新疆棉花生產(chǎn)品種機(jī)采農(nóng)藝性狀分析

張 哲，熱比耶·玉蓀，買買提·莫明，吾買爾江·庫(kù)爾班，艾先濤，高 山

(1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院庫(kù)車陸地棉試驗(yàn)站，新疆庫(kù)車 842000)

0 引 言

【研究意義】棉花品種是影響機(jī)采品質(zhì)、等級(jí)和效益最直接的關(guān)鍵因素。新疆生產(chǎn)上的棉花品種較多[1-2]，研究生產(chǎn)上不同棉花品種機(jī)采表型性狀的綜合表現(xiàn)，對(duì)于提升機(jī)采棉效率、提高棉花產(chǎn)量和品質(zhì)、促進(jìn)棉農(nóng)增產(chǎn)增收和機(jī)采棉品種選育有重要意義[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】棉花品種多樣性的極大豐富，主要?dú)w功于長(zhǎng)期自然與人工選擇的雙重作用。一般采用變異分析[4-5]、主成分分析[6-7]、相關(guān)性[8-9]和聚類分析[10-11]對(duì)棉花農(nóng)藝性狀進(jìn)行考察，簡(jiǎn)單而有效[12]。鄧艷鳳等[13]利用變異分析、相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析-等多種統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)57個(gè)棉花品種的12個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較。結(jié)果表明，57份品種間的性狀變異系數(shù)在1.0%～36.7%，變幅較大，其中單株結(jié)鈴數(shù)變異系數(shù)最大，生育期與株型性狀呈顯著相關(guān)性，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)63.1%，(即纖維品質(zhì)因子、產(chǎn)量因子和單株果枝數(shù)因子)，包含了12個(gè)性狀的絕大部分信息；分析表明單位面積籽棉產(chǎn)量越高，結(jié)鈴性越好，衣分和鈴重越大，生育期越長(zhǎng)，株高越高，單株果枝數(shù)越多，棉花單鈴重越小。王俊鐸等[14]對(duì)200份棉花種質(zhì)材料基于形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析分為6大類，但聚類分析所用的形態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)一定程度上受到環(huán)境條件影響。齊海坤等[15]對(duì)8年607份育種材料的農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較，研究表明，縮短生育期、提高霜前花率，可以增加產(chǎn)量；株高與第1果枝節(jié)位通過(guò)與其他性狀產(chǎn)生作用，進(jìn)而影響籽棉產(chǎn)量的形成。楚宗艷等[16]對(duì)28個(gè)棉花新品系的10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)和通徑分析結(jié)果顯示，皮棉產(chǎn)量與株高、單株鈴數(shù)、衣分的相關(guān)性達(dá)極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.6、0.6和0.5，果枝數(shù)與皮棉產(chǎn)量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5。【本研究切入點(diǎn)】株高、單鈴重、衣分和籽指4個(gè)性狀對(duì)皮棉產(chǎn)量的影響較大。目前新疆生產(chǎn)上應(yīng)用的棉花品種多樣，機(jī)采特性還需加強(qiáng)。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】選擇生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的100個(gè)品種，對(duì)12個(gè)性狀進(jìn)行變異分析、主成分分析、相關(guān)性分析以及聚類分析，綜合評(píng)價(jià)和篩選更符合機(jī)械采收的棉花品種，為機(jī)采品種的推廣和性狀選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年在新疆阿克蘇地區(qū)庫(kù)車市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科創(chuàng)中心進(jìn)行，該區(qū)處于塔里木盆地北緣，屬于暖溫帶大陸性氣候，≥10℃的積溫為4 102.6℃，年均降水量73.3 mm，日照時(shí)數(shù)2 915.9 h。供試材料為新疆棉花生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的100個(gè)棉花品種。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為粘土，前茬作物為玉米。采用隨機(jī)區(qū)組排列的方式，于2021年4月20日，采用“1膜6行3管”機(jī)采棉種植模式進(jìn)行人工播種，每穴2粒(出苗后，保留健壯植株1棵)。行距配置[(10+66+10+66+10)+66] cm×12 cm，小區(qū)行長(zhǎng)4 m，幅寬2. 28 m，播種前畝施7.5 kg尿素和50 kg磷酸二銨作基肥，生育期滴水12次，隨水施肥9次，化調(diào)8次。根據(jù)不同品種的吐絮情況分3次進(jìn)行收獲考種。其他管理參照當(dāng)?shù)卣Ｉa(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查從棉花出苗期到吐絮期的天數(shù)。

1.2.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查

7月3日開(kāi)始調(diào)查果枝始節(jié)、果枝始節(jié)高度及葉枝，8月5日調(diào)查株型、株高、果枝數(shù)、倒4果枝的夾角(果枝夾角)及上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度(倒1、2果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度的平均值)、中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度(倒4、倒5果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度的平均值)，10月10日調(diào)查單株結(jié)鈴數(shù)及吐絮率，各指標(biāo)依次如下；生育期(X1)、株高(X2)、果枝數(shù)(X3)、果枝始節(jié)(X4)、果枝始節(jié)高度(X5)、果枝夾角(X6)、單株結(jié)鈴(X7)、吐絮鈴(X8)、葉枝(X9)、吐絮率(X10)、上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度(X11)和中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度(X12)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel2019進(jìn)行各性狀的最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)。使用DPS7.0處理系統(tǒng)對(duì)各個(gè)品種的農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析(離差平方和法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀的變異性

研究表明，性狀間的變異范圍為4.9%～64.0%，表現(xiàn)出豐富的遺傳變異。變異系數(shù)差異較大的指標(biāo)有7個(gè)，較小的有5個(gè)，其中葉枝的變異最大，達(dá)到64.0%，變異幅度為 0.0～1.6個(gè)，生育期的變異系數(shù)最小為4.9%，變異幅度為123.0～158.0。其他性狀的變異系數(shù)分別為吐絮鈴數(shù)25.8%>上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度20.2%>吐絮率17.1%>中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度16.8%>單株結(jié)鈴數(shù)16.0%>果枝始節(jié)高度11.5%>株高8.5%>果枝數(shù)8.2%>果枝始節(jié)7.9%>果枝夾角6.8%。葉枝、上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度、中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度和果枝始節(jié)高度變異較大。表2

表2 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀變異Table 2 Variation Analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.2 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

研究表明，生育期與株高呈顯著正相關(guān)，與上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度和中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)，但生育期與吐絮鈴數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。株高與果枝數(shù)、上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)。果枝數(shù)與上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)，與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)。果枝夾角與中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)，與吐絮鈴數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。單株結(jié)鈴數(shù)與吐絮鈴數(shù)和吐絮率呈極顯著正相關(guān)。吐絮鈴數(shù)與吐絮率呈極顯著正相關(guān)。吐絮率與上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)。棉花各性狀間相互制約、相互影響。表3

表3 100個(gè)棉花品種的農(nóng)藝性狀相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.3 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀的主成分

研究表明，第1主成分的特征值為3.39，貢獻(xiàn)率為28.28%，第1主成分中生育期特征值最大是0.45，其次中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度是0.30和上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度0.29，由此看來(lái)第1主成分為生育期性狀。生育期短是機(jī)采棉中最重要的指標(biāo)，生育期短可避免棉田貪青晚熟，且有利于后期機(jī)械采收。

第2主成分的特征值為2.62，貢獻(xiàn)率為21.81%，第2主成分中株高的特征值最大是0.43，其次是單株結(jié)鈴數(shù)0.42和上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度0.41，第2主成分是株高性狀。第3主成分中特征值為1.62，貢獻(xiàn)率為13.49%，第3主成分中果枝夾角特征值最大是0.54，其次是中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度0.52。隨著果枝夾角的增大，中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度也隨著增長(zhǎng)。第4主成分的特征值為1.20，貢獻(xiàn)率為9.97%，第4主成分中果枝始節(jié)高度特征值最大是0.35，第5主成分的特征值為0.91，貢獻(xiàn)率為7.59%，第5主成分中果枝始節(jié)特征值最大是0.45。

篩選出具有代表性的品種有15個(gè)，分別為：新陸早37號(hào)、新陸中85號(hào)、新陸中36號(hào)、中88、早84(JM06)、新陸早63號(hào)、新陸早65號(hào)、新陸早57號(hào)、新陸中79號(hào)、耕野2186、新陸早52號(hào)、中113、源棉6、源棉11和WY31。表4

表4 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀主成分Table 4 Principal component analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.4 100個(gè)棉花品種農(nóng)藝性狀的聚類

研究表明，在遺傳距離為44.0時(shí)，將100個(gè)棉花品種劃分為7大類，第1、2、4類群各包含了11個(gè)品種，第3個(gè)類群包括13個(gè)品種，第5個(gè)類群包含8個(gè)品種，第6個(gè)類群包含13個(gè)品種，第7個(gè)類群包含33個(gè)品種。同時(shí)計(jì)算各類群的性狀平均值。

生育期大于135 d的類群有1、3、4、6和7個(gè)類群，這些品種總共有81份，田間表現(xiàn)為吐絮都比較晚，單株結(jié)鈴數(shù)、吐絮鈴數(shù)偏低。第1類群品種還有一個(gè)明顯特點(diǎn)，果枝夾角偏小，上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度、中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度也較短，表明第1類群的株型緊湊，符合機(jī)采棉的性狀要求，這一類群品種可以通過(guò)適期早播和促早熟管理措施調(diào)控生育期，第1類群品種可以作為株型遺傳改良方面重點(diǎn)關(guān)注的材料，第1類群中株型具有代表性的品種有新陸中84號(hào)，新陸早57號(hào)，其果枝夾角在40°左右，上部、中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度均在8 cm。

生育期小于135.0 d的類群有第2、5類群，總共包含了19份品種，田間表現(xiàn)為吐絮集中，單株結(jié)鈴數(shù)和吐絮鈴數(shù)等性狀表現(xiàn)突出，果枝夾角均在50°左右，果枝長(zhǎng)度、果枝始節(jié)也適宜，符合機(jī)采棉的性狀要求，其中第2類群品種的綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)于第5類群的品種。圖1，表5

表5 不同類群農(nóng)藝性狀的平均數(shù)Table 5 Average number of agronomic characters of different groups

3 討 論

分析機(jī)采棉品種表型農(nóng)藝性狀，有利于在后續(xù)育種工作中對(duì)機(jī)采棉品種進(jìn)行改良[17]?？浊迦萚18]研究了92份陸地棉的生育期、株高和成鈴數(shù)等8個(gè)農(nóng)藝性狀的變異情況，其中變異系數(shù)大于10%的有2個(gè)性狀，大部分的變異系數(shù)都在5%以上，研究結(jié)果表明，12個(gè)性狀中有4個(gè)性狀的變異系數(shù)在5%～10%，7個(gè)性狀的變異系數(shù)均在10%以上，其中葉枝(64.0%)的變異系數(shù)最大，其次是吐絮鈴數(shù)(25.8%)，生育期的變異系數(shù)最小為4.9%。生育期的變異系數(shù)雖然最小，但在100個(gè)品種里生育期的極差達(dá)到35 d，葉枝、吐絮鈴數(shù)和生育期性狀可以通過(guò)農(nóng)藝性狀的遺傳選擇和田間促早管理調(diào)控措施等方法獲得改良。

相關(guān)性分析表明，生育期與上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度和中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)，株高與果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)，果枝數(shù)與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與前人[19]部分研究結(jié)果一致。果枝夾角與中部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)，但與吐絮鈴數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明果枝夾角越大，果枝的果節(jié)長(zhǎng)度越長(zhǎng)、吐絮越少，這與鄭巨云等[20]研究一致。吐絮率與上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，吐絮率越高，上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度越短，如果上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，頂部鈴有可能吐絮晚，從而導(dǎo)致吐絮不集中甚至貪青晚熟，進(jìn)而降低了吐絮率，直接影響到產(chǎn)量。

主成分分析表明；生育期和株高的增加容易導(dǎo)致貪青晚熟，單株結(jié)鈴數(shù)和吐絮率隨之下降。隨著棉株果枝夾角過(guò)大，中部果枝第1果節(jié)的長(zhǎng)度也有增加趨勢(shì)，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)棉株過(guò)于松散，各棉株的果枝之間很容易互相交錯(cuò)，使整個(gè)群體結(jié)構(gòu)郁蔽，直接影響到單株結(jié)鈴性和棉花產(chǎn)量，這與前人[21]研究結(jié)果一致。果枝夾角在機(jī)采棉株型構(gòu)成因素中是起到重要作用的一個(gè)指標(biāo)，果枝夾角偏小能很好的使光源照射到棉株中下部，提高光能利用率，避免棉花單株間的果枝交錯(cuò)，使產(chǎn)生霉鈴爛鈴的幾率降到最低。試驗(yàn)中的果枝夾角均50°～60°，與王燕等[22]研究一致。尹會(huì)會(huì)等[23]研究表明，果枝始節(jié)的增加也會(huì)導(dǎo)致衣分和皮棉質(zhì)量降低，同時(shí)還會(huì)影響產(chǎn)量。

通過(guò)聚類結(jié)果顯示，第2類群中有11個(gè)品種被聚類在一起(新陸中85號(hào)、新陸中36號(hào)、中88、新陸早65號(hào)、早84(JM06)、新陸早76號(hào)、新陸早63號(hào)、新陸早37號(hào)、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號(hào))，在100份品種中綜合表現(xiàn)最好，其性狀表現(xiàn)為生育期短132.5 d，吐絮集中，株高81.3 cm、果枝數(shù)11臺(tái)和中部果枝夾角適中(58.4°)，吐絮率達(dá)到72%，上部果枝第1果節(jié)長(zhǎng)度和中部果枝第1果節(jié)的長(zhǎng)度為也比較適宜，分別為8.1和11.7 cm。這11個(gè)品種的果枝夾角若能在45°左右，則能更好的展現(xiàn)各自品種的群體結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步改善和協(xié)調(diào)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)。前人研究表明[24-25]，機(jī)采棉品種應(yīng)具備的條件；早熟性好、株型緊湊、果枝短，夾角小，吐絮均勻且飽滿，結(jié)鈴性強(qiáng)、吐絮集中。而試驗(yàn)的研究結(jié)果正與前人研究相符合。

由于表型性狀鑒定受環(huán)境影響和田間管理調(diào)控措施的影響較大，若要取得更真實(shí)結(jié)果，需要開(kāi)展多年多點(diǎn)的性狀鑒定和評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

有11個(gè)品種表現(xiàn)較為突出，分別是新陸中85號(hào)、新陸中36號(hào)、中88、新陸早65號(hào)、早84(JM06)、新陸早76號(hào)、新陸早63號(hào)、新陸早37號(hào)、早45-2(JM05)、J206-5、新陸中67號(hào)。這些品種在早熟性、株高、果枝始節(jié)、單株結(jié)鈴數(shù)和果枝夾角等性狀方面，較好的滿足了生產(chǎn)對(duì)機(jī)采性狀要求，其它品種在機(jī)采農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)的參差不齊，仍然有改良的空間。