海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

黃幸磊,王為然,王 萌,朱家輝,林 峰,秦國(guó)禮,楊 靜,阿里甫·艾爾西,吳全忠,孔 杰

(1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆阿拉爾 843300;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆海島棉品質(zhì)優(yōu)良,纖維柔長(zhǎng),是高端家紡和高附加值紡織品的關(guān)鍵原料[1]。機(jī)采棉是棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,但目前種植的海島棉品種中有相當(dāng)一部分不適宜機(jī)采,影響新疆海島棉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2],因此,分析海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀,對(duì)選育出適合機(jī)采的海島棉品種有重要意義。【前人研究進(jìn)展】匡政成等[3]分析了10個(gè)機(jī)采陸地棉材料的13個(gè)農(nóng)藝性狀,篩選出5個(gè)適合當(dāng)?shù)胤N植的機(jī)采陸地棉材料;張哲等[4]通過對(duì)100份陸地棉進(jìn)行研究,篩選出11個(gè)適宜機(jī)采的棉花品種。杜斌等[5]通過對(duì)5個(gè)海島棉品系進(jìn)行研究,篩選出2個(gè)可以作為機(jī)采海島棉的備選品系。洪梅等[6]通過對(duì)海島棉品種進(jìn)行機(jī)采篩選試驗(yàn),篩選出3個(gè)較為適合機(jī)采的海島棉材料;寧新民等[7]采用新海24號(hào)和自育高代材料352作為親本,選育出海島棉機(jī)采品種新78。【本研究切入點(diǎn)】目前對(duì)機(jī)采海島棉的研究多是針對(duì)若干品種進(jìn)行分析篩選,而未對(duì)海島棉種質(zhì)資源進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,且有關(guān)海島棉機(jī)采性狀的系統(tǒng)研究相對(duì)較少,需系統(tǒng)開展海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀的研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】選取125份零式果枝海島棉種質(zhì)資源作為研究對(duì)象,對(duì)機(jī)采海島棉農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異系數(shù)、遺傳多樣性、相關(guān)性、主成分和聚類分析,為機(jī)采海島棉親本選配和品種選育提供優(yōu)良的種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021～2022年在新疆庫(kù)爾勒市新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所棉花育種試驗(yàn)基地(86.08°E,41.68°N)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)≥10℃積溫為3 800℃以上,年日照時(shí)數(shù) 2 800 h以上,年平均降水量為56.30 mm,無霜期 200 d以上,適合海島棉種植和生長(zhǎng);前茬作物為棉花,土壤質(zhì)地為壤土,采用1膜4行((10 cm+66 cm+10 cm)+66 cm)機(jī)采模式種植,每個(gè)材料2行,行長(zhǎng)5 m,株距0.12 m,隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),3次重復(fù),種植管理方式同大田。

材料為125份零式果枝海島棉種質(zhì)資源,分別來自于中國(guó)、塔吉克斯坦、敘利亞、埃及、前蘇聯(lián)、美國(guó)、烏茲別克斯坦、印度、土庫(kù)曼斯坦和加拿大。選取的材料來源廣泛、類型多樣,幾乎涵蓋了不同引種、育種重要時(shí)期的栽培品種和品系。表1

表1 125份海島棉種質(zhì)資源

1.2 方 法

每份材料選取內(nèi)外行有代表性植株10株,按《棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)》方法調(diào)查棉花相關(guān)農(nóng)藝性狀[8]。生育期:從苗期到吐絮期;株高:用直尺測(cè)量子葉節(jié)到主莖頂部之間的距離;莖粗:用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉節(jié)下1 cm處粗度;始果枝節(jié)位:現(xiàn)蕾期從子葉節(jié)數(shù)至始果枝處,中間節(jié)數(shù)即為始果節(jié)節(jié)位;始果枝高度:測(cè)量子葉節(jié)到始果枝的距離;中部果枝長(zhǎng)度:測(cè)量倒5果枝長(zhǎng)度;下部果枝長(zhǎng)度:測(cè)量下部第1果枝長(zhǎng)度;中部、下部果枝夾角:使用YX-501冠層光溫儀(北京雅欣理儀)測(cè)量果枝與主莖夾角。于收獲期,每個(gè)小區(qū)收取中部棉鈴50個(gè),測(cè)定鈴重和衣分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)取3次重復(fù)平均值;采用Microsoft Excel 2019計(jì)算各性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù),遺傳多樣性指數(shù)在Excel中采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)進(jìn)行分析。

H′ =-ΣPilnPi.

式中,Pi表示第i種表型出現(xiàn)的頻率,其中各性狀賦值根據(jù)平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算結(jié)果將各個(gè)性狀分為 10 級(jí),1 級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀變異性和多樣性指數(shù)

研究表明,不同農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在3.54%～23.85%。變異系數(shù)≥10%的性狀有10個(gè)。性狀變異系數(shù)從大到小順序依次為始果枝節(jié)位(23.85%)>始果枝高度(23.66%)>鈴數(shù)(20.44%)>中部果枝夾角(20.36%)>下部果枝長(zhǎng)度(18.89%)>中部果枝長(zhǎng)度(18.82%)>下部果枝夾角(14.99%)>株高(14.12%)>莖粗(11.05%)>鈴重(10.27%)>衣分(6.03%)>生育期(3.42%)。其中,生育期變異系數(shù)最小,變異幅度為109～138 d;始果枝節(jié)位變異系數(shù)最大,變異幅度為1.50～5.25節(jié)。12 個(gè)機(jī)采農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性指數(shù)變化范圍為1.96～2.10,遺傳多樣性指數(shù)大于1.8。遺傳多樣性指數(shù)最大的是中部果枝夾角(2.10),最小的是生育期(1.96)。125份海島棉種質(zhì)資源間差異較大,種質(zhì)資源多樣性豐富。表2

表2 海島棉機(jī)采農(nóng)藝性狀變異系數(shù)和多樣性指數(shù)變化

2.2 海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀相關(guān)性

研究表明,始果枝高度、始果枝節(jié)位、株高、鈴重和衣分是影響海島棉機(jī)采性和產(chǎn)量的重要因素。125份海島棉不同機(jī)采農(nóng)藝性狀之間顯著相關(guān)(P<0.05),部分為極顯著相關(guān)(P<0.01)。生育期與株高、莖粗呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.25、0.33;生育期與下部果枝長(zhǎng)度、始果枝節(jié)位呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.20、0.19;株高與莖粗、始果枝高度、始果枝節(jié)位、鈴重呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.55、0.70、0.41、0.45;莖粗與中部果枝長(zhǎng)度、鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.30、0.48;中部果枝長(zhǎng)度與中部果枝夾角、下部果枝長(zhǎng)度、下部果枝夾角呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.24、0.64、0.27;中部果枝夾角與下部果枝長(zhǎng)度、下部果枝夾角呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.28、0.44,中部果枝夾角與鈴數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為 -0.26;下部果枝長(zhǎng)度與下部果枝夾角呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.38;始果枝高度與始果枝節(jié)位、鈴重呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.76、0.37;始果枝節(jié)位與鈴重呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.34,鈴重與衣分呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.21。圖1

注：**和*分別表示在 0.01和0.05水平上相關(guān)性

2.3 海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀主成分

研究表明,將12個(gè)機(jī)采農(nóng)藝性狀轉(zhuǎn)化為6個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為78.59%,分別為始果枝高度因子(因子1)、果枝因子(因子2)、莖粗因子(因子3)、衣分因子(因子4)、鈴數(shù)因子(因子5)和鈴重因子(因子6)。第1主成分的特征值為2.72,貢獻(xiàn)率為22.74%,始果枝高度特征向量最大(0.47),始果枝高度對(duì)于第1主成分的影響最大,其次是株高(0.45)、始果枝節(jié)位(0.43)、莖粗(0.30),第1主成分為始果枝高度因子,代表性品種有新海52號(hào)、K-412、K426; 第 2主成分的特征值為2.20, 貢獻(xiàn)率為18.37%,下部果枝長(zhǎng)度特征向量最大(0.50),下部果枝長(zhǎng)度對(duì)于第2主成分的影響最大,其次是中部果枝長(zhǎng)度(0.48)、中部果枝夾角(0.42)、下部果枝夾角(0.39),第2主成分為果枝因子,代表性品種有新海41號(hào)、吐海1號(hào)、巴州3410;第3主成分的特征值為1.55, 貢獻(xiàn)率為12.88%,莖粗特征向量最大(0.51),莖粗因子對(duì)于第3主成分的影響最大,其次是生育期(0.38)、鈴數(shù)(0.37)、中部果枝長(zhǎng)度(0.15),代表性品種有504-И、HM-1、蘇聯(lián)11號(hào);第4主成分的特征值為1.23,貢獻(xiàn)率為10.25%,衣分特征向量最大(0.73),衣分對(duì)于第4主成分的影響最大,其次是鈴重(0.41)、生育期(0.26)、中部果枝長(zhǎng)度(0.11),代表品種有蘇聯(lián)11號(hào)、混選8號(hào)、蘇聯(lián)棉B51系;第5主成分的特征值為0.77,貢獻(xiàn)率為6.45%,鈴數(shù)特征向量最大(0.65),鈴數(shù)因子對(duì)于第5主成分的影響最大,其次是衣分(0.44)、下部果枝夾角(0.41)、中部果枝夾角(0.31),代表品種有五瓣長(zhǎng)絨棉、混選8號(hào)、冀B91-45;第6主成分的特征值為0.79, 貢獻(xiàn)率為8.74%,鈴重特征向量最大(0.51),鈴重因子對(duì)于第6主成分的影響最大,其次是株高(0.30)、生育期(0.30)、中部果枝夾角(0.25)。代表品種有新海25號(hào)、蘇聯(lián)B9101、K426。表3

表3 海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀的主成分變化

2.4 海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀聚類

研究表明,在遺傳距離10.1處,將125份海島棉種質(zhì)資源分為5類,不同類群間分別計(jì)算各性狀的平均值。第Ⅰ類包含種質(zhì)資源4份,中部果枝長(zhǎng)度和下部果枝長(zhǎng)度最短、下部果枝夾角最小,但株高和始果枝高度較低,有效鈴數(shù)和衣分最低;第Ⅱ類包含種質(zhì)資源60份,鈴數(shù)較多,但株高較低、鈴重最小;第Ⅲ類包含種質(zhì)資源12份,生育期最短、株高和始果枝高度最低、莖粗最細(xì)、始果枝節(jié)位最少;第Ⅳ類包含種質(zhì)資源28份,中部果枝長(zhǎng)度和下部果枝長(zhǎng)度最長(zhǎng),衣分最低;第Ⅴ類包含種質(zhì)資源21份,株高和始果枝高度最高,莖粗最粗、始果枝節(jié)位最多,有效鈴數(shù)最多、鈴重最大,中部果枝夾角最小,但生育期最長(zhǎng)。第Ⅴ類的21份材料,株高100 cm左右、始果枝高度最高、果枝短且上舉、鈴數(shù)最多、鈴重最大,代表品種為新海43號(hào)、新海55號(hào)、石河子V7-4、K426、新78、16DJC01、新庫(kù)K2442、新庫(kù)198-1。圖2,表4

圖2 基于海島棉種質(zhì)資源機(jī) 采農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)的聚類圖

表4 不同類群海島棉機(jī)采農(nóng)藝性狀的平均數(shù)變化

3 討 論

3.1對(duì)海島棉種質(zhì)資源機(jī)采農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析,有利于后續(xù)海島棉機(jī)采性狀的遺傳改良[11]。通過變異系數(shù)分析和遺傳多樣性指數(shù)分析發(fā)現(xiàn),125份海島棉種質(zhì)資源12個(gè)機(jī)采農(nóng)藝性狀變異系數(shù)中,有10個(gè)性狀的變異系數(shù)大于10%,遺傳多樣性指數(shù)變化范圍在1.96～2.10,均大于1.8,與張磊磊[12]研究結(jié)果基本一致。

3.2棉花各農(nóng)藝性狀相關(guān)關(guān)系比較復(fù)雜[13]。研究結(jié)果表明,株高與始果枝高度、始果枝節(jié)位、鈴重呈極顯著正相關(guān),株高越高,棉鈴越大,單鈴重越重,與李武[14]、王海濤等[15]的研究結(jié)論相似。始果枝高度與始果枝節(jié)位、鈴重,呈極顯著正相關(guān),始果枝節(jié)位越高,株高越高,單鈴重越重,與李慧琴[16]、尹會(huì)會(huì)等[17]的研究結(jié)果較一致。研究還發(fā)現(xiàn)上下果枝長(zhǎng)度和夾角之間存在顯著或極顯著相關(guān)性。在后期育種改良中,應(yīng)考慮多個(gè)性狀之間的相互作用,單一過度追求某一性狀的提升是不可取的。主成分分析是使用降維思想,在盡可能少損失信息的條件下把多個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)[17]。尹會(huì)會(huì)等[17]通過對(duì)134份棉花種質(zhì)資源進(jìn)行主成分分析,將15個(gè)性狀簡(jiǎn)化為6個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率為75.27%;聚類分析是直接比較各事物的性質(zhì),將性質(zhì)相近的歸為一類,性質(zhì)差別較大的歸為不同類的分析方法[18]。研究將125份海島棉種質(zhì)資源通過聚類分析分為5份,第Ⅴ類的材料基本符合機(jī)采棉性狀要求[19-22]。

4 結(jié) 論

新海43號(hào)、新海55號(hào)、石河子V7-4、K426、新78、16DJC01、新庫(kù)K2442、新庫(kù)198-1株高100 cm左右,始果枝高度均大于18 cm ,果枝短且上舉,鈴數(shù)多,鈴重大,早熟,平均生育期為126.71 d,可以作為創(chuàng)制機(jī)采棉的基礎(chǔ)材料。12個(gè)機(jī)采農(nóng)藝性狀轉(zhuǎn)化為6個(gè)主成分,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到78.59%,分別為始果枝高度因子、果枝因子、莖粗因子、衣分因子、鈴數(shù)因子和鈴重因子。125份海島棉種質(zhì)資源遺傳變異較大,多樣性豐富,性狀間具有廣泛的相關(guān)性,分為5類;第Ⅴ類21份種質(zhì)資源符合機(jī)采棉性狀要求。