鄧艷鳳, 肖水平, 楊 秀, 楊紹群, 劉新穩(wěn), 柯興盛, 王 濤

(江西省棉花研究所/國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系鄱陽湖綜合試驗站，江西 九江 332105)

棉花不僅是我國主要的經(jīng)濟作物，也是僅次于糧食的第二大農(nóng)作物，是紡織工業(yè)的主要原材料。早熟陸地棉生育期短、生長發(fā)育快，可以和冬小麥、油菜和馬鈴薯等農(nóng)作物進行輪作，從而實現(xiàn)糧棉一年兩熟，增加復(fù)種指數(shù)，有效緩解糧棉爭地[1]。此外，早熟棉可以有效避免因早春干旱鹽堿濃度升高對棉花出苗造成的傷害，可以在新疆部分棉區(qū)及一些濱海鹽堿地等地區(qū)種植，增加棉花種植面積，從而提高土地利用率。因此，選育早熟棉成為當(dāng)下主要的研究方向[2]。

通過觀察和分析早熟棉的主要農(nóng)藝性狀，探討棉花新品系的農(nóng)藝特性，對早熟棉新品種(系)的選育有著重要的意義。目前一般采用變異分析[3]、相關(guān)分析[4-6]和聚類分析[7-9]等多種統(tǒng)計分析方法對棉花的主要農(nóng)藝性狀進行比較。李慧琴等[10]對24份陸地棉材料表型性狀進行變異性分析，發(fā)現(xiàn)有5個性狀的變異系數(shù)均>10%，說明這24份陸地棉種質(zhì)資源類型豐富，有利于特異種質(zhì)材料的比較和篩選。徐敏等[11]對早熟棉創(chuàng)新種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀進行聚類分析，將144份種質(zhì)資源材料分為9大類群，這些類群可分別作為早熟、大鈴、抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)材料加以利用。鄧艷鳳等[12]對江西省棉花研究所早熟課題組2012—2015年選育的57份早熟陸地棉材料主要性狀進行分析，篩選出5份具早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等特性的棉花新品系。本研究以江西省棉花研究所育種研究室2015—2017年選育的63份早熟棉新品系為試驗材料，對主要農(nóng)藝性狀進行變異分析、相關(guān)分析和聚類分析，綜合評價這63份材料主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，以期篩選出綜合性狀優(yōu)良的新品系，為區(qū)域試驗或品種審定和推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為江西省棉花研究所早熟課題組篩選出的63份早熟棉新品系材料(表1)，種植在江西省棉花研究所試驗田。試驗于2018—2019年進行，種植方式為板地精準(zhǔn)直播，各小區(qū)長10.0 m、寬1.5 m，雙行區(qū)，行距0.8 m、株距0.2 m。各小區(qū)隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3次重復(fù)。2年都在5月中旬播種，待棉花幼苗長出第2片真葉后定苗。其他田間農(nóng)藝操作參照當(dāng)?shù)卦缡烀尢镩g管理方法。

表1 63份早熟棉新品系材料

1.2 測定指標(biāo)及方法

前期記錄每份材料的出苗期和吐絮期，并計算全生育期；后期在每小區(qū)選取10株長勢正常的棉花，分別測量株高、單株果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)。收花期在棉株中部內(nèi)圍采收60個完全開裂的棉鈴，室內(nèi)考種記錄單鈴重和衣分，并取纖維樣品寄送到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心(安陽)檢測上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)和斷裂伸長率。各性狀調(diào)查方法及標(biāo)準(zhǔn)參考《棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]。

1.3 統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2007初步整理，利用SAS 8進行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等統(tǒng)計量的計算以及相關(guān)分析，利用SPASS 20.0進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 早熟棉新品系主要性狀的遺傳多樣性

由表2可知，63份早熟棉新品系生育期在85.00～101.00 d之間；株高在88.00～130.00 cm之間；果枝數(shù)在11.00～21.00個之間；結(jié)鈴數(shù)在9.10～29.00個之間；衣分在34.19%～44.40%之間；鈴重在3.93～5.17 g之間；纖維長度在26.10～31.90 mm之間；比強度在27.10～36.00 cN·tex-1之間；馬克隆值在4.70～6.00之間；整齊度指數(shù)在81.90%～87.90%之間；伸長率在6.70%～7.00%之間；籽棉產(chǎn)量在1 850.33～3 753.34 kg·hm-2之間。

表2 早熟棉新品系農(nóng)藝性狀的變異情況

由表2還可知，各性狀變異系數(shù)以結(jié)鈴數(shù)最大(23.03%)、籽棉產(chǎn)量第二(16.70%)；伸長率最小(0.83%)、整齊度指數(shù)(1.51%)倒數(shù)第二；其他農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在3.21%～13.70%之間。由此可見，結(jié)鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量具有較高的改良潛力，而伸長率和整齊度指數(shù)已趨于穩(wěn)定。

2.2 早熟棉新品系主要性狀間的相關(guān)性

由表3可知，早熟棉新品系不同農(nóng)藝性狀指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，生育期與株高、纖維長度和比強度呈極顯著正相關(guān)，與衣分和馬克隆值呈極顯著負相關(guān)；株高與果枝數(shù)、纖維長度和比強度呈極顯著正相關(guān)，與鈴重和籽棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與衣分呈極顯著負相關(guān)，與馬克隆值呈顯著負相關(guān)；衣分與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與比強度呈極顯著負相關(guān)，與鈴重呈顯著負相關(guān)；鈴重與比強度和伸長率呈極顯著正相關(guān)，與纖維長度呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈顯著負相關(guān)；纖維長度與比強度和伸長率呈極顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈極顯著負相關(guān)；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)；整齊度指數(shù)與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。其中，成鈴數(shù)與其余11個農(nóng)藝性狀均不存在顯著相關(guān)。

表3 早熟棉新品系農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析1)

2.3 早熟棉新品系的生育期和株型性狀

棉花的早熟性主要受生育期和植株形態(tài)(株高、果枝)等因素制約，是一個較為復(fù)雜的綜合性狀[14]。對63份材料的生育期、株高和果枝數(shù)3個性狀進行聚類分析(圖1)，在聚類距離9.0處將63份材料分為五大類。其中，第Ⅰ類包含23份材料，分別是：H02、H03、H09、H18、H26、H28、H33、H38、H39、H41、H45、H46、H47、H48、H49、H53、H55、H56、H58、H59、H60、H61和H62；第Ⅱ類包含13份材料，分別是：H04、H15、H17、H20、H21、H22、H32、H34、H35、H36、H37、H57和H63；第Ⅲ類包含17份材料，分別是：H05、H08、H10、H12、H13、H16、H19、H23、H24、H25、H27、H29、H30、H40、H43、H52和H54；第Ⅳ類包含9份材料，分別是：H01、H06、H07、H11、H14、H31、H42、H44和H51；第Ⅴ類群由H50單獨組成。從表4可見，第Ⅱ類群的生育期(89.08 d)、株高(89.85 cm)和果枝數(shù)(13.15)的平均值在5個類群中均最小，說明該類群的棉花材料早熟性最為突出。第Ⅰ類群的生育期(89.87 d)略高于第Ⅱ、Ⅲ類群，株高(98.74 cm)僅高于第Ⅱ類群，果枝數(shù)(15.12)僅高于第Ⅱ類群。因此，第Ⅰ類群屬于較早熟材料。

圖1 63份早熟棉新品系生育期與株型性狀的系統(tǒng)聚類圖

表4 早熟棉新品系不同類群的生育期和株型性狀表現(xiàn)

2.4 早熟棉新品系的產(chǎn)量因素

成鈴數(shù)、衣分、鈴重和籽棉產(chǎn)量都是決定棉花產(chǎn)量的重要因素，除衣分主要受遺傳特性決定外，其他性狀受外界環(huán)境影響較大[15]。對63份材料的4個產(chǎn)量性狀進行聚類分析，以聚類距離9.5將其劃分為五大類(圖2)。其中，第Ⅰ類包含20份材料，分別是：H03、H05、H07、H09、H10、H11、H18、H19、H20、H21、H22、H23、H24、H25、H43、H44、H45、H46、H48和H51；第Ⅱ類包含22份材料，分別是：H01、H02、H13、H14、H15、H17、H30、H36、H37、H38、H39、H40、H41、H42、H47、H49、H50、H54、H55、H58、H61和H63；第Ⅲ類包含4份材料，分別是：H06、H08、H12和H56；第Ⅳ類包含5份材料，分別是：H27、H28、H29、H33和H35；第Ⅴ類包含12份材料，分別是：H04、H16、H26、H31、H32、H34、H52、H53、H57、H59、H60和H62。從表5可見，第Ⅲ類群的籽棉產(chǎn)量(3 560.90 kg·hm-2)和鈴重(4.60 g)平均值在5個類群中最大，結(jié)鈴數(shù)的平均值(14.30)僅次于第Ⅱ類群，衣分的平均值(38.37%)僅高于第Ⅳ類群。綜合來看，第Ⅲ類群屬于高產(chǎn)材料。第Ⅰ類群籽棉產(chǎn)量(3 086.93 kg·hm-2)平均值僅低于第Ⅲ類群，鈴重(4.50 g)平均值低于第Ⅲ、Ⅳ類群，結(jié)鈴數(shù)平均值(14.26)僅低于第Ⅱ、Ⅲ類群，衣分平均值(39.22%)僅低于第Ⅱ、Ⅴ類群，因此，第Ⅰ類群屬于較高產(chǎn)材料。

表5 早熟棉新品系不同類群的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)

圖2 63份早熟棉新品系產(chǎn)量性狀的系統(tǒng)聚類圖

2.5 早熟棉新品系的纖維品質(zhì)

纖維長度、整齊度指數(shù)、馬克隆值、比強度等是鑒定棉花纖維品質(zhì)優(yōu)劣的主要指標(biāo)[16]。對63份材料的5個纖維品質(zhì)性狀進行聚類分析，以聚類距離14.5將其劃分為四大類(圖3)。其中，第Ⅰ類包含33份材料，分別是：H04、H09、H19、H20、H23、H31、H33、H35、H38、H39、H44、H45、H61、H63、H11、H27、H32、H49、H54、H55、H59、H60、H06、H16、H46、H57、H07、H13、H18、H30、H40、H43和H52；第Ⅱ類包含4份材料，分別是：H17、H53、H58、H62；第Ⅲ類包含11份材料，分別是：H03、H08、H10、H12、H15、H21、H22、H24、H25、H41和H47；第Ⅳ類包含15份材料，分別是：H01、H02、H05、H14、H26、H28、H29、H34、H36、H37、H42、H48、H50、H51和H56。從表6可見，第Ⅳ類群纖維長度(30.33 mm)、比強度(34.97 cN·tex-1)和伸長率(6.87%)平均值在4個類群中最大，馬克隆值平均值(5.17)在4個類群中最小，整齊度指數(shù)平均值(84.76%)僅高于第Ⅱ類群。綜合來看，第Ⅳ類群屬于優(yōu)質(zhì)材料。第Ⅰ類群纖維長度平均值(28.61 mm)僅低于第Ⅳ類群，比強度(31.18 cN·tex-1)和馬克隆值(5.45)平均值均高于第Ⅲ類群，整齊度指數(shù)平均值(85.20%)僅低于第Ⅲ類群，伸長率平均值(6.81%)僅低于第Ⅳ類群。因此，第Ⅰ類群屬于較優(yōu)質(zhì)材料。

表6 早熟棉新品系不同類群的品質(zhì)性狀表現(xiàn)

圖3 63份早熟棉新品系品質(zhì)性狀的系統(tǒng)聚類圖

3 討論與結(jié)論

變異系數(shù)是反映不同觀測值變異程度的重要統(tǒng)計參數(shù)，常用來衡量作物遺傳多樣性及多變環(huán)境下的遺傳穩(wěn)定性[17]。選擇優(yōu)良新品種(系)的潛力與農(nóng)作物各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)有直接聯(lián)系，一般變異系數(shù)越大，遺傳多樣性越豐富，對優(yōu)良品種的選擇越有利[18-19]。馬曉梅等[20]對新疆128個早熟陸地棉參試品種(系)的調(diào)查表明，5個主要性狀的變異系數(shù)從小到大依次為：株高<果枝數(shù)<始節(jié)位<籽棉產(chǎn)量<結(jié)鈴數(shù)。本試驗對63份早熟陸地棉高代新品系的12個農(nóng)藝性狀進行遺傳變異分析，發(fā)現(xiàn)變異系數(shù)>5%的有8個性狀，結(jié)鈴數(shù)(23.03%)和籽棉產(chǎn)量(16.70%)變異系數(shù)最大，表明遺傳多樣性較為豐富；變異系數(shù)<5%的有纖維長度(4.58%)、生育期(3.21%)、整齊度指數(shù)(1.51%)和伸長率(0.83%)，說明參試材料在產(chǎn)量性狀上具有很大的改良潛力，而生育期和品質(zhì)性狀趨于穩(wěn)定，可作為篩選早熟優(yōu)質(zhì)棉花材料的穩(wěn)定依據(jù)。

棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)及其他農(nóng)藝性狀之間存在相互影響。因此，為提高產(chǎn)量和改良品質(zhì)，棉花農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性越來越受重視。石建斌等[21]研究表明，陸地棉果枝數(shù)與比強度呈顯著正相關(guān)，衣分與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，而單鈴重與馬克隆值呈極顯著負相關(guān)。齊海坤等[22]對機采棉雜交后代主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，籽棉產(chǎn)量與株高、果枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；而品質(zhì)性狀又與果枝數(shù)、鈴重呈負相關(guān)，與衣分呈正相關(guān)性，表明產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀與株型性狀之間有一定的相關(guān)性。本研究表明，早熟陸地棉高代新品系籽棉產(chǎn)量與生育期、株高、成鈴數(shù)、單鈴重、馬克隆值和整齊度指數(shù)呈正相關(guān)性，這與齊海坤等[22]的研究結(jié)果相一致。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)棉花鈴重除與馬克隆值呈顯著負相關(guān)外，其余4個品質(zhì)性狀均存在不同程度的正相關(guān)，表明通過提高棉花鈴重能夠改善纖維品質(zhì)，但鈴重與衣分呈顯著負相關(guān)，即隨著鈴重的增加衣分也越來越低。因此，在培育新品種時應(yīng)兼顧產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的相關(guān)性。

對63份早熟陸地棉高代新品系分別按生育期與株型性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀三方面進行聚類，篩選出早熟材料13份、較早熟材料23份，高產(chǎn)材料4份、較高產(chǎn)材料20份，優(yōu)質(zhì)材料15份、較優(yōu)質(zhì)材料33份。同時具有早熟、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性的材料為H56(生育期90.00 d，株高100.00 cm，果枝數(shù)14.00個，成鈴數(shù)11.00個，衣分39.09%，單鈴重5.08 g，棉纖維長度29.60 mm，比強度34.90 cN·tex-1，馬克隆值5.6，整齊度指數(shù)為85.60%，伸長率6.90%，籽棉產(chǎn)量3 451.76 kg·hm-2)，建議參加長江流域棉區(qū)早熟組區(qū)域試驗，以期獲得新品種審定并進行示范推廣。早熟優(yōu)質(zhì)材料4份，分別是H02、H26、H28、H48，早熟較高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)材料1份為H02(生育期89.00 d，株高95.00 cm，果枝數(shù)15.50個，成鈴數(shù)11.00個，衣分41.37%，單鈴重4.76 g，棉纖維長度30.20 mm，比強度34.90 cN·tex-1，馬克隆值5.1，整齊度指數(shù)為83.10%，伸長率6.80%，籽棉產(chǎn)量2 462.14 kg·hm-2)，較早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料2份，分別是：H36(生育期90.00 d，株高92.00 cm，果枝數(shù)12.00個，成鈴數(shù)10.00個，衣分39.90%，單鈴重4.66 g，棉纖維長度28.80 mm，比強度33.70 cN·tex-1，馬克隆值5.3，整齊度指數(shù)為85.20%，伸長率6.80%，籽棉產(chǎn)量2 572.39 kg·hm-2)和H37(生育期91.00 d，株高88.00 cm，果枝數(shù)12.00，成鈴數(shù)12.00，衣分43.98%，鈴重4.61 g，棉纖維長度30.30 mm，比強度34.20 cN·tex-1，馬克隆值5.3，整齊度指數(shù)為83.80%，伸長率6.90%，籽棉產(chǎn)量2 668.69 kg·hm-2),建議參加長江流域棉區(qū)早熟組區(qū)域試驗。

對63份早熟陸地棉新品系主要農(nóng)藝性狀進行綜合比較，共篩選出早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料1份、早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料1份和較早熟較高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉材料2份，下一步將申請轉(zhuǎn)基因安全證書并參加2 a的DUS測試，為參加棉花區(qū)域試驗打下基礎(chǔ)和保障。