多樣性豐富，并挑選了部分材料用來增產或改良纖維品質。

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收稿日期：2020-4-22

基金項目：國家科技重大專項（2016ZX08005001-006）;江西省重點研發計劃（S2018ZPYFE1239）。

作者簡介：

孔清泉（1990-），女，河南周口人，研究實習員，碩士，研究方向為棉花新品種選育，

1192746722@qq.com。

通信作者：肖遠龍（1964-），男，江西九江人，研究方向為棉花新品種選育，595915594@qq.com。