陸地棉種質(zhì)材料機(jī)采農(nóng)藝性狀鑒定分析

馬青山,杜 霄,陶志鑫,韓萬(wàn)里,龍遺磊,艾先濤,胡守林

(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)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046;4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物。棉花品種資源的多樣性是棉花新品種選育的重要基礎(chǔ),但在棉花品種選育過(guò)程中,如長(zhǎng)期選取優(yōu)良品種,借助現(xiàn)代育種技術(shù)改良棉花[1-2],也會(huì)使一些棉花種質(zhì)資源丟失,使得棉花資源的遺傳基礎(chǔ)變窄。新疆是我國(guó)最主要的產(chǎn)棉區(qū),種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)量處于第一位[3],在開(kāi)展棉花新品種選育研究過(guò)程中最大限度的保留品種資源的多樣性,以便積累豐富的育種研究材料。目前機(jī)采棉品種尚存在葉枝多、吐絮期不集中、植株易倒伏以及機(jī)采采凈率低等問(wèn)題[4]。因此篩選株型緊湊、株高和果枝始節(jié)高度適中、吐絮集中、高產(chǎn)、纖維品質(zhì)優(yōu)異等性狀的棉花品種尤為重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】張磊磊等[5]對(duì)647份海島棉種質(zhì)進(jìn)行變異系數(shù)、遺傳多樣性、相關(guān)性、主成分和聚類分析,篩選出225份綜合表現(xiàn)較好的材料。鄧艷鳳等[6]以72份陸地棉材料為研究對(duì)象,針對(duì)其11個(gè)主要農(nóng)藝性狀,聚類結(jié)果將72份參試種質(zhì)分為6類,第Ⅰ類群屬于優(yōu)質(zhì)材料,第Ⅱ類群屬于高產(chǎn)材料,第Ⅴ類群兼具高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)。尹會(huì)會(huì)等[7]對(duì)134份國(guó)外棉花種質(zhì)進(jìn)行聚類和主成分分析,綜合篩選出包含美1870、美1884、FM1830等品種在內(nèi)的14份優(yōu)異種質(zhì)。買買提·莫明等[8]對(duì)引進(jìn)的6個(gè)機(jī)采棉新品種進(jìn)行分析評(píng)價(jià),結(jié)果表明所有品種結(jié)鈴性均較好,魯成1號(hào)在機(jī)采性狀與產(chǎn)量、纖維品質(zhì)性狀方面表現(xiàn)尤為突出。張哲等[9]通過(guò)對(duì)12個(gè)重要農(nóng)藝性狀的分析研究,從100份新疆推廣品種中篩選出11個(gè)適宜機(jī)采的棉花品種。徐安陽(yáng)等[10]對(duì)新疆示范推廣的主栽品種J206-5、新陸中82號(hào)與新陸中70號(hào)開(kāi)展噴施脫葉劑機(jī)采試驗(yàn),結(jié)果表明3個(gè)品種中新陸中82號(hào)是最適宜在南疆棉區(qū)種植的機(jī)采棉品種?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人對(duì)產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等農(nóng)藝性狀已進(jìn)行相關(guān)研究,但對(duì)于機(jī)采適宜性相關(guān)性狀的研究較少,利用大量種質(zhì)資源進(jìn)行機(jī)采性狀分析鑒定的研究更不多見(jiàn)。需對(duì)棉花資源材料開(kāi)展機(jī)采農(nóng)藝性狀分析鑒定,篩選出適宜機(jī)械化采收的陸地棉材料。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】分析鑒定120份棉花材料的15個(gè)性狀,篩選適宜機(jī)械采收的棉花育種材料,為機(jī)采棉新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

120份供試材料均來(lái)自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院中亞種質(zhì)資源庫(kù),材料來(lái)源于中國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)、澳大利亞和日本5個(gè)國(guó)家。表1

表1 120份陸地棉材料的來(lái)源及分布

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022～2023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,該地區(qū)位于塔里木盆地北緣,屬大陸性暖溫帶干旱氣候。夏季最長(zhǎng)日照時(shí)長(zhǎng)達(dá)16 h,冬季最短日照時(shí)長(zhǎng)可達(dá)10 h以上,多年平均年日照時(shí)長(zhǎng)近3 000 h,年平均氣溫11.5℃,年平均降水量65 mm,全年無(wú)霜期266 d,≥10℃積溫為4 102.6℃,氣候環(huán)境適宜棉花種植。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為粘土,前茬作物為玉米。

2022年4月9日播種,采用1膜6行種植模式,配置3行滴灌帶,人工點(diǎn)播,出苗后進(jìn)行人工定苗。行距配置為(10+66+10+66+10) cm,株距為10 cm,小區(qū)行長(zhǎng)4 m,667m2播種前施適量農(nóng)家肥和70 kg基肥(40 kg磷酸二銨+12 kg尿素+8 kg鉀肥)。生育期滴水10次,隨水施肥9次,化調(diào)8次。于10月5日開(kāi)始收獲并考種。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 生育期

棉花從出苗期到吐絮期的天數(shù)。

1.2.2.2 農(nóng)藝性狀

8月20日調(diào)查株高(子葉節(jié)至生長(zhǎng)點(diǎn)高度)、果枝始節(jié)(第一果枝著生節(jié)位)、果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、葉枝數(shù)并記載果枝類型、株型。9月1日調(diào)查葉片總數(shù)、葉綠素SPAD值,10月5日調(diào)查吐絮程度并測(cè)定單鈴重與衣分。表2

表2 陸地棉材料描述性指標(biāo)記載標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019進(jìn)行各性狀均值、極差及變異系數(shù)的計(jì)算,使用SPSS Statistics 25對(duì)各材料農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 120份陸地棉材料農(nóng)藝性狀的變異

研究表明,120份陸地棉材料各性狀變異程度存在差異,12個(gè)數(shù)量性農(nóng)藝性狀和3個(gè)描述性農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)范圍為4.6%～47.7%。葉片總數(shù)的變異系數(shù)最大,為47.7%,變異幅度為17.8～126.9;其余性狀中變異系數(shù)較大的依次為葉枝數(shù)、株型與單株鈴數(shù),變異系數(shù)分別為36.8%、35.4%和32.6%;120份材料在葉片總數(shù)、葉枝數(shù)、株型和單株鈴數(shù)4個(gè)性狀遺傳變異豐富。葉綠素SPAD值變異系數(shù)最小,其次為生育期,均未超過(guò)10%,性狀遺傳變異相對(duì)較低,遺傳較為穩(wěn)定。其余性狀變異系數(shù)分別為吐絮程度(21.8%)>果枝類型(19.8%)>有效果枝數(shù)(19.7%)>株高(16.0%)>果枝數(shù)(15.7%)>果枝始節(jié)高度(15.4%)>單鈴重(12.8%)>衣分(12.0%)>果枝始節(jié)(10.5%)。表3,表4

表3 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀變異比較

表4 120份陸地棉材料描述性農(nóng)藝性狀變異比較

2.2 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀相關(guān)性

研究表明,各農(nóng)藝性狀間存在不同程度的相關(guān)性。其中,生育期與葉枝數(shù)呈極顯著正相關(guān),與葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)和衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)。株高與果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關(guān),與葉枝數(shù)和葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)。果枝始節(jié)與果枝始節(jié)高度呈極顯著正相關(guān),與果枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。果枝始節(jié)高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān)。單株鈴數(shù)與果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、葉枝數(shù)、葉片總數(shù)、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。葉綠素SPAD值與果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、葉枝數(shù)呈極顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)、葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。120份棉花材料農(nóng)藝性狀間相關(guān)性各有不同,不同性狀間相互促進(jìn),相互制約。表5

表5 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

2.3 120份陸地棉材料農(nóng)藝性狀的聚類分析

研究表明,在歐氏距離為5時(shí),120份材料可劃分成7個(gè)類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

第Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料株高較小,分別為45.7、59.8、56.8和56.4 d,且第Ⅰ(6.1個(gè))、Ⅶ(7.4個(gè))類群相較其它類群?jiǎn)沃杲Y(jié)鈴少,Ⅴ(4.5個(gè))、Ⅵ(5.1個(gè))類群葉枝較多,但由于營(yíng)養(yǎng)枝對(duì)產(chǎn)量影響不顯著,且過(guò)多葉枝影響棉鈴集中成熟,豐產(chǎn)潛力低,不符合常規(guī)機(jī)采植棉要求,但第Ⅰ類群材料果枝始節(jié)(5.9個(gè))和果枝始節(jié)高度(21.9 cm)適中,生育期(133 d)相較于其它類群材料較好,較適宜機(jī)采性狀要求。圖1

圖1 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的聚類

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群株高適宜,分別為61.5、61.1、74.5 d,果枝始節(jié)(5.8、5.8、5.7個(gè))和果枝始節(jié)高度(24.7、24.6、27.6 cm)適中,單株結(jié)鈴多(9.3、10.5、8.9個(gè)),葉枝數(shù)少,葉片數(shù)和葉綠素SPAD值適中,豐產(chǎn)潛力大,較適宜機(jī)采,但生育期不符合機(jī)采熟性要求,3個(gè)類群以2式和1、2式果枝類型為主,株型緊湊,吐絮程度中暢,可通過(guò)適期早播,合理管控,通過(guò)化學(xué)調(diào)控促進(jìn)品種早熟,以適應(yīng)機(jī)采熟性要求,可作為機(jī)采棉選育材料。表6

表6 120份棉花材料不同類群農(nóng)藝性狀平均值

2.4 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀主成分

研究表明,提取出的5個(gè)主成分,其累計(jì)貢獻(xiàn)率77.07%。

第1主成分貢獻(xiàn)率為28.88%,特征值為3.47,在第1主成分中,對(duì)應(yīng)特征向量最大的為單株鈴數(shù)(0.77),其次為果枝數(shù)(0.76)和株高(0.72)。第2主成分貢獻(xiàn)率為16.96%,特征值為2.04,其對(duì)應(yīng)特征向量最大的是生育期(0.73),其次是有效果枝數(shù)(-0.66)。第3主成分貢獻(xiàn)率為14.38%,特征值為1.73,對(duì)應(yīng)特征向量最大的是果枝始節(jié)高度(0.82),其次是果枝始節(jié)(0.71)。第4主成分貢獻(xiàn)率為9.38%,特征值為1.13,對(duì)應(yīng)特征向量最大的是單鈴重(0.77),其次是株高(-0.33)。第5主成分貢獻(xiàn)率為7.47%,對(duì)應(yīng)特征向量最大的是單鈴重(0.54),其次是生育期(0.45)。表7

表7 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的主成分

5個(gè)主成分用P1～P5表示,12個(gè)農(nóng)藝性狀用F1～F12表示,綜合得分用P表示。根據(jù)12個(gè)農(nóng)藝性狀的特征系數(shù)和貢獻(xiàn)率列出如下關(guān)系式:

P1=0.72F1+(-0.14F2)+0.259F3+0.76F4+0.54F5+0.77F6+0.59F7+0.58F8+0.26F9+(-0.55F10)+0.57F11+0.20F12;

P2=-0.05F1+0.40F2+0.30F3+(-0.32F4)+(-0.66F5)+(-0.37F6)+0.49F7+0.28F8+(-0.02F9)+(-0.52F10)+0.04F11+0.73F12;

P3=0.38F1+0.71F2+0.82F3+(-0.17F4)+0.20F5+0.01F6+(-0.13F7)+(-0.38F8)+(-0.04F9)+0.31F10+0.25F11+(-0.15F12);

P4=(-0.33F1)+0.24F2+(-0.05F3)+(-0.33F4)+0.16F5+0.23F6+0.22F7+0.25F8+0.77F9+0.24F10+(-0.1F11)+(-0.06F12);

P5=0.22F1+(-0.20F2)+0.02F3+0.17F4+(-0.06F5)+(-0.17F6)+(-0.41F7)+(-0.28F8)+0.54F9+0.003F10+0.03F11+0.45F12;

P=0.289P1+0.170P2+0.144P3+0.094P4+0.075P5.

生育期小于130 d的10個(gè)機(jī)采性狀較好的材料分別為:新陸早42號(hào)、新陸早40號(hào)、新陸早48號(hào)、邢臺(tái)W-2、無(wú)號(hào)、新陸早16號(hào)、農(nóng)林1號(hào)、魯7619、73-782、新陸早15號(hào)。表8,表9

表8 生育期小于130 d材料綜合得分

表9 10個(gè)機(jī)采性狀較好材料的農(nóng)藝性狀平均值

3 討 論

3.1適宜機(jī)采的品種,要求具有早熟性好、株型緊湊清秀、結(jié)鈴性強(qiáng)、株高75 cm左右、果枝始節(jié)高度大于18 cm、吐絮集中、對(duì)脫葉劑敏感等特點(diǎn)[11-17],李飛等[18]對(duì)172份陸地棉品種(系)的19個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行研究,結(jié)果表明,絕大部分農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)大于5%,試驗(yàn)中15個(gè)農(nóng)藝性狀的變異分析表明,除生育期與葉綠素SPAD值的變異系數(shù)外,其余農(nóng)藝性狀變異系數(shù)均大于5%,與其結(jié)果相符。葉片總數(shù)的變異系數(shù)最大,在120份陸地棉材料中,葉片總數(shù)性狀的遺傳變異較為豐富。葉綠素SPAD值的變異系數(shù)最小,為4.6%,該性狀變異較低,性狀在群體中表現(xiàn)較為穩(wěn)定,120份棉花材料的葉片葉綠素含量相對(duì)穩(wěn)定,光合轉(zhuǎn)換能力差異不大。

3.2相關(guān)性分析表明,120份棉花材料的15項(xiàng)農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性相互交織,彼此之間存在不同程度的正向或負(fù)向相關(guān),與劉劍光等[19]研究得出的機(jī)采棉產(chǎn)量、纖維品質(zhì)間的存在較復(fù)雜的關(guān)系結(jié)論一致。試驗(yàn)中生育期與葉枝數(shù)和葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)和衣分呈極顯著負(fù)相關(guān),與王俊鐸等[20]研究結(jié)果有出入。株高與果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關(guān),與張哲等[21]研究結(jié)果部分相同。果枝始節(jié)與果枝始節(jié)高度呈極顯著正相關(guān),與果枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),與李波等[22]研究結(jié)果相同,隨著果枝始節(jié)的升高,在理想株高的情況下,果枝數(shù)的生長(zhǎng)空間受到抑制,導(dǎo)致果枝數(shù)不足,進(jìn)而造成對(duì)產(chǎn)量的影響。果枝始節(jié)高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),前人研究葉綠素SPAD值與脫葉率呈極顯著負(fù)相關(guān),與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)[23-24],隨著果枝始節(jié)的升高,脫葉率隨之降低。單株鈴數(shù)與果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、葉枝數(shù)、葉片總數(shù)、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。

3.3聚類分析研究表明,除第Ⅰ類群材料早熟性較好,其余類群生育期均不符合機(jī)采棉熟性要求。第Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料葉枝較多,吐絮不集中,結(jié)鈴性弱,不符合機(jī)采棉性狀選育要求。第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群材料除生育期外,其余性狀表現(xiàn)均較為符合機(jī)采棉選育要求。

3.4主成分分析研究表明,根據(jù)農(nóng)藝性狀系數(shù)和貢獻(xiàn)率得出關(guān)系式,計(jì)算120份種質(zhì)資源綜合得分,以生育期小于130 d為條件,篩選出新陸早42號(hào)、新陸早40號(hào)、新陸早48號(hào)、邢臺(tái)W-2、無(wú)號(hào)、新陸早16號(hào)、農(nóng)林1號(hào)、魯7619、73-782、新陸早15號(hào)共10份材料。由于機(jī)采相關(guān)性狀大多屬于多基因控制的數(shù)量性狀[25],受基因型與環(huán)境條件的共同影響,因此后續(xù)將通過(guò)開(kāi)展多年聯(lián)合試驗(yàn),進(jìn)一步對(duì)優(yōu)良材料進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià),以加強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

4 結(jié) 論

4.1120份材料可劃分成7個(gè)類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

4.2篩選出新陸早42號(hào)、新陸早40號(hào)、新陸早48號(hào)、邢臺(tái)W-2、無(wú)號(hào)、新陸早16號(hào)、農(nóng)林1號(hào)、魯7619、73-782、新陸早15號(hào),共10份棉花材料可作為機(jī)采棉選育優(yōu)良種質(zhì)。這些材料株高適中,單株結(jié)鈴多,果枝始節(jié)和果枝始節(jié)高度適宜,果枝類型以2式和1、2式果枝為主,株型緊湊,吐絮程度中、暢,是符合機(jī)采的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。