200份陸地棉種質(zhì)資源的遺傳多樣性分析

劉劍光 趙君 徐劍文 吳巧娟 肖松華

摘要：對200份陸地棉種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀進行鑒定，并開展產(chǎn)量、纖維品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，以期為棉花遺傳改良研究中的親本選配提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，在產(chǎn)量性狀中，單株結(jié)鈴數(shù)的變異系數(shù)最大，其次為籽指;在纖維品質(zhì)性狀中，斷裂伸長率的變異系數(shù)最大，其次為馬克隆值;纖維長度與斷裂比強度存在正相關(guān)，馬克隆值與纖維長度、斷裂比強度存在顯著負(fù)相關(guān);所有材料可分為6個類群。

關(guān)鍵詞：陸地棉;種質(zhì)資源;遺傳多樣性;產(chǎn)量性狀;纖維品質(zhì)性狀

中圖分類號：S562.024 ? 文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）14-0066-04

棉花是世界上最重要的經(jīng)濟作物之一，是紡織工業(yè)原料、食用油、飼料蛋白和農(nóng)民收入的重要來源，也是當(dāng)前生產(chǎn)生物柴油最具潛力的原料之一，受到許多國家政府的高度重視。在我國的國民經(jīng)濟發(fā)展中，棉花對我國農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收同樣起到了不可替代的作用[1]。近年來，國內(nèi)棉花育種不斷有新的突破，每年都有許多品種通過國審、省審并進行推廣種植，但與我國棉紡織工業(yè)和棉花生產(chǎn)的發(fā)展需求相比，目前推廣的棉花品種存在纖維品質(zhì)類型單一的突出問題[2-4]。有研究發(fā)現(xiàn)，在我國棉花產(chǎn)量、品質(zhì)提高的諸多因素中，科技進步占40%以上，其中品種改良占主要份額[5]，而種質(zhì)資源則是品種培育、改良的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，加強棉花種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究具有重要意義[6]。許多研究者對棉花種質(zhì)資源進行了分析與評價，篩選出了一批特異資源并將其用到了育種中，為新品種的選育推廣作出了巨大的貢獻[7-10]。因此，不斷發(fā)掘、利用種質(zhì)資源并加以鑒定分析，是培育突破性棉花品種的重要基礎(chǔ)。本試驗以200份陸地棉種質(zhì)資源為研究材料，通過2年的田間性狀調(diào)查與測定，對其主要數(shù)量性狀進行綜合評價分析，旨在為進一步合理利用種質(zhì)資源、培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花新品種提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用研究材料來源于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所棉花研究室歷年來創(chuàng)建的200份陸地棉資源材料，編號為JZ-001～JZ-200。

1.2 田間試驗設(shè)計

本試驗所用材料于2017-2018年種植于江蘇省鹽城市大豐區(qū)稻麥原種場試驗田，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每個材料均種植2行，行長5 m，行距 1 m，株距0.3 m，設(shè)2次重復(fù)。試驗田肥力中等，均勻一致，田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

1.3 試驗性狀調(diào)查

于8月中上旬打頂后在每小區(qū)連續(xù)選取典型棉株10株，調(diào)查株高、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)。調(diào)查依據(jù)為杜雄明等的棉花種質(zhì)資源性狀描述規(guī)范[11]。于9月中旬收取50個中部正常吐絮棉鈴，室內(nèi)考種調(diào)查鈴質(zhì)量、籽指、衣分，并取20 g皮棉樣品送至中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心，檢測棉花纖維上半部平均長度、斷裂比強度、斷裂伸長率、馬克隆值、長度整齊度指數(shù)等品質(zhì)指標(biāo)，檢驗依據(jù)為GB/T 20392—2006《HVI棉纖維物理性能試驗方法》。

1.4 描述性統(tǒng)計

用Excel 2016對調(diào)查統(tǒng)計的性狀數(shù)據(jù)進行整理，用SPSS（19.0 版）分析軟件計算各性狀的均值、大小值、變幅、標(biāo)準(zhǔn)差、方差和變異系數(shù)并進行系統(tǒng)聚類分析、主成分分析及相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)性狀的數(shù)據(jù)分析

根據(jù)纖維品質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果對200份材料的主要纖維品質(zhì)指標(biāo)進行統(tǒng)計分析。由表1可以看出，該批材料不同纖維品質(zhì)性狀間的變異系數(shù)為1.21%～16.99%，其中斷裂伸長率處于5.90%～12.30%區(qū)間，變異系數(shù)為16.99%，是幾個性狀中最大的，說明個體間斷裂伸長率差異較大;馬克隆值的變異系數(shù)達14.49%，說明樣本在該性狀上存在較大差異，有利于特異資源的篩選比較;纖維長度、斷裂比強度的均值分別為30.50 mm、30.80 cN/tex，變異系數(shù)均小于10.00%，說明本研究所用材料多屬于高品質(zhì)材料且纖維品質(zhì)性狀差異不大。

2.2 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀的數(shù)據(jù)分析

對200份材料的田間農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀進行統(tǒng)計分析，由表2可以看出，該批材料在株高、果枝數(shù)性狀方面的差異較小，其均值分別為96.36 cm、16.10臺，與在江蘇省種植的主要品種的指標(biāo)接近。主要產(chǎn)量性狀的變異程度較大，單株結(jié)鈴數(shù)、鈴質(zhì)量及衣分的變異系數(shù)都超過了10.00%，分布在11.29%～24.65%之間，其中單株結(jié)鈴數(shù)的變異系數(shù)最大，高達24.65%，說明供試材料在主要產(chǎn)量性狀指標(biāo)上存在較大差異，資源類型比較豐富，在實際育種工作中可以根據(jù)不同育種目標(biāo)為育種家提供更多可供選擇的親本材料。

2.3 主要數(shù)量性狀的聚類分析

以歐氏距離為遺傳距離，對11個數(shù)量性狀進行聚類分析，建立樹狀圖。從圖1可以看出， 200份材料在聚類距離為5時聚為6類。對不同類群的材料進行統(tǒng)計分析，將獲得的結(jié)果列于表3。類群Ⅰ包含46份材料，平均株高為103.70 cm，單株結(jié)鈴數(shù)為29.52個，單鈴質(zhì)量為5.20 g，衣分為33.48%，籽指為11.88 g，在該批材料中屬于產(chǎn)量性狀表現(xiàn)好的一個類群。但該類群材料纖維品質(zhì)表現(xiàn)一般，纖維長度、斷裂比強度分別為29.36 mm、28.93 cN/tex。類群Ⅱ包括的材料最多，有63份，平均株高為 91.90 cm，單株結(jié)鈴數(shù)為27.88個，單鈴質(zhì)量為5.27 g，衣分為32.20%，籽指為12.59 g，其單鈴質(zhì)量是幾個類群中最高的;纖維品質(zhì)表現(xiàn)一般，纖維長度、斷裂比強度分別為29.64 mm、29.72 cN/tex。類群Ⅲ包括47份材料，該類群材料單株結(jié)鈴數(shù)低（19.23個）、纖維品質(zhì)優(yōu)良（纖維長度為32.51 mm，斷裂比強度為33.85 cN/tex，馬克隆值為3.53），性狀表現(xiàn)較為集中。類群Ⅳ包括42份材料，產(chǎn)量性狀表現(xiàn)一般（單株結(jié)鈴數(shù)為20.60個，單鈴質(zhì)量為5.10 g，衣分為28.81%）、纖維品質(zhì)較好（纖維長度為 30.83 mm，斷裂比強度為30.94 cN/tex，馬克隆值為4.14）。類群Ⅴ包括1份材料，是本批研究材料中株高最矮的，僅為75.00 cm;產(chǎn)量性狀表現(xiàn)一般，單株鈴數(shù)為22.65個，鈴質(zhì)量為4.27 g，衣分為27.42%;纖維品質(zhì)表現(xiàn)好，纖維長度為31.80 mm，纖維斷裂比強度為33.5 cN/tex，馬克隆值為3.70。類群Ⅵ也只包括1份材料，屬于產(chǎn)量性狀較好、結(jié)鈴性超強的材料，單株結(jié)鈴數(shù)高達54.30個，單鈴質(zhì)量為 5.06 g，衣分為34.03%，籽指為11.70 g，纖維長度、斷裂比強度分別為29.15 mm、29.70 cN/tex。聚類分析結(jié)果也表明，這批材料有較豐富的變異，能為培育特異種質(zhì)資源和新品種提供更多的材料來源。

2.4 主要數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

對200份材料的產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等9個主要數(shù)量性狀進行相關(guān)性分析，由表4可以看出，單株結(jié)鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分等產(chǎn)量性狀與纖維長度、斷裂比強度均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與前人的研究結(jié)果[12-15]一致。馬克隆值與單株結(jié)鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分呈極顯著正相關(guān)，與纖維長度、斷裂比強度存在極顯著負(fù)相關(guān)，說明馬克隆值變大，單鈴質(zhì)量與衣分增加，同時纖維長度和斷裂比強度下降;斷裂伸長率與馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與纖維長度、斷裂比強度呈極顯著負(fù)相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物，棉花種質(zhì)資源是培育棉花優(yōu)良品種和發(fā)展棉花生產(chǎn)最重要的基礎(chǔ)材料。長期的棉花生產(chǎn)實踐證明，優(yōu)異的種質(zhì)資源對育種水平的提高有著重要意義。我國棉花種質(zhì)資源豐富，遺傳基礎(chǔ)廣泛，系統(tǒng)地對棉花種質(zhì)資源進行鑒定、分析及遺傳多樣性研究，能為棉花的遺傳改良提供更加豐富的親本材料，對于棉花的遺傳育種具有重大的推動意義。

本試驗通過對200份棉花種質(zhì)資源的系統(tǒng)鑒定，發(fā)現(xiàn)單株結(jié)鈴數(shù)、鈴質(zhì)量、衣分及馬克隆值、斷裂伸長率的變異系數(shù)都超過了10.00%。產(chǎn)量性狀中單株結(jié)鈴數(shù)的變異系數(shù)達到了24.65%，纖維品質(zhì)性狀中馬克隆值的變異系數(shù)為14.49%，這與尹會會等的研究結(jié)果[13，15]是一致的。

通過對200份棉花資源材料的產(chǎn)量性狀及纖維品質(zhì)性狀相結(jié)合進行相關(guān)性分析、聚類分析，從試驗結(jié)果可以看出，棉花數(shù)量性狀間的相關(guān)關(guān)系比較復(fù)雜，彼此相互影響制約，各性狀對棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種目標(biāo)有不同的貢獻，因此在棉花種質(zhì)利用及培育棉花新品種時應(yīng)充分考慮各性狀間的關(guān)系，找到平衡點，兼顧棉花產(chǎn)量和棉花纖維品質(zhì)的提高。

參考文獻：

[1]李繼福，何俊峰，陳佛文. 中國棉花生產(chǎn)格局與施肥研究現(xiàn)狀——基于CNKI數(shù)據(jù)計量分析[J]. 中國棉花，2019，46（4）：17-24，28.

[2]肖松華，劉劍光，狄佳春，等. 江蘇省棉花新品種選育研究進展及發(fā)展思路[J]. 中國棉花，2001，28（7）：4-6.

[3]郭香墨，范術(shù)麗，王紅梅，等. 我國棉花育種技術(shù)的創(chuàng)新與成就[J]. 棉花學(xué)報，2007，19（5）：323-330.

[4]石建斌，周 紅，王 寧，等. 陸地棉纖維品質(zhì)與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2019，35（4）：770-775.

[5]郭香墨，姚金波. 我國棉花育種成就與種植結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略[J]. 種子，2005，24（6）：56-58.

[6]杜雄明，孫君靈，周忠麗，等. 棉花資源收集、保存、評價與利用現(xiàn)狀及未來[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2012，13（2）：163-168.

[7]劉存敬，翟學(xué)軍，王國印，等. 引進前蘇聯(lián)陸地棉種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟性狀鑒定研究[J]. 棉花學(xué)報，1998，10（2）：68-73.

[8]朱青竹，趙國忠，馬峙英.不同來源棉花種質(zhì)資源材料主要農(nóng)藝經(jīng)濟性狀鑒定與分析[J]. 棉花學(xué)報，2002，14（4）：237-241.

[9]張香桂，周寶良，陳 松，等. 引進國外棉花種質(zhì)資源主要農(nóng)藝及經(jīng)濟性狀鑒定研究[J]. 棉花學(xué)報，2002，11（6）：361-364.

[10]王芙蓉，張 軍，劉勤紅，等. 棉花種質(zhì)資源纖維品質(zhì)分析及評價[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002（2）：29-31.

[11]杜雄明，周忠麗. 棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[12]潘家駒. 棉花育種學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998：203-204.

[13]李慧琴，于 婭，王 鵬，等. 270份陸地棉種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2019，20（4）：1-9.

[14]董承光，王 娟，周小鳳，等. 基于表型性狀的陸地棉種質(zhì)資源遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2016，17（3）：438-446.

[15]尹會會，李秋芝，李海濤，等. 134份國外陸地棉種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀與纖維品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2017，18（6）：1105-1115.