棉花海陸回交后代主要農(nóng)藝性狀的變異

（新疆兵團(tuán)第八師136團(tuán)農(nóng)業(yè)科，石河子市，834018） 馮新民 汪鋮亮

棉花是世界性的重要經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維是重要的紡織工業(yè)原料。隨著紡織工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)棉花纖維品質(zhì)的要求愈來(lái)愈高[1]。因此，開(kāi)發(fā)利用陸地棉以外的優(yōu)異種質(zhì)（如海島棉等）的有益基因，拓寬陸地棉栽培品種的遺傳基礎(chǔ)，創(chuàng)造更多優(yōu)異種質(zhì)，是我國(guó)棉花品種改良持續(xù)發(fā)展必須解決的問(wèn)題。海陸回交工作的目的就是要轉(zhuǎn)移海島棉的優(yōu)異基因進(jìn)入不同的陸地棉遺傳背景中去，改良陸地棉纖維品質(zhì)等，創(chuàng)造具有陸地棉遺傳背景并漸滲有海島棉優(yōu)異纖維品質(zhì)基因等的新材料。

棉花纖維品質(zhì)性狀及產(chǎn)量性狀多為由多個(gè)基因控制的數(shù)量遺傳性狀，多年來(lái)在育種實(shí)踐中，眾多學(xué)者對(duì)棉花新品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀開(kāi)展了研究。在棉花［2,3］、水稻［4,5］、大豆［6,7］、紅花［8］等作物數(shù)量遺傳性狀的研究中，主成分分析方法的應(yīng)用較多。陳榮江等[9]對(duì)棉花新品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀的典型相關(guān)與主成分分析表明，棉花新品種要在產(chǎn)量上有所突破，應(yīng)重點(diǎn)選擇結(jié)鈴性強(qiáng)的材料，同步提高單鈴重、衣指和衣分。劉昌文等[10]通過(guò)對(duì)45個(gè)新疆早熟棉品系的7個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性和通徑分析，發(fā)現(xiàn)衣分是影響皮棉產(chǎn)量最主要的因素。相吉山等[11]對(duì)北疆棉花“新陸早”系列品種主要性狀分析表明：生育期、鈴重和衣分是影響產(chǎn)量的主要因素，選育高衣分品種是提高皮棉產(chǎn)量的重要途徑。宿俊吉等[12]對(duì)陸地棉的主要農(nóng)藝性狀研究表明，衣分的株數(shù)是影響皮棉產(chǎn)量的主要因素，其次是單株鈴數(shù)、單鈴重。Wu等[13]從相關(guān)和通徑分析方面研究了棉花主要農(nóng)藝性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的影響。Syed等[14]通過(guò)相關(guān)和通徑分析對(duì)12個(gè)陸地棉品系的重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了研究，分析指出有效果枝數(shù)和鈴數(shù)對(duì)單株籽棉具有正向促進(jìn)作用。Saeed等[15]利用通徑分析探討5個(gè)陸地棉品種及其F1的主要農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響，分析得出單株鈴數(shù)對(duì)籽棉產(chǎn)量的正向促進(jìn)作用最大，其次是鈴重，而植株節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)量具有最大的負(fù)向促進(jìn)作用。

通過(guò)對(duì)海陸種間雜交并回交獲得的群體BC4F2進(jìn)行農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分析、聚類(lèi)分析和相關(guān)性分析，探討此方法在特異性狀選育上應(yīng)用的可行性［16,17］，推斷群體內(nèi)纖維品質(zhì)的基本動(dòng)態(tài)［18］，為棉花性狀改良目標(biāo)［19］的針對(duì)性及育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)采用的是新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院作物遺傳教研室構(gòu)建的陸地棉系9與海島棉新海16的回交組合BC4F2群體。系9具有陸地棉的豐產(chǎn)特性，在本試驗(yàn)中作為輪回親本，海島棉品種新海16是典型長(zhǎng)絨棉由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)作所培育而成，因其具有優(yōu)異的纖維品質(zhì)及豐產(chǎn)潛力，故將其作為非輪回親本。由系9與新海16雜交并回交獲得的BC4F2群體，共包括76個(gè)單株，是經(jīng)過(guò)連續(xù)幾年有目的選擇田間特異表型性狀單株與輪回親本多次回交，最終獲得的回交群體。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2007～2011年以系9為輪回親本，與新海16雜交、回交并自交獲得BC4F2。2012在石河子136團(tuán)種植76個(gè)BC4F2單株群體，播種時(shí)間為4月中旬，行長(zhǎng)3m，株距10cm，大田常規(guī)管理，按單株收取自然鈴，收花分2次進(jìn)行，最后一次收花時(shí)間為10月25日。

1.3 方法

2012年4月16日將BC4F2群體及親本種植于第八師136團(tuán)試驗(yàn)田，按常規(guī)方法進(jìn)行田間管理。吐絮期前（8月15日）測(cè)量BC4F2群體的株高、始節(jié)數(shù)、始節(jié)高、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、鈴數(shù)、有效鈴數(shù)，完全吐絮期后（10月15日）按編號(hào)掛牌收獲回交群體單株纖維，對(duì)收獲的單株稱(chēng)取籽（皮）棉重量，纖維量足10g以上的取樣送安陽(yáng)中國(guó)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定纖維品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用DPS6.5、SPSS11.0、EXCEL2003等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析以及圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 BC4F2代農(nóng)藝性狀的變異性分析

對(duì)試驗(yàn)材料的9個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異性分析，研究表明在BC4F2（表1）回交群體中始節(jié)高、有效鈴數(shù)、始節(jié)數(shù)、有效果枝數(shù)的變異系數(shù)較大分別為36.4%、25.6%、25.2%、23.4%變異比較明顯；產(chǎn)量構(gòu)成性狀的變異系數(shù)最大的是有效鈴數(shù)，最小的是衣分。大小順序?yàn)椋菏脊?jié)高＞有效鈴數(shù)＞始節(jié)數(shù)＞有效果枝數(shù)＞鈴數(shù)＞果枝數(shù)＞單鈴重＞株高＞衣分。

2.2 BC4F2代農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

由表2可知，除株高與始節(jié)高、始節(jié)數(shù)、鈴數(shù)，始節(jié)高與始節(jié)數(shù)、鈴數(shù)，始節(jié)數(shù)與果枝數(shù)，果枝數(shù)與鈴數(shù)、衣分，鈴數(shù)與衣分，衣分與單鈴重在BC4F2呈正相關(guān)，且株高與始節(jié)高，始節(jié)高與始節(jié)數(shù)，果枝數(shù)與鈴數(shù)，衣分與單鈴重在2個(gè)世代都達(dá)到了極顯著水平BC4F2中為0.36、0.69、0.76、0.39。

2.3 BC4F2代農(nóng)藝性狀的聚類(lèi)分析（表2）

根據(jù)9個(gè)農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)可以得到76份回交株系材料間的遺傳相似系數(shù)。遺傳相似系數(shù)越大,親緣關(guān)系越近；越小，親緣關(guān)系則越遠(yuǎn)。利用DPS 6.5軟件對(duì)76份棉花材料進(jìn)行聚類(lèi)分析，得到農(nóng)藝性狀分析聚類(lèi)圖，以遺傳相似系數(shù)20.0為閾值,可將76份BC4F2材料（見(jiàn)圖1）聚為a、b兩類(lèi)，a類(lèi)群可以分為a1、a2亞類(lèi)，b類(lèi)群可以分為b1、b2亞類(lèi)。a1亞類(lèi)包含32個(gè)株系；a2亞類(lèi)包含24個(gè)株系；b1亞類(lèi)包含17個(gè)株系；b2亞類(lèi)包含7個(gè)株系。

表1 BC4F2主要農(nóng)藝性狀的變異情況

表2 BC4F2農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

圖1 基于7個(gè)性狀的76份回交株系材料間的聚類(lèi)圖（BC4F2）

3 討論

3.1 有關(guān)海陸回交農(nóng)藝性狀的變異性分析

從上述研究結(jié)果可知，76份回交株系后代的7個(gè)主要農(nóng)藝性狀中有效果枝數(shù)、有效鈴數(shù)在兩個(gè)世代中的變異幅度都較大，但是衣分最小。從兩世代變異的大小順序可以看出，還是有所差別的。這就反映了在不同世代回交株系材料間存在一定的差異，有具有一定的相似性，這是由于親本組配選擇和后代群體人工選擇等多種因素造成的。

3.2 有關(guān)海陸回交農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

棉花各主要經(jīng)濟(jì)性狀之間存在著不同程度的相關(guān)性。如果兩個(gè)性狀間的遺傳相關(guān)關(guān)系密切,則在棉花的育種中對(duì)某一性狀的選擇自然會(huì)影響到另外一個(gè)性狀,這種影響可能是正向的也可能是負(fù)向的,取決于遺傳相關(guān)的性質(zhì)和程度[20]。所以,研究各性狀間的相關(guān)關(guān)系是非常必要的，可以為棉花的海陸雜交種的選育提供信息,使一些重要的經(jīng)濟(jì)性狀得到同步改良。大量研究表明,產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)性狀間,在遺傳上存在不同程度的負(fù)相關(guān)[21],故在本研究中沒(méi)有列出產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的相關(guān)關(guān)系。在田間進(jìn)行性狀選擇時(shí)，應(yīng)該注意各個(gè)性狀間的相互制約的關(guān)系，我們?cè)诟淖兡骋恍誀畹耐瑫r(shí)，應(yīng)該防止其他性狀的劣變。通過(guò)上述相關(guān)性分析，反應(yīng)了各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量構(gòu)成性狀之間的相互關(guān)系，以了解更影響皮棉產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的性狀指標(biāo)，為海陸回交后代新品種的選育、選擇和高產(chǎn)栽培提供理論參考依據(jù)。

3.3 有關(guān)海陸回交農(nóng)藝性狀的聚類(lèi)分析

通過(guò)聚類(lèi)分析既可以看出類(lèi)群間的相互關(guān)系，又可以了解類(lèi)群內(nèi)株系的親疏遠(yuǎn)近，參與聚類(lèi)的性狀越多越能綜合反映株系的客觀實(shí)際，特別是一些主要性狀。相吉山等[22]利用9個(gè)主要性狀和SSR引物擴(kuò)增結(jié)果均可將33個(gè)陸地棉品系聚為2大類(lèi)4亞類(lèi)，通過(guò)比較分析，在遺傳背景相近的同一優(yōu)勢(shì)群體中挑選出綜合表現(xiàn)優(yōu)良的品系；莫惠棟等[23]通過(guò)對(duì)大麥品種聚類(lèi)研究認(rèn)為，用個(gè)別重要的性狀聚類(lèi)，其分組結(jié)果清晰明確，便于材料取用，但其聚類(lèi)穩(wěn)定性差，而用多個(gè)性狀聚類(lèi)，其結(jié)果比較穩(wěn)定，只是有些性狀的差異會(huì)被另一些性狀的差異所掩蓋，造成聚類(lèi)間差別模糊。因此，對(duì)于棉花不同株系的聚類(lèi)分析，不管是個(gè)別數(shù)量性狀的聚類(lèi)，還是綜合性狀的聚類(lèi)，都不能作為某一株系群體取舍的唯一參考，必須對(duì)個(gè)群體內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)良的材料進(jìn)行深入的比較分析，綜合評(píng)價(jià)，最終決定材料的取舍。

4 結(jié)論

新疆光熱資源比較豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)，是比較適宜棉花生長(zhǎng)的最佳區(qū)域。本研究利用海陸回交后代BC4F2群體的主要農(nóng)藝性狀的變異性、聚類(lèi)和相關(guān)性分析方法，得到以下結(jié)論：

（1）表明在BC4F2代回交株系材料間存在一定的差異，也具有一定的相似性，在田間進(jìn)行選擇是要注意農(nóng)藝性狀之間復(fù)雜的關(guān)系。

（2）農(nóng)藝性狀聚類(lèi)圖可以看出回交后代的群體還不是很穩(wěn)定，基因出現(xiàn)分離和重組。因?yàn)橛械哪繕?biāo)性狀基因已經(jīng)處于純和狀態(tài)受環(huán)境影響較小，但是有的目標(biāo)性狀基因處于雜合狀態(tài)比較容易受環(huán)境影響。此時(shí)進(jìn)行單株選擇是十分不可靠的。

（3）通過(guò)對(duì)樣本的性狀分析，株高與始節(jié)高，始節(jié)高與始節(jié)數(shù)，果枝數(shù)與鈴數(shù)，衣分與單鈴重在回交群體中都達(dá)到了極顯著水平，這說(shuō)明鈴重和衣分、果枝數(shù)與鈴數(shù)的同步遺傳改良較容易，也就是說(shuō)控制產(chǎn)量各個(gè)性狀之間的同步遺傳改良比較容易。

因此,要選育出比現(xiàn)有推廣品種好的優(yōu)質(zhì)品種,必須從眾多復(fù)雜因素中找出影響較大的因素后進(jìn)行品種的遺傳改良,這樣才能有效提高棉花育種的效率。

[1]項(xiàng)時(shí)康，余楠，胡育昌等.論我國(guó)棉花質(zhì)量現(xiàn)狀[J].棉花學(xué)報(bào)，1999,11(1)：1-10

[2]周桃華，蔡以純等.陸地棉產(chǎn)量與農(nóng)藝隊(duì)狀的典型相關(guān)及主成分分析[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，20(2)：140-145．

[3]陳榮江，王文峰，朱明哲等.棉花新品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀的典型相關(guān)與主成分分析[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2007，23(2)：187-195．

[4]盧朝軍，周佳民，黃敏等.長(zhǎng)江中下游中秈遲熟水稻新品種稻米品質(zhì)性狀的主成分及聚類(lèi)分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008(5)：136-138．

[5]李培富，楊淑琴，張彥紅等.寧夏水稻品種主要農(nóng)藝性狀分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16(2)：33-36．

[6]韓秉進(jìn)，潘相文，金劍等.大豆農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀的主成分分析[J].大豆科學(xué)，2008，27(1)：67-73．

[7]石惠，許海濤等.大豆主要農(nóng)藝性狀的遺傳變異及相關(guān)性和主成分分析[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(2)：29-31．

[8]賈玉廣，沈軍隊(duì)，閻潔等.紅花農(nóng)藝性狀的主成分分析[J].中國(guó)油料，1995，17(1)：22-25．

[9]陳榮江，王文峰，朱明哲等.棉花新品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀典型相關(guān)與主成成分分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（3）：90-94

[10]劉昌文，宋義前，張燕等.新疆早熟棉農(nóng)藝性狀的遺傳相關(guān)性和通徑分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，46(3)：498-500.

[11]相吉山，謝宗銘，田琴等.北疆棉花“新陸早”系列品種主要性狀分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，48(7)：1535-1540.

[12]宿俊吉，鄧福軍，陳紅等.陸地棉主要農(nóng)藝性狀的變異、聚類(lèi)和相關(guān)性分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，48(8)：1386-1391.

[13]Wu J X,Jenkins J N，Mccarty J C，et al.Geneticas-sociation of lintyield with its components in cotton chromosome substitution lines[J].Euphytica,2008,164：199-207.

[14]Syed S H，F(xiàn)aqir M A,lshtiaq M.Path coefficient and correlation analysis of some important plant traits of Gossypium hirsutum L[J].Pakistan Journal of Biological Sciences,2000,3(9)：1399-1400.

[15]Saeed R,Tariq M K,Hafeez A S,et al.Correlation and path coefficientanalysis of yield components in cotton(Gossypium hirsutum L.)[J].International journal of agriculture & biology,2004,06(4)：686-688.

[16]張鳳鑫.陸地棉綜合育種的聯(lián)合水平選擇法研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1990，12(5)：446-450．

[17]陳偉.主成分分析法用于評(píng)價(jià)需注意的問(wèn)題[J].人類(lèi)工效學(xué)，2002(1)：30-33．

[18]農(nóng)業(yè)部.2003-2007棉花育種目標(biāo)[J].中國(guó)棉花，2002，29(10)：21．

[19]孫長(zhǎng)法，趙暉，陳榮江等.棉花新品種產(chǎn)量品質(zhì)性狀的聚類(lèi)分析與綜合評(píng)價(jià)[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19(4)：77-81．

[20]王偉，崔秀真，李哲等.棉花海陸雜交種主要性狀的遺傳相關(guān)分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，3：51-52.

[21]潘家駒.棉花育種學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998：99-101.

[22]劉昌文，張燕，宋義前等.新疆早熟棉花主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性及多項(xiàng)式趨勢(shì)分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，14(3)：11-16.

[23]莫惠棟，顧世梁等.江浙滬大麥品種農(nóng)藝性狀的聚類(lèi)分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1987，20(3)：28-38.