新疆棉花生產(chǎn)品種機采農(nóng)藝性狀分析

張 哲，熱比耶·玉蓀，買買提·莫明，吾買爾江·庫爾班，艾先濤，高 山

(1.塔里木大學農(nóng)學院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，烏魯木齊 830052；3.新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，烏魯木齊 830091；4.新疆農(nóng)業(yè)科學院庫車陸地棉試驗站，新疆庫車 842000)

0 引 言

【研究意義】棉花品種是影響機采品質(zhì)、等級和效益最直接的關(guān)鍵因素。新疆生產(chǎn)上的棉花品種較多[1-2]，研究生產(chǎn)上不同棉花品種機采表型性狀的綜合表現(xiàn)，對于提升機采棉效率、提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)、促進棉農(nóng)增產(chǎn)增收和機采棉品種選育有重要意義[3]。【前人研究進展】棉花品種多樣性的極大豐富，主要歸功于長期自然與人工選擇的雙重作用。一般采用變異分析[4-5]、主成分分析[6-7]、相關(guān)性[8-9]和聚類分析[10-11]對棉花農(nóng)藝性狀進行考察，簡單而有效[12]。鄧艷鳳等[13]利用變異分析、相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析-等多種統(tǒng)計分析方法對57個棉花品種的12個主要農(nóng)藝性狀進行比較。結(jié)果表明，57份品種間的性狀變異系數(shù)在1.0%～36.7%，變幅較大，其中單株結(jié)鈴數(shù)變異系數(shù)最大，生育期與株型性狀呈顯著相關(guān)性，前3個主成分累計貢獻率達63.1%，(即纖維品質(zhì)因子、產(chǎn)量因子和單株果枝數(shù)因子)，包含了12個性狀的絕大部分信息；分析表明單位面積籽棉產(chǎn)量越高，結(jié)鈴性越好，衣分和鈴重越大，生育期越長，株高越高，單株果枝數(shù)越多，棉花單鈴重越小。王俊鐸等[14]對200份棉花種質(zhì)材料基于形態(tài)指標進行聚類分析分為6大類，但聚類分析所用的形態(tài)指標數(shù)據(jù)一定程度上受到環(huán)境條件影響。齊海坤等[15]對8年607份育種材料的農(nóng)藝性狀進行比較，研究表明，縮短生育期、提高霜前花率，可以增加產(chǎn)量；株高與第1果枝節(jié)位通過與其他性狀產(chǎn)生作用，進而影響籽棉產(chǎn)量的形成。楚宗艷等[16]對28個棉花新品系的10個農(nóng)藝性狀進行相關(guān)和通徑分析結(jié)果顯示，皮棉產(chǎn)量與株高、單株鈴數(shù)、衣分的相關(guān)性達極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.6、0.6和0.5，果枝數(shù)與皮棉產(chǎn)量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5。【本研究切入點】株高、單鈴重、衣分和籽指4個性狀對皮棉產(chǎn)量的影響較大。目前新疆生產(chǎn)上應(yīng)用的棉花品種多樣，機采特性還需加強。【擬解決的關(guān)鍵問題】選擇生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的100個品種，對12個性狀進行變異分析、主成分分析、相關(guān)性分析以及聚類分析，綜合評價和篩選更符合機械采收的棉花品種，為機采品種的推廣和性狀選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆阿克蘇地區(qū)庫車市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科創(chuàng)中心進行，該區(qū)處于塔里木盆地北緣，屬于暖溫帶大陸性氣候，≥10℃的積溫為4 102.6℃，年均降水量73.3 mm，日照時數(shù)2 915.9 h。供試材料為新疆棉花生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的100個棉花品種。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗區(qū)土壤質(zhì)地為粘土，前茬作物為玉米。采用隨機區(qū)組排列的方式，于2021年4月20日，采用“1膜6行3管”機采棉種植模式進行人工播種，每穴2粒(出苗后，保留健壯植株1棵)。行距配置[(10+66+10+66+10)+66] cm×12 cm，小區(qū)行長4 m，幅寬2. 28 m，播種前畝施7.5 kg尿素和50 kg磷酸二銨作基肥，生育期滴水12次，隨水施肥9次，化調(diào)8次。根據(jù)不同品種的吐絮情況分3次進行收獲考種。其他管理參照當?shù)卣Ｉa(chǎn)標準。調(diào)查從棉花出苗期到吐絮期的天數(shù)。

1.2.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查

7月3日開始調(diào)查果枝始節(jié)、果枝始節(jié)高度及葉枝，8月5日調(diào)查株型、株高、果枝數(shù)、倒4果枝的夾角(果枝夾角)及上部果枝第1果節(jié)長度(倒1、2果枝第1果節(jié)長度的平均值)、中部果枝第1果節(jié)長度(倒4、倒5果枝第1果節(jié)長度的平均值)，10月10日調(diào)查單株結(jié)鈴數(shù)及吐絮率，各指標依次如下；生育期(X1)、株高(X2)、果枝數(shù)(X3)、果枝始節(jié)(X4)、果枝始節(jié)高度(X5)、果枝夾角(X6)、單株結(jié)鈴(X7)、吐絮鈴(X8)、葉枝(X9)、吐絮率(X10)、上部果枝第1果節(jié)長度(X11)和中部果枝第1果節(jié)長度(X12)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel2019進行各性狀的最大值、最小值、均值、標準差及變異系數(shù)。使用DPS7.0處理系統(tǒng)對各個品種的農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析(離差平方和法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 100個棉花品種農(nóng)藝性狀的變異性

研究表明，性狀間的變異范圍為4.9%～64.0%，表現(xiàn)出豐富的遺傳變異。變異系數(shù)差異較大的指標有7個，較小的有5個，其中葉枝的變異最大，達到64.0%，變異幅度為 0.0～1.6個，生育期的變異系數(shù)最小為4.9%，變異幅度為123.0～158.0。其他性狀的變異系數(shù)分別為吐絮鈴數(shù)25.8%>上部果枝第1果節(jié)長度20.2%>吐絮率17.1%>中部果枝第1果節(jié)長度16.8%>單株結(jié)鈴數(shù)16.0%>果枝始節(jié)高度11.5%>株高8.5%>果枝數(shù)8.2%>果枝始節(jié)7.9%>果枝夾角6.8%。葉枝、上部果枝第1果節(jié)長度、中部果枝第1果節(jié)長度和果枝始節(jié)高度變異較大。表2

表2 100個棉花品種農(nóng)藝性狀變異Table 2 Variation Analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.2 100個棉花品種農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

研究表明，生育期與株高呈顯著正相關(guān)，與上部果枝第1果節(jié)長度和中部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)，但生育期與吐絮鈴數(shù)呈極顯著負相關(guān)。株高與果枝數(shù)、上部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)。果枝數(shù)與上部果枝第1果節(jié)長度呈顯著正相關(guān)，與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)。果枝夾角與中部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)，與吐絮鈴數(shù)呈顯著負相關(guān)。單株結(jié)鈴數(shù)與吐絮鈴數(shù)和吐絮率呈極顯著正相關(guān)。吐絮鈴數(shù)與吐絮率呈極顯著正相關(guān)。吐絮率與上部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著負相關(guān)。棉花各性狀間相互制約、相互影響。表3

表3 100個棉花品種的農(nóng)藝性狀相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.3 100個棉花品種農(nóng)藝性狀的主成分

研究表明，第1主成分的特征值為3.39，貢獻率為28.28%，第1主成分中生育期特征值最大是0.45，其次中部果枝第1果節(jié)長度是0.30和上部果枝第1果節(jié)長度0.29，由此看來第1主成分為生育期性狀。生育期短是機采棉中最重要的指標，生育期短可避免棉田貪青晚熟，且有利于后期機械采收。

第2主成分的特征值為2.62，貢獻率為21.81%，第2主成分中株高的特征值最大是0.43，其次是單株結(jié)鈴數(shù)0.42和上部果枝第1果節(jié)長度0.41，第2主成分是株高性狀。第3主成分中特征值為1.62，貢獻率為13.49%，第3主成分中果枝夾角特征值最大是0.54，其次是中部果枝第1果節(jié)長度0.52。隨著果枝夾角的增大，中部果枝第1果節(jié)長度也隨著增長。第4主成分的特征值為1.20，貢獻率為9.97%，第4主成分中果枝始節(jié)高度特征值最大是0.35，第5主成分的特征值為0.91，貢獻率為7.59%，第5主成分中果枝始節(jié)特征值最大是0.45。

篩選出具有代表性的品種有15個，分別為：新陸早37號、新陸中85號、新陸中36號、中88、早84(JM06)、新陸早63號、新陸早65號、新陸早57號、新陸中79號、耕野2186、新陸早52號、中113、源棉6、源棉11和WY31。表4

表4 100個棉花品種農(nóng)藝性狀主成分Table 4 Principal component analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.4 100個棉花品種農(nóng)藝性狀的聚類

研究表明，在遺傳距離為44.0時，將100個棉花品種劃分為7大類，第1、2、4類群各包含了11個品種，第3個類群包括13個品種，第5個類群包含8個品種，第6個類群包含13個品種，第7個類群包含33個品種。同時計算各類群的性狀平均值。

生育期大于135 d的類群有1、3、4、6和7個類群，這些品種總共有81份，田間表現(xiàn)為吐絮都比較晚，單株結(jié)鈴數(shù)、吐絮鈴數(shù)偏低。第1類群品種還有一個明顯特點，果枝夾角偏小，上部果枝第1果節(jié)長度、中部果枝第1果節(jié)長度也較短，表明第1類群的株型緊湊，符合機采棉的性狀要求，這一類群品種可以通過適期早播和促早熟管理措施調(diào)控生育期，第1類群品種可以作為株型遺傳改良方面重點關(guān)注的材料，第1類群中株型具有代表性的品種有新陸中84號，新陸早57號，其果枝夾角在40°左右，上部、中部果枝第1果節(jié)長度均在8 cm。

生育期小于135.0 d的類群有第2、5類群，總共包含了19份品種，田間表現(xiàn)為吐絮集中，單株結(jié)鈴數(shù)和吐絮鈴數(shù)等性狀表現(xiàn)突出，果枝夾角均在50°左右，果枝長度、果枝始節(jié)也適宜，符合機采棉的性狀要求，其中第2類群品種的綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)于第5類群的品種。圖1，表5

表5 不同類群農(nóng)藝性狀的平均數(shù)Table 5 Average number of agronomic characters of different groups

3 討 論

分析機采棉品種表型農(nóng)藝性狀，有利于在后續(xù)育種工作中對機采棉品種進行改良[17]。孔清泉等[18]研究了92份陸地棉的生育期、株高和成鈴數(shù)等8個農(nóng)藝性狀的變異情況，其中變異系數(shù)大于10%的有2個性狀，大部分的變異系數(shù)都在5%以上，研究結(jié)果表明，12個性狀中有4個性狀的變異系數(shù)在5%～10%，7個性狀的變異系數(shù)均在10%以上，其中葉枝(64.0%)的變異系數(shù)最大，其次是吐絮鈴數(shù)(25.8%)，生育期的變異系數(shù)最小為4.9%。生育期的變異系數(shù)雖然最小，但在100個品種里生育期的極差達到35 d，葉枝、吐絮鈴數(shù)和生育期性狀可以通過農(nóng)藝性狀的遺傳選擇和田間促早管理調(diào)控措施等方法獲得改良。

相關(guān)性分析表明，生育期與上部果枝第1果節(jié)長度和中部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)，株高與果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、上部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)，果枝數(shù)與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與前人[19]部分研究結(jié)果一致。果枝夾角與中部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著正相關(guān)，但與吐絮鈴數(shù)呈顯著負相關(guān)，說明果枝夾角越大，果枝的果節(jié)長度越長、吐絮越少，這與鄭巨云等[20]研究一致。吐絮率與上部果枝第1果節(jié)長度呈極顯著負相關(guān)，吐絮率越高，上部果枝第1果節(jié)長度越短，如果上部果枝第1果節(jié)長度越長，頂部鈴有可能吐絮晚，從而導致吐絮不集中甚至貪青晚熟，進而降低了吐絮率，直接影響到產(chǎn)量。

主成分分析表明；生育期和株高的增加容易導致貪青晚熟，單株結(jié)鈴數(shù)和吐絮率隨之下降。隨著棉株果枝夾角過大，中部果枝第1果節(jié)的長度也有增加趨勢，這會導致整個棉株過于松散，各棉株的果枝之間很容易互相交錯，使整個群體結(jié)構(gòu)郁蔽，直接影響到單株結(jié)鈴性和棉花產(chǎn)量，這與前人[21]研究結(jié)果一致。果枝夾角在機采棉株型構(gòu)成因素中是起到重要作用的一個指標，果枝夾角偏小能很好的使光源照射到棉株中下部，提高光能利用率，避免棉花單株間的果枝交錯，使產(chǎn)生霉鈴爛鈴的幾率降到最低。試驗中的果枝夾角均50°～60°，與王燕等[22]研究一致。尹會會等[23]研究表明，果枝始節(jié)的增加也會導致衣分和皮棉質(zhì)量降低，同時還會影響產(chǎn)量。

通過聚類結(jié)果顯示，第2類群中有11個品種被聚類在一起(新陸中85號、新陸中36號、中88、新陸早65號、早84(JM06)、新陸早76號、新陸早63號、新陸早37號、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號)，在100份品種中綜合表現(xiàn)最好，其性狀表現(xiàn)為生育期短132.5 d，吐絮集中，株高81.3 cm、果枝數(shù)11臺和中部果枝夾角適中(58.4°)，吐絮率達到72%，上部果枝第1果節(jié)長度和中部果枝第1果節(jié)的長度為也比較適宜，分別為8.1和11.7 cm。這11個品種的果枝夾角若能在45°左右，則能更好的展現(xiàn)各自品種的群體結(jié)構(gòu)，從而進一步改善和協(xié)調(diào)棉花的營養(yǎng)生長與生殖生長。前人研究表明[24-25]，機采棉品種應(yīng)具備的條件；早熟性好、株型緊湊、果枝短，夾角小，吐絮均勻且飽滿，結(jié)鈴性強、吐絮集中。而試驗的研究結(jié)果正與前人研究相符合。

由于表型性狀鑒定受環(huán)境影響和田間管理調(diào)控措施的影響較大，若要取得更真實結(jié)果，需要開展多年多點的性狀鑒定和評價。

4 結(jié) 論

有11個品種表現(xiàn)較為突出，分別是新陸中85號、新陸中36號、中88、新陸早65號、早84(JM06)、新陸早76號、新陸早63號、新陸早37號、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號。這些品種在早熟性、株高、果枝始節(jié)、單株結(jié)鈴數(shù)和果枝夾角等性狀方面，較好的滿足了生產(chǎn)對機采性狀要求，其它品種在機采農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)的參差不齊，仍然有改良的空間。