新疆60份引進陸地棉資源主要性狀的遺傳差異分析

李雪瑞 劉寧 王永剛 樊艷星 肖菁 馬艷明

摘要：為拓寬棉花育種的遺傳基礎(chǔ)，在廣泛收集國外種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上，篩選優(yōu)良種質(zhì)資源作為育種親本。以60份中亞地區(qū)引進的棉花種質(zhì)資源為試驗材料，進行主要表型性狀與纖維品質(zhì)的變異系數(shù)、遺傳多樣性指數(shù)及性狀間的相關(guān)性分析，并以主要農(nóng)藝性狀為指標(biāo)進行了聚類分析。結(jié)果表明：葉色、株型、鈴形等6個表型質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)在1.42與11.32之間;在8個農(nóng)藝產(chǎn)量性狀中，單株鈴數(shù)的變異系數(shù)最大（36.02%），第一果枝位節(jié)數(shù)（31.15%）和單鈴重（29.89%）變異較為明顯，生育期的變異系數(shù)最?。?.01%）;在5個纖維品質(zhì)性狀中，伸長率的變異系數(shù)最大（（16.99%），整齊度指數(shù)的變異系數(shù)最小（1.95%），相較于農(nóng)藝產(chǎn)量性狀，纖維品質(zhì)性狀的變異系數(shù)均較小。13個性狀的遺傳多樣性指數(shù)范圍為0.91～2.07，以整齊度指數(shù)最大（2.07），單鈴重最小（0.91）;相關(guān)性分析表明各性狀之間均呈極顯著正相關(guān)或負相關(guān);聚類分析表明60份材料可聚為五個類群，I、Ⅱ類共有30份種質(zhì)資源，其纖維品質(zhì)性狀較好、籽指較高，可作為改良棉纖維品質(zhì)的雜交親本來利用，Ⅲ、Ⅳ、V類共有30份種質(zhì)資源，其表現(xiàn)為高衣分、高果枝節(jié)位，但纖維品質(zhì)一般。

關(guān)鍵詞：新疆;陸地棉;種質(zhì)資源;主要性狀;遺傳差異分析

中圖分類號：S562.038

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-3143（2022）01-0015-09

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.003

棉花是我國主要的經(jīng)濟作物之一，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。我國雖是棉花生產(chǎn)大國，但不是棉花的起源中心，想要增加遺傳多樣性必須通過考察、訪問、合作研究、交換品種等方式，廣泛地收集世界各國種質(zhì)資源，用于本土棉花的育種改良。張香桂，等對國外引進的154份棉花種質(zhì)資源進行經(jīng)濟性狀的鑒定，篩選了矮稈、高籽指、高強纖維材料的品種，為改良產(chǎn)量因素提供了參考價值;師維軍，等對引進的100份國外種質(zhì)資源材料在新疆特定生態(tài)環(huán)境下的主要農(nóng)藝性狀作了介紹，并篩選出具有一定利用價值的材料;尹會會，等以國外引進的134份棉花種植資源為材料，研究了其主要品質(zhì)、農(nóng)藝性狀的變異、遺傳多樣性指數(shù)、品質(zhì)性狀間的相關(guān)性，并以主要農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀為指標(biāo)，進行了聚類分析和主成分分析，篩選出品質(zhì)與產(chǎn)量俱佳的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)。在研究作物種質(zhì)資源遺傳多樣性的分析方法上，相關(guān)性分析5-刀、聚類分析和主成分分析法得到廣泛應(yīng)用。新疆作為中國最大的棉花種植地區(qū)，雖大部分地區(qū)適宜種植，但由于土地鹽堿性大，現(xiàn)有的棉花品種纖維品質(zhì)差、易感黃萎病、不耐鹽堿和干旱高溫，從而限制了棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以引入國外種質(zhì)資源，培育具有優(yōu)良性狀和良好抗性的品種尤為重要。本研究以國外引進的60份陸地棉品種資源為材料，以農(nóng)藝、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的13個性狀為切入點，進行遺傳多樣性分析、聚類分析與相關(guān)性分析，為當(dāng)前棉花種質(zhì)資源篩選、創(chuàng)新、拓寬棉花種質(zhì)資源庫提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為60份陸地棉種質(zhì)資源，由國家作物種質(zhì)資源庫（新疆分庫）提供，代號為1～60，均為近年來從中亞國家引進的棉花資源。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計

試驗于2019-2020年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠綜合試驗場進行，文中試驗數(shù)據(jù)為2年的平均值。試驗地土質(zhì)為灰漠土，小區(qū)長5m，2行區(qū)，隨機排列，重復(fù)3次，種植密度為45000株/公頃，行距80cm，平均株距27.8cm，4月下旬播種后膜下滴灌給水，其他管理同大田。

1.2.2性狀調(diào)查

參照《棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]調(diào)查生育期、葉色、株型、鈴形。每處理選兩行，每行定點選取長勢均勻的5株（即每處理調(diào)查10株）調(diào)查第一果枝位的節(jié)數(shù)、株高、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)[17]。每處理按照小區(qū)隨機采收棉株中部內(nèi)圍正常開裂棉鈴35個，測定單鈴重;每處理取霜前籽棉1.0kg測定籽指、衣分。每處理霜前纖維樣品充分混合，取30g左右送交新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所（農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心）測定棉纖維上半部平均長度、伸長率、斷裂比強度、整齊度指數(shù)、馬克隆值五項指標(biāo)。

質(zhì)量性狀（株型、葉色、莖色、鈴型等6個性狀）分析各性狀的頻率分布和遺傳多樣性指數(shù)，并分別予以賦值，株型：1=筒形，2=塔形;葉色：1=淺綠，2=綠，3=深綠;莖色：1=日光紅，2=紅，3=綠，4=紫;鈴型：1=圓，2=卵圓，3=長卵圓，4=圓錐;吐絮程度：1=緊，2=中，3=暢;短絨顏色：1=白，2=灰白，3=棕，4=綠，5=褐。數(shù)量性狀（8個農(nóng)藝產(chǎn)量性狀和5個品質(zhì)性狀）進行一般的描述性統(tǒng)計分析和遺傳多樣性指數(shù)分析。

1.3數(shù)據(jù)處理

用MicrosoftExcel分析各個性狀的變異系數(shù)、遺傳多樣性指數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果將所有材料每個性狀劃分為10個等級，按第一級[X：《（X-2s）]到第十級[X：》（X+2s）]，每0.5s為一級，每級的相對頻率（P：）用來計算遺傳多樣性指數(shù)，計算公式為：H’=-∑P，lnP：。其中P表示第i種變異類型出現(xiàn)頻率，X：為第i級中的數(shù)據(jù)。相關(guān)性分析、聚類分析在SPSS19.0軟件中進行，各類群的平均值用MicrosoftExcel2010軟件完成。

2結(jié)果與分析

2.1質(zhì)量性狀遺傳差異分析

由表1可以看出，6個質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)在1.42與11.32之間，以株型的遺傳多樣性指數(shù)最低，僅1.42，鈴型的遺傳多樣性指數(shù)最高，為11.32，葉色、莖色、吐絮程度的遺傳多樣性指數(shù)差異不大，在4.27與4.94之間，短絨顏色的遺傳多樣性指數(shù)為3.66。說明這60份材料的鈴型差異比較大，株型差異較小。

2.2農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀的遺傳差異分析

60份國外引進陸地棉種質(zhì)資源的農(nóng)藝產(chǎn)量性狀的平均值、變異系數(shù)和多樣性指數(shù)見表2和表3。從平均值來看，生育期為123～145天，其中小于135天的有25個品種，屬于中早熟品種，生育期為135～145天的有33個品種，屬于中熟品種，生育期最長為145天;株高普遍較矮，在48.90與88.30cm之間，平均73.85cm;第一果枝著生位高度層次不齊，最低僅1.40節(jié)，最高為7.00節(jié)，平均4.75節(jié)，不適宜于機械采收;單株果枝數(shù)最高為15個，最低僅9個，平均11.94個;單株鈴數(shù)為4.0～16.8個，平均7.87個;單鈴重為2.00～6.69g，平均4.50g;衣分在24.20%與40.46%之間，平均32.26%;籽指為9.75～15.40g，平均11.87g。從變異系數(shù)來看，產(chǎn)量構(gòu)成因素中變異系數(shù)最大的是單株成鈴數(shù)，最小的是籽指，大小依次為單株鈴數(shù)（36.02%）》單鈴重（29.89%）》衣分（14.55%）》籽指（12.81%）;其他農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)大小為第一果枝位節(jié)數(shù)（31.15%）》果枝數(shù)（16.05%）》株高（10.52%）》生育期（5.01%）。從遺傳多樣性指數(shù)來看，指數(shù)最大的是株高，最小的是單鈴重，大小依次為株高（1.96）》籽指（1.89）》衣分（1.85）》第一果枝位節(jié)數(shù)（1.78）=單株鈴數(shù)（1.78）》果枝數(shù)（1.70）》生育期（1.50）》單鈴重（0.91）。

2.3纖維品質(zhì)性狀遺傳差異分析

纖維品質(zhì)的上半部平均長度為25.65～38.27mm，平均31.31mm，根據(jù)NY/T1426-200718]，在60份材料中有10份材料屬于短絨類型（25.0～27.9mm），20份材料屬于中絨類型（28.0～30.9mm），4份材料屬于中長絨類型（31.0～32.9mm），23份材料屬于長絨類型（33.0～36.9mm），3份材料屬于超長絨類型（37.0mm及以上），中長絨以上等級有30份材料;整齊度指數(shù)為81.60%～90.00%，平均86.31%，60份材料全部在中檔（80.0%～82.9%）以上;斷裂比強度為24.50～40.40cN/tex，平均31.58cN/tex，有36份材料在強級（29.0～31.9cN/tex）以上;伸長率為6.40%～11.40%，平均7.59%;馬克隆為2.79～5.42，平均4.35，其中21份材料屬于A級（3.7～4.2），4份材料屬于B1級（3.5～3.6），18份材料屬于B2級（4.3～4.9），3份材料屬于C1級（3.4及以下），14份材料屬于C2級（5.0及以上）。變異系數(shù)最大的是伸長率，最小的是整齊度指數(shù)，大小依次為伸長率（16.99%）》斷裂比強度（14.51%）》馬克隆值（13.81%）》上半部平均長度（10.98%）》整齊度指數(shù)（1.95%）。遺傳多樣性指數(shù)最大的是整齊度指數(shù)，最小的是伸長率，大小依次為整齊度指數(shù)（2.07）》馬克隆值（1.99）》斷裂比強度（1.93）》上半部平均長度（1.85）》伸長率（1.58）。見表2和表3。

2.4主要性狀之間的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果見表4。農(nóng)藝產(chǎn)量性狀之間的相關(guān)性表現(xiàn)為生育期與株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、籽指呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與第一果枝位節(jié)數(shù)、單鈴重、衣分呈極顯著負相關(guān)關(guān)系;株高與果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、籽指呈極顯著正相關(guān)，與整齊度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與第一果枝位節(jié)數(shù)、單鈴重、衣分呈極顯著負相關(guān);第一果枝位節(jié)數(shù)與單鈴重、衣分呈極顯著正相關(guān)，與果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、籽指呈極顯著負相關(guān);果枝數(shù)與單株鈴數(shù)、籽指呈極顯著正相關(guān)，與單鈴重、衣分呈極顯著負相關(guān)關(guān)系;單株鈴數(shù)與籽指呈極顯著正相關(guān)，與單鈴重、衣分呈極顯著負相關(guān);單鈴重與衣分呈極顯著正相關(guān)，與籽指呈極顯著負相關(guān)關(guān)系;衣分與籽指呈極顯著負相關(guān)。纖維品質(zhì)性狀之間的相關(guān)性表現(xiàn)為上半部平均長度與整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);整齊度指數(shù)與斷裂比強度呈極顯著正相關(guān)，與伸長率呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);斷裂比強度與伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);伸長率與馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。纖維品質(zhì)性狀中的其他4個性狀均與馬克隆值呈極顯著負相關(guān)，說明馬克隆值對纖維品質(zhì)的影響比較大。農(nóng)藝產(chǎn)量性狀與纖維品質(zhì)性狀之間的相關(guān)性表現(xiàn)為生育期與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);株高與上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著正相關(guān)，與整齊度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);第一果枝位節(jié)數(shù)與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著負相關(guān);果枝數(shù)與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);單株鈴數(shù)與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān);單鈴重與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著負相關(guān)關(guān)系;衣分與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著負相關(guān);籽指與上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。

2.5主要性狀的聚類分析

將60份陸地棉種質(zhì)資源的13個性狀參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)化，利用歐氏距離進行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果如圖1，在歐式距離為7.0時分為五個類群，其中I類群有27個種質(zhì)材料，占總體資源的45%，表現(xiàn)為晚熟（生育期141.93d）、株高較矮（76.46cm）、第一果枝位節(jié)數(shù)較少（3.36節(jié)）、果枝數(shù)最多（13.71個）、單株鈴數(shù)較多（9.96個）、單鈴重輕（3.27g）、籽指較重（12.74g）、衣分較低（28.04%），上半部平均長度（34.59mm）、整齊度指數(shù)（87.13%）、斷裂比強度（35.70cN/tex）、伸長率（8.59%）、馬克隆值（3.88，A級）的纖維品質(zhì)指標(biāo)較好;Ⅱ類群有3個材料，表現(xiàn)為晚熟（生育期141.00d）、株高最高（88.03cm）、第一果枝位節(jié)數(shù)較少（3.67節(jié)）、單株鈴數(shù)最多（12.50個）、單鈴重較輕（3.00g）、籽指最重（14.60g）、衣分較低（27.13%）、纖維品質(zhì)較好;Ⅲ類群有3個材料，生育期125.67天，為中早熟，株高最矮（52.93cm）、第一果枝位節(jié)數(shù)較多（5.90節(jié)）、單株鈴數(shù)最少（4.17個）、籽指較輕（10.87g）、衣分最高（37.17%）、纖維品質(zhì)一般;V類群有4個材料，為中熟（生育期140.25d）、株高一般（73.58cm）、第一果枝位節(jié)數(shù)最多（6.63節(jié)）、單株鈴數(shù)較少（6.98個）、籽指較輕（11.05g）、衣分較高（34.40%）、纖維品

質(zhì)一般;V類群有23個品種，生育期為中早熟（128.96d）、株高一般（71.77cm）、第一果枝位節(jié)數(shù)較多（6.07節(jié)）、單株成鈴數(shù)較少（5.48個）、單鈴重最重（5.86g）、籽指最輕（10.77g）、衣分最高（36.87%）、纖維品質(zhì)一般（見表5和圖1）。

3討論與結(jié)論

國外引進作物種質(zhì)資源是拓寬作物育種遺傳基礎(chǔ)的重要基礎(chǔ)來源，系統(tǒng)研究作物種質(zhì)資源的遺傳多樣性對作物遺傳育種具有十分重要的意義。本研究對國外引進的60份陸地棉資源進行主要性狀遺傳差異分析，發(fā)現(xiàn)品種間有較大的差異：13個主要性狀中單株鈴數(shù)的變異系數(shù)最大，第一果枝位節(jié)數(shù)和單鈴重變異較為明顯，產(chǎn)量構(gòu)成性狀中變異系數(shù)最大的是單株鈴數(shù)（36.02%），籽指最小;纖維品質(zhì)性狀中伸長率變異系數(shù)最大（16.99%），整齊度指數(shù)最小（1.95%），相比于農(nóng)藝性狀其變異系數(shù)均較小，這與孫振綱、宿俊吉、朱曉平，等研究結(jié)果相似。說明不同品系之間存在一定的差異性又具有一定的相似性，這是由于人工參與親本的組培選擇等諸多因素造成的。

變異系數(shù)是用來衡量實驗中同類事物之間的變量程度，變異系數(shù)越大則同類事物之間的變量程度越大。本研究60份引進陸地棉資源13個性狀的變異系數(shù)為1.95%～36.02%，8個農(nóng)藝產(chǎn)量性狀的變異系數(shù)均超過5%，單株鈴數(shù)（36.02%）、第一果枝位節(jié)數(shù)（31.15%）、單鈴重（29.89%）的變異系數(shù)較大，果枝數(shù)（16.05%）、衣分（14.55%）、籽指（12.81%）、株高（10.52%）的變異系數(shù)居中，生育期的變異系數(shù)最小，為5.01%;5個纖維品質(zhì)性狀的變異系數(shù)為1.95%～16.99%，最大的是伸長率，最小的是整齊度指數(shù)，大小依次為伸長率（16.99%）》斷裂比強度（14.51%）》馬克隆值（13.81%）》上半部平均長度（10.98%）》整齊度指數(shù)（1.95%）。李飛，等22研究了172份陸地棉品種的19個主要農(nóng)藝性狀變異情況發(fā)現(xiàn)，大部分的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)均大于5%，尹會會，等4研究了134份國外陸地棉資源的10個農(nóng)藝性狀和5個品質(zhì)性狀（2.02～11.96%），其中11個性狀的變異系數(shù)大于6%，整齊度指數(shù)的變異系數(shù)最低（2.02%），與本研究結(jié)果相似。本研究通過60份棉花種質(zhì)資源主要性狀的遺傳多樣性指數(shù)表明，單鈴重的遺傳多樣性指數(shù)最小，僅為0.91，其余7個農(nóng)藝產(chǎn)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)均≥1.50，最高為1.96;5個纖維品質(zhì)性狀的遺傳多樣性指數(shù)在1.58與2.07之間，略高于農(nóng)藝產(chǎn)量性狀，其中以整齊度指數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最高，與尹會會[4]等的研究結(jié)果一致。對于棉花主要性狀間的相關(guān)性，李武，等對黃河流域的102個棉花種質(zhì)材料的9個農(nóng)藝性狀進行分析，發(fā)現(xiàn)棉花品種株高越高相應(yīng)的營養(yǎng)枝、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)增多，單鈴質(zhì)量提高，衣分上升，而本研究結(jié)果為株高越高相應(yīng)果枝數(shù)、單株鈴數(shù)越多，但單鈴重和衣分減少。董承光，等研究表明整齊度指數(shù)與上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率呈顯著正相關(guān)，斷裂比強度與上半部平均長度呈極顯著正相關(guān);尹會會，等研究表明整齊度指數(shù)與上半部平均長度、斷裂比強度均呈極顯著正相關(guān)，斷裂比強度與上半部平均長度也呈極顯著正相關(guān)，馬克隆值與伸長率呈顯著負相關(guān)，這與本研究結(jié)果一致。李慧琴，等研究表明株高與整齊度指數(shù)、伸長率，單株鈴數(shù)與衣分，單鈴重與馬克隆值、斷裂比強度，馬克隆值與伸長率均呈極顯著正相關(guān)，本研究結(jié)果表明株高與整齊度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與伸長率呈極顯著正相關(guān)，單株鈴數(shù)與衣分呈極顯著負相關(guān)，單鈴重與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與斷裂比強度呈極顯著負相關(guān)，馬克隆值與伸長率呈極顯著負相關(guān)，兩者結(jié)果不同。

本研究通過對60份國外引進陸地棉資源13個性狀的遺傳差異分析、相關(guān)性分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)，這60份引進陸地棉種質(zhì)在株型等6個質(zhì)量性狀、8個農(nóng)藝產(chǎn)量性狀和5個纖維品質(zhì)性狀有比較豐富的遺傳多樣性，五個類群中I、Ⅱ類群共30份種質(zhì)資源的纖維品質(zhì)性狀綜合表現(xiàn)較好，籽指較重，可作為改良棉纖維品質(zhì)的雜交親本加以利用;Ⅲ、V、V類群30份種質(zhì)資源表現(xiàn)為高衣分、高第一果枝位，但纖維品質(zhì)表現(xiàn)一般。

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