在全球氣候變暖的背景下,極端天氣事件出現(xiàn)的瀕率逐漸增加,農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生呈頻次高、強(qiáng)度大、影響廣等特征。新疆地區(qū)遠(yuǎn)離海洋,屬于典型的溫帶大陸性氣候和沙漠氣候區(qū),春季氣溫極不穩(wěn)定,棉花播種出苗的關(guān)鍵時(shí)期常受到低溫冷害、終霜凍害、大風(fēng)沙塵、冰雹等多類型氣象災(zāi)害的影響[2。2023年,南疆庫(kù)車5月7日出現(xiàn)突破歷史極值的最晚終霜期,且當(dāng)年低溫冷害導(dǎo)致南疆多個(gè)地區(qū)棉花重播、補(bǔ)種面積創(chuàng)歷史新高[3。終霜期顯著延后,低溫冷害的極端性增強(qiáng),進(jìn)一步加大了對(duì)棉花安全生產(chǎn)的威脅。因此,在南疆地區(qū)篩選早熟、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性好的棉花品種,結(jié)合適當(dāng)晚播,可以有效解決低溫冷害等極端天氣侵襲。
遼寧省位于我國(guó)植棉區(qū)最北界,至今已有400余年的植棉歷史[]。遼寧省經(jīng)濟(jì)作物研究所作為該省內(nèi)唯一從事棉花育種、栽培、植保研究與技術(shù)推廣的科研單位,在棉花種質(zhì)資源創(chuàng)制、新品種選育、栽培技術(shù)研究等方面具有較大優(yōu)勢(shì),并審定了一系列遼棉品種。其中,以遼棉10號(hào)、遼棉15號(hào)和遼棉19號(hào)等為代表的遼棉品種在早熟、抗病方面表現(xiàn)較好,曾在遼寧等北方特早熟棉區(qū)、黃河流域夏播棉區(qū)以及新疆等西北內(nèi)陸棉區(qū)廣泛應(yīng)用,并利用早熟品種資源遼95-25審定新陸早12號(hào)4等。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,新疆已成為我國(guó)最大棉花產(chǎn)區(qū)。因此,如何充分利用內(nèi)地優(yōu)異棉花種質(zhì)資源,豐富新疆棉花品種資源遺傳多樣性,已成為自前科研工作者的新課題之一。
當(dāng)前,棉花種質(zhì)資源研究主要基于表型性狀鑒定,對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行分類,育種實(shí)踐中則著重對(duì)豐產(chǎn)型、大鈴型、高衣分等特異材料加以利用[5-],然而,在種質(zhì)資源利用上,現(xiàn)有研究多集中于表型特征的靜態(tài)解析,對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素與纖維品質(zhì)性狀的動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)性缺乏系統(tǒng)闡釋,制約了優(yōu)異種質(zhì)的精準(zhǔn)化利用。GGE(genotypemain effects plus geno-type × environmentinteractionmode)雙標(biāo)圖作為基因型與環(huán)境互作分析的有效工具,已經(jīng)成功構(gòu)建了包括品種豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性分析[1I-I2]、品種適宜種植區(qū)域劃分[13-14]、品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分[15-16]在內(nèi)的多維評(píng)價(jià)體系,并在多種作物上廣泛應(yīng)用。GGE雙標(biāo)圖的適應(yīng)性功能圖能夠用于評(píng)價(jià)不同種質(zhì)資源在各試驗(yàn)點(diǎn)的適應(yīng)性。該功能圖通過(guò)將外圍品種連接成一個(gè)多邊形,并將所有品種包含在內(nèi),然后從坐標(biāo)原點(diǎn)向多邊形的各邊作垂線,將多邊形劃分為不同的扇區(qū)。在同一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的試驗(yàn)點(diǎn)為環(huán)境相似點(diǎn),而該扇區(qū)頂點(diǎn)上的品種則是在該相似生態(tài)環(huán)境中表現(xiàn)最為優(yōu)異的品種。本研究針對(duì)南疆低溫冷害時(shí)有發(fā)生的情況,選用7份早熟棉種質(zhì)資源,以新疆棉花區(qū)域試驗(yàn)早中熟組對(duì)照品種中棉所49為對(duì)照,開展早熟棉資源在南疆地區(qū)適當(dāng)晚播的相關(guān)研究,利用高穩(wěn)系數(shù)法和GGE雙標(biāo)圖的適應(yīng)性功能圖分析參試品種的皮棉單產(chǎn)和纖維品質(zhì)指標(biāo)適應(yīng)性,以篩選出適合南疆利用的早熟優(yōu)質(zhì)棉花種質(zhì)資源,旨在應(yīng)對(duì)棉花主產(chǎn)區(qū)種植制度改革、災(zāi)后復(fù)播和次宜棉區(qū)植棉等關(guān)鍵問題。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
2022年供試品種有7個(gè),分別為遼棉51、遼棉52、九圣禾M138、新陸早61號(hào)、中棉113、遼棉55和中棉所49,編號(hào)依次為 B1~B7;2023 年供試品種有8個(gè),分別為遼棉50、遼棉51、九圣禾M138、遼棉52、新陸早61號(hào)、遼棉55、中棉113和中棉所49,編號(hào)依次為 L1~L8 ,其中中棉所49為對(duì)照品種,各品種的生育期及來(lái)源詳見表1。
表1參試品種的早熟性及品種來(lái)源
注:各品種的生育期數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
2022年和2023年所有供試材料均種植于以下10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),分別為尉犁縣(WL)庫(kù)爾勒市(KEL)沙雅縣(SY)、阿拉爾市(ALE)阿瓦提縣(AWT)、圖木舒克(TMSK)、麥蓋提縣(MGT)、岳普湖縣(YPH)、輪臺(tái)縣(LT)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師29團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱為“29團(tuán)”,EJT)。采用隨機(jī)區(qū)組排列,采用1膜6行 (66cm+10cm 種植模式,株距為 10cm,3 次重復(fù),小區(qū)面積 20m2 ,每小區(qū)6行,行長(zhǎng) 8.8m 。播種時(shí)間較當(dāng)?shù)卮筇锊シN推后15d ,試驗(yàn)點(diǎn)管理水平高于試點(diǎn)所在地區(qū)大田,試驗(yàn)點(diǎn)土質(zhì)類型和栽培管理基本情況詳見表2。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法
1.3.1皮棉單產(chǎn)測(cè)定。收獲前,每個(gè)小區(qū)選取20個(gè)中部棉鈴進(jìn)行室內(nèi)考種,測(cè)定鈴重、皮棉質(zhì)量,折算衣分;小區(qū)全部實(shí)收稱量籽棉質(zhì)量,按面積折算籽棉單產(chǎn),計(jì)算皮棉單產(chǎn)。
1.3.2纖維品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。軋花后,各試點(diǎn)每小區(qū)取 20g 皮棉送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)檢驗(yàn)測(cè)試中心(原農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心),測(cè)定纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值。
1.4 數(shù)據(jù)處理
高穩(wěn)系數(shù)[17](highstabilitycoefficient,HSC)能夠反映品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性,其值越小表示該品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性越好,計(jì)算公式如下: HSCi=[1-(Xi- Si)/1.10Xck]×100% 式中, HSCi 為第 i 個(gè)參試品種的高穩(wěn)系數(shù), Xi 和 Si 分別為第 i 個(gè)品種的平均皮棉單產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)誤差, Xck 為對(duì)照品種的平均皮棉單產(chǎn)。
采用Genstat23.0(VSNInternationalLtd,UK)分析軟件的GGE雙標(biāo)圖進(jìn)行不同品種的皮棉單產(chǎn)和纖維品質(zhì)指標(biāo)的適應(yīng)性評(píng)價(jià),利用SPSSv27.0.1軟件進(jìn)行聯(lián)合方差分析,并用最小顯著差數(shù)法(leastsignificantdifference,LSD)進(jìn)行多重比較。
表22022年和2023年10個(gè)試點(diǎn)土質(zhì)類型和栽培管理基本情況
2 結(jié)果與分析
2.1早熟棉資源皮棉單產(chǎn)的方差分析及比較
2022一2023年早熟棉種質(zhì)資源皮棉單產(chǎn)的多環(huán)境聯(lián)合方差分析結(jié)果(表3)表明,皮棉單產(chǎn)的表型變異來(lái)源中,基因型主效應(yīng)、環(huán)境主效應(yīng)和基因型 × 環(huán)境互作效應(yīng)在2年均達(dá)到極顯著水平。2022年和2023年基因型主效應(yīng)、環(huán)境主效應(yīng)和基因型 × 環(huán)境互作效應(yīng)的變異分別占處理總變異的34.81%.48.61%.8.37% 和 21.66%.61.54%.11.87% ??梢?,基因型和環(huán)境是供試早熟棉材料皮棉單產(chǎn)變異的主要來(lái)源。
表32022一2023年早熟棉種質(zhì)資源皮棉單產(chǎn)的方差分析結(jié)果
注:**表示存在極顯著差異 (Plt;0.01 )。
由表4可知,早熟棉品種在晚播15d的情況下,皮棉單產(chǎn)均高于或顯著高于早中熟品種中棉所49。其中,2022年供試早熟棉品種的皮棉單產(chǎn)差異較大,高穩(wěn)系數(shù)最小的品種是九圣禾M138,皮棉單產(chǎn)為 2 475.91kg?hm-2 ,較對(duì)照品種中棉所49顯著提高 10.62% ;遼棉 52 的皮棉單產(chǎn)為 2464.14kg tan-2 ,較對(duì)照顯著增加 10.10% . HSC 排名第2。2023年供試早熟棉品種中高穩(wěn)系數(shù)最小的依然是九圣禾M138,皮棉單產(chǎn)為 2 731.06kg?hm-2 ,較對(duì)照顯著提高 10.53% ;皮棉單產(chǎn)最高的品種是遼棉52,為 2 740.66kg?hm-2 ,較對(duì)照顯著提高 10.91% 高穩(wěn)系數(shù)排名第5。2年試驗(yàn)結(jié)果表明,九圣禾M138、遼棉52和遼棉51的高穩(wěn)系數(shù)位于前列,且高產(chǎn)位次與高穩(wěn)系數(shù)位次基本一致,初步說(shuō)明早熟棉種質(zhì)資源九圣禾M138、遼棉52和遼棉51在新疆南疆不同生態(tài)區(qū)的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性表現(xiàn)較好。
表42022一2023年不同早熟棉品種皮棉單產(chǎn)的比較
注:皮棉單產(chǎn)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;同一列內(nèi)不同小寫字母表示同一年份品種間在0.05水平存在顯著差異。
2.2 早熟棉資源豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的GGE雙標(biāo)圖評(píng)價(jià)
由圖1a可以看出,2022年沙雅縣和岳普湖縣在同一扇區(qū),在這一扇區(qū)中表現(xiàn)最好的品種為中棉113;尉犁縣、阿拉爾市、阿瓦提縣、圖木舒克、麥蓋提縣、輪臺(tái)縣和29團(tuán)共7個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)在同一扇區(qū),適合種植九圣禾M138;庫(kù)爾勒市為單獨(dú)一個(gè)扇區(qū),適合種植遼棉52。由圖1b可以看出,2023年遼棉50、遼棉51和遼棉55在29團(tuán)和輪臺(tái)縣扇區(qū)內(nèi),遼棉55位于該扇區(qū)的頂點(diǎn),說(shuō)明遼棉55是最適合上述區(qū)域種植的品種;尉犁縣、庫(kù)爾勒市、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在同一扇區(qū),在這一扇區(qū)表現(xiàn)最好的品種為遼棉52,其次為九圣禾M138。2年試驗(yàn)的GGE雙標(biāo)圖分析結(jié)果表明,早熟棉品種遼棉52和九圣禾M138的適宜種植區(qū)域?yàn)槟辖貐^(qū)的尉犁縣、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等大部分區(qū)域。
圖12022年(a)和2023年(b)早熟棉種質(zhì)資源皮棉單產(chǎn)的GGE雙標(biāo)圖
2.3早熟棉資源纖維上半部平均長(zhǎng)度的GGE雙 標(biāo)圖評(píng)價(jià)
由圖2a可以看出,2022年尉犁縣、圖木舒克、輪臺(tái)縣和沙雅縣在同一扇區(qū),在這一扇區(qū)內(nèi)的上半部平均長(zhǎng)度表現(xiàn)好的品種為中棉113和遼棉55;庫(kù)爾勒市、阿拉爾市、阿瓦提縣、麥蓋提縣、岳普湖縣和29團(tuán)6個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)在同一扇區(qū),在此扇區(qū)內(nèi),上半部平均長(zhǎng)度表現(xiàn)好的品種為遼棉52。由圖2b可以看出,2023年尉犁縣、庫(kù)爾勒市、沙雅縣、岳普湖縣和輪臺(tái)縣在同一扇區(qū),中棉113位于該扇區(qū)的頂點(diǎn),遼棉55也是該區(qū)域內(nèi)纖維上半部平均長(zhǎng)度表現(xiàn)較優(yōu)的品種;阿拉爾市、阿瓦提縣、圖木舒克、麥蓋提縣和29團(tuán)屬于同一扇區(qū),在這一扇區(qū)表現(xiàn)最好的品種為遼棉51和新陸早61號(hào),九圣禾M138在上述區(qū)域適應(yīng)性好。2年的試驗(yàn)表明,早熟棉品種中棉113、遼棉55、遼棉52、新陸早61號(hào)和九圣禾M138的纖維上半部平均長(zhǎng)度在不同年份的各自扇區(qū)內(nèi)的適應(yīng)性均較好,其中沙雅縣纖維上半部平均長(zhǎng)度與其余試點(diǎn)差異很大,說(shuō)明地域差異對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度具有一定的影響。
圖22022年(a)和2023年(b)早熟棉種質(zhì)資源纖維上半部平均長(zhǎng)度的GGE雙標(biāo)圖
2.4早熟棉資源斷裂比強(qiáng)度的GGE雙標(biāo)圖評(píng)價(jià)從圖3a中可以看出,2022年29團(tuán)在獨(dú)立扇區(qū)內(nèi),斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)好的品種為中棉113;尉犁縣、庫(kù)爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)處于同一扇區(qū)內(nèi),在這一扇區(qū)內(nèi)斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)好的品種為新陸早61號(hào)和遼棉55。由圖3b可以看出,2023年29團(tuán)在獨(dú)立扇區(qū)內(nèi),斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)好的品種為九圣禾M138;尉犁縣、庫(kù)爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)處于同一扇區(qū)內(nèi),在這一扇區(qū)內(nèi)斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)好的品種為新陸早61號(hào)和中棉113。2年的試驗(yàn)表明,對(duì)于斷裂比強(qiáng)度而言,地域差異影響不大,29團(tuán)為1個(gè)特殊試驗(yàn)點(diǎn),其他9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)生態(tài)區(qū)相近,新陸早61號(hào)的斷裂比強(qiáng)度的適應(yīng)性較好。
圖32022年(a)和2023年(b)早熟棉種質(zhì)資源斷裂比強(qiáng)度的GGE雙標(biāo)圖
2.5早熟棉資源馬克隆值的GGE雙標(biāo)圖評(píng)價(jià)
從圖4a可以看出,2022年輪臺(tái)縣和29團(tuán)處于同一扇區(qū)內(nèi),馬克隆值高的品種為新陸早61號(hào)和中棉113;庫(kù)爾勒市、阿瓦提縣和沙雅縣等8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)處于同一扇區(qū)內(nèi),中棉所49的馬克隆值在該區(qū)域中最高,接近原點(diǎn)的品種為九圣禾M138和遼棉52。由圖4b可以看出,2023年遼棉50和遼棉51處于扇區(qū)頂點(diǎn),其他品種的馬克隆值不受地域的影響。2年的試驗(yàn)表明,馬克隆值受地域的影響不大。
圖42022年(a)和2023年(b)早熟棉種質(zhì)資源馬克隆值的GGE雙標(biāo)圖
3 討論與結(jié)論
在全球氣候變暖的背景下,春季氣溫持續(xù)上升,但劇烈降溫或晚霜凍災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)卻在增加。新疆是我國(guó)棉花的主產(chǎn)區(qū),災(zāi)害天氣對(duì)棉花生產(chǎn)帶來(lái)不利影響,其中低溫冷害是制約新疆棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要災(zāi)害之一[8]。因此,選擇早熟優(yōu)質(zhì)的棉花品種,適當(dāng)推遲播種期,綜合運(yùn)用水、肥、藥調(diào)控棉花個(gè)體和群體,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成鈴、集中吐絮,可以有效緩解災(zāi)害性天氣對(duì)棉花生產(chǎn)的影響[。本研究開展了早熟棉種質(zhì)資源在南疆的適應(yīng)性分析,從不同早熟棉品種的皮棉單產(chǎn)表現(xiàn)可以看出,品種間差異較大,2022年和2023年九圣禾M138的高穩(wěn)系數(shù)排名第1,皮棉單產(chǎn)均明顯高于對(duì)照品種,2023年皮棉單產(chǎn)最高的品種是遼棉52,為 2740.66kg hm-2 ,比對(duì)照增加 10.91% ,高穩(wěn)系數(shù)排名第5。參試品種的生育期比當(dāng)?shù)刂髟云贩N早熟15d左右,能夠在晚播或?yàn)?zāi)后復(fù)播情況下正常成熟收獲。引入早熟棉資源能夠有效縮短棉花生長(zhǎng)周期,減輕低溫冷害對(duì)棉株生長(zhǎng)的不利影響,這與唐雪蓮等2的研究結(jié)果一致。
本研究利用GGE雙標(biāo)圖的適應(yīng)性功能圖,從皮棉單產(chǎn)的角度分析參試早熟棉品種的適宜種植區(qū)域,得出遼棉52和九圣禾M138的適宜種植區(qū)域?yàn)樾陆辖貐^(qū)的尉犁縣、沙雅縣、阿拉爾市和阿瓦提縣等大部分區(qū)域,遼棉51、遼棉50和遼棉55適宜在29團(tuán)和輪臺(tái)縣種植。尚紅燕等2提出對(duì)棉花品種或資源進(jìn)行鑒定和評(píng)價(jià)時(shí),要同時(shí)考慮供試材料單產(chǎn)和纖維品質(zhì)性狀間的真實(shí)差異以及試驗(yàn)環(huán)境對(duì)材料性狀的影響,以便提高品種和資源鑒定篩選的目的性和有效性。因此,本研究利用GGE雙標(biāo)圖適應(yīng)性功能圖對(duì)參試早熟棉資源的纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值這3個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,得出中棉113、遼棉55、遼棉52、新陸早61號(hào)和九圣禾M138的纖維上半部平均長(zhǎng)度在不同年份的各自扇區(qū)內(nèi)的適應(yīng)性好,其中沙雅縣纖維上半部平均長(zhǎng)度與其余試點(diǎn)差異較大,說(shuō)明地域差異對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度具有一定的影響;2022一2023年,對(duì)于斷裂比強(qiáng)度而言,29團(tuán)為獨(dú)立的1個(gè)生態(tài)環(huán)境,在該區(qū)域斷裂比強(qiáng)度表現(xiàn)好的品種為中棉113和九圣禾M138;尉犁縣、庫(kù)爾勒市、沙雅縣和阿拉爾市等9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)為環(huán)境相似區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi)新陸早61號(hào)的斷裂比強(qiáng)度的適應(yīng)性好。然而,不能因此認(rèn)為其他不在試驗(yàn)點(diǎn)扇區(qū)內(nèi)的品種斷裂比強(qiáng)度適應(yīng)性差,因?yàn)楦鱾€(gè)品種的斷裂比強(qiáng)度均較為理想。馬克隆值適應(yīng)性功能圖分析表明九圣禾M138和遼棉52接近原點(diǎn),馬克隆值相對(duì)較低,其值的大小受地域的影響較小,該結(jié)果與柯會(huì)鋒等22的研究結(jié)果不同,可能與試驗(yàn)地點(diǎn)和試驗(yàn)材料選擇有關(guān)。
唐淑榮等[23]研究表明 ?10°C 有效積溫是影響棉花中熟品種纖維品質(zhì)的最主要因素,氣象因子對(duì)纖維長(zhǎng)度和馬克隆值的影響依次為 ?10°C 有效積溫、降水量和日照時(shí)間。本研究的試驗(yàn)地點(diǎn)為南疆各適宜植棉區(qū),在晚播15d的條件下種植早熟棉種質(zhì)資源均可以正常吐絮成熟,纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值指標(biāo)在積溫、光照、肥水都能夠滿足品種纖維發(fā)育的前提下,指標(biāo)差異主要來(lái)源于品種的基因型。進(jìn)一步對(duì)單產(chǎn)和品質(zhì)綜合分析發(fā)現(xiàn),遼棉52和九圣禾M138可以作為豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種資源在西北內(nèi)陸棉區(qū)加以利用,能夠拓寬新疆棉花種質(zhì)遺傳基礎(chǔ),更好地培育適合新疆廣泛種植的棉花新品種。
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(責(zé)任編輯:莊蕾責(zé)任校對(duì):楊子山)
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[2]LiFG,F(xiàn)anGY,LuCR,etal. Genome sequence of culti-vateduplandcotton(GossypiumhirsutumTM-1) providesin-sights into genome evolution[J].NatureBiotechnology,2015,33(5):524-530.
[3] SunRB,TianRP,MaD,etal.Comparative transcriptomestudyprovidesinsightsintoacquisitionof embryogenicabilityinupland cotton duringsomatic embryogenesis [J/OL]. JournalofCottonResearch,2018,1:9[引用日期].https://doi.org/10.1186/s42397-018-0010-1.(注:數(shù)字\"9\"為文章編號(hào),引用日期可為作者寫作完成日期)
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