120份棉花種質資源品質性狀與遺傳多樣性分析

趙雙印，王為然，閆雪雪，比買熱木·阿不都艾海提，董 潔，吐爾遜·吐爾洪，阿里甫·艾爾西

(1.新疆巴音郭楞蒙古自治州農業科學研究院，新疆庫爾勒 841000；2.新疆農業科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國棉花的主體產區，2019年總產已占全國的85%左右[1，2]。種質資源作為驅動品種改良的源動力，需加強其多層次精準鑒定和篩選突破性優質種質。通過利用SRAP(Sequence-Related Amplified Polymorphism)分子標記技術，研究新收集的120份陸地棉資源進行纖維品質多樣性，篩選出具有優良表現的材料，對優質棉花新品種培育有重要意義。【前人研究進展】劉存敬等[3]對129份前蘇聯陸地棉種質資源進行鑒定，篩選出44份不同特性的優異材料。孔清泉等[4]對92份陸地棉種質資源進行分析，認為纖維長度集中在中絨類型(52.0%)，比強度集中在中強(47.8%)與強(33.7%)，多數材料的馬克隆值偏大(71.7%)，并挑選了部分材料改良纖維品質。唐中杰等[5]對收集的206份棉花資源進行田間的鑒定與篩選，篩選出纖維品質優良資源22份，并進行了利用。馬肖等[6]對147份種質資源的纖維品質性狀進行分析，篩選出洞庭3號等5份種質作為改良棉花品質的材料加以利用。SRAP分子標記是一種基于不同物種甚至個體的內含子、啟動子與間隔區長度不等而產生多態性的特異擴增標記方法[7]，具有簡便、產量適中、共顯性高、重復性好、易于分離條帶及測序等諸多優點，廣泛應用于農作物遺傳多樣性分析。王桂峰等[8]利用SRAP技術和田間種植鑒定方法實現了對5個棉花品種的純度鑒定。劉雅輝等[9]利用SRAP技術和群體分離分析法(BSA)分析，鑒定并篩選與棉花耐鹽相關的分子標記。【本研究切入點】SRAP分子標記作為一項重要技術在棉花研究方面開展了一定的研究工作，但在纖維品質方面的研究十分有限，棉花纖維品質鑒定手段單一、準確性不夠。需在新疆高密度植棉模式下，鑒定評價120份核心資源進行纖維品質，利用SRAP分子標記進行多樣性研究。【擬解決的關鍵問題】以新引進的120份國內外棉花種質資源為研究材料，采用田間種植的方法，研究其纖維品質的品質性狀整體狀況及形狀間的相關性，為鑒定篩選優良種質資源、進而培育優質新材提供支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019～2020年在新疆庫爾勒巴州農業科學院試驗基地(E86°81′，N41°45′)。前茬作物為棉花，土質為壤土。土壤耕作層0～30 cm堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為93.6、46.3、179 mg/kg，有機質為22.27 g/kg。

從國家種質資源庫中引進120份棉花種質資源。C24和C27是從前蘇聯引種回來的優良品質，C5從澳大利亞引種而來，C52是由我國湖北省荊州市農科所利用雜交育種培育的品種[10]。表1

表1 棉花種質資源信息Table 1 Information of Cotton accessions

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用完全區組試驗設計，每個材料設置3次重復，行長3 m，行距(15+45+15+73)cm，株距為12 cm，使用膜下滴灌1膜雙帶4行種植，機械鋪膜，人工點播。生育期田間管理同大田生產。收獲時間從9月初開始，根據不同種質資源的成熟程度分期收獲并做好相關數據記錄。

1.2.2 測定指標

收獲3個重復，每份材料收取第5～8臺果枝的中部鈴30個，統一晾曬，室內考種。將考種后棉樣送至農業農村部棉花品質監督檢測測試中心測試纖維品質，測纖維品質指標(上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值等)。

1.2.3 SRAP分子標記

設計17對SRAP標記進行擴增。PCR反應體系為10 μL：DNA模板1.0 μL，2×TaqPCR Master-Mix(含染料)5.0 μL，10 μmol/L正、反向引物各1.0 μL，ddH2O補足至10 μL。擴增程序為：94℃ 5 min；94℃ 30 s，60℃ 30 s，72℃ 45 s，35個循環；72℃延伸10 min，4℃保存待測。擴增產物用8%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳進行檢測，最后用銀染法顯色并拍照。表2

表2 SRAP引物信息Table 2 Information of SRAP primers

1.3 數據處理

試驗數據采用軟件Excel 2016統計擴增的條帶數量，相同位置上有清晰可辨條帶記為“1”，無清晰可辨條帶記為“0”，構建原始數據矩陣。分別統計17對SRAP引物的多態性條帶比率PPB和多態性信息指數(PIC)。應用軟件NTSYS 2.1的非加權組平均法(UPGMA)計算遺傳相似系數并采用MEGA軟件構建聚類圖。

2 結果與分析

2.1 120份棉花種質資源品質性狀表現

研究表明，120份棉花樣品的上半部平均長度(mm)均在33 mm以下，其中最大值是C40(中棉所49號)為33.13 mm，最小值是C105(GL2gl3)為23.66 mm；馬克隆值最大值為C101(蘇聯棉19系91-128-2)，最小值為C93(冀91-21)共有31份樣品在B級范圍的共有64份，C級范圍的供試樣品為25份斷裂比強度最大值為C29(蘇聯棉30系91-601)，38.40 cN/tex，最小值為C100(GP122)，24.08 cN/tex。C5(PSP25523-1),C24(蘇聯棉5系)，C27(蘇聯棉28系)，C52(鄂抗棉7)4個材料纖維長度大于30 mm馬克隆值A級斷裂比強度33 cN/tex，屬高品質性狀的棉花品種。圖1

120份陸地棉種質資源材料品質性狀間的變異范圍為3.90%～13.03%。其中伸長率的變異系數最大，為13.03%，變幅為4.90%～9.00%；馬克隆值次之，變異系數為12.38%；纖維長度、比強度變異系數較低，分別為6.55%和6.48%；整齊度指數的變異系數最小，為3.90%，變異幅度為81.40%～96.62%。馬克隆值與伸長率這2個性狀存在較大變異，有助于篩到表現較好的親本；而纖維長度，斷裂比強度和整齊度指數變異幅度較小，類型不夠豐富，但其中的纖維斷裂比強度平均值達到30.34 cN/tex，有利于高比強親本的篩選。表3

2.2 棉花種植資源基于SRAP標記遺傳多樣性

研究表明，利用17對SRAP引物，共擴增得到95條多態性條帶，每對引物擴增條帶數從4條到9條不等，平均擴增條帶數為5.58。多態性條帶比率PPB(%)為100%，每對引物擴增的條帶都具有多態性。多態性信息指數(PIC)為0.89，使用的SRAP擴增引物組合能夠較好地反映120份棉花種質資源的遺傳多樣性。表4

注:圖A紅色柱子代表SRAP聚類分析結果第一大類；藍色柱子代表SRAP聚類分析結果第二大類。圖B紅色柱子代表馬克隆值屬于A級；黃色柱子代表馬克隆值屬于B級；藍色柱子代表馬克隆值屬于C級。圖C圖A紅色柱子代表SRAP聚類分析結果第一大類；藍色柱子代表SRAP聚類分析結果第二大類

表3 棉花性狀指標的多樣性Table 3 Diversity analysis of quality traits in cotton

表4 棉花SRAP標記的多態性Table 4 Polymorphism analysis of SRAP markers in cotton

2.3 120份種質資源聚類

研究表明，每份種質之間的相似系數較低，變幅較大，其中存在較大的遺傳差異，其遺傳多樣性相對比較豐富。120份棉花種質資源可以分作2大類群。第一大類包含了43個棉花品種，其中28個是國內品種，國內品種占有率約為65%。第二大類包含了77個品種，只有39個為國內棉花品種，其國內品種占有率約為51%。第一大類的棉花種質資源再基因型更傾向于本地品種間的基因交流，而第二大類的種質資源包含的引進品種基因更多，具有更高的遺傳多樣性。120份國內外棉花種質資源之間親緣關系較近。圖2

圖2 利用非加權組平均法(UPGMA)聚類參試材料Fig.2 Unweighted Pair-group Method with Arithmetic Mean (UPGMA) was used to cluster the tested materials

第一大類的樣品多在28 mm以下，只有少數樣品的上半部平均長度較優質。第一大類棉花樣品的斷裂比強度超過30 cN/tex，比第二大類的樣品品質更好。120份棉花資源的品質性狀多樣性與其SRAP分子標記結果相一致。C5(PSP25523-1)，C24(蘇聯棉5系)，C27(蘇聯棉28系)，C52(鄂抗棉7)4個樣品整體的品質指標比較好，在SRAP分子標記中聚在第一大類中，具有相似或者相同的優良基因。C6、C29、C30、C31和C725個品種的整體品質指標處在120份樣品的中間段。C111、C113和C1173個品種整體品質指標較差，其遺傳距離比較近，為一個小的類群。C40、C41、C43品質性狀中等，但是C114品質性狀較差，4個樣品聚在一個小類群中，以上4個品種可能存在一定的親緣性。圖1，圖2

3 討 論

徐海江等[2]報道，近年來，新疆棉花品種主栽品種不突出，種植品種相對比較單一。利用分子標記技術可以更好地為選育優良品質性狀的棉花品種打下研究基礎[11-12]。采用不同分子標記技術對棉花種質資源的遺傳多樣性研究的報道不斷發表[13-16]，Kusuma等[17]利用SSR分子標記，以22份棉花種質資源為親本，利用與高產、高含油率相關的SSR標記，培育出具有兩用性狀的棉花品種。馬麒等[18]以178份海島棉核心種質資源為試驗材料，利用120對SSR引物進行多態性分析，并開展群體結構分析及基因型聚類分析，依據聚類結果對初選海島棉優異種質進一步篩選，鑒定出最終的海島棉優異種質資源。但是采用SRAP分子標記進行新疆地區的棉花種質資源遺傳分析的報道并不多。研究通過對新疆地區的120份棉花種質資源的SRAP分子標記結合其品質性狀指標進行分析，發現供試的120份棉花種質資源的聚類結果與其品質性狀相關性較高，品質較好的品質在遺傳距離上更接近，而品質性狀較差的品種也更傾向于聚集。

研究結果發現，選育的新陸中41號(C58)，新陸早46號(C82)，新陸早41號(C116)和新陸早48號(C117)這4個品種的品質性狀總體表現較差，而農藝性狀表現不俗。新陸早48號(C117)屬于早熟陸地棉類型，生育期120 d，株型緊湊，抗枯萎病、耐黃萎病[19]。新陸中41號(C58)豐產、抗病性好[20]，新陸早41號(C116)早熟、結鈴性強[21]是新疆種植面積較大的品種，主要是因為該系列棉花品種具有早熟高產，且抗病性較好的特性。而新陸中系列，屬中熟陸地棉品種，抗病性、豐產性普遍強于新陸早系列。近年來，新培育的高品質品種棉花也具有較好的品質性狀，如Z1112(C18)以陜5051為母本，97-185為父本進行雜交選育而成，早熟、優質、高產，但是抗病性不及新陸早系列和新陸中系列[22]。今后應在早熟、豐產、抗病性好的基礎上，通過引種，改良品質，選育出具有優良品質性狀及綜合表現優良的棉花品種。

4 結 論

120份種質資源的品質性狀遺傳多樣性比較豐富。棉纖維上半部平均長度均在33 mm以下，其中31份棉花樣品馬克隆值屬于A級范圍，斷裂比強度最小為24.08，最大為38。共檢測到95個多態性位點，平均每對引物檢測到5.58個多態性位點。供試材料可分為2個類群，第一大類的棉花種質資源再基因型更傾向于本地品種間的基因交流，而第二大類的種質資源包含的引進品種基因更多，具有更高的遺傳多樣性。PSP25523-1、蘇聯棉5系、蘇聯棉28系和鄂抗棉7共4份材料纖維品質優良，可以作為優質親本改良新疆棉花纖維品質。