阿拉爾墾區(qū)常規(guī)棉與F2雜交棉產量纖維品質性狀比較研究

徐 鵬， 萬素梅， 張 勇2， 陳國棟， 李亞兵3， 艾尼玩爾·黑里力4， 汪志強， 胡守林

(1.塔里木大學 植物科學學院， 新疆 阿拉爾 843300； 2.喀什地區(qū)農技推廣中心， 新疆 喀什 844000；3.中國農業(yè)科學院棉花研究所， 河南 安陽 455000；4.新疆生產建設兵團第三師51團機關， 新疆 圖木舒克 844000)

棉花具有較強的雜種優(yōu)勢[1-4]，南疆引進的抗蟲雜交棉取得了很好的效益，東疆哈密地區(qū)種植的F2雜交棉，可以減少蕾鈴脫落。有研究表明，F(xiàn)2雜種優(yōu)勢可增強棉花抗性、提高產量、改善纖維品質，從而提高農戶的經濟收益[5-7]。近幾年北疆大部分播種方式均采用精量播種，但其出苗率不高，保苗難度較大[8-10]。因F1雜交種的成本比較高，推廣難度大，需要通過人工去雄的方法制種，利用F2雜交棉的雜種優(yōu)勢[11-13]來提高棉花纖維品質的方法，值得研究。

陳金湘等研究表明，F(xiàn)1、F2纖維長度、比強度、整齊度、麥克隆值、伸長率這5個纖維品質性狀均為世代分離[14]。胡新燕等將不同來源的抗蟲棉與常規(guī)棉品種雜交,比較雜種F1和F2競爭優(yōu)勢和抗蟲性,結果表明,抗蟲雜交棉F2,具有一定的競爭優(yōu)勢,并且抗蟲性較為良好,在生產應用上具有利用價值[15]。為了獲得F2最具優(yōu)勢強、抗性好的品種組合,要選擇其高產的母本和高抗蟲的父本為代表的F1雜棉種。郭景紅等研究表明,新陸早70號作為新疆早熟、高產、優(yōu)質、抗逆性較好的雜交棉種，其雜交棉F1、F2不同果枝層的棉纖維均以棉株中部4～6層第1果枝節(jié)位纖維品質最優(yōu)[16]。通過對F1、F2雜交棉纖維品質的對比，差異表現(xiàn)均不顯著。狄佳春等研究表明，雜交棉與常規(guī)棉的產量構成中，單株結鈴數(shù)受環(huán)境的影響較大；但其中常規(guī)棉的產量構成中，密度對產量的作用最大；雜交棉的產量構成中，單鈴重對產量的影響最大[17]；趙會薇等研究表明,吐絮期外觀形態(tài)主要纖維品質測定指標均值都高于裂絮測定均值[18]。吳吉祥等研究表明,雜交棉皮棉產量高的組合纖維長度較好[19]。

針對目前南疆阿拉爾墾區(qū)大田種植中的常規(guī)棉品種新陸中38號、J 206-5(均為2017年當?shù)赝茝V常規(guī)棉品種，產量性狀較為穩(wěn)定)及F2雜交棉品種(瑞雜1號、瑞雜2號、瑞雜4號、J雜708)利用纖維品質、產量指標等，通過對常規(guī)棉和F2雜交棉大田群體棉株5點定位取樣法連續(xù)抽樣，檢測單株纖維品質，探究常規(guī)棉、F2雜交棉群體內株纖維品質的差異,分析主要品質指標變異狀況，為棉花雜種優(yōu)勢的有效利用提供參考依據。

表1 常規(guī)棉與F2雜交棉品種纖維品質相關指標統(tǒng)計比較

品種性狀平均值極差極差率/%標準差變異系數(shù)/%FL/mm28.843.77130.883FU/%84.484.961.141J206-5FM5.091.83360.377FS/(cN·tex-1)28.889.4331.736FE/%6.160.8130.163FL/mm27.816.31231.45FU/%83.148.6101.792新陸中38FM5.114.45870.8416FS/(cN·tex-1)25.978312.138FE/%61.5250.35FL/mm29.625.71191.385FU/%84.67.291.622J雜708FM4.822.87600.5211FS/(cN·tex-1)29.258.5291.977FE/%6.331.2190.244FL/mm29.295.23181.315FU/%84.165.671.171瑞雜1號FM4.651.67360.398FS/(cN·tex-1)28.659.9352.619FE/%6.111.1180.244FL/mm28.498.65301.1534FU/%84.23617.1202.0182.40瑞雜2號FM4.2293.21760.6515.40FS/(cN·tex-1)28.47310.4372.0987.40FE/%6.1941160.2193.50FL/mm28.456.7241.254FU/%84.156.481.392瑞雜4號FM5.21.89360.438FS/(cN·tex-1)28.028.9321.756FE/%6.182.7440.58

注：FL為上半部平均長度，F(xiàn)S為斷裂比強度，F(xiàn)M為馬克隆值，F(xiàn)U為整齊度指數(shù)，F(xiàn)E為斷裂伸長率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為4個F2雜交棉組合：分別是瑞雜1號、瑞雜2號、瑞雜4號、J雜708；以2017年當?shù)赝茝V常規(guī)品種(J 206-5、新陸中38號)為對照。

1.2 試驗設計

試驗于2017年4—10月在阿拉爾市第一師12團農業(yè)技術推廣站試驗地進行，6個試驗材料按隨機區(qū)組試驗設計，小區(qū)行長5 m，行寬2.5 m，4次重復，人工點播，按對角線5點取樣法，每點確定1行，每行10株連續(xù)掛牌標記，共50株，農藝管理措施同大田生產一致。10月20日，每個品種隨機收取50株進行考種，并對50個單株進行標準差和變異系數(shù)的計算，對性狀的分離程度做出分析和判斷。

1.3 纖維品質調查

將棉株帶回實驗室扎花后得到的皮棉用HFT 9000型大容量纖維測試儀進行測定，每處理重復3次，所測棉花纖維品質指標為上半部平均長度(Fiber uper half mean length，F(xiàn)L)、斷裂比強度(Breaking tenacity，F(xiàn)S)、馬克隆值(Micronaire，F(xiàn)M)、整齊度指數(shù)(Uniformity，F(xiàn)U)、斷裂伸長率(Elongation，F(xiàn)E)等5個指標。

1.4 棉花產量測定

收獲期按小區(qū)實收計產，各小區(qū)分別收取正常吐絮的50個棉鈴，測定產量性狀，單株結鈴數(shù)由最后一次株式圖中計算出50株的平均單株結鈴數(shù)。

1.5 數(shù)據分析

采用Excel 2013軟件整理試驗數(shù)據，利用SPSS軟件進行數(shù)據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 常規(guī)棉與F2雜交棉群體纖維品質比較

常規(guī)棉與F2雜交棉品種纖維品質指標中馬克隆值的變異系數(shù)最大，其中F2雜交棉品種瑞雜2號的馬克隆值最大，為15.4%，常規(guī)棉品種新陸中38號的馬克隆值變異系數(shù)最大，為16%；F2雜交棉品種瑞雜1號纖維比強度變異系數(shù)最大，為9%；J雜708、瑞雜1號上半部平均長度變異系數(shù)最大，為9%；瑞雜2號整齊度指數(shù)變異系數(shù)最大，為2.4%，瑞雜4號斷裂伸長率變異系數(shù)最大，為8%；常規(guī)棉品種新陸中38號的纖維比強度、上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂伸長率變變異系數(shù)最大，分別為8%、8%、2%、5%；研究發(fā)現(xiàn)，無論常規(guī)棉還是F2雜交棉，其變異規(guī)律都是一樣的，只是品種之間數(shù)值的大小不同。

2.2 常規(guī)棉與F2雜交棉纖維品質差異性分析

2.2.1纖維上半部平均長度差異性比較

基于樣本纖維上半部平均長度的變幅,將常規(guī)棉、F2雜交棉的50株棉纖維2 mm間距分為4組。分類結果顯示，有3個品種的纖維長度大于32 mm，分別為常規(guī)棉品種新陸中38號、F2雜交棉品種瑞雜2號、J雜708，其中瑞雜2號纖維長度最長，為34.53 mm。纖維長度在30～31 mm之間的棉株占所有品種的12.33%，其中F2雜交棉為11.33%，而常規(guī)棉則為1%；纖維長度在28～29 mm之間的棉株占所有品種的54.33%，其中F2雜交棉為38.33%，而常規(guī)棉則為16%。纖維長度在26～27 mm之間的個體占32.33%，而F2群體中這一范圍的個體僅為16.33%，常規(guī)棉為16%。由此可見，雖然F2雜交棉和常規(guī)棉群體這6個品種300株纖維的平均長度差異很小(30～29 mm)，但常規(guī)棉較長纖維個體的比例大于F2雜交棉。從試驗結果可知：F2雜交棉纖維品質優(yōu)勢衰退的真正原因是短纖維植株比例的增加，而長纖維度植株比例的減少。

圖1 常規(guī)棉與F2雜交棉纖維上半部平均長度的分布圖

2.2.2纖維斷裂比強度差異性比較

由常規(guī)棉、F2雜交棉單株纖維斷裂比強度的分布圖(圖2)可以看出，在23.0～34.0之間，劃分為5個梯級。F2雜交棉的峰值出現(xiàn)在28.0～26.0，而常規(guī)棉的峰值有2處，分別出現(xiàn)在25.0～23.0和28.0～26.0。常規(guī)棉群體中單株比強度在31.0～29.0的占4.33%，而F2雜交棉中有25%的個體纖維斷裂比強度在31.0～29.0。分析表明，F(xiàn)2雜交棉群體平均數(shù)基本相等，但存在斷裂比強度向減弱方向的分離。

2.2.3纖維長度整齊度指數(shù)差異性比較

常規(guī)棉和F2雜交棉纖維長度整齊度指數(shù)頻數(shù)分布圖(圖3)可以看出： 1) 2個棉花群體纖維長度整齊度指數(shù)的平均值很小，但F2雜交棉群體整齊度指數(shù)的平均數(shù)比常規(guī)棉高0.47%。 2) F2雜交棉群體內個體纖維長度整齊度指數(shù)變化幅度大于常規(guī)棉，存在<81%的個體和>88%以上的個體。 3) 纖維長度整齊度在83%以上的個體F2雜交棉比常規(guī)棉多38.33%。分析表明，常規(guī)棉、F2雜交棉的棉花纖維長度整齊度之間無明顯差異。

圖2 常規(guī)棉、F2雜交棉纖維斷裂比強度的分布圖

圖3 常規(guī)棉、F2雜交棉纖維整齊度指數(shù)的分布圖

2.2.4纖維馬克隆值差異性比較

對2個棉花群體的300株樣的纖維馬克隆值分析如圖4所示，馬克隆值是纖維細度與成熟度的綜合指標，對其分析有別于其他指標，將所有測定數(shù)據分為7組，所以根據馬克隆值的不同進行了等級劃分：馬克隆值在3.7～4.2為最佳(A級)范圍；3.5～3.6和4.3～4.9為正常(B級)；≤3.4和≥5.0則表現(xiàn)為較差(C級)。雖然2個群體馬克隆值的平均數(shù)基本一致，但F2雜交棉和常規(guī)棉馬克隆值在4.9以上的個體分別占35.67%、27.67%，4.9以上的較粗纖維的棉株F2雜交棉比常規(guī)棉多8%。可見常規(guī)棉和F2雜交棉品質差異在抽樣檢測中被群體平均數(shù)掩蓋，個體差異的擴大和粗纖維比例的增加對紡紗品質有嚴重的影響。

2.2.5纖維斷裂伸長率差異性比較

斷裂伸長率是斷裂伸長與拉伸前的長度。它是證明棉花纖維的拉伸特性的重要指標之一，通過斷裂伸長率分布圖可以看出，常規(guī)棉與F2雜交棉纖斷裂維伸長率大多集中在6.1%～6.3%之間，整體纖維斷裂伸長率的變化范圍為5.7%～6.5%。F2雜交棉瑞雜4號最高(為8.5%)，常規(guī)棉品種新陸中38號最低(為5.3%)，但小于5.8%和大于6.4%區(qū)間的常規(guī)棉要比F2雜交棉低。結果表明，常規(guī)棉、F2雜交棉間纖維斷裂伸長率不存在顯著差異，但F2雜交棉纖維斷裂伸長率存在向兩極分化的趨勢。

表2 常規(guī)棉與雜交棉F2代小區(qū)產量對比

品種平均值 標準差 標準誤差小區(qū)產量5%顯著水平1%極顯著水平1% 新陸中388.70470.39870.23028.7047±0.58abABab AB J206-57.75670.58380.33717.7567±0.82bcABbc AB J雜7089.13020.81700.47179.1302±0.48aAa A 瑞雜1號9.14560.55730.32179.1456±0.56aAa A 瑞雜2號9.03130.48160.27809.0313±1.12aAa A 瑞雜4號7.24991.12260.64817.2499±0.40cBc B

注：表中小區(qū)產量為4次重復所得平均值，平均值±標準差。同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),同列不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)。

圖4 常規(guī)棉、F2雜交棉纖維馬克隆值的分布圖

圖5 常規(guī)棉、F2雜交棉纖維斷裂伸長率的分布圖

2.3 常規(guī)棉與雜交棉F2代產量顯著性差異對比

由表2可看出，瑞雜1號、J雜708、瑞雜2號、新陸中38之間小區(qū)產量沒有顯著差異，瑞雜1號、J雜708、瑞雜2號、新陸中38籽棉小區(qū)產量顯著高于J 206-5，新陸中38號小區(qū)產量顯著高于瑞雜4號；瑞雜1號、J雜708、瑞雜2號、新陸中38、J 206-5之間小區(qū)產量沒有極顯著差異，瑞雜1號、J雜708、瑞雜2號極顯著高于瑞雜4號。

3 結論與討論

利用雜交棉F1和F2進行棉花品種或品系的各個性狀研究，為雜交棉F2的利用及優(yōu)質棉新品種的選育提供參考理論依據[3,6,7,14]，周仲華等研究認為，F(xiàn)1和F2的纖維品質指標差異較小，F(xiàn)2纖維品質變異范圍逐漸增大，會出現(xiàn)纖維品質的衰退[19]；本研究結論與之相同。王保勤等研究認為，永久F2群體纖維品質雜種優(yōu)勢非常小，且伸長率性狀呈負向[20]，這與本研究結果不同。本研究認為，在F2雜交棉組合中，F(xiàn)2雜交棉纖維品質優(yōu)勢衰退的真正原因是28～29 mm纖維長度植株比例增加，而>32 mm纖維長度植株比例減少，纖維品質等指標開始衰退，F(xiàn)2雜交棉群體平均數(shù)基本相等，但存在斷裂比強度向減弱方向的分離，棉花纖維長度整齊度常規(guī)棉、F2雜交棉之間無明顯差異，品質差異在抽樣檢測中馬克隆值被群體平均數(shù)掩蓋，個體差異的擴大和粗纖維比例的增加對紡紗品質有嚴重的影響，F(xiàn)2雜交棉纖維斷裂伸長率存在向兩極分化的趨勢。不同研究者對雜交棉的纖維品質研究所得到的結果不盡相同，最主要的原因是試驗材料和試驗地不同，其研究結果也不同。

比較常規(guī)棉與F2雜交棉品種的纖維品質指標發(fā)現(xiàn)，無論常規(guī)棉還是F2雜交棉，其變異規(guī)律都是一樣的，只是常規(guī)棉與雜交棉之間數(shù)值的大小不同，F(xiàn)2雜交棉比常規(guī)棉的變異系數(shù)均值大，表明F2雜交棉較常規(guī)棉品種的纖維品質并無顯著差異。陳金湘等研究認為，F(xiàn)2雜交棉雖然不可避免的存在品質性狀分離等特性，但這種分離與變異是可以被忽略不計[14]，這與本研究結果相同。本研究表明，F(xiàn)2雜交棉存在品質性狀分離等問題，但相對于常規(guī)棉品種纖維品質的比較，F(xiàn)2雜交棉品質分離并不嚴重；從纖維品質變異系數(shù)均值的對比中發(fā)現(xiàn)，馬克隆值和纖維比強度的變異系數(shù)均值都是該組合內最大的，因常規(guī)棉品種新陸中38號、J 206-5為阿拉爾墾區(qū)多年種植品種，與4個F2雜交棉品種纖維品質指標的變異規(guī)律均為一致，由此可以認為通過4個F2雜交棉中選出一組優(yōu)良的品種進行推廣種植。

本試驗結果表明，經過常規(guī)棉與4個F2雜交棉品種纖維品質等指標進行比較，發(fā)現(xiàn)分離指標都小于常規(guī)棉品種，常規(guī)棉品種J 206-5、新陸中38號的馬克隆值、比強度這2個指標的變異系數(shù)大于5%，F(xiàn)2雜交棉品種J雜708、瑞雜1號、瑞雜2號馬克隆值、比強度這2個指標的變異系數(shù)大于5%，瑞雜4號馬克隆值、比強度、伸長率這3個指標變異系數(shù)大于5%，說明F2雜交棉組合分離相較于常規(guī)棉品種并不嚴重，產量方面，F(xiàn)2雜交棉組合中瑞雜1號、J雜708、瑞雜2號小區(qū)產量都優(yōu)于常規(guī)棉品種新陸中38號、J 206-5，F(xiàn)2雜交棉品種中，瑞雜4號纖維品質和小區(qū)產量最低。經過各項指標的對比，并通過嚴格的品種審定程序來篩選出優(yōu)質的F2雜交組合，用于小規(guī)模生產中推廣種植，從而降低經濟成本，并作為常規(guī)棉品種的補充品種進行種植，選擇纖維品質指標較為優(yōu)良的組合在南疆阿拉爾墾區(qū)進行種植。