劉翔宇，趙龍，巴哈爾古麗·先木西，彭華，阿不都熱衣木·玉拉音

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新疆陸地棉種質(zhì)資源的綜合評價(jià)

劉翔宇，趙龍，巴哈爾古麗·先木西，彭華，阿不都熱衣木·玉拉音

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番 838000）

基于形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)，綜合評價(jià)棉花種質(zhì)資源在新疆季節(jié)性水分匱缺條件下的表現(xiàn)，為旱區(qū)棉花主栽品種的確定和品種改良奠定基礎(chǔ)。以126個(gè)棉花品種（系）為試驗(yàn)材料，對其在季節(jié)性水分匱缺狀態(tài)下的株高、果枝數(shù)、生育期、有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)共17項(xiàng)數(shù)量性狀指標(biāo)進(jìn)行測定，運(yùn)用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析、逐步判別分析和多元方差分析等方法對這些棉花種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評價(jià)。首先，相關(guān)分析的結(jié)果表明，17項(xiàng)數(shù)量性狀間存在一定的相關(guān)性和信息的重疊，因?yàn)?6對數(shù)量性狀的相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平，22對數(shù)量性狀的相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平。第二，主成分分析的結(jié)果表明，前8個(gè)主成分代表了126個(gè)棉花品種的17項(xiàng)數(shù)量性狀86.34%的信息，其貢獻(xiàn)率分別為27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%。第三，聚類分析的結(jié)果表明，當(dāng)類間距離為12.5時(shí)，126個(gè)棉花品種被聚為7大類，第Ⅰ類有22個(gè)品種、第Ⅱ類有17個(gè)品種、第Ⅲ類有19個(gè)品種、第Ⅳ類有28個(gè)品種、第Ⅴ類有19個(gè)品種、第Ⅵ類有13個(gè)品種、第Ⅶ類有8個(gè)品種。第四，逐步判別分析的結(jié)果表明，114個(gè)棉花品種被正確判別，判對概率為90.48%；12個(gè)棉花品種被誤判，誤判率為9.52%，這說明聚類分析的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。最后，多元方差分析結(jié)果表明，第Ⅰ類為中產(chǎn)中等品質(zhì)品種，第Ⅱ類為低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種，第Ⅲ類為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種，第Ⅳ類為中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種，第Ⅴ類為中高產(chǎn)中上等品質(zhì)類品種，第Ⅵ類為高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種，第Ⅶ類為低產(chǎn)劣質(zhì)類品種，同時(shí)科學(xué)地評價(jià)了7個(gè)類別的棉花品種，并提出了對應(yīng)的改良方案。西北旱區(qū)棉花育種一方面在產(chǎn)量上進(jìn)展明顯，除了第Ⅵ類和第Ⅴ類外，大多數(shù)品種達(dá)不到紡高支紗的要求。適紡中支紗的主栽品種可在第Ⅲ類中選育。第Ⅱ類的紡紗指數(shù)達(dá)到了適紡高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)棉的要求，要著重改良產(chǎn)量指標(biāo)。今后，西北旱區(qū)棉花育種工作要對不同類別的品種，選取適合的育種策略，以達(dá)到產(chǎn)量和品質(zhì)均趨向最優(yōu)。

陸地棉；干旱；聚類分析；綜合評價(jià)

0 引言

【研究意義】棉花種質(zhì)資源是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-4]，在棉花育種研究中具有舉足輕重的地位[5]。新疆棉區(qū)是中國最大的棉花生產(chǎn)基地，氣候條件、種植制度、栽培模式與黃河流域、長江流域棉區(qū)差異較大，決定了新疆棉區(qū)對品種的要求在株型、生長發(fā)育、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)等方面與內(nèi)地也有較大差別。因此，在新疆棉區(qū)開展陸地棉種質(zhì)資源的鑒定與評價(jià)工作，對新疆棉花優(yōu)異種質(zhì)的創(chuàng)造、新品種培育與遺傳資源的利用效率都具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，新疆學(xué)者從棉花的早熟性[6-7]、耐熱性[8-9]、抗旱耐鹽性[10-12]、遺傳多樣性[13]和數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[14-15]等不同角度對棉花種質(zhì)資源做了大量的研究，同時(shí)新疆在棉花種質(zhì)資源利用與新品種培育等方面取得了重要進(jìn)展[16-21]。苗培明等[13]應(yīng)用TRAP分子標(biāo)記方法對65份棉花種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析；艾尼江[22]以早熟棉花品種為材料，研究了早熟性、產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀的遺傳、QTL定位、早熟性相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析以及不同生態(tài)棉區(qū)育成的早熟棉花品種的遺傳多樣性，為早熟陸地棉育種提供理論依據(jù)；劉鵬鵬等[23]采用綜合抗旱系數(shù)與隸屬函數(shù)相結(jié)合的方法，對國內(nèi)33份棉花品種進(jìn)行了抗旱性分級評價(jià)；董承光等[24]對153份陸地棉種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了綜合評價(jià)。【本研究切入點(diǎn)】李雪源等[25]在談到新疆棉花主栽品種難以確定這一重大技術(shù)問題時(shí)，指出缺乏科學(xué)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，片面追求高產(chǎn)、高衣分，缺乏對新品種抗性、產(chǎn)量、品質(zhì)綜合評價(jià)的能力是主要原因之一。為了對參評種質(zhì)資源做出全面、客觀的評價(jià)，提出一種既綜合考慮主要評價(jià)指標(biāo)，又避免主觀隨意性的評價(jià)方法至關(guān)重要?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究嘗試應(yīng)用主成分分析、聚類分析和多元方差分析等多種多元分析方法，從季節(jié)性干旱脅迫方面，綜合考量了棉花在季節(jié)性水分匱缺狀態(tài)下的生理指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)，對棉花種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱性評價(jià)。并且為棉花抗旱種質(zhì)資源的挖掘，抗旱性品種的選育和大規(guī)模、準(zhǔn)確的棉花品種抗旱性評價(jià)提供可行的途徑和方法。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的126個(gè)陸地棉品種由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所棉花種質(zhì)資源庫提供。根據(jù)試驗(yàn)要求，選擇不同來源、具有不同生物學(xué)特征，且在世界不同棉區(qū)具有一定代表性或主栽的126個(gè)陸地棉品種（系）為試材（電子附表1）。

1.2 方法

試驗(yàn)于2015—2016年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地完成?；貧夂蛱攸c(diǎn)是典型的大陸性干旱荒漠氣候，干燥少雨，年平均降水量16.4 mm，蒸發(fā)量3 000 mm以上，日照充足，晝夜溫差大，年有效活動積溫5 300℃以上，無霜期270 d。

播種方式采用機(jī)器鋪膜，膜寬0.7 m，每膜播種2行，同一膜內(nèi)行距40 cm，相鄰膜行距60 cm，人工點(diǎn)播，每穴播種3粒種子，出苗后通過定苗達(dá)到一穴一株，株距20 cm。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，每重復(fù)3行，行長5 m。

2015年4月5日播種，9月1—5日收獲一茬花，10月10—15日收獲二茬花；2016年4月12日播種，9月6—10日收獲一茬花，10月15—20日收獲二茬花。

灌水處理方式，常規(guī)灌水處理應(yīng)在開花初期澆頭水，為了模擬新疆季節(jié)性水分匱缺的實(shí)際情況，干旱灌水處理的頭水比常規(guī)灌水處理推遲15 d。之后灌水頻次及灌水量與常規(guī)灌水相同。2015年原本應(yīng)在6月9日澆頭水，推遲15 d至6月24日澆頭水；2016年原本應(yīng)于13日澆頭水，推遲15 d至6月28日澆頭水。

土壤含水量情況：采用烘干法測量常規(guī)灌溉前、常規(guī)灌溉15 d后，及干旱處理頭水較常規(guī)灌溉推遲15 d后土壤含水量（表1）。

表1 田間土壤含水量

觀測記載各品種形態(tài)指標(biāo)：株高（X1，cm）、果枝數(shù)（X2，個(gè)）；生育期（X3，d）；產(chǎn)量指標(biāo)：有效鈴數(shù)（X4，個(gè)）、單鈴重（X5，g）、衣分（X6，%）、籽指（X7，g）、籽棉產(chǎn)量（X8，kg·hm-2）、皮棉產(chǎn)量（X9，kg·hm-2）；纖維品質(zhì)指標(biāo)：纖維長度（X10，mm）、整齊度（X11，%）、比強(qiáng)度（X12，CN·TEX-1）、伸長率（X13，%）、馬克隆值（X14）、反射率（X15，%）、黃度（X16）和紡紗均勻性指數(shù)（X17）共17項(xiàng)數(shù)量性狀。形態(tài)指標(biāo)于各品種成熟期田間觀測記載，產(chǎn)量指標(biāo)及纖維品質(zhì)指標(biāo)于二茬花收獲后測量記載，纖維品質(zhì)測試由農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（烏魯木齊）完成。為使各性狀均以最大值表示最優(yōu)，對部分性狀的田間試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行如下變換：X3為88/生育期，X14為3.5/馬克隆值，X16為5.8/黃度。

采用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析、判別分析和多元方差分析，以期找出具有生物學(xué)及專業(yè)意義的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，為棉花種質(zhì)資源綜合評價(jià)及制定性狀改良決策提供有益的信息。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理應(yīng)用IBM SPSS Statistics 19.0和Data Processing System 15.10分析完成。

2 結(jié)果

2.1 不同品種數(shù)量性狀間的相關(guān)分析

通過對17個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析（表2），結(jié)果表明，17個(gè)性狀間，存在著正負(fù)、強(qiáng)弱相關(guān)錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，分別為56對數(shù)量性狀相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（＜0.01），22對數(shù)量性狀間相關(guān)性達(dá)到顯著水平（＜0.05）。其中，單鈴重與籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)，籽指與籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)，纖維長度與整齊度、比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)極顯著水平。同時(shí)，紡紗均勻性指數(shù)與單鈴重、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、馬克隆值和反射率有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與伸長率和黃度有不同程度的制約關(guān)系，均為極顯著的負(fù)相關(guān)。說明不同性狀間反應(yīng)的信息重疊贅余，需要經(jīng)主成分分析進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，以便找出變化的簡明規(guī)律。

表2 相關(guān)分析結(jié)果

*表示顯著相關(guān)（＜0.05）；**表示極顯著相關(guān)（＜0.01）

* means the coefficient is significantly correlation at＜0.05; ** means the coefficient is extremely significantly correlation at＜0.01

2.2 主成分分析

對17個(gè)性狀變量進(jìn)行主成分分析，前8個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%（表3），累積貢獻(xiàn)率達(dá)86.34%，前8個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)對17個(gè)指標(biāo)變量的貢獻(xiàn)范圍為0.71—0.99。這樣就將原來17個(gè)單項(xiàng)性狀變量轉(zhuǎn)換為8個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并代表了原始指標(biāo)攜帶的絕大部分信息。

從表3可知，纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度和紡紗均勻性性狀，在第一主成分上載荷較高，說明第1主成分基本反映了這4個(gè)指標(biāo)的信息，這幾個(gè)指標(biāo)均屬于紡紗工藝性指標(biāo)，因此，可把第一主成分稱為“可紡性因子”。構(gòu)成可紡性因子的第一主成分相當(dāng)于4.662個(gè)原始指標(biāo)的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的27.454%。

有效鈴數(shù)、衣分、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量這4個(gè)指標(biāo)在第二主成分上載荷較高，單鈴重和籽指在第三主成分上載荷較高，說明第二、三主成分基本反映了這6個(gè)指標(biāo)的信息，這6個(gè)指標(biāo)均屬于產(chǎn)量指標(biāo)，因此，可把第二、三主成分稱為“豐產(chǎn)性因子”。構(gòu)成豐產(chǎn)性因子的第二、三主成分合起來相當(dāng)于4.892個(gè)原始指標(biāo)的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的28.779%。

株高和果枝數(shù)在第四主成分上載荷較高，這2個(gè)指標(biāo)均屬于植株形態(tài)指標(biāo)，因此，可把第四主成分稱為“繁茂性因子”。構(gòu)成繁茂性因子的第四主成分相當(dāng)于1.419個(gè)原始指標(biāo)的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的8.35%。

馬克隆值在第五主成分上載荷較高，黃度在第六主成分上載荷較高，生育期在第七主成分上載荷較高，伸長率和反射率在第八主成分上載荷較高，說明第五、六、七、八主成分基本反映了這5個(gè)指標(biāo)的信息，這5個(gè)指標(biāo)從纖維細(xì)度、纖維色澤和生育天數(shù)等不同側(cè)面表征了棉花的成熟度，因此，可把第五、六、七、八主成分稱為“成熟度因子”。構(gòu)成成熟度因子的第五、六、七、八主成分合起來相當(dāng)于3.688個(gè)原始指標(biāo)的作用，它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的21.691%。

綜上所述，將126份陸地棉資源的17個(gè)原始性狀指標(biāo)，提取綜合成互不相關(guān)的8個(gè)主成分，進(jìn)一步命名為可紡性因子、豐產(chǎn)性因子、繁茂性因子和成熟度因子。

表3 主成分分析

2.3 聚類分析與判別分析

將126個(gè)品種的主成分值采用離差平方和方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類（圖1）。當(dāng)類間距離取12.5時(shí)，可將126個(gè)品種聚為7大類。

第Ⅰ類有22個(gè)品種，分別是Arcot436、Arcot-1和RNX188等，以歐美材料和輻射誘變材料為主；

第Ⅱ類有17個(gè)品種，分別是中遠(yuǎn)911、中遠(yuǎn)9114、冀A-1-7、莘棉5號和upland等，以黃河流域及其他材料為主；

第Ⅲ類有19個(gè)品種，分別是中遠(yuǎn)9115、?？姑?、Arcot402bne、Arcot438和宿08B2-177等，以黃河流域和亞洲棉材料為主；

第Ⅳ類有28個(gè)品種，分別是中遠(yuǎn)9116、中遠(yuǎn)HAS-1、中資04184、豫17-202和中棉所35等，以黃河流域?yàn)橹?、歐美材料和新疆材料為主；

第V類有19個(gè)品種，分別是秦荔514、秦遠(yuǎn)4號、廊黃F10、德保巴頭大棉和平果那沙大棉等；以長江流域和亞洲棉為主；

第Ⅵ類有13個(gè)品種，分別是中31-204、TM1-IPR、中資9103、中2201和庫車96518等，以亞洲材料和新疆材料為主；

第Ⅶ類有8個(gè)品種，分別是MM-2、RNX189、RNX190、樊莊洋棉和三江八江大花等，以歐美材料和長江流域?yàn)橹鳌?/p>

為了檢驗(yàn)聚類分析的結(jié)果是否可靠，采用多類逐步判別分析進(jìn)行驗(yàn)證。依據(jù)聚類分析得到的分類信息，以8個(gè)主成分作為判別變量，建立判別函數(shù)（表5），根據(jù)判別函數(shù)，對126個(gè)品種重新判別歸類。結(jié)果表明，判對概率90.48%，12個(gè)品種被誤判，誤判率為9.52%，聚類分析的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

1=-1.6726-0.1084X1+0.0042X2-0.9226X3+0.7405X4+0.089X5+0.4908X6+2.3149X7-0.1711X8

2=-2.8071+0.3145X1-1.5392X2+0.0526X3+0.1583X4+1.7509X5-0.3115X6+0.8808X7-0.2355X8

圖1 參試品種聚類圖

3=-2.8359+0.4775X1+1.0976X2+1.9091X3+0.3697X4-1.3903X5-1.2023X6-0.2335X7-0.3322X8

4=-1.8591-0.1025X1-0.0955X2-1.4846X3-0.5379X4+1.1768X5+1.5493X6-0.51X7+0.8992X8

5=-3.6809+0.4263X1+0.1528X2+0.7496X3+0.2422X4-2.4032X5+0.6079X6-3.2604X7-1.1447X8

6=-2.704+0.0956X1+0.5084X2-0.9942X3-0.8324X4+1.2108X5-2.0542X6+0.4434X7+0.3182X8

7=-9.6824-2.2832X1-0.2135X2+2.9634X3-0.2646X4-1.0906X5-1.3317X6+1.1851X7+0.7578X8

2.4 不同類型品種產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)性狀多元方差分析

通過對聚類分析劃分出的7個(gè)類型品種的產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行多元方差分析（表4），總體方差采用wilk’s lambda方法進(jìn)行檢驗(yàn)，=330127.672達(dá)顯著水平。產(chǎn)量和主要品質(zhì)性狀的方差分析（表5）表明，有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、斷裂比長、馬克隆值和紡紗均勻性指數(shù)9項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)均達(dá)0.000的極顯著水平。各性狀的平均值及變異幅度（表6）表明如下：

表4 各類品種的多元方差分析

表5 皮棉產(chǎn)量及主要品質(zhì)指標(biāo)的方差分析

第Ⅰ類屬中產(chǎn)中等品質(zhì)品種，22個(gè)品種的平均皮棉產(chǎn)量（1.88 t·hm-2）中等偏低，衣分排名第二，絨長中等偏長，馬克隆值偏高，鈴重較低，有效鈴數(shù)偏少，比強(qiáng)度高，紡紗均勻性指數(shù)＞155，適紡高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)棉。對這類品種，除加強(qiáng)植株結(jié)鈴性狀選擇，繼續(xù)提高皮棉產(chǎn)量外，應(yīng)注意提高絨長和降低馬克隆值，主要以纖維長度和細(xì)度為改良目標(biāo)。

第Ⅱ類屬低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種。17個(gè)品種皮棉產(chǎn)量（1.5 t·hm-2）偏低，衣分最低，絨長、馬克隆值和紡紗均勻性指數(shù)均居第一位，比強(qiáng)度和整齊度分列第二和第三位，鈴重最高，有效鈴數(shù)較低。對此類品種，應(yīng)著力提高品種的結(jié)鈴性和衣分等皮棉產(chǎn)量指標(biāo)。適合作為基礎(chǔ)育種材料，利用其優(yōu)良的品質(zhì)性狀，同時(shí)改良產(chǎn)量指標(biāo)。

第Ⅲ類（表7）屬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類品種。19個(gè)品種平均皮棉產(chǎn)量（2.42 t·hm-2）最高，有效鈴數(shù)和單鈴重均居第一位，衣分中等，絨長和馬克隆值均排名第二，紡紗指數(shù)排名第三，比強(qiáng)度中等偏高。對這類品種，應(yīng)保持對纖維長度和細(xì)度穩(wěn)中有增的改良，力爭達(dá)到紡高支紗的要求，同時(shí)提高衣分。

第Ⅳ類屬中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種。28個(gè)品種平均皮棉產(chǎn)量（2.08 t·hm-2）屬中等偏高，衣分位居7類品種的首位，纖維長度、馬克隆值中等偏高，紡紗指數(shù)、比強(qiáng)度居均中等水平，絨長最長，馬克隆值中等偏高，有效鈴數(shù)中等偏低，單鈴重中等偏高，對這類品種，除著重提高有效鈴數(shù)外，應(yīng)注重選育提高纖維強(qiáng)度和細(xì)度。

表6 各類品種皮棉產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)指標(biāo)平均值及變異幅度

數(shù)據(jù)上行為指標(biāo)的平均值，下行為指標(biāo)在相應(yīng)類內(nèi)的變異幅度。EBN：有效鈴數(shù)；BW：單鈴重；LP：衣分；LY：皮棉產(chǎn)量；FL：纖維長度；FU：整齊度；FS：比強(qiáng)度；Mi：馬克隆值。下同

Uper line is average and lower line is variant range in the table. EBN: effective boll number per plant; BW: boll weight; LP: lint percentage; LY: Lint yield; FL: Fiber length; FU: Fiber uniformity; FS: fiber strength; Mi: Micronaire. The same as below

表7 第三類品種皮棉產(chǎn)量及主要纖維品質(zhì)指標(biāo)平均值及變異幅度

第Ⅴ類屬中高產(chǎn)中上等品質(zhì)類品種。19個(gè)品種的的平均皮棉產(chǎn)量（2.02 t·hm-2）中等偏高、衣分中等偏高，比強(qiáng)度位居7類品種的首位，紡紗均勻性指數(shù)排名第二，纖維長度、強(qiáng)度和整齊度都是中等偏高，馬克隆值過高。對這類品種，應(yīng)著重提高皮棉產(chǎn)量、衣分，降低馬克隆值。

第Ⅵ類屬高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種。13個(gè)品種的平均皮棉產(chǎn)量（2.28 t·hm-2）在7類品種中排名第二，有效鈴數(shù)排名第二，單鈴重中等，纖維長度和強(qiáng)度中等偏高，馬克隆值中等偏好，紡紗均勻性指數(shù)中等，整齊度較差，對這類品種，主要應(yīng)以紡紗均勻性指數(shù)、纖維細(xì)度和長度為改良目標(biāo)，同時(shí)注重衣分的提高。

第Ⅶ類屬低產(chǎn)劣質(zhì)類品種。8個(gè)品種平均皮棉產(chǎn)量（1.25 t·hm-2），在7類品種中排名倒數(shù)第一，有效鈴數(shù)和單鈴重均低于7類品種的平均水平，紡紗均勻性指數(shù)、纖維長度和強(qiáng)度在7類品種中最低，馬克隆值最高，所有性狀指標(biāo)均墊底，說明不適合干旱區(qū)種植，應(yīng)淘汰。

各品種的皮棉產(chǎn)量處于1.5—2.42 t·hm-2，均值1.9 t·hm-2，個(gè)別品種乃至突破2.72 t·hm-2，表明目前西北旱區(qū)棉花育種在產(chǎn)量上進(jìn)展明顯。從品種主要纖維品質(zhì)性狀的表現(xiàn)可以看出，前六類的纖維長度處于29.08—31.13 mm，為中長絨纖維，符合紡中支紗的要求；比強(qiáng)度處于29.93—32.16 cN·tex-1，適紡低支紗或中支紗，離紡高支紗（≥35 cN·tex-1）的要求差距較大；馬克隆值處于4.29—5.22區(qū)間內(nèi)，大多屬于中等偏高的B級（4.3—4.9）水平，符合中支紗的要求；紡紗指數(shù)處于139.5—158.88，第Ⅱ類的紡紗指數(shù)158.88，達(dá)到了適紡60支高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)棉（紡紗指數(shù)≥155）的要求，第Ⅴ類的紡紗指數(shù)151.11和第Ⅲ類的紡紗指數(shù)150.11，2個(gè)類別的紡紗指數(shù)均接近適紡60支高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)棉（紡紗指數(shù)≥155）的要求。

3 討論

3.1 陸地棉種質(zhì)資源評價(jià)方法的確定

近年來，作物品種評價(jià)方法逐步由定性和單一指標(biāo)發(fā)展到多指標(biāo)定量綜合評價(jià)，由此構(gòu)建起來的綜合評價(jià)體系較為客觀、全面、科學(xué)。統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)理論、系統(tǒng)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展為這種綜合評價(jià)體系的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。作物品種評價(jià)主要有：層次分析法、百分制記分法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色系統(tǒng)分析法、主成分分析、因子分析和聚類分析等[26-29]，不同方法的數(shù)學(xué)原理不同，且各具特點(diǎn)。主成分分析是在損失較少信息的前提下，把多個(gè)具有相關(guān)性的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法[30-32]。聚類分析法是一種用于生物資源分類和親緣關(guān)系研究的多元統(tǒng)計(jì)方法[33-34]。近年來，同時(shí)利用主成分分析和聚類分析研究小麥[35]、水稻[36]、大豆[37]等作物種植資源的報(bào)道較多，在棉花上也有報(bào)道。Brown[38]對美國區(qū)域試驗(yàn)棉花品種的農(nóng)藝和纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行了主成分和聚類分析，結(jié)果表明，來自密西西比河三角洲、中部和德克薩斯高平原地區(qū)品種的遺傳基礎(chǔ)高于來自東部、墨西哥和圣華金河地區(qū)的品種。孫長發(fā)等[39]調(diào)查了河南省春棉區(qū)域棉花品種的17個(gè)數(shù)量性狀，用主成分分析法提取了累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.1%的前4個(gè)主成分，聚類分析法將所有材料分為５類。許乃銀等[40]利用長江流域棉花區(qū)域試驗(yàn)品種的纖維品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分和聚類分析，從8個(gè)纖維品質(zhì)性狀中提取了4個(gè)主成分，并將20個(gè)試點(diǎn)劃分為4個(gè)纖維品質(zhì)相似亞區(qū)。李飛等[41]對黃河流域、長江流域、西北內(nèi)陸和北部特早熟4大棉區(qū)以及國外引進(jìn)的172份陸地棉骨干品種（系）的19個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了主成分分析和聚類分析。主成分分析結(jié)果表明，19個(gè)性狀可以簡化為彼此互不相關(guān)的5個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)80.25%；聚類分析結(jié)果顯示，在遺傳距離5.62處，172份材料劃分為10個(gè)類群。

本研究先對區(qū)試棉花新品種的植株形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)與纖維品質(zhì)指標(biāo)共17個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行主成分分析，經(jīng)過主成分分析歸屬于8個(gè)主成分，其累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)86.31%（注意有效位數(shù)），基本反映了17個(gè)性狀的主要信息，從而剔除了指標(biāo)間相關(guān)性，并對錯(cuò)綜復(fù)雜的呈網(wǎng)絡(luò)狀相關(guān)的性狀施行了有效的降維。在主成分分析基礎(chǔ)上，利用主成分值對參試品種進(jìn)行的聚類分析，有效地剔除了一些無關(guān)大局的因子，使結(jié)果更加精確，增加了聚類分析結(jié)果的真實(shí)可靠性。并用判別分析法對聚類結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。最后根據(jù)聚類結(jié)果對品種進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，具有一定的科學(xué)性。

3.2 陸地棉種質(zhì)資源評價(jià)指標(biāo)的選擇

本研究在確定評價(jià)指標(biāo)的過程中，鑒于陸地棉資源的特點(diǎn)，本著既能很好地體現(xiàn)品種的產(chǎn)量，又能準(zhǔn)確描述其品質(zhì)的原則確定了17個(gè)評價(jià)指標(biāo)[24,42-45]。既將有效鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽指、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量等反映產(chǎn)量的指標(biāo)納入評價(jià)體系中，也將纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率、馬克隆值、反射率、黃度和紡紗均勻性指數(shù)等反映纖維質(zhì)量的指標(biāo)納入評價(jià)體系中，還融合了反映植株形態(tài)的株高、果枝數(shù)等指標(biāo)。棉花品級是棉花外觀和內(nèi)在質(zhì)量的綜合反映。反射率和黃度是棉花的顏色級和棉花品級的必要條件，棉花反射率（明亮程度）高，棉花品級就高。所以反射率和黃度也被納入到評價(jià)體系的指標(biāo)中。

抗病性也是品種優(yōu)劣的評判指標(biāo)之一，但本次試驗(yàn)研究過程中各品種發(fā)病差異較小，影響甚微，且致病源較多，達(dá)不到人工全部接種后再評價(jià)的條件，所以未予考慮。待條件成熟時(shí)，可開展專題抗病性試驗(yàn)，并將結(jié)果納入綜合評價(jià)體系中。

通過主成分分析，剔除指標(biāo)的相關(guān)性后，根據(jù)17個(gè)指標(biāo)在不同主成分上的載荷量大小，可將其歸類命名為可紡性因子、豐產(chǎn)性因子、繁茂性因子和成熟度因子，復(fù)雜的指標(biāo)簡單化。

3.3 陸地棉種質(zhì)資源聚類結(jié)果的多元方差分析

為對126個(gè)參試品種從產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合評價(jià)，利用各品種在主成分上的得分值進(jìn)行聚類分析，將126個(gè)品種聚為7大類。第Ⅰ類中產(chǎn)中等品質(zhì)品種應(yīng)以纖維長度和細(xì)度為改良目標(biāo)。第Ⅱ類低產(chǎn)高等品質(zhì)類品種應(yīng)以提高皮棉產(chǎn)量為改良目標(biāo)。第Ⅲ類高產(chǎn)高等品質(zhì)類品種，主栽品種應(yīng)在此類別中選取。第Ⅳ類中高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種應(yīng)注意選育提高纖維強(qiáng)度和細(xì)度。第Ⅴ類中高產(chǎn)中上質(zhì)類品種應(yīng)著重提高皮棉產(chǎn)量、衣分，降低馬克隆值。第Ⅵ類屬高產(chǎn)中等品質(zhì)類品種對這類品種，主要應(yīng)以紡紗均勻性指數(shù)、纖維細(xì)度和長度為改良目標(biāo)，同時(shí)注重衣分的提高。第Ⅶ類屬低產(chǎn)低質(zhì)類品種，不適合旱區(qū)種植，應(yīng)淘汰。

棉花種質(zhì)的遺傳多樣性是培育優(yōu)良棉花品種的必要條件，通過對126份陸地棉種質(zhì)的鑒定，部分材料的單一性狀表現(xiàn)較為突出，為深入評價(jià)陸地棉品種間（系）的遺傳多樣性和合理選配親本組合提供理論依據(jù)。在纖維品質(zhì)方面，有13份材料比強(qiáng)度在35cN·tex-1，分別是，中Arc-315、中2220、中資9196、Acala(1)、宿08B2-177、MSCO-11、中AR681-316、中ARR40682、中R773-314、Acala1517-2、中ARR40681、upland和FJA；有1份材料纖維長度大于35 mm，是MSCO-12；有51份材料紡紗均勻性指數(shù)在150以上，分別是中資9196、upland和中2220等。在產(chǎn)量方面，有10份材料單鈴重在6.5 g以上，分別是松滋大鈴、中資9196和中資9102等；有2份材料衣分在45以上，分別是豫棉2067和豫17-202。

值得說明的是，本研究的聚類分析是基于表型數(shù)據(jù)，由于表型性狀容易受環(huán)境因素的影響，只有嚴(yán)格控制環(huán)境因素，才能得到準(zhǔn)確的聚類結(jié)果[35]。結(jié)合表型數(shù)據(jù)與分子標(biāo)記數(shù)據(jù)評價(jià)種質(zhì)資源[46]，將更有助于探明種質(zhì)間的親緣關(guān)系，提高親本選配的預(yù)見性。

4 結(jié)論

今后育種工作中，要革新育種手段，除利用雜交育種的基因外滲效應(yīng)外，還可采用現(xiàn)代生物技術(shù)，導(dǎo)入外緣基因，著重強(qiáng)化纖維品質(zhì)指標(biāo)的選育。生產(chǎn)中，一方面，要在第Ⅲ類高產(chǎn)高等品質(zhì)類品種中確定主栽品種，一方面注重標(biāo)準(zhǔn)化栽培，注重及時(shí)收花，以免過熟對比強(qiáng)度和馬克隆值產(chǎn)生不利的影響。使棉花產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)趨向最優(yōu)化。

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（責(zé)任編輯 李莉）

附表1 供試的126個(gè)陸地棉資源概括

Table 1 Introduction of 126 trial upland cotton materials

Comprehensive Evaluation of Germplasm resources of Upland Cotton in Xinjiang

LIU XiangYu, ZHAO Long, BAHARGUL·Xamxi, PENG Hua, ABDUREYIM·Ibrayim

(Turpan research Institute of Agricultural sciences, Xinjiang Academy of Agricultural sciences, Turpan 838000, Xinjiang)

Based on the morphological index, yield index and quality index, this study comprehensive evaluated the performance of the cotton germplasm resources in Xinjiang under the condition of seasonal water deficit in order to determinate main upland cotton cultivars and lay the foundation for the cotton cultivars improvement in Northwestern arid region.The comprehensive evaluation of quantitative traits about plant height, number of fruit branch,breeding time, effective boll number per plant, boll weight, lint percentage, seed index,seed cotton yield, lint yield, fiber length, fiber uniformity, fiber strength, fiber elongation, micronaire, fiber reflectance, yellow degree and SCI of 126 cotton varieties under the condition of seasonal water deficit were evaluated by correlation analysis, principal components analysis, hierarchical cluster analysis, stepwise discriminant analysisand multivariate analysis of variance etc.Firstly, the results of the correlation analysis showed that there is a certain correlation and overlap of information between 17 quantitative traits, because 56 of these coefficients is extremely significantly correlation at＜0.01 and 22 of these coefficients is significantly correlation at＜0.05. Secondly, the results of the principal components analysis showed that the first eight principal components represent 86.34% of the information which is the 17 quantitative traits of the 126 cotton varieties. The contribution rate is respectively 27.45%, 17.18%, 11.61%, 8.42%, 6.66%, 5.33%, 5.08%, and 4.63%.Thirdly, the results of the hierarchical cluster analysis showed that the 126 cotton cultivars were clustered into seven categories when the class separation distance is 12.5. among them, the first classⅠ has 22 varieties, the class Ⅱ has 17 varieties, the class Ⅲ has 19 varieties, the class Ⅳ has 28 varieties, the class has 19Ⅴ varieties, the class Ⅵ has 13 varieties, the class Ⅶ has 8 varieties. Fourthly the results of the stepwise discriminant analysis showed that the results of cluster analysis are accurate and reliable, because 114 cotton varieties were correctly discriminated, which identification rate was 90.48% and 12 cotton varieties were incorrectly discriminated, which false identification rate was 9.52%. Finally, the results of the multivariate analysis showed that the seven categories of cotton varieties were evaluated scientifically and the corresponding improvement schemes were proposed, which were the classⅠwhich is the cultivars of middle yield and middle quality, the classⅡwhich is the cultivars of low yield and high quality, the class Ⅲ which is the cultivars of high yield and high quality, the classⅣwhich is the cultivars of middle- and high- yield and middle quality, the class Ⅴ which is the cultivars of middle- and high- yield and upper middle quality, the class Ⅵ which is the cultivars of high yield and middle quality and the classⅦ which is the cultivars of low yield and low quality.On the one hand, the work of the cotton breeding in production in Xinjiang has a lot to improvement; on the other hand, most of the cultivars fall short of the requirements of high count cotton, besides the class Ⅵ and the class Ⅴ. The main upland cotton cultivars which are Suitable to Spin middle Count Cotton can be selected in the classⅢ. the classⅡare suitable to spin the high-quality cotton of high tenacity, but their yield indicators need to be improved. In future, in order to achieve the optimality which include yield and quality, the work of the cotton breeding in Northwestern arid region should be done by selecting suitable breeding strategies, according to different category of varieties.

upland cotton; drought; cluster analysis; comprehensive evaluation

2017-03-23；

2017-09-14

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2013BAD01B03-07）、新疆少數(shù)民族科技人才特殊培養(yǎng)計(jì)劃（201223105）

劉翔宇，E-mail：lxy791021@sina.com。

阿不都熱衣木·玉拉音，E-mail：a-ibrayim@163.com