張哲盧銳杜夢旗程凱樂艾先濤高山

(1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091)

引言

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，從國家統(tǒng)計(jì)局獲悉，2020年我國棉花播種面積達(dá)到3169.9千hm2；作為我國最大的棉花產(chǎn)區(qū)新疆，在2020年棉花產(chǎn)量達(dá)516.1萬t，較去年增長3%，占全國棉花總產(chǎn)量87.3%[1]。新疆棉花的發(fā)展已經(jīng)具有快速發(fā)展的強(qiáng)勁勢頭，機(jī)采棉技術(shù)的運(yùn)用成為了新疆棉花產(chǎn)業(yè)不可或缺的一部分；尤其是對機(jī)采棉產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)注度就變成了重中之重[2]，隨著機(jī)采棉的市場制度不斷成熟和種植模式的不斷完善，對機(jī)采棉品種選育的問題也逐漸突顯，選出早熟、株型適宜和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)機(jī)采品種是各育種家和生產(chǎn)單位一直探討的話題，因此，選出適宜機(jī)采的早熟優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)機(jī)采棉品種有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。鄭巨云等[3]對6個(gè)機(jī)采棉品種的株型結(jié)構(gòu)性狀及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，利用差異顯著性分析、相關(guān)分析研究表明：籽棉產(chǎn)量與株高存在正相關(guān)但不顯著，與果枝數(shù)呈負(fù)相關(guān)，因?yàn)檫^多的果枝會(huì)導(dǎo)致棉花營養(yǎng)分配分散，以及郁閉等情況導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)系數(shù)下降。戴茂華等[4]對30份陸地棉品種的12個(gè)主要性狀進(jìn)行變異性、相關(guān)性和聚類分析表明，皮棉產(chǎn)量與株高、單株鈴數(shù)和衣分呈正相關(guān)，單鈴重與籽指呈極顯著正相關(guān)，而與衣分和皮棉產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，衣分極顯著正相關(guān)于皮棉產(chǎn)量，而顯著負(fù)相關(guān)于籽指。李興河等[5]對80份種質(zhì)資源的10個(gè)性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析和相關(guān)分析；其中遺傳多樣性分析顯示，單株鈴數(shù)、鈴重、子棉產(chǎn)量的變異系數(shù)均大于20%，說明不同來源的種質(zhì)資源具有相對穩(wěn)定性，但其產(chǎn)量性狀可能更易受環(huán)境、氣候等因素的影響；相關(guān)分析表明，單株鈴數(shù)越多，衣分越高，子棉產(chǎn)量越高。新疆棉花產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展出現(xiàn)的矛盾中，品種因素占主要原因，市場上的機(jī)采品種更是不勝枚舉，篩選出早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的機(jī)采棉品種，可進(jìn)一步提高棉花經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)棉農(nóng)增收和機(jī)采棉品種的推廣。本研究通過對35個(gè)棉花品種的主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的變異分析、相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析4個(gè)分析方法綜合評價(jià)和篩選早熟、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的機(jī)采品種，并為機(jī)采品種的推廣、產(chǎn)量增收和品質(zhì)的提高提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年在新疆庫車市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科創(chuàng)中心進(jìn)行，供試材料來源于育種單位和生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)上大面積推廣運(yùn)用的35個(gè)機(jī)采棉品種。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列的方式，重復(fù)3次，小區(qū)行長4m，幅寬2.0m。膜下滴灌，采用機(jī)采模式1膜6行，行距配置66cm加10cm，重復(fù)間隔0.6m。

1.2.2 試驗(yàn)實(shí)施

前茬作物為玉米，土壤類型是粘土，施基肥862.50kg·hm-2(750kg磷酸二銨加112.50kg尿素)。播種方式，先鋪膜后人工點(diǎn)播，4月20日播種期，中耕除草6次，生育期共滴水12次，隨水施肥9次，化調(diào)8次。于4月30日用氯氟·吡蟲啉150g·hm-2、高氯·馬150g·hm-2防地老虎和薊馬；5月9日高效氯氟氰菊酯150g·hm-2防薊馬和地老虎；5月29日用噻蟲嗪75g·hm-2、啶蟲脒150g·hm-2防地老虎和薊馬；6月8日用噻蟲嗪75g·hm-2、啶蟲脒150g·hm-2、吡蟲啉30g·hm-2防黑蚜。7月10日打頂，根據(jù)不同品種的吐絮情況陸續(xù)收獲。

1.3 調(diào)查內(nèi)容

1.3.1 指標(biāo)選擇

選擇主要農(nóng)藝性狀，包括株高、果枝數(shù)和單株結(jié)鈴數(shù)，產(chǎn)量性狀，包括籽棉產(chǎn)量、單鈴重和衣分，品質(zhì)性狀，包括上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和伸長率等，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.2 生育期

從棉花出苗期到吐絮期的天數(shù)。

1.3.3 性狀調(diào)查

8月5日調(diào)查株高、果枝數(shù)，10月10日調(diào)查單株結(jié)鈴數(shù)，根據(jù)不同品種的吐絮情況陸續(xù)收獲并取得單鈴重、衣分、籽指和籽棉產(chǎn)量，由中國農(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(yàn)測試中心(安陽)進(jìn)行上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和伸長率檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019進(jìn)行各性狀的最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)。使用SPSS處理系統(tǒng)對各個(gè)材料的農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 變異分析

2.1.1 主要性狀的變異分析

由表1的35份材料的變異分析結(jié)果表明，不同性狀間的變異范圍為0.760%～15.290%，變幅較大，其中，單株結(jié)鈴數(shù)的變異系數(shù)最大(15.290%)，變異幅度為3.900～9.133個(gè)，其它性狀的變異系數(shù)依次為籽棉產(chǎn)量(15.160%)>株高(10.890%)>單鈴重(8.520%)>籽指(8.480%)>果枝數(shù)(7.990%)>生育期(5.190%)>衣分(3.800%)；結(jié)果得出，各性狀之間的變異系數(shù)差別較大，其中產(chǎn)量構(gòu)成因素中單株結(jié)鈴數(shù)和籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)出的變異最大，其變異系數(shù)都大于10%，表明該批材料在產(chǎn)量上有著很高的改良潛質(zhì)，反之，變異系數(shù)越小的性狀表明該性狀越穩(wěn)定；其中，籽棉產(chǎn)量過6000kg的品種有1個(gè)，籽棉產(chǎn)量在5250～6000kg的品種有16個(gè)，在4500～5250kg的品種有14個(gè)，4500kg以下的品種有4個(gè)。

表1 試材料各指標(biāo)變異情況

2.1.2 品質(zhì)性狀的變異情況

從表1可以看出，各品質(zhì)性狀中馬克隆值(8.02%)的變異系數(shù)最高，變異幅度為3.65～4.95，其它品質(zhì)性狀依次為斷裂比強(qiáng)度變異系數(shù)是4.67%，變異幅度為27.30～34.80，上半部平均長度的變異系數(shù)是3.19%，變異幅度為27.95～32.40,整齊度指數(shù)的變異系數(shù)是1.30%，變異幅度為81.05～86.00，伸長率的變異系數(shù)是0.76%，變異幅度為6.70～6.90。品質(zhì)性狀中上半部平均長度均值在30.27mm，超過30mm的有22個(gè)品種，占總數(shù)的62.85%，整齊度指數(shù)主要集中在83.43%，

2.2 供試材料各性狀的相關(guān)分析

對供試材料的13個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，見表2，結(jié)果表明，生育期與籽指、整齊度指數(shù)等呈顯著正相關(guān)，與單株結(jié)鈴數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)；株高與斷裂比強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)，與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)，與果枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；果枝數(shù)與籽棉產(chǎn)量、斷裂比強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)，與單株結(jié)鈴數(shù)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分呈顯著正相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；單鈴重與籽指呈極顯著正相關(guān)；衣分與馬克隆值呈顯著相關(guān)，與整齊度指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與籽指呈極顯著負(fù)相關(guān)；籽指與整齊度指數(shù)呈顯著正相關(guān)；上半部平均長度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)，與斷裂比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)；整齊度指數(shù)與伸長率呈極顯著正相關(guān)；斷裂比強(qiáng)度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)。

表2 試材料各指標(biāo)相關(guān)性分析

2.3 供試材料各性狀的主成分分析

對供試材料的13個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，見表3，結(jié)果表明，提取特征值大于1的原則提取了4因子，前4個(gè)特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)72.53%，可以大致反映供試材料各農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的大部分信息。

第1主成分的特征值為3.352，貢獻(xiàn)率為25.785%，第1主成分中衣分特征向量值最大(0.815)，說明衣分對第1主成分影響最大，其次是單株結(jié)鈴數(shù)(0.695)、籽棉產(chǎn)量(0.471)，因此第1主成分為棉花產(chǎn)量因子，衣分越大說明相應(yīng)的皮棉產(chǎn)量越高，單株結(jié)鈴數(shù)越多籽棉產(chǎn)量越高。第2主成分的特征值為3.089，貢獻(xiàn)率為23.760%，第2主成分中斷裂比強(qiáng)度特征向量值最大(0.844)，其次是上半部平均長度(0.756)；第3主成分的特征值為1.572，貢獻(xiàn)率為12.095%，第3主成分中整齊度指數(shù)特征向量值最大(0.695)，其次是伸長率(0.681)，因此第2主成分和第3主成分為棉花品質(zhì)因子。第4主成分的特征值為1.416，貢獻(xiàn)率為10.893%，第4主成分中單鈴重特征向量值為最大(0.724)。

2.4 供試材料各性狀的聚類分析

利用歐式距離對供試材料進(jìn)行聚類，遺傳距離為6時(shí)將35份材料劃分為4大類，見圖1，以及各類群的性狀均值，見表4。第Ⅰ類包括3個(gè)棉花品種，分別是“新陸中59號”、“新陸早37號”和“新陸早46號”(JM18)，生育期(139.556d)屬于晚熟、株高(91.044cm)偏高、鈴數(shù)較少、籽棉產(chǎn)量偏低，以及品質(zhì)的5個(gè)指標(biāo)在4個(gè)類群里是數(shù)據(jù)值最低，該批材料各指標(biāo)都存在很大的改良潛力。第Ⅱ類群中只包含了1個(gè)棉花品種“新陸早63號”，該品種的生育期(129d)、株高(85cm)、果枝數(shù)(11.533臺(tái))、單株結(jié)鈴數(shù)(7.800個(gè))、單鈴重(5.400g)、衣分(0.420)、籽指(10.313g)、籽棉產(chǎn)量(6677.256kg)，以及品質(zhì)指標(biāo)上半部平均長度(31.450mm)、整齊度指數(shù)(83.600%)、斷裂比強(qiáng)度(31.900 cN·tex-1)、馬克隆值(4.650)和伸長率(6.850%)等13個(gè)指標(biāo)來分析，此品種是1個(gè)值得推廣的棉花品種，且符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)機(jī)采棉的要求。第Ⅲ類群包括了15個(gè)品種，屬于晚熟、植株偏高、上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度和伸長率偏高的棉花品種，籽棉產(chǎn)量(5722.029kg)也是非?？捎^。第Ⅳ類群包括了16個(gè)品種，該類群的材料屬于生育期長、株高適中、單株結(jié)鈴數(shù)偏少、籽棉產(chǎn)量居中、馬克隆值(4.463)和伸長率(6.833%)較高的一類材料，各個(gè)類群的品種不同，各指標(biāo)的特點(diǎn)也不同，在往后的育種工作中，可進(jìn)行篩選運(yùn)用和改良利用。

表3 供試材料各指標(biāo)主成分分析

圖1 利用歐式距離對35份供試材料進(jìn)行聚類

表4 不同類群13個(gè)性狀的均數(shù)

3 討論

曲志華等[6]對170份亞麻種質(zhì)資源的9個(gè)主要性狀進(jìn)行了變異分析、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析，表明各性狀的變異程度以及種質(zhì)資源的多樣性[7]?？浊迦萚8]對92個(gè)陸地棉品種的8個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異分析發(fā)現(xiàn)株高、單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重等農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)都大于7%；纖維長度、斷裂強(qiáng)度和馬克隆值均小于8%，而本試驗(yàn)變異分析中株高、單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重的變異系數(shù)分別為10.890%、15.290%和8.520%；上半部平均長度、斷裂強(qiáng)度和馬克隆值的變異系數(shù)分別為3.190%、4.670%和8.020%；這與孔清泉[8]的研究結(jié)果一致。綜上說明，株型和產(chǎn)量的變異性比較大，品質(zhì)變異性小，可以為篩選優(yōu)質(zhì)棉提供理論依據(jù)[9]。

王燕等[10]研究發(fā)現(xiàn)，株高與果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)呈顯著相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)；果枝數(shù)與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)；單鈴重與衣分呈極顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與籽棉產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，株高與果枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；果枝數(shù)與籽棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與單株結(jié)鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)；單鈴重與籽指呈極顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分呈顯著正相關(guān)，與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；與王燕[10]的研究結(jié)果不一致，原因在于本試驗(yàn)所調(diào)查的數(shù)據(jù)值均出自于大田試驗(yàn)，有些許的變量不可控制，故在以后的育種試驗(yàn)中應(yīng)取3a及以上的數(shù)據(jù)以減少誤差。李慧琴等[11]對270份棉花品種為試驗(yàn)材料研究發(fā)現(xiàn)，株高與斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值呈顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分呈顯著正相關(guān)；上半部平均長度與馬克隆值呈極顯著負(fù)相關(guān)；斷裂比強(qiáng)度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，株高與斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值呈顯著正相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分呈顯著正相關(guān)；上半部平均長度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)；斷裂比強(qiáng)度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)。這與李慧琴[11]研究結(jié)果部分一致。

主成分分析結(jié)果表明，隨著生育期越長，單株結(jié)鈴數(shù)和果枝數(shù)均增長，但衣分有所降低；隨著斷裂比強(qiáng)度的增加，上半部平均長度和株高也增加，但馬克隆值隨之下降；隨著整齊度指數(shù)的增加，馬克隆值和伸長率也逐漸增加，但株高會(huì)變低；隨著單鈴重的增加，棉花籽棉產(chǎn)量和籽指隨之增加，但伸長率會(huì)隨之降低。前人[12]研究表明，各性狀之間有著相互矛盾、相互協(xié)調(diào)和相互制約的關(guān)系。

聚類分析結(jié)果表明，第Ⅰ類群中的品種特征均不顯著，第Ⅱ類群中的品種是生育期短、株高適宜[3]且優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，第Ⅲ類群中的品種是晚熟且高產(chǎn)、品質(zhì)居中的一類材料，第Ⅳ類群中的品種是晚熟但整齊度指數(shù)、馬克隆值和伸長率較好的一批材料。第Ⅲ和Ⅳ類群的材料可作為改善產(chǎn)量和品質(zhì)的材料。針對生育期晚的問題，是機(jī)采棉發(fā)展中的一個(gè)重要問題；本試驗(yàn)中出現(xiàn)的生育期晚的問題，與田間管理和環(huán)境因素有著很大的關(guān)系，所以，為使取得的數(shù)據(jù)有更高的準(zhǔn)確性，需要加強(qiáng)對田間的管理，必要時(shí)要結(jié)合分子育種[13]，進(jìn)行更全面的研究。

4 結(jié)論

本研究通過對35份機(jī)采棉品種的主要農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀進(jìn)行調(diào)查研究和綜合分析得出，篩選出符合本試驗(yàn)研究結(jié)果的是“新陸早63號”，該品種在生育期、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面都優(yōu)于其它品種，適宜在庫車以及南疆地區(qū)推廣種植；另外，聚類分析篩選出第Ⅲ類群中的15個(gè)品種屬于晚熟但產(chǎn)量和品質(zhì)是可觀的一類材料；可作為改善產(chǎn)量和品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)材料加以利用，聚類分析中的生育期和農(nóng)藝性狀易受環(huán)境的影響，所以在棉花品種選育過程中應(yīng)把棉花的特性和環(huán)境因素相結(jié)合，減少表型數(shù)據(jù)的誤差，保持產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)調(diào)性。