利用主成分和隸屬函數法評價40份早熟棉F材料

鄧艷鳳 肖水平 王濤 楊紹群 楊秀 劉新穩

摘要：基于形態指標、產量指標和品質指標，綜合評價40份陸地棉雜交組合后代F，材料在長江流域的表現，為長江流域棉花新品種的選育奠定基礎。以40份早熟棉F，材料為試驗材料，利用主成分分析和隸屬函數法對各材料10個主要性狀進行分析，篩選出綜合性狀優良的F，代材料，提高創新種質的利用率。結果表明：主成分分析參試40材料的10個主要性狀可以用4個主成分因子（累計貢獻率達78.9%）來描述，各材料4個主因子綜合得分值以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28材料位于前10位;隸屬函數法各材料10個性狀平均值以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35材料位于前10位。通過綜合比較與分析認為，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28綜合性狀優良，可作為創新種質材料利用。

關鍵詞：早熟陸地棉;F2材料;主要性狀;主成分;隸屬函數綜合評價

中圖分類號：S562.038

文獻標識碼：A

文章編號：2095-3143（2022）01-002406

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.004

棉花作為我國產業鏈最長的大田經濟作物，涉及農業和紡織工業兩大領域，在國民經濟中占有舉足輕重的地位。近年來，隨著農業產業結構不斷調整以及我國現有適合機采棉花品種較少，適紡高支紗品種少，抗病蟲害品種缺乏等諸多原因，導致棉農的植棉積極性越來越低，我國棉花種植面積逐年下降2-3引。因此生產上急需培育出一批具有高產、優質、多抗并適合機采等綜合性狀優良的新型棉花品種，增加棉花產量，提高棉農植棉的積極性。通過利用雜種優勢可以快速有效地發掘出農作物的生產潛力，是作物傳統育種中常用的一種方法。育種工作者利用棉花的雜種優勢，不僅可以提高棉花產量，改善棉纖維品質，增強棉花的抗逆性，而且可以縮短育種周期，是目前育種家培育棉花新品種的主要方法之一[6-2]。雜交組合的F2代是性狀開始強烈分離的時期，親本的親緣關系越遠，性狀分離就越明顯，同時也標志著通過雜交創造了變異，為選擇創造了條件。因此通過各種組合F2代優勢比較，按照棉花的早熟、高產、優質等育種目標，篩選不同雜交親本的優勢效應性狀，可以正確地選配優良雜交組合，從而篩選出具有早熟、高產、優質等綜合性狀優良的強優勢雜交組合。目前變異分析、相關分析、主成分分析和隸屬函數法是育種家篩選優異品種的主要方法13-14。本研究利用田間表現優良且來源不同的棉花品種按照性狀互補原則配制40個雜交組合，通過對其后代F2材料的生育期、農藝性狀及纖維品質的測定，采用主成分分析和隸屬函數法對各材料主要性狀進行比較分析，篩選綜合性狀優良的F2材料，為早熟棉的選育奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料由2016年江西省棉花研究所早熟課題組對40個雜交組合進行人工雜交獲得F代，2017年收獲40份F，代材料，2018-2019年種植在江西省棉花研究所試驗田，種植方式采用板地直播方法。小區長10.0m，寬1.5m，雙行區，行距0.8m，株距0.2m，各小區隨機區組設計，設3次重復。

1.2測定指標及方法

記錄每份材料的出苗期和吐絮期并計算出全生育期，棉花生育后期在每小區選取10株長勢正常的棉花，分別測量株高，統計單株果枝數和單株成鈴數（取平均值）。收花期采收棉株中部內圍完全開裂棉鈴60個，曬干后稱重計算單鈴重，籽棉經軋花后稱量皮棉質量，計算衣分，并取纖維樣品寄送農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心（安陽）進行上半部平均長度、馬克隆值和斷裂比強度等檢測。

1.3數據標準化及統計分析

試驗各材料的I0個主要性狀數據用MicrosoftExcel2010初步整理和隸屬函數值計算，利用SPASS19.0進行統計量的計算以及主成分分析。

在對40份陸地棉F，代材料的10個主要性狀進行主成分分析時，為確保主成分得分值越高的材料，綜合性狀最優，分析前將原始數據進行轉換。基于早熟、矮化、高產和優質的育種目標，以生育期和株高為逆向指標，采用原數據倒數值轉換，單株果枝數、單株結鈴數、衣分、單鈴重、上半部平均長度、斷裂比強度和單位面積籽棉產量均為正指標，采用原數據值，馬克隆值為適度指標，按公式（1）進行轉化（馬克隆值A級取值范圍為3.7-4.2，取3.95為適度值151）。

式中：X;（k）為原始數據標準化處理后的結果，X：（k）為原始數據，表示材料，k為某個性狀。

隸屬函數值計算方法參照王婷婷等（2018）的方法，計算公式如下。

式中，Z為i品系j性狀的隸屬函數值，X為i品系j性狀的測定值，Xmin和Xma*分別為j性狀的最小值和最大值。單株果枝數、單株結鈴數、衣分、單鈴重、上半部平均長度、斷裂比強度和籽棉產量為正向擇優，采用（2）式進行計算，生育期、株高和馬克隆值為負向擇優，采用（3）式進行計算（由于試驗材料馬克隆值的最小值為5.10，其采用負向擇優）。

2結果與分析

2.1參試材料主要性狀變異分析

對40份早熟棉F2材料的10個主要性狀進行遺傳變異分析，結果表明（表1），10個主要性狀間的變異系數在3.02%～25.46%，變異幅度較大，其中變異系數最大的為成鈴數（25.46%），變異幅度為12.80～30.40個，極差是17.6個。變異系數最小的為生育期（3.02%），變異幅度在82～93天，極差是11天。其他性狀的變異系數從大到小依次為籽棉產量（15.39%）》果枝數（10.85%）》株高（10.42%）》比強度（8.36%）》鈴重（6.35%）》馬克隆值（4.82%）》衣分（3.75%）》纖維長度（3.72%）。一般變異系數大于10%表示樣本間差異較大。本試驗中成鈴數、籽棉產量、果枝數和株高的變異系數均大于10%，表明這40份F，代材料在株高、產量和果枝數等方面差異較大，有利于高產雜交組合的比較和篩選。

2.2參試材料主要性狀的主成分分析

由表3可知，前4個主成分的累計貢獻率達78.9%，包含了主要農藝性狀的絕大部分信息，因此選取前4個主成分進行分析比較可靠。由表3、表4可知，第一主成分的特征值為3.4864，貢獻率為34.86%，以籽棉產量（0.3999）、生育期（0.3885）、株高（0.3754）、鈴重（0.3713）和斷裂比強度（0.3359）的荷載較高，包含熟性、株型、產量和品質性狀，因而該因子為全能因子;第二主成分的特征值為2.3043，貢獻率為23.04%，以果枝數（0.5009）、衣分（0.4154）、斷裂比強度（-0.3935）、成鈴數（0.3607）和馬克隆值（0.3558）的荷載較高，為株型和品質因子;第三主成分的特征值為1.1184，貢獻率為11.18%，以纖維長度（0.6372）的荷載最高，說明該因子主要影響纖維長度，為品質因子;第四主成分的特征值為0.9811，貢獻率為9.81%，以衣分（0.7111）的荷載最高，說明該因子主要影響衣分和皮棉產量，為產量因子。

根據各材料對應的主成分得分值計算出材料間的綜合得分值17，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28列前10位（表5）。

2.3各材料的隸屬函數法分析

采用模糊數學中隸屬函數法，對40份早熟棉F代材料主要性狀進行函數值比較，來增加評價結果的客觀性和準確性。在數據轉換后分別計算各材

料對應各性狀的隸屬函數值以及平均隸屬函數值，以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隸屬函數值位于前10位（表6）。

3討論與結論

在育種工作中，篩選優良種質最常用的方法是將產量性狀與其相關的性狀進行分析評價，評價時主觀因素太多且分析比較片面。主成分分析可以將多個復雜的原始指標轉化為幾個互不相關且具有代表性的綜合指標，通過提取主要因子，計算綜合得分值，可以綜合考慮多個性狀，較客觀性地篩選出優良種質。本研究40個早熟棉F2代材料的10個性狀的主成分分析表明，前4個主成分上累計貢獻率達78.9%，反應了大部分遺傳變異信息，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28的綜合得分值排前10位，是綜合性狀優良的材料。

隸屬函數法是對多個指標的綜合分析，可以避免單一指標的片面性。因此，能夠提高優異種質篩選的準確性。本研究40個早熟棉F2代材料的10個性狀的隸屬函數法分析表明，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隸屬函數值排前10位，是綜合性狀優良的材料。

綜合主成分分析和隸屬函數法分析認為，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28是綜合性狀優良的材料，可作為種質材料利用。

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