孔清泉 楊兆光 吳振江 謝業(yè)濤 李強(qiáng) 肖遠(yuǎn)龍

摘要：對陸地棉種質(zhì)資源遺傳多樣性分析，可以篩選雜交的親本、創(chuàng)新種質(zhì)資源、拓寬棉花種質(zhì)基因庫、選育品種提供基礎(chǔ)材料。因而對92份陸地棉種質(zhì)資源的8個主要性狀進(jìn)行遺傳變異、相關(guān)性和聚類分析。遺傳變異分析表明，單株成鈴集中在22.0～32.0個，單鈴重集中在5.1～6.0 g，但有一半以上材料的衣分低于40%;纖維上半部平均長度集中在中絨類型（52.0%），斷裂比強(qiáng)度集中在中強(qiáng)（47.8%）和強(qiáng)（33.7%），馬克隆值大部分屬于C2類型（71.7%）;變異系數(shù)大于10%的有2個性狀：單株成鈴數(shù)（19.9%）、單鈴重（10.5%）。相關(guān)性分析表明，纖維上半部平均長度與斷裂比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān);衣分與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān);馬克隆值與生育期、衣分呈極顯著正相關(guān)，與纖維上半部平均長度呈極顯著負(fù)相關(guān)。Ward法聚類分析表明，遺傳距離為10 時可劃分為5大類，第Ⅰ類群的15份材料屬于高產(chǎn)、長纖維、低馬克隆值材料，第Ⅱ類群的28份材料屬于大鈴、高衣分材料，第Ⅲ類群的9份材料屬于生育期短、優(yōu)質(zhì)材料，第Ⅴ類群的27份材料屬于大鈴、優(yōu)質(zhì)材料。

關(guān)鍵詞：陸地棉;種質(zhì)資源;遺傳多樣性;聚類分析

中圖分類號：S562.035? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2095-3143（2020）03-0033-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.03.005

Genetic Diversity Analysis of? Main Characters in 92 Upland Cotton

Germplasm Resources

Kong Qingquan， Yang Zhaoguang， Wu Zhenjiang， Xie Yetao， Li Qiang， Xiao Yuanlong

（Cotton Research Institute of Jiangxi Province， Jiujiang， Jiangxi 332000， China）

Abstract： In this study， we analyzed the genetic diversity of 92 upland cotton germplasm resources， in order to provide basic materials for screening parental cotton germplasm suitable for hybridization， innovating cotton germplasm resources， broadening cotton germplasm gene pool and breeding. Genetic variation， correlation and cluster analysis were performed on 7 agronomic traits and 5 fiber quality traits of 92 upland cotton germplasm resources. In terms of agronomic traits the number of boll per plant was concentrated in 22.0～32.0， and the concentration of single boll weight was 5.1～6.0 g. However， on the lint percentage， more than half of the materials were less than 40%. In terms of quality， the upper half mean length was concentrated in the medium velvet type （52.0%）， and the fiber strength was concentrated in the medium strong （47.8%） and strong （33.7%）， the micronaire value was concentrated in the C2（71.7%）. There were 2 traits with coefficient of variation greater than 10%， number of bolls per plant （19.9%）， single boll weight （10.5%）. Correlation analysis showed that the upper half mean length significantly positively correlated with the fiber strength， and significantly negatively correlated with the micronaire value; the lint percentage significantly positively correlated with boll weight， micronaire value， and significantly negatively correlated with the upper half mean length， fiber strength; the micronaire value significantly positively correlated with growth period， lint percentage. Cluster analysis classified 92 cotton germplasm into five groups when the genetic distance was 10. The groupⅠof 15 materials was high yield， long staple， low micronaire value; group Ⅱof 28 materials was large bell， high lint; group Ⅲ of 9 materials was short growth period， high quality materials; group Ⅴof 27 materials was large bell， high quality materials.

Key words： Upland cotton; Germplasm resources; Genetic diversity; Cluster analysis

0? 引言

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物與紡織工業(yè)的原材料[1]，對提高我國國民生產(chǎn)總值有重要作用。陸地棉是我國種植面積最大、分布范圍最廣的是四大栽培棉之一。目前，隨著我國人口的快速增長、國家的飛速發(fā)展，對棉花產(chǎn)物的需求量越來越大，對棉纖維品質(zhì)的要求越來越高，因此高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉種的培育顯得尤為重要。影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素在于內(nèi)因，即作物的遺傳因素，也就是說提高產(chǎn)量優(yōu)化品質(zhì)主要在于作物品種[1]。種質(zhì)資源是作物育種的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)，在棉花育種研究中具有舉足輕重的作用。對棉花種質(zhì)資源研究的目的是為育種提供遺傳多樣性豐富的親本材料。因此挖掘具有遺傳多樣性的棉花種質(zhì)，對棉花科研人員來說，仍然是一項艱巨而不斷追求的核心目標(biāo)。在研究棉花不同來源不同遺傳背景的種質(zhì)資源時，所采用的統(tǒng)計分析方法主要包括變異分析[2-3]、相關(guān)性分析[4-7]、聚類分析[8-12]等。李慧琴，等[11]通過對270個陸地棉種質(zhì)資源的品質(zhì)與農(nóng)藝性狀的變異情況、遺傳多樣性、品質(zhì)性狀間的相關(guān)性、聚類分析，篩選出了可以改良棉花斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和改良棉花產(chǎn)量構(gòu)成的資源材料。劉存敬，等[13]通過對從前蘇聯(lián)引進(jìn)的種質(zhì)材料的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量因子和纖維品質(zhì)等性狀系統(tǒng)的鑒定研究，篩選出早熟、矮稈、高衣分、高籽指、長纖維、高強(qiáng)度和細(xì)度好等不同特性的優(yōu)異材料44份，改善了我國棉花種質(zhì)資源缺乏的現(xiàn)狀。董承光，等[14]對153份陸地棉種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價，認(rèn)為這153份種質(zhì)材料能為各類棉花育種和遺傳研究提供較為豐富的親本材料。本研究通過對92份陸地棉種質(zhì)資源進(jìn)行主要農(nóng)藝性狀與纖維品質(zhì)性狀的遺傳變異、相關(guān)性、聚類分析及評價，以期為篩選適用于作雜交親本的棉花種質(zhì)、創(chuàng)新棉花種質(zhì)資源、拓寬棉花種質(zhì)基因庫、選育品種提供基礎(chǔ)材料。

1? 材料與方法

1.1? 材料

92份陸地棉材料中有76份是2015年從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所引進(jìn)2016年自交繁代，2017年繼續(xù)種植并進(jìn)行性狀調(diào)查，另有16份材料是江西省棉花研究所育種課題組自培材料（未審定）。代號是1～92。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設(shè)計

試驗于2017年在江西省棉花研究所科研基地進(jìn)行。試驗田肥力中等，冬作空閑。試驗材料共計92份，每材料為一小區(qū)，隨機(jī)排列，雙行種植，小區(qū)面積20 m2。2017年4月19日播種，雙膜小拱棚營養(yǎng)缽育苗，期間及時揭膜煉苗。5月26日移栽，行距0.87 m，株距0.48 m，種植密度2.4萬株/hm2。栽后管理與常規(guī)大田管理一致，并按時進(jìn)行主要性狀調(diào)查工作。

1.2.2? 性狀調(diào)查與考種

調(diào)查各材料生育期、農(nóng)藝性狀、纖維品質(zhì)。吐絮期在每小區(qū)選取長勢均勻一致的的棉花10株， 主要調(diào)查株高、單株成鈴數(shù)。每小區(qū)（每材料）隨機(jī)采收棉株中部內(nèi)圍正常開裂棉桃50個，室內(nèi)進(jìn)行考種測定單鈴重、衣分等;各材料取皮棉20 g，送交中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心（安陽）進(jìn)行五項纖維指標(biāo)測定。

1.2.3? 數(shù)據(jù)處理與分析

上述5個農(nóng)藝性狀指標(biāo)和3個品質(zhì)性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行基本整理。利用SAS 8.0軟件進(jìn)行各性狀的遺傳變異情況和相關(guān)性分析。利用SPSS 25.0進(jìn)行聚類分析，聚類分析方法采用離差平方和法。各類群的平均值用Microsoft Excel 2010軟件完成。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 主要性狀的遺傳變異分析

試驗數(shù)據(jù)用平均值、極差、變異系數(shù)等基本統(tǒng)計量分析不同材料8個性狀的表現(xiàn)和變異情況（表1、表2）。

從生育進(jìn)程來看，生育期變異幅度為116～126 d，極差是10天，總變異系數(shù)是1.7%，有65份材料的生育期在121～125 d，占總數(shù)的70.7%，有26份材料在115～120 d，占總數(shù)的28.3%，低于115天的材料數(shù)為0份，平均生育期是121.6 d，說明這批材料大部分屬于中早熟材料（120～135 d）。

從農(nóng)藝性狀來看，單株結(jié)鈴的變異幅度為18.6～46.8個，極差是28.2個，有38份材料的單株結(jié)鈴集中在27.1～32.0個，占總數(shù)的41.3%，單株結(jié)鈴數(shù)小于22個的有9份材料，占總數(shù)的9.8%，大于37個的有13份材料，占總數(shù)的14.1%，平均單株結(jié)鈴數(shù)是30.1個，變異系數(shù)為19.9%（表現(xiàn)為最大）。株高變異幅度為90.8～144.0 cm，極差是53.2 cm，變異系數(shù)是7.9%，有89份材料的株高在110.1～144.0 cm，占總數(shù)的93.4%，株高在90.8～100.0 cm的有3份材料，平均株高是123.4 cm，說明這些材料的株型整體較為高大。單鈴重變異幅度為4.2～6.8 g，大于5.0 g有79份材料，占總數(shù)的85.9%，變異系數(shù)為10.5%。衣分的變異幅度為33.4%～44.9%，變異系數(shù)是5.8%，大于或等于40%的占43.5%，平均衣分僅為39.7%。一般變異系數(shù)大于10%表示樣本間差異較大[15]，經(jīng)綜合分析各農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)不同材料間的單株結(jié)鈴和單鈴重遺傳差異較大，多樣性豐富，有利于種質(zhì)資源的比較篩選，但是衣分大于或等于40%的不足一半，表現(xiàn)一般。

從纖維品質(zhì)性狀來看，纖維上半部平均長度變異幅度為28.1～34.7 mm，平均纖維長度為31.1 mm，變異系數(shù)是4.2%，根據(jù)NY/T 1426-2007 [16]，92份材料有48份材料屬于中絨類型（28.0～30.9 mm），34份材料屬于中長絨類型（31.0～32.9 mm），10份材料屬于長絨類型（33.0～36.9 mm），表明有接近一半的材料達(dá)到中長絨甚至長絨等級。斷裂比強(qiáng)度變異幅度為25.7～35.1 cN/tex，變異系數(shù)是6.3%，平均值是30.0 cN/tex，有60份材料的斷裂比強(qiáng)度達(dá)到較強(qiáng)及以上等級（29.0～36.9 cN/tex）。馬克隆值變異幅度為4.1～6.1，變異系數(shù)是7.8%，平均值是5.1，屬于A類型（3.7～4.2）的有2份材料，屬于B2類型（4.3～4.9）的有24份材料，屬于C2（5.0及以上）類型的有66份材料，大部分材料的馬克隆值偏大。經(jīng)綜合分析92份材料的品質(zhì)性狀，發(fā)現(xiàn)這批材料的上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)較好，但馬克隆值大部分屬于C2類型。

2.2? 性狀間的相關(guān)分析

對92份陸地棉種質(zhì)資源的8個主要性狀進(jìn)行相關(guān)性分析（表3），結(jié)果表明生育期與成鈴數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，說明縮短生育期，可以增加成鈴數(shù)，同時也可在一定程度上改善馬克隆值;衣分與上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，可見衣分越高，單鈴重越大，同時會導(dǎo)致上半部平均長度降低，斷裂比強(qiáng)度減弱，馬克隆值變大;上半部平均長度與斷裂比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)，即上半部平均長度越長，斷裂比強(qiáng)度越強(qiáng)，馬克隆值越低;斷裂比強(qiáng)度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)，即斷裂比強(qiáng)度越強(qiáng)，馬克隆值越小。

2.3? 聚類分析

為了將這些材料進(jìn)行分類，用SPSS 25.0軟件對92份材料進(jìn)行聚類分析，在遺傳距離為10時，92份材料可聚類為5大類（圖1），并且對不同類群的進(jìn)行了基本統(tǒng)計（表5）。第Ⅰ類群有15份材料，這一類群表現(xiàn)為成鈴數(shù)（36.32個/株）最高，株高中等（119.15 cm）、衣分較高（40.66%）、單鈴重較重（5.69 g）、上半部平均長度較長（中長絨）、馬克隆值較優(yōu)（B2），綜合分析說明該類群屬于產(chǎn)量性狀和纖維上半部平均長度、馬克隆值優(yōu)的棉花材料。第Ⅱ類群有28份材料，這一類群表現(xiàn)為單鈴重（5.94 g）最大，衣分（41.78%）最高，上半部平均長度為中絨、斷裂比強(qiáng)度中等、馬克隆值較差（C2），綜合分析說明該類群屬于大鈴、高衣分，纖維品質(zhì)差的棉花材料。第Ⅲ類群有9份材料，這一類群表現(xiàn)為生育期（118.77 d）最短，上半部平均長度為中長絨，斷裂比強(qiáng)度為強(qiáng)類型，馬克隆值為B2類型，綜合分析說明該類群屬于生育期短，纖維品質(zhì)優(yōu)的棉花材料。第Ⅳ類群有13份材料，這一類群平均數(shù)，株高為127.09 cm、單鈴重為4.94 g、衣分為37.73%、成鈴數(shù)為27.46個/株、上半部平均長度為中絨、馬克隆值為C2類型，綜合分析說明該類群表現(xiàn)差。第Ⅴ類群有27份材料，這一類群平均的單鈴重為5.80 g，上半部平均長度為中長絨、斷裂比強(qiáng)度為強(qiáng)類型、馬克隆值為B2類型，綜合分析說明這一類群是大鈴優(yōu)質(zhì)棉花材料。

3? 討論與結(jié)論

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。本研究中涉及的試驗材料大部分屬于中早熟材料，株型整體較為高大，大部分單鈴重大于5.0 g，接近一半衣分達(dá)到40%，接近一半纖維長度達(dá)到中長絨甚至長絨等級，大部分?jǐn)嗔驯葟?qiáng)度達(dá)到較強(qiáng)及以上等級，有2份馬克隆值達(dá)到A等級（3.7～4.2），說明無論在產(chǎn)量性狀還是品質(zhì)性狀上，這批種質(zhì)材料都有一定的利用價值。尹會會，等[17]研究134份國外陸地棉種質(zhì)材料，除纖維長度、整齊度和衣分的變異系數(shù)小于5%，其余性狀的變異系數(shù)均大于5%。本試驗研究結(jié)果顯示除了生育期和纖維長度小于5%外，其余6個性狀的變異系數(shù)均大于5%，其中成鈴數(shù)和單鈴重的變異系數(shù)大于10%;兩者的各性狀變異情況基本相似。一般變異系數(shù)大于10%表示樣本間差異比較大[15]，說明92份材料成鈴數(shù)和單鈴重之間存在的差異較大，資源類型豐富，有利于種質(zhì)材料的比較和篩選。

作物產(chǎn)量的高低、品質(zhì)的好壞與光能利用的多少有直接關(guān)系，光能利用率的大小受植株形態(tài)結(jié)構(gòu)影響[18-19]，因此棉花株型與產(chǎn)量和品質(zhì)之間存在著密切的相關(guān)性。本研究在對各個性狀的相關(guān)性分析中，發(fā)現(xiàn)衣分與單鈴重、馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與纖維長度、斷裂比強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān);生育期與馬克隆值極顯著正相關(guān)，與單株成鈴數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān);纖維長度與斷裂比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)。這與尹會會，等[17]、李慧琴，等[11]部分研究結(jié)果較一致。同時這些研究表明棉花產(chǎn)量與品質(zhì)之間存在著難以“和平共處”的矛盾，在棉花育種中為獲得豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花新品種，應(yīng)協(xié)調(diào)好兩者的關(guān)系，不可一度追求高產(chǎn)而忽略品質(zhì)，也不可過度追求優(yōu)質(zhì)而影響到產(chǎn)量。為解決這一難題，育種家通過分子技術(shù)輔助育種，以期培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花新材料。

聚類分析是直接比較各事物之間的性質(zhì)，將性質(zhì)相近的歸為一類，將性質(zhì)差別較大的歸入不同類的分析方法。本研究的聚類結(jié)果顯示，第Ⅰ類群的15份材料屬于高產(chǎn)、長纖維、馬克隆值較好材料，在育種中可以用做親本材料加以利用;第Ⅱ類群是大鈴、高衣分材料，第Ⅲ類群是生育期短、優(yōu)質(zhì)材料，第Ⅴ類群是大鈴、優(yōu)質(zhì)材料。這些材料可作為增產(chǎn)、改善品質(zhì)的中間材料。本試驗中聚類分析所用的田間試驗數(shù)據(jù)受環(huán)境條件影響較大，因此，若取得更為理想的聚類分析結(jié)果，應(yīng)在嚴(yán)格控制試驗環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合分子標(biāo)記等先進(jìn)技術(shù)，對試驗進(jìn)行更加系統(tǒng)的研究，以進(jìn)一步明確各種質(zhì)資源間的親緣關(guān)系[20-21]，更好的為選配雜交親本提供理論依據(jù)。

本研究所調(diào)查的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀均屬表型數(shù)據(jù)，易受環(huán)境因素的影響，且為一年的結(jié)果，因此要進(jìn)行兩年甚至三年的重復(fù)試驗，獲多年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以減少試驗誤差。

通過對這些材料進(jìn)行不同方面的分析，認(rèn)為其遺傳多樣性豐富，并挑選了部分材料用來增產(chǎn)或改良纖維品質(zhì)。

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收稿日期：2020-4-22

基金項目：國家科技重大專項（2016ZX08005001-006）;江西省重點(diǎn)研發(fā)計劃（S2018ZPYFE1239）。

作者簡介：

孔清泉（1990-），女，河南周口人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，研究方向為棉花新品種選育，

1192746722@qq.com。

通信作者：肖遠(yuǎn)龍（1964-），男，江西九江人，研究方向為棉花新品種選育，595915594@qq.com。