陸地棉纖維品質(zhì)與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

劉成強(qiáng)

【摘 要】目前，隨著社會(huì)的發(fā)展，棉花是世界上第一大纖維作物和第二大油料作物。中國(guó)不但是一個(gè)產(chǎn)棉大國(guó)，也是用棉大國(guó)，棉花生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有極其重要的地位。隨著紡紗工業(yè)技術(shù)的不斷革新，對(duì)棉纖維品質(zhì)的要求也在不斷提高，優(yōu)質(zhì)成為棉花育種的新目標(biāo)。棉花品質(zhì)性狀屬于數(shù)量性狀，其表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果;因此對(duì)數(shù)量性狀的遺傳操縱能力決定了作物育種的效率。近年來(lái)，生物技術(shù)的發(fā)展為作物性狀改良提供了新的途徑，通過轉(zhuǎn)基因或分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，可從分子水平上操作目標(biāo)基因，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)性狀的改良。棉花纖維的長(zhǎng)度、強(qiáng)度、馬克隆值等品質(zhì)是評(píng)價(jià)棉花品質(zhì)的重要指標(biāo)。提高棉纖維品質(zhì)尤其是纖維強(qiáng)度，是當(dāng)前棉花育種工作者的一個(gè)重點(diǎn)。傳統(tǒng)育種方法在改良棉纖維品質(zhì)方面起到了重要作用，但由于受育種周期長(zhǎng)、外源種質(zhì)利用困難、產(chǎn)量較低等因素的限制，用常規(guī)育種技術(shù)進(jìn)行纖維品質(zhì)改良進(jìn)展緩慢。隨著分子技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將外源基因?qū)朊藁ㄖ斜磉_(dá)，以提高棉花纖維品質(zhì)，是近年來(lái)棉花品質(zhì)育種的新途徑，并取得進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】陸地棉纖維品質(zhì);主要農(nóng)藝性狀;相關(guān)性分析

棉花（GossypiumhirsutumL.）作為一種纖維作物，分布于世界多個(gè)地區(qū)，棉花是中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物。目前，在棉花育種過程中，提高棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)是育種家主要的關(guān)注目標(biāo)，因產(chǎn)量與纖維品質(zhì)、農(nóng)藝性狀存在相互影響，所以對(duì)于棉花產(chǎn)量、纖維品質(zhì)及重要農(nóng)藝性狀等的相關(guān)性分析越來(lái)越多。研究材料除了常規(guī)品種外，還包括雜交組合、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉等，所采用的統(tǒng)計(jì)分析方法包括簡(jiǎn)單相關(guān)分析、聚類分析、典型相關(guān)分析、偏相關(guān)分析等。

1、陸地棉纖維的形成

纖維的發(fā)育從開花開始到吐絮一般在40～50天以上，它是胚珠籽單個(gè)表皮細(xì)胞在開花，或接近開花時(shí)突起力經(jīng)伸長(zhǎng)次生壁加厚發(fā)育而成。不同品種和不同條件下其加厚的時(shí)間有差異。纖維素的沉積決定了纖維細(xì)胞壁的厚度，而原纖維的排列方式?jīng)Q定著纖維的結(jié)晶度。厚度和結(jié)晶度是纖維許多物理化學(xué)特性，尤其是強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。如果次生壁纖維沉積加厚開始得早，經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)，外界條件適宜，纖維素結(jié)晶性結(jié)構(gòu)增多、成熟度好，纖維強(qiáng)力就高，反之強(qiáng)力就低?？梢?，纖維素結(jié)晶性結(jié)構(gòu)是決定棉纖維強(qiáng)力的基礎(chǔ)。

2、影響因素分析

2.1影響棉纖維糖類物質(zhì)代謝改良纖維品質(zhì)

成熟棉纖維的主要組成部分是纖維素，纖維素是葡萄糖分子通過糖苷鍵連接而形成的子化合物。目前普遍認(rèn)為，在棉纖維細(xì)胞中，纖維素以尿苷二磷酸葡萄糖為底物由纖維素合酶催化合成。纖維素的合成涉及細(xì)胞中多種酶及其產(chǎn)物的相互作用。棉花蔗糖合酶是棉纖維合成的重要功能酶，此酶催化蔗糖分解為果糖和尿苷二磷酸葡萄糖原酶基因并將棉花內(nèi)固醇，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株株系纖維長(zhǎng)度比非轉(zhuǎn)基因株系低5%左右。目前利用植物激素合成基因及其信號(hào)途徑相關(guān)基因?yàn)槟康幕虻玫降霓D(zhuǎn)基因棉的纖維長(zhǎng)度明顯強(qiáng)于非轉(zhuǎn)基因棉。但是，由于受到目的基因、受體、啟動(dòng)子等客觀因素的影響所得的棉花株系改良效果不盡相同。

2.2利用棉纖維中細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)蛋白及其調(diào)節(jié)因子改良纖維品質(zhì)

細(xì)胞骨架是廣泛存在于真核細(xì)胞中的纖維狀結(jié)構(gòu)，對(duì)于維持細(xì)胞形狀、物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞的伸長(zhǎng)等具有重要影響。高等植物細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)除了組成細(xì)胞骨架的基本蛋白成分外，一些細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白對(duì)于維持細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及其正常生理功能的發(fā)揮具有重要作用。在棉花中，已發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白。肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白通過調(diào)控微絲的結(jié)構(gòu)在微管結(jié)合影響纖維素微纖維，此激酶也可以介導(dǎo)微絲和微觀之間的相互作用。此外，肌動(dòng)蛋白解聚因子也是一種重要的微絲調(diào)節(jié)蛋白。

2.3影響纖維素結(jié)晶性結(jié)構(gòu)的因素

1.遺傳物質(zhì)決定了纖維強(qiáng)度的最大潛力。在相同環(huán)境下不同品種間的差異很大，因此，在選育品種時(shí)重疊期長(zhǎng)短是選種的重要參數(shù)。2.溫度對(duì)纖維強(qiáng)度的影響。研究表明，15℃是棉纖維干物質(zhì)積累的下限溫度，因此一個(gè)棉區(qū)在確定使用品種后，要根據(jù)當(dāng)?shù)販囟冗x擇適宜的播種期和打頂時(shí)間，采用科學(xué)的促控栽培措施，把開花結(jié)鈴期控制在最適宜的溫度條件下。纖維生長(zhǎng)的后期主要是次生壁加厚，也就是在初生壁的內(nèi)面不斷地沉積纖維素層。次生壁的纖維素沉積有晝夜周期性，一般每晝夜加厚一層，其加厚除必要的養(yǎng)分和水分外，與溫度密切相關(guān)。在20℃～30℃的范圍內(nèi)，溫度愈高加厚愈快。如果夜間溫度低于20℃，纖維素的沉積受到影響，低于15℃加厚即停止。生長(zhǎng)后期的晚熟棉鈴的纖維次生壁加厚較少，不成熟的纖維多，這是氣溫降低影響纖維素沉積之故。3.營(yíng)養(yǎng)元素和光照對(duì)棉纖維強(qiáng)度也有一定影響。棉花是典型的喜光作物，通過其葉片內(nèi)的葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物能，因此，光是棉花干物質(zhì)生產(chǎn)最重要的因素。氮、磷、鉀的施用量與纖維發(fā)育密切相關(guān)，尤其是鉀能增加鈴數(shù)、鈴重、子指，降低空子率，提高纖維的強(qiáng)度。

3、優(yōu)化措施分析

3.1農(nóng)藝性狀與纖維品質(zhì)性狀的多元逐步回歸分析

以5個(gè)棉花農(nóng)藝性狀為自變量，分別以纖維上半部平均長(zhǎng)度、纖維斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值為因變量進(jìn)行逐步回歸分析。株高、果枝數(shù)、單鈴質(zhì)量和衣分決定了纖維上半部平均長(zhǎng)度0.1975的變異，果枝節(jié)位對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度的影響較小，單鈴質(zhì)量和衣分決定了纖維上半部平均長(zhǎng)度0.1779的變異，衣分單獨(dú)決定了纖維上半部平均長(zhǎng)度0.0903的變異。株高、果枝數(shù)、單鈴質(zhì)量和衣分決定了纖維斷裂比強(qiáng)度0.2214的變異，果枝節(jié)位對(duì)纖維斷裂比強(qiáng)度的影響不大，果枝數(shù)和衣分決定了纖維斷裂比強(qiáng)度0.1805的變異，果枝數(shù)單獨(dú)決定了纖維斷裂比強(qiáng)度0.1579的變異。果枝節(jié)位、果枝數(shù)、單鈴質(zhì)量和衣分決定了馬克隆值0.4718的變異，株高對(duì)馬克隆值的影響不大，單鈴質(zhì)量和衣分決定了馬克隆值0.4651的變異，衣分單獨(dú)決定了馬克隆值0.2023的變異。

3.2農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的通徑分析

為具體細(xì)化分析192份群體材料的5個(gè)主要農(nóng)藝性狀對(duì)纖維品質(zhì)性狀的影響，首先需要確定3個(gè)纖維品質(zhì)性狀與5個(gè)主要農(nóng)藝性狀間是否存在線性回歸關(guān)系。群體材料的纖維品質(zhì)與5個(gè)主要農(nóng)藝性狀間存在顯著線性關(guān)系，可以進(jìn)行通徑分析。通徑分析是對(duì)簡(jiǎn)單相關(guān)分析的進(jìn)一步細(xì)化，其效應(yīng)分為直接效應(yīng)和間接效應(yīng)。5個(gè)農(nóng)藝性狀對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度的直接效應(yīng)依次為衣分（|-0.3199|）>單鈴質(zhì)量（|-0.2344|）>株高（0.0573）>果枝數(shù)（0.0566）>果枝節(jié)位（0.0045），對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度的間接綜合效應(yīng)依次為單鈴質(zhì)量（0.2588）>衣分（0.2296）>株高（|-0.0306|）>果枝數(shù)（|-0.0152|）>果枝節(jié)位（|-0.0099|）。其中，單鈴質(zhì)量和衣分對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度的直接效應(yīng)為負(fù)，對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度的間接綜合效應(yīng)為正。

5個(gè)農(nóng)藝性狀對(duì)纖維斷裂比強(qiáng)度的直接效應(yīng)依次為衣分（|-0.2322|）>單鈴質(zhì)量（|-0.1865|）>果枝數(shù)（0.1831）>株高（0.0376）>果枝節(jié)位（|-0.0056|），對(duì)纖維斷裂比強(qiáng)度的間接綜合效應(yīng)依次為單鈴質(zhì)量（0.1905）>衣分（0.1503）>果枝數(shù)（|-0.0251|）>果枝節(jié)位（|-0.0168|）>株高（0.0024）。其中，單鈴質(zhì)量對(duì)纖維斷裂比強(qiáng)度的直接效應(yīng)為負(fù)，但其通過其他性狀影響纖維斷裂比強(qiáng)度的間接綜合效應(yīng)為正，且大于直接效應(yīng)。棉花纖維品質(zhì)除了受品種特性影響外，還受土壤條件、氣候條件、種植模式、生產(chǎn)技術(shù)等諸多因素的影響，這些因素不僅影響棉花的纖維品質(zhì)，還影響著棉花的產(chǎn)量。研究發(fā)現(xiàn)，棉籽油分含量與蛋白質(zhì)含量、棉花纖維上半部平均長(zhǎng)度、纖維斷裂比強(qiáng)度及馬克隆值存在顯著相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，棉花產(chǎn)量與纖維品質(zhì)之間存在矛盾性，兩者呈負(fù)相關(guān)，主要特征為纖維上半部平均長(zhǎng)度與衣分顯著負(fù)相關(guān)。有研究結(jié)果表明，基因連鎖是造成棉花產(chǎn)量與品質(zhì)互為矛盾的內(nèi)在因素，其連鎖關(guān)系被打破后，棉花產(chǎn)量和品質(zhì)會(huì)同步提高。

3.3基原纖、微原纖、原纖和巨原纖

基原纖是由幾根直線鏈狀大分子互相平行，并按一定距離、相位、形狀較穩(wěn)定地結(jié)合在一起形成的大分子束。微原纖就是纖維素大分子集積成極細(xì)微的絲狀體。每個(gè)微原纖中大約具有30個(gè)纖維素分子鏈，屬于結(jié)晶的大分子束。原纖是由若干根微原纖基本平行地排列結(jié)合在一起的更粗的大分子束，其直徑為10～30nm。巨原纖是由原纖基本平行地排列結(jié)合在一起的大分子束，巨原纖的直徑可達(dá)0.1～1.5μm。原纖和巨原纖存在比微原纖更大的縫隙、孔洞和非結(jié)晶區(qū)。巨原纖在棉纖維中是螺旋狀配置的，且螺旋方向不斷改變，每個(gè)大分子可能間隔地穿過幾個(gè)結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)，靠結(jié)晶區(qū)中大分子之間的結(jié)合力互相聯(lián)結(jié)在一起，又通過穿越2個(gè)以上結(jié)晶區(qū)的大分子將各結(jié)晶區(qū)聯(lián)系在一起，并由結(jié)構(gòu)較疏松的非結(jié)晶區(qū)把各結(jié)晶區(qū)間隔開來(lái)，使棉纖維形成疏密相間而又不散開的整體。棉纖維中大分子、微原纖、原纖的排列愈平行整齊，取向度和結(jié)晶度也愈高，纖維強(qiáng)度愈高。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本群體材料中，株高正向促進(jìn)棉花纖維上半部平均長(zhǎng)度和纖維斷裂比強(qiáng)度的增加，但卻不利于馬克隆值的降低。增加果枝數(shù)有利于棉花纖維上半部平均長(zhǎng)度和纖維斷裂比強(qiáng)度的增加，以及馬克隆值的降低。增加單鈴質(zhì)量、降低衣分也利于棉花纖維上半部平均長(zhǎng)度、纖維斷裂比強(qiáng)度的增加，以及馬克隆值的降低，但是衣分的降低將直接影響皮棉的產(chǎn)量，因此，應(yīng)綜合平衡各因素，達(dá)到最優(yōu)組合。棉花纖維品質(zhì)是由多種因素決定的，除了品種特性外，還有環(huán)境和氣候等因素。對(duì)于材料自身的特性來(lái)說，通過雜交來(lái)實(shí)現(xiàn)各品種特性互補(bǔ)是一種有效方法，所以，在棉花品種選育中，應(yīng)綜合考慮各品種特性和環(huán)境等因素，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與品質(zhì)的平衡。

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