棉花種質(zhì)綜合性狀鑒定及資源利用分析

曹 陽，嚴(yán)玉萍，朱 波，馮振秀，周小鳳，呂 博，張 燕，方 瑞

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆雙河 833400；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所，新疆石河子 832000；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所/農(nóng)業(yè)部長江中游棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，武漢 430070)

0 引 言

【研究意義】棉花品種資源是培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)新品種的遺傳育種基礎(chǔ)[1-3]。品種的持續(xù)更新?lián)Q代，均來源于優(yōu)異種質(zhì)資源的挖掘利用。不同地域，氣候、土壤、海拔等差異，種質(zhì)資源類型有較大差異[4]，種質(zhì)資源越豐富，基因開發(fā)潛力越大。加強種質(zhì)資源的收集、利用[5]，發(fā)掘創(chuàng)制，對培育推廣突破性新品種有重要意義。【本研究切入點】隨著產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的轉(zhuǎn)移、種植技術(shù)和紡織技術(shù)的集成創(chuàng)新，棉花產(chǎn)業(yè)和市場對新疆棉花品種的主要性狀要求越來越高[6]。加強棉花新、特、優(yōu)種質(zhì)資源選育研究很重要[7]。種質(zhì)質(zhì)量的高低，關(guān)系到育成品種綜合性狀，2018～2019年對收集到的396份品種資源展開研究，進(jìn)行田間生育期、主要農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀、抗病能力調(diào)查以及品質(zhì)檢測[8]，掌握這些資源生長發(fā)育特點、綜合分析各性狀的優(yōu)、缺點等，為種質(zhì)資源的利用與創(chuàng)新、新品種的培育等提供科學(xué)利用基礎(chǔ)[8，9]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以保存396份陸地棉品種資源為材料，采用田間鑒定方法，分析6個表型生育性狀、6個經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀、5個纖維品質(zhì)性狀及田間黃萎病變異及分布。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料由新疆農(nóng)墾科學(xué)院提供，為近年來保存和收集的疆內(nèi)外育成396份品種資源，其中西北內(nèi)陸171份(新疆自育材料169份)，黃河流域127份，長江流域66份，國外21份，北部特早熟棉區(qū)11份。

于2018年和2019年連續(xù)2年在新疆兵團(tuán)第五師農(nóng)科所試驗基地進(jìn)行田間試驗。采用膜下滴灌，機采棉播種方式，行距配置為66+10(cm)，平均行距38 cm，平均株距10.0 cm，每小區(qū)2行，小區(qū)長2.0 m，小區(qū)面積1.52 m2，每排間設(shè)40 cm走道，理論株數(shù)26.3 ×104株/hm2。采取間比法排列，重復(fù)2次。試驗田肥力中等，連作棉花近30 a，栽培管理按常規(guī)措施。

1.2 方 法

試驗區(qū)域選擇肥力相當(dāng)、地勢平坦的地點，調(diào)查和取樣點選取每小區(qū)中間行中部。測定性狀包括生育期、株高、果枝數(shù)、果枝始節(jié)、始果節(jié)高度、空果枝數(shù)和單株結(jié)鈴數(shù)7項性狀；每小區(qū)收取植株中部完全吐絮鈴10個，室內(nèi)測定衣分、單鈴重、衣分、籽指4項性狀；皮棉樣品送新疆農(nóng)墾科學(xué)院測試品質(zhì)，包括纖維長度、比強度、馬克隆值、長度整齊度指數(shù)、伸長率5項指標(biāo)。黃萎病調(diào)查以6月底、8月底分2次進(jìn)行，每小區(qū)內(nèi)植株全部調(diào)查，采用5級制分級，計算病情指數(shù)及樣正病指[11]，田間管理措施一致，數(shù)據(jù)采集時期和采集方法按照《棉花種質(zhì)資源調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)和描述規(guī)范》[12]執(zhí)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel計算，并利用統(tǒng)計函數(shù)，分析標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種質(zhì)資源的生育性狀

研究表明，396份種質(zhì)中，晚熟資源生育期130 d以上占21.0%，生育期在適宜范圍116～125 d的有205份，占51.8%，在早熟性狀上遺傳基礎(chǔ)豐富。種質(zhì)資源生育期：播種-出苗 9 d，出苗-開花70 d，開花-吐絮56 d，最大值142 d，最小值108 d，種質(zhì)平均生育期125 d，平均苗期加蕾期天數(shù)比花鈴期天數(shù)長14 d，生育期最短的只有108 d，屬于特早熟材料，最晚則長達(dá)142 d，生育期極差達(dá)34 d，標(biāo)準(zhǔn)差6.19，種質(zhì)生育期變異系數(shù)4.95。圖1

圖1 生育期分布Fig. 1 Distribution map of growth period

2.2 不同種質(zhì)資源的主要表型性狀

研究表明，田間鑒定的396份種質(zhì)表型性狀，平均株高53.5 cm，平均果枝數(shù)7.3個，植株整體表現(xiàn)偏矮，長勢偏弱?？展?shù)平均2.2，最高為4.6，極差4.3，變異程度高，變異系數(shù)達(dá)35.1。平均始果節(jié)位5.6，極差3，3，變異系數(shù)小。平均始果節(jié)高19.2 cm，符合機械采收要求達(dá)到的高度，但種質(zhì)間差異大，極差達(dá)25.2 cm，最矮的僅9.9 cm，變異系數(shù)17.5，變異程度較高，低于15 cm的不宜作為種質(zhì)利用。單株鈴數(shù)平均5.6個，極差6.0，變異系數(shù)大，達(dá)20.0，種質(zhì)間結(jié)鈴性差異大，可供產(chǎn)量改良的類型豐富。

396份材料中，有52.3%株高集中分布在50.0～59.9 cm，還有29.8%分布在50.0 cm以下，矮稈資源多，60.0 cm以上較高株型的材料相對較少，僅占總數(shù)的17.9%，與新疆機采棉適宜株高70 cm以上有一定差距。果枝數(shù)、始果節(jié)位、始果節(jié)高度分布集中，果枝數(shù)在6.0～8.9個，占總數(shù)的92.7%，始果節(jié)位在5.0～6.9，占總數(shù)的86.8%，始果節(jié)高度在20.0 cm以上占比39.9%，空果枝數(shù)多數(shù)分布在1.0～2.9個，占總數(shù)79.5%。單株鈴數(shù)分布較分散，從3.0到7.0以上均有不同比例分布。圖2，表1

圖2 主要表型性狀變異特點Fig.2 Variation characteristics of main phenotypic characters

表1 主要表型性狀分布Table 1 Distribution of main phenotypic characters

2.3 不同種質(zhì)資源室內(nèi)考種性狀

研究表明，平均鈴重5.1 g，極差4.2 g；平均衣分41.1%，衣分最高達(dá)50.5%，最低僅為29.9%，極差達(dá)20.6個百分點；反映種子大小的籽指，平均10.5 g，極差7.0 g。雖然考種性狀內(nèi)數(shù)據(jù)差別較大，但396份種質(zhì)中，考種3個性狀變異程度相對較小，變異系數(shù)7.74%～10.2%。圖3

圖3 室內(nèi)考種性狀變異特點Fig. 3 Variation characteristics of characters in seed examination

表2 室內(nèi)考種性狀分布Table 2 Distribution of characters in seed examination

研究表明，396份材料中，鈴重以4.0～5.9 g居多，占總數(shù)的95.3%，其中又以5.0～5.4 g最普遍，占總數(shù)39.4%，6.0 g以上大鈴僅占2.8%，鑒定種質(zhì)中衣分超過40%的占68.7%，其中超過42.0%的占總數(shù)的44.7%，籽指多集中在9.0～11.9 g，占總數(shù)的91.1%，其中10.0～10.9 g占總數(shù)46.2%。表3

2.4 不同種質(zhì)資源產(chǎn)量

研究表明，棉花種質(zhì)產(chǎn)量存在明顯差異，平均籽棉產(chǎn)量4 819.5 kg/hm2，產(chǎn)量極差高達(dá)7 003.5 kg/hm2；平均皮棉產(chǎn)量1 987.5 kg/hm2，產(chǎn)量極差高達(dá)3 111.0 kg/hm2；籽皮棉產(chǎn)量變異程度大，變異系數(shù)分別為22.51、25.73。圖4

396份材料中，籽棉產(chǎn)量以3 751～6 000 kg/hm2居多，占總數(shù)的73.53%，其中又以4 501～5 250 kg/hm2較多，占總數(shù)28.0%，產(chǎn)量6 001 kg/hm2以上高產(chǎn)種質(zhì)占11.5%，其中，有3個超高產(chǎn)種質(zhì)產(chǎn)量在8 251 kg/hm2以上，最高達(dá)到9 085.5 kg/hm2。396份種質(zhì)，皮棉產(chǎn)量多在1 500 kg/hm2以上，占比82.3%，產(chǎn)量2 400 kg/hm2以上高產(chǎn)種質(zhì)占20.0%，其中，有15個超高產(chǎn)種質(zhì)產(chǎn)量超過3 000 kg/hm2，占比3.8%。表3

圖4 產(chǎn)量變異特點Fig. 4 Characteristics of yield variation

表3 產(chǎn)量分布Table 3 Distribution of yield

2.5 不同種質(zhì)資源抗病性

研究表明，棉花種質(zhì)抗病性差異明顯，6月底黃萎病發(fā)生普遍很輕，平均病指0.7，極差9.5，材料之間變幅相對較小，前期鑒定只可作為抗性參考；8月底發(fā)病高峰平均校正病指22.9，病指極差高達(dá)80.4。圖5

2019年發(fā)病程度遠(yuǎn)低于2018年，8月底黃萎病發(fā)病高峰，發(fā)病率差19.1個百分點，病指相差8.8。棉花黃萎病發(fā)生受環(huán)境氣候變化影響控制，年度間病指絕對值差別較大，但病指高低趨勢基本一致。試驗田與病圃相比，發(fā)病程度較輕，6月底，棉花開花前，黃萎病發(fā)生輕，超過一半種質(zhì)未見發(fā)病。8月底校正病指10.0以下的有73份，占總數(shù)的18.4%，10.0～20.0的有125份，占總數(shù)的31.0%，超過20.0的有198份，占總數(shù)的50.0%。表4

2.6 不同種質(zhì)資源品質(zhì)

研究表明，平均纖維長度29.4 mm，最長達(dá)到34.1 mm，最短僅22.3 mm；馬克隆值平均4.3，極差2.1；比強度平均值較高，為31.3 cN/tex，最高達(dá)42.1 cN/tex，極差20.2 cN/tex；整齊度和伸長率平均分別為85.7%、6.8%，變異系數(shù)小。從變異比強度>馬克隆值>纖維長度>伸長率>整齊度，各材料間比強度差異最大。圖6

圖5 黃萎病變異特點Fig.5 Variation characteristics of Verticillium wilt

表4 種質(zhì)黃萎病病指分布Table 4 Distribution of disease index of Verticillium wilt in the tested germplasm resources

圖6 纖維品質(zhì)變異特點Fig. 6 Variation characteristics of fiber quality

表5 纖維品質(zhì)性狀分布Table 5 Distribution Table of fiber quality characters

研究表明，396份材料中，纖維品質(zhì)以A和AA檔次為主體,AAA檔次較少。部分長度達(dá)到了較高的檔次，但整齊度、斷裂比強度和馬克隆值間品指標(biāo)不匹配。纖維長度以28.0～29.9 mm居多，有199個，占總數(shù)的50.3%，30.0～30.9 mm較多，占總數(shù)24.9%，纖維長度31.0 mm以上種質(zhì)占11.8%，其中，有12個在32.0 mm以上，占比3.0%。馬克隆值是纖維細(xì)度和成熟度的綜合指標(biāo)，A級最優(yōu)，B1、B2次之， C1、C2較差；396份種質(zhì)馬克隆值多在4.3～4.9(B2級)，占比55.3%，3.7～4.2(A級)品種數(shù)133個，占比33.6%；C級占比7.9%。比強度分布分散，超過30.0 cN/tex占比69.2%，其中超過32.0 cN/tex有104個，占總數(shù)26.3%。纖維的一致性較好，整齊度集中在83.0%(高)以上，其中≥86.0(整齊度很高)占總數(shù)的42.9%。伸長率是指棉纖維拉伸到斷裂時伸長與未拉伸前長度之比的百分?jǐn)?shù)，占總數(shù)82.0%種質(zhì)伸長率在6.8%以上。種質(zhì)中，品質(zhì)類型多樣，具有培育高品質(zhì)纖維品種的巨大潛力。表5

2.7 篩選出的優(yōu)異種質(zhì)資源

研究表明，紅葉材料1份，雞腳葉材料3份，無酚材料2份，特早熟種質(zhì)(≤115 d)12個，矮稈材料(<40 cm)4份，高衣分材料(≥46%)10份，抗黃萎病種質(zhì)5份，優(yōu)質(zhì)種質(zhì)(纖維長度≥32 mm，比強度≥34 cN/tex)12份。表6

表6 篩選出的16份優(yōu)異種質(zhì)主要性狀Table 6 Results of main traits of the 16 selected excellent germplasm

3 討 論

因產(chǎn)量提升的制約因素不同，對品種需求的重點不同，有些區(qū)域要求早熟性居首位，有些區(qū)域抗病性是主要矛盾，再兼顧其它性狀，找到了各性狀間的平衡點[13]。

表型是生物遺傳物質(zhì)在環(huán)境作用下的外在表現(xiàn)形式[14]。株高、果枝數(shù)是2個反映植株長勢和發(fā)育快慢的性狀[15], 供試種質(zhì)中最突出的問題是長勢弱的材料多，產(chǎn)量優(yōu)勢不足，應(yīng)把提高結(jié)鈴性作為主要目標(biāo)性狀和研究的突破口[16]；株高與產(chǎn)量間存在極顯著正相關(guān)[17]，新疆棉區(qū)雖然適宜矮密早栽培，但隨著機采棉的廣范應(yīng)用，可適當(dāng)增加高度降低密度，達(dá)到農(nóng)機與農(nóng)藝融合[18]。特異種質(zhì)可作為雜交棉選育時的一個親本，利用F1中親優(yōu)勢或超親優(yōu)勢,來彌補親本缺陷。在田間觀察和分析過程中發(fā)現(xiàn)，受年度氣候條件不同的影響，年度間種質(zhì)性狀變化較大，除了內(nèi)在遺傳因素外，環(huán)境因素的影響也很重要，需將遺傳穩(wěn)定性好種質(zhì)作為核心資源，增加遺傳效能。

抗黃萎病種質(zhì)資源少，抗黃萎病育種較緩慢[19],需不斷創(chuàng)制目標(biāo)性狀較好的具備自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)異種質(zhì)，搭建專業(yè)化、智能化種質(zhì)資源鑒定評價與基因挖掘平臺[20]，根據(jù)品質(zhì)生態(tài)分布規(guī)律，布局不同纖維類型品種，發(fā)揮遺傳品質(zhì)和生態(tài)品質(zhì)優(yōu)勢[21]。

4 結(jié) 論

4.1鑒定的材料類型較豐富，生育期大部分屬于早熟類型，平均生育期125 d；平均始果節(jié)高19.2 cm，株高60.0 cm以上較高株型的種質(zhì)少。空果枝數(shù)變異程度高。衣分整體較高，超過42.0%的占總數(shù)的44.7%，產(chǎn)量變幅大，籽棉產(chǎn)量極差高達(dá)7 003.5 kg/hm2，6 001 kg/hm2以上高產(chǎn)種質(zhì)占11.5%；皮棉產(chǎn)量極差高達(dá)3 111.0 kg/hm2，有15個超高產(chǎn)種質(zhì)產(chǎn)量超過3 000 kg/hm2。 6月底開花前后黃萎病發(fā)生很輕， 8月底達(dá)到發(fā)病高峰，病指20.0以下的占50.1%。纖維長度以28.0～29.9 mm居多，馬克隆值多在B2級，比強度較高，

4.2篩選出綜合性狀協(xié)調(diào)性較好的、不同地域優(yōu)異種質(zhì)16份，可作為增加遺傳多樣性的骨干親本。