早熟棉F₁代22份材料主要性狀的綜合評價分析

楊秀　鄧艷鳳　肖水平　柯興盛　劉新穩(wěn)　楊紹群　王濤

摘要：通過對江西省棉花研究所育種課題組利用早熟棉品種與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的中熟棉材料進行雜交的F1代22份材料，采用主成分、聚類和相關(guān)性分析方法進行12個主要性狀綜合評價分析，以期篩選出早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的棉花新品種或組合。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，22份材料的各個性狀的表現(xiàn)存在較大差異，籽棉產(chǎn)量的變異系數(shù)最大，生育期和纖維整齊度指數(shù)變異系數(shù)較小。相關(guān)性分析結(jié)果表明，生育期與馬克隆值、纖維上半部平均長度、整齊度指數(shù)、伸長率均呈正相關(guān)，纖維上半部平均長度與馬克隆值、斷裂比強度相關(guān)性達到極顯著水平。主成分分析結(jié)果顯示，前4個主成分特征值大于1，累計貢獻率達到70.713%。聚類分析結(jié)果表明，在遺傳距離5.0處，22份材料劃分為5個類群，第IV類和第V類產(chǎn)量高、品質(zhì)好，其中第V類生育期短、植株矮。本研究通過綜合評價分析篩選出早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料2份，可進一步育成早熟棉新品種進行示范推廣;此外還篩選出高產(chǎn)材料3份，優(yōu)質(zhì)材料2份，早熟材料1份，可進一步改良利用。

關(guān)鍵詞：早熟棉;F1代;農(nóng)藝性狀;品質(zhì)性狀;綜合性狀

中圖分類號：S562.035? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-3143（2020）02-0015-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.02.002

Abstract：? Through the comprehensive evaluation and analysis of 12 main traits of 22 F1 generation materials which were crossed by the breeding research group of Jiangxi cotton research institute by using early maturing cotton and high yield-quality medium maturing cotton. The methods of principal component， clustering and correlation analysis were used to comprehensively evaluate and analyze 12 main traits， so as to select new cotton varieties or combinations with early maturity， high yield-quality. The variation coefficient of seed cotton yield was the largest， while that of growth period and fiber evenness index was smaller. The results of correlation analysis showed that there was a certain correlation among the traits. The growth period was positively correlated with the micronaire value， the average length of fiber upper half， the evenness index and the elongation. The correlation between the average length of fiber upper half and the micronaire value and the breaking tenacity reached a very significant level. The results of principal component analysis showed that the characteristic values of the first four principal components were greater than 1， and the cumulative contribution rate reached 70.713%. The results of cluster analysis showed that at the genetic distance of 5.0， 22 materials were divided into 5 groups. The yield and quality of class IV and V were high， among which the growth period of class V was short and the plant was short. Through comprehensive evaluation and analysis， 2 early maturing， high yield and high quality materials were screened out， which can be further bred into new early maturing cotton varieties for demonstration and promotion; In addition， 3 high yield materials and 2 high quality materials were screened out， which can be further improved and utilized.

Key words： Early maturing cotton; F1 generation; Agronomic traits; Quality traits; Comprehensive traits

0? 引言

棉花是關(guān)乎國計民生的重要物資，中國是世界棉花生產(chǎn)大國之一，同時也是最大的消費國[1]。近年來，由于棉花種植成本上漲、過程繁雜，勞動強度大，且隨著社會的進步與人民生活水平的提高，對棉花纖維品質(zhì)的要求也越來越高，導致棉花生產(chǎn)效益降低[2]。長江流域是我國棉花主產(chǎn)區(qū)之一，該棉區(qū)在棉花生長中后期往往發(fā)生干旱或者秋澇，后期降水又較多，且病蟲害較為嚴重，因此該區(qū)大部分地區(qū)適合種植晚播早熟的早熟棉品種[3];因而在長江流域棉花育種過程中，選擇早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)棉花品種十分重要。前人研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與纖維品質(zhì)、農(nóng)藝性狀存在相互影響，所以對于棉花產(chǎn)量、纖維品質(zhì)及重要農(nóng)藝性狀等的評價分析越來越多[4-8]。其中研究材料主要包括常規(guī)品種、雜交組合、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉等，所采用的統(tǒng)計分析方法主要包括簡單相關(guān)分析、聚類分析、主成分分析等[9-12]。而利用棉花的雜種優(yōu)勢是提高產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)、創(chuàng)制早熟性品種的有效途徑之一，因此對雜交組合進行客觀評價具有現(xiàn)實意義[13]。本研究利用早熟棉品種與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的中熟（或中晚熟）棉材料進行雜交，對雜交F1代進行綜合評價，以篩選出具有早熟、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)等綜合性狀優(yōu)良的新組合，進一步為早熟棉品種改良提供新材料。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料

供試材料為22個雜交組合，配組親本材料是早熟棉品種與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的中熟（或中晚熟）棉，由江西省棉花研究所育種課題組提供。

1.2? 試驗方法

試驗材料于2019年種植在江西省棉花研究所科研基地。每份材料種兩行，行長6.7 m，行距1 m，株距0.25 m，設(shè)置3個重復，隨機區(qū)組設(shè)計，田間管理與大田相同。棉花生育期內(nèi)調(diào)查各生育時期，吐絮期調(diào)查株高、果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)（每小區(qū)調(diào)查10株）。此外，收花期采收棉株中部果枝第1～2果節(jié)吐絮正常的60個棉鈴，曬干后測定單鈴重、衣分等，并取纖維樣品寄送農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心（安陽）進行纖維上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)和斷裂伸長率檢測。將3次重復各性狀的平均值作為該性狀的最終表型值。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

所有原始數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2007進行基本整理，并利用SPASS 25.0軟件對各性狀數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析、聚類分析和主成分分析等。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 供試材料各性狀的統(tǒng)計描述

對22份材料的各個性狀進行基本參數(shù)分析，結(jié)果顯示（表1），供試材料在12個性狀上均表現(xiàn)較大差異，變異系數(shù)由大到小依次為籽棉產(chǎn)量、株高、馬克隆值、果枝數(shù)、單株成鈴數(shù)、斷裂比強度、伸長率、單鈴重、上半部平均長度、生育期、整齊度指數(shù)，其中籽棉產(chǎn)量的變異系數(shù)（8.49%）最大，生育期（1.90%）和纖維整齊度指數(shù)（1.08%）變異系數(shù)較小，說明棉花產(chǎn)量受基因型影響而變異最大。這些變異的存在為研究棉花各性狀之間的相關(guān)性創(chuàng)造了理論條件。

2.3? 主成分分析

對原始數(shù)據(jù)標準化后進行主成分分析，獲得各性狀的特征值和特征向量（表3）。前4個主成分特征值大于1，累計貢獻率達到70.713%，表明所選4個主成分能較好地反映這些性狀大部分遺傳差異信息。表4列出了22份供試材料的主成分得分值，得分值越高，材料受此主成分的影響也越大。

從表3和表4可以看出，第1主成分的特征值為3.082，貢獻率為25.686%，在特征向量中，為負值且載荷絕對值較高的性狀有纖維上半部平均長度、斷裂比強度、籽棉產(chǎn)量、單鈴重、整齊度指數(shù)，這五個因子是棉花產(chǎn)量和品質(zhì)因子，這表明第1主成分得分值低的供試材料表現(xiàn)為產(chǎn)量高、纖維品質(zhì)好，代表材料為11號、22號。

第2主成分的特征值為2.568，貢獻率為21.397%，特征向量中纖維上半部平均長度、斷裂比強度、整齊度指數(shù)和果枝數(shù)為正值且較大，但隨著纖維上半部平均長度、斷裂比強度、整齊度指數(shù)的增加，與纖維品質(zhì)相關(guān)的馬克隆值降低，產(chǎn)量相關(guān)的性狀衣分和籽棉產(chǎn)量也會受到不利的影響，然而生育期的特征向量為正值且較小，說明第2主成分得分值高的供試材料表現(xiàn)為纖維品質(zhì)好，但衣分和產(chǎn)量低，代表材料為15號、21號。

第3主成分特征值為1.504，貢獻率為12.537%，單鈴重（0.600）、衣分（0.313）的特征向量值較大且為正值;隨著單鈴重和衣分的增加產(chǎn)量增加，但同時會降低棉花纖維整齊度指數(shù)（-0.082）和伸長率（-0.692），影響棉纖維品質(zhì);表明第3主成分得分值高的材料單鈴較重、衣分高，但纖維品質(zhì)差，代表性材料是4號、6號、13號。

第4主成分特征值為1.331，貢獻率為11.094%，特征向量較大且為正值的性狀為生育期（0.573）和馬克隆值（0.468），馬克隆值是反映棉纖維的細度和成熟度;纖維上半部平均長度和斷裂比強度均為負值;降低馬克隆值會提高纖維上半部平均長度和斷裂比強度，因此在馬克隆值B2和C2范圍內(nèi)，應盡量降低馬克隆值，以提高纖維上半部平均長度和斷裂比強度，說明第4主成分得分值高的材料結(jié)鈴性好，但生育期長、纖維品質(zhì)差，代表性材料有1號、20號。

2.4? 聚類分析

對22份供試材料的12個性狀進行聚類分析（圖1），遺傳距離在5.0處可將所有材料分為5個類群，不同類群材料性狀的平均值見表5。第I類群包括15號、16號、17號材料，該類群材料植株較高、果枝多、衣分高、結(jié)鈴性好;第Ⅱ類群僅包括10號材料，該材料單鈴重和衣分較高、生育期較短，而纖維上半部平均長度、斷裂比強度較低。第Ⅲ類群包括2號、3號、5號、6號、7號、9號、12號、13號、14號、19號、21號材料，該類群材料所有的表現(xiàn)類型都屬于中間型;第IV類群包括6個材料，分別是1號、4號、8號、18號、20號、22號，該類群材料纖維品質(zhì)好、生育期較長、產(chǎn)量高。第V類群僅包括11號材料，該材料生育期短、植株矮、產(chǎn)量高、纖維品質(zhì)好，但衣分較低、結(jié)鈴性差。

3? 討論與結(jié)論

外在表現(xiàn)往往受內(nèi)在基因的控制，因此在育種中必須重視表型性狀的影響。而對棉花各性狀之間的評價是篩選優(yōu)良材料的重要途徑。孫杰認為棉花外在表現(xiàn)受自然環(huán)境、棉花特性、生理等多種原因影響[14]。本研究統(tǒng)計分析得出，供試材料的12個性狀中變異系數(shù)最大的是籽棉產(chǎn)量（8.49%），而在產(chǎn)量因子中變異系數(shù)從大到小依次為單株成鈴數(shù)>衣分>單鈴重，單株成鈴數(shù)變異系數(shù)較大;在品質(zhì)性狀中變異系數(shù)依次為馬克隆值>斷裂比強度>伸長率>上半部平均長度>整齊度指數(shù)，馬克隆值較易受到環(huán)境的影響;在農(nóng)藝性狀中生育期的變異系數(shù)最小，說明生育期受基因型控制而變異較小。這些結(jié)果與前人的研究一致[15-18]。

前人研究發(fā)現(xiàn)，棉花各性狀間關(guān)系微妙，其相關(guān)性的正負及具體的數(shù)值準確地反映了各性狀間對提高產(chǎn)量、纖維質(zhì)量的影響[19]。本研究發(fā)現(xiàn)纖維上半部平均長度與馬克隆值、斷裂比強度、整齊度指數(shù)呈正相關(guān)，說明纖維上半部平均長度的提高有利于馬克隆值、斷裂比強度、整齊度指數(shù)的增加，這與唐中杰等人的研究結(jié)論一致[20];株高與籽棉產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，與果枝數(shù)呈顯著正相關(guān);果枝數(shù)與單株成鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān);籽棉產(chǎn)量與單株成鈴數(shù)呈顯著負相關(guān)，說明株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)是影響棉花產(chǎn)量的重要因子，這與前人研究結(jié)果相似[21]。

主成分分析依據(jù)特征值大于1，從12個性狀中篩選出了4個主成分，基本能反映全部的遺傳特征，分別代表了產(chǎn)量、纖維品質(zhì)、熟性等選擇因子。因此，在育種過程中，首先要選擇產(chǎn)量高，其次應選擇品質(zhì)優(yōu)良、適宜生育期的品種。本研究認為在育種工作的選育上不能僅僅追求某一個數(shù)量性狀，在單個性狀選擇上應以適度為好，同時要兼顧其他性狀才能獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果。

豐富棉花種質(zhì)資源是棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要手段。孫長法，等[11]對15個品種的17個數(shù)量性狀進行了聚類分析，根據(jù)相似度聚為5大類，對于綜合評判和合理利用棉花品種資源，提供了極其重要的參考意義。本研究運用聚類分析將供試材料分為5大類，第Ⅰ類和第Ⅱ類衣分高，但產(chǎn)量和品質(zhì)低;第Ⅲ類屬于中間型;第Ⅳ類和第Ⅴ類產(chǎn)量高、品質(zhì)好，其中第Ⅴ類生育期短、植株矮。因此，第Ⅳ類和第Ⅴ類材料表現(xiàn)較好，在育種中應重點利用，包括1號、4號、8號、18號、20號、22號、11號材料。

綜上所述，22份供試材料中各個性狀的表現(xiàn)存在較大差異，因此在育種工作中，要結(jié)合材料自身的特性加以利用。本研究通過綜合評價分析篩選出早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料2份（11號和22號）、高產(chǎn)材料3份（4號、6號、13號）、優(yōu)質(zhì)材料2份（15號、21號）、早熟材料1份（10號），為下一步的育種工作奠定基礎(chǔ)。

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