南疆优质陆地棉材料产量与纤维品质性状的多样性分析_王伟.pdf

2023，Vol.43，No.08农业与技术农业科学南疆优质陆地棉材料产量与纤维品质性状的多样性分析王伟 梅拥军(塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300)摘要:为了解陆地棉的产量性状与纤维品质性状之间的关系，采用变异分析、相关分析、主成分分析、基因型值分析和聚类分析，对新疆南疆地区 145 份优质陆地棉(长度30.00mm、断裂比强度30.00cNtex1)杂交 F4和 F5世代的 4 个产量性状和 5 个纤维品质性状进行了分析。结果显示，变异系数范围 1.633%35.634%，其中单株皮棉产量变异系数最大，整齐度变异系数最小，产量性状变异大于纤维品质性状。相关分析表明，陆地棉产量性状与纤维品质性状间存在复杂的相关性。主成分分析表明，以特征值1.00 提取前 3 个主成分，其累计贡献率为 66.103%，第 1 主成分、第 3 主成分主要反映棉花纤维品质特征、第 2 主成分主要反映棉花产量特征。基因型值分析表明，145 份材料具有丰富的遗传多样性，其中单株皮棉产量基因型值差异幅度最大，伸长率的基因型值差异幅度最小。根据碎石图将材料分为 6 类，第 1 类产量最高，第 6 类纤维品质综合最好。本研究结果以期为新疆南疆陆地棉新品种选育及遗传研究提供一定的理论依据。关键词:陆地棉;产量性状;纤维品质性状;相关性分析;聚类分析中图分类号:S3文献标识码:ADOI:10.19754/j.nyyjs.20230430002收稿日期:20230214基金项目:棉花生物学国家重点实验室和棉花生物学国家重点实验室开放课题基金(项目编号:CB2021A28)作者简介:王伟(1998)，男，硕士在读。研究方向:棉花遗传育种;通讯作者梅拥军(1968)，男，教授，研究生导师。研究方向:棉花遗传育种。棉花(Gossypium hirsutum L.)作为一种纤维作物，广泛种植于全球多地区，同时棉花也是我国重要的经济作物，是新疆最主要的经济作物，其对新疆经济发展具有十分重要的作用1。当代随着人们生活水平的改善，对于优质棉纺品的需求也在连续增加2，所以在目前棉花育种过程中，如何提高棉花产量及纤维品质性状是育种工作者最重视的问题36。因棉花主要农艺性状中存在相互影响、相互制约的关系，故单一分析很难准确客观地描述出棉花性状的优劣，所以对棉花主要农艺性状进行多样性分析的研究也越来越多。李娟等4 对 42 个新疆早熟陆地棉品种的产量和纤维品质性状进行了多样性分析研究，结果表明，单铃质量与衣指呈极显著正相关;衣分与衣指呈极显著正相关，与籽指呈极显著负相关。伸长率与绒长、比强度呈极显著正相关，与整齐度呈显著正相关，按照品种特性将其分为了 4 类。石建斌等5 通过对 192份杂交组合的农艺及品质性状进行相关分析，结果表明各性状间均存在一定的相关性，在实际育种工作中应综合平衡各因素，达到最优组合。李飞等 6 对来自国内外不同地区的 172 份陆地棉材料的主要农艺性状进行了主成分分析及聚类分析，按性状表现将其分为了10 类。在以往的研究中多利用已审定的品种或杂交组合的 F1、F2世代进行分析。本研究选用的材料经过了多年重组自交，各性状趋于平稳，且本研究选用的材料均为长度30.00mm、断裂比强度30.00cNtex1的优质材料，育种意义相对更佳。拟采用 145 份优质陆地棉材料进行研究，通过对其 4 个产量性状及 5 个纤维品质性状的变异分析、相关分析、主成分分析、基因型值分析及聚类分析的方法探究优质陆地棉材料各性状间的关系，并对其进行综合评价，以期对新疆南疆陆地棉育种提供一定的理论依据。1材料与方法1.1材料与田间试验设计试验种植由塔里木大学农学院棉花遗传育种课题组提供的 145 份优质陆地棉材料(长度30.00mm、断裂比强度30.00cNtex1，由已审定的品种如“新陆早 20”“新陆早 37”“新陆早 48”“新陆中 37”“中棉所 24”“中棉所 48”“晋棉 29”“山大 1 号”“苗宝 21”等和 L17 品系杂交的 F4、F5世代群体材料)2020 年、2021 年 2 年在新疆阿拉尔市塔里木大学农学试验站进行，每年2 次重复，随机排列，每小区6农业科学农业与技术2023，Vol.43，No.08种植2 行，行长 3.0m，株距 0.10m，两垄间距 0.60m，两膜间距 0.55m，地膜覆盖种植，田间管理同大田。每年收集每个材料 2 次重复的 4 个产量和 5 个纤维品质性状的数据。1.2试验内容的测定与方法枯霜期后 1 周左右(10 月 1018 日)，每个小区调查 15 株棉株的单株铃数并算得单株铃数(X1)。每个小区连续 15 株每株收获中部吐絮正常的 1 朵籽棉，对籽棉称重并算得单铃重(X2)。将采得籽棉轧花后测得皮棉，用皮棉/籽棉100%算得衣分(X3)。由单株铃数单铃重衣分/100 算得单株皮棉产量(X4)。每个小区取中部吐絮正常棉铃 20g 在 HFT9000大容量 纤 维 品 质 测 试 仪 上 测 定 上 半 部 平 均 长 度(Y1)、整齐度指数(Y2)、马克隆值(Y3)、断裂比强度(Y4)、伸长率(Y5)5 项纤维品质指标。1.3统计与数据分析方法将 2 年 145 份陆地棉材料 2 次重复测得的 4 项产量性状和 5 项纤维品质性状数据利用 Microsoft Excel2010 统计，并计算每性状的最大值、最小值、平均值、标准差及变异系数。利用 Origin 2022 软件对各性状数据进行主成分分析、相关分析及作图，基因型效应值采用朱军6 提出的模型进行预测，运用最小范数二次无偏估计法估算方差分量，用刀切法抽样方法计算各遗传参数的估计值及其标准误，t 测验法对分析结果做统计检验，(4.1.0)软件对 145 份材料的表型值进行聚类分析(结合 Ward 聚类和“euclidean”)。2结果与分析2.1各性状基本参数差异对所参试的 145 份材料的 4 个产量性状及 5 个纤维品质的基本参数分析，结果见表 1，产量性状和纤维品质性状的变异系数为 1.63%35.63%，其中单株皮棉产量的变异系数最大，为 35.63%，单株铃数的变异系数次之，为 32.96%，两者均达到了中等变异;整齐度指数的变异系数最小，为 1.63%。其它性状的变异系数从大到小依次为单铃重、马克隆值、断裂比强度、衣分、上半部平均长度、伸长率。表明在不同的棉花材料中，与产量有关的性状差异较大，与纤维品质有关的性状差异较小，同时这些变异的存在为棉花产量与纤维品质性状的相关分析提供了条件。2.2供试材料产量及纤维品质性状的相关分析145 份陆地棉材料的产量与纤维品质性状的相关分析结果见图 1，各性状中存在相互影响的关系，其中单株铃数与单铃重、单株皮棉产量、整齐度指数呈正相关，且达到极显著水平(P0.01)，与马克隆值呈正相关，且达到显著水平(P0.05)，与伸长率呈负相关，并且达到极显著水平(P0.01);单铃重与单株皮棉产量、上半部平均长度、整齐度指数呈正相关，且达到极显著水平(P 0.01)，与衣分呈负相关，并且达到显著水平(P0.05);衣分与单株皮棉产量、马克隆值呈正相关，与上半部平均长度、伸长率呈负相关，且都达到极显著水平(P0.01);单株皮棉产量与整齐度指数、马克隆值呈正相关，与伸长率呈负相关，且都达到极显著水平(P0.01);上半部平均长度与整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈正相关，与马克隆值呈负相关，且都达到极显著水平(P0.01);整齐度指数与马克隆值呈相关，且达到极显著水平(P0.01);马克隆值与断裂比强度呈负相关，且达到极显著水平(P0.01);断裂比强度与伸长率呈正相关，且都达到极显著水平(P0.01)。因此在实际育种工作中，如果要提高产量可从整齐度、马克隆值、伸长率等因素考虑。表 1群体材料各性状的基本参数最大值最小值平均值极差标准差 变异系数/%X1 17.7102.1406.96015.5702.29432.962X29.8702.0906.0707.7800.81613.432X3 58.18029.13042.63529.0502.8346.646X4 46.5304.19017.99542.3406.41535.634Y1 37.57029.62033.6257.9501.3423.992Y2 89.80080.20085.4109.6001.3941.633Y35.3102.3803.8852.9300.39810.258Y4 41.20024.40032.70516.8002.7558.335Y57.4006.4506.8300.9500.1782.609注:X1 为单株铃数，个;X2 为单铃重，g;X3 为衣分，%;X4 为单株皮棉产量，g;Y1 为上半部平均长度，mm;Y2 为整齐度指数，%;Y3 为马克隆值;Y4 为断裂比强度，cNtex1;Y5 为伸长率，%。图 1产量性状与纤维品质性状的相关系数2.3供试材料各性状的主成分分析采用主成分分析方法对 145 份陆地棉的 4 个产量72023，Vol.43，No.08农业与技术农业科学性状和 5 个纤维品质性状进行了分析。各主成份的特征值和方差贡献率见表 2，各性状的特征值和特征向量见表 3。为减少数据冗余，以特征值大于 1.0 提取了前 3 个主成分，其累计贡献率为 66.103%，基本能反映出原变量中的大多数信息，可以用来对棉花性状进行综合评估。其中第 1 主成分的方差贡献率为26.806%，特征值为2.417，其特征向量值最大的性状为上半部平均长度(0.456)，其次为伸长率(0.394)、断裂比强度(0.392);第 3 主成分的特征值为 1.455，方差贡献率为 16.170%，其中特征向量值最大的性状为整齐度指数(0.564)，其次为伸长率(0.508)、马克隆值(0.474)，因此，第 1 和第 3 主成分为棉纤维质量因子。第 2 主成分的方差贡献率为 23.074%，特征值为 2.077，其中特征向量值最大的性状为单株皮棉产量(0.583)，其次为单株铃数(0.518)，表明该主成分主要与棉花产量品质性状相关，因此第 2 主成分为棉花产量因子。第 1、第 3 主成分大时，棉花纤维品质越好。第 2 主成分越大时，棉花产量越高。表 2主成分的特征值及方差贡献率主成分特征值方差贡献率/%累计贡献率/%PC12.41726.86026.860PC22.07723.07449.934PC31.45516.17066.104PC40.8869.84375.947PC50.7668.50784.455PC60.7248.04592.499PC70.3503.88896.387PC80.3183.53499.921PC90.0070.079100.000表 3各性状的主成分入选特征根和特征向量性状主成分特征向量PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9X10.250.520.300.190.290.270.060.050.61X20.380.200.030.520.460.470.040.170.30X30.280.220.150.690.300.500.090.030.16X40.290.580.210.100.000.080.020.040.71Y10.460.320.170.130.060.260.050.760.01Y20.290.040.560.030.530.170.510.170.00Y30.160.370.470.190.310.400.180.540.01Y40.390.240.100.330.470.440.440.260.01Y50.390.070.510.230.070.120.710.100.00图 2各主成分及综合得分图计算各材料前 3 主成分的得分及综合得分，由图2 可以看出，103 号材料的第 1 主成分得分最高，结合主成分 1 的特点，说明 103 号材料的上半部平均长度、伸长率、断裂比强度表现最好;