馬青山,杜 霄,陶志鑫,韓萬里,龍遺磊,艾先濤,胡守林

(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,烏魯木齊 830091;3.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046;4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物。棉花品種資源的多樣性是棉花新品種選育的重要基礎(chǔ),但在棉花品種選育過程中,如長期選取優(yōu)良品種,借助現(xiàn)代育種技術(shù)改良棉花[1-2],也會使一些棉花種質(zhì)資源丟失,使得棉花資源的遺傳基礎(chǔ)變窄。新疆是我國最主要的產(chǎn)棉區(qū),種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)量處于第一位[3],在開展棉花新品種選育研究過程中最大限度的保留品種資源的多樣性,以便積累豐富的育種研究材料。目前機(jī)采棉品種尚存在葉枝多、吐絮期不集中、植株易倒伏以及機(jī)采采凈率低等問題[4]。因此篩選株型緊湊、株高和果枝始節(jié)高度適中、吐絮集中、高產(chǎn)、纖維品質(zhì)優(yōu)異等性狀的棉花品種尤為重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】張磊磊等[5]對647份海島棉種質(zhì)進(jìn)行變異系數(shù)、遺傳多樣性、相關(guān)性、主成分和聚類分析,篩選出225份綜合表現(xiàn)較好的材料。鄧艷鳳等[6]以72份陸地棉材料為研究對象,針對其11個主要農(nóng)藝性狀,聚類結(jié)果將72份參試種質(zhì)分為6類,第Ⅰ類群屬于優(yōu)質(zhì)材料,第Ⅱ類群屬于高產(chǎn)材料,第Ⅴ類群兼具高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)特點。尹會會等[7]對134份國外棉花種質(zhì)進(jìn)行聚類和主成分分析,綜合篩選出包含美1870、美1884、FM1830等品種在內(nèi)的14份優(yōu)異種質(zhì)。買買提·莫明等[8]對引進(jìn)的6個機(jī)采棉新品種進(jìn)行分析評價,結(jié)果表明所有品種結(jié)鈴性均較好,魯成1號在機(jī)采性狀與產(chǎn)量、纖維品質(zhì)性狀方面表現(xiàn)尤為突出。張哲等[9]通過對12個重要農(nóng)藝性狀的分析研究,從100份新疆推廣品種中篩選出11個適宜機(jī)采的棉花品種。徐安陽等[10]對新疆示范推廣的主栽品種J206-5、新陸中82號與新陸中70號開展噴施脫葉劑機(jī)采試驗,結(jié)果表明3個品種中新陸中82號是最適宜在南疆棉區(qū)種植的機(jī)采棉品種?！颈狙芯壳腥朦c】前人對產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等農(nóng)藝性狀已進(jìn)行相關(guān)研究,但對于機(jī)采適宜性相關(guān)性狀的研究較少,利用大量種質(zhì)資源進(jìn)行機(jī)采性狀分析鑒定的研究更不多見。需對棉花資源材料開展機(jī)采農(nóng)藝性狀分析鑒定,篩選出適宜機(jī)械化采收的陸地棉材料?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析鑒定120份棉花材料的15個性狀,篩選適宜機(jī)械采收的棉花育種材料,為機(jī)采棉新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

120份供試材料均來自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院中亞種質(zhì)資源庫,材料來源于中國、美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞和日本5個國家。表1

表1 120份陸地棉材料的來源及分布

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2022～2023年在新疆阿克蘇地區(qū)庫車市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科創(chuàng)中心進(jìn)行,該地區(qū)位于塔里木盆地北緣,屬大陸性暖溫帶干旱氣候。夏季最長日照時長達(dá)16 h,冬季最短日照時長可達(dá)10 h以上,多年平均年日照時長近3 000 h,年平均氣溫11.5℃,年平均降水量65 mm,全年無霜期266 d,≥10℃積溫為4 102.6℃,氣候環(huán)境適宜棉花種植。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為粘土,前茬作物為玉米。

2022年4月9日播種,采用1膜6行種植模式,配置3行滴灌帶,人工點播,出苗后進(jìn)行人工定苗。行距配置為(10+66+10+66+10) cm,株距為10 cm,小區(qū)行長4 m,667m2播種前施適量農(nóng)家肥和70 kg基肥(40 kg磷酸二銨+12 kg尿素+8 kg鉀肥)。生育期滴水10次,隨水施肥9次,化調(diào)8次。于10月5日開始收獲并考種。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 生育期

棉花從出苗期到吐絮期的天數(shù)。

1.2.2.2 農(nóng)藝性狀

8月20日調(diào)查株高(子葉節(jié)至生長點高度)、果枝始節(jié)(第一果枝著生節(jié)位)、果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、葉枝數(shù)并記載果枝類型、株型。9月1日調(diào)查葉片總數(shù)、葉綠素SPAD值,10月5日調(diào)查吐絮程度并測定單鈴重與衣分。表2

表2 陸地棉材料描述性指標(biāo)記載標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019進(jìn)行各性狀均值、極差及變異系數(shù)的計算,使用SPSS Statistics 25對各材料農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 120份陸地棉材料農(nóng)藝性狀的變異

研究表明,120份陸地棉材料各性狀變異程度存在差異,12個數(shù)量性農(nóng)藝性狀和3個描述性農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)范圍為4.6%～47.7%。葉片總數(shù)的變異系數(shù)最大,為47.7%,變異幅度為17.8～126.9;其余性狀中變異系數(shù)較大的依次為葉枝數(shù)、株型與單株鈴數(shù),變異系數(shù)分別為36.8%、35.4%和32.6%;120份材料在葉片總數(shù)、葉枝數(shù)、株型和單株鈴數(shù)4個性狀遺傳變異豐富。葉綠素SPAD值變異系數(shù)最小,其次為生育期,均未超過10%,性狀遺傳變異相對較低,遺傳較為穩(wěn)定。其余性狀變異系數(shù)分別為吐絮程度(21.8%)>果枝類型(19.8%)>有效果枝數(shù)(19.7%)>株高(16.0%)>果枝數(shù)(15.7%)>果枝始節(jié)高度(15.4%)>單鈴重(12.8%)>衣分(12.0%)>果枝始節(jié)(10.5%)。表3,表4

表3 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀變異比較

表4 120份陸地棉材料描述性農(nóng)藝性狀變異比較

2.2 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀相關(guān)性

研究表明,各農(nóng)藝性狀間存在不同程度的相關(guān)性。其中,生育期與葉枝數(shù)呈極顯著正相關(guān),與葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)和衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)。株高與果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關(guān),與葉枝數(shù)和葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與衣分呈極顯著負(fù)相關(guān)。果枝始節(jié)與果枝始節(jié)高度呈極顯著正相關(guān),與果枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。果枝始節(jié)高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān)。單株鈴數(shù)與果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、葉枝數(shù)、葉片總數(shù)、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。葉綠素SPAD值與果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、葉枝數(shù)呈極顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)、葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。120份棉花材料農(nóng)藝性狀間相關(guān)性各有不同,不同性狀間相互促進(jìn),相互制約。表5

表5 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

2.3 120份陸地棉材料農(nóng)藝性狀的聚類分析

研究表明,在歐氏距離為5時,120份材料可劃分成7個類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

第Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料株高較小,分別為45.7、59.8、56.8和56.4 d,且第Ⅰ(6.1個)、Ⅶ(7.4個)類群相較其它類群單株結(jié)鈴少,Ⅴ(4.5個)、Ⅵ(5.1個)類群葉枝較多,但由于營養(yǎng)枝對產(chǎn)量影響不顯著,且過多葉枝影響棉鈴集中成熟,豐產(chǎn)潛力低,不符合常規(guī)機(jī)采植棉要求,但第Ⅰ類群材料果枝始節(jié)(5.9個)和果枝始節(jié)高度(21.9 cm)適中,生育期(133 d)相較于其它類群材料較好,較適宜機(jī)采性狀要求。圖1

圖1 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的聚類

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群株高適宜,分別為61.5、61.1、74.5 d,果枝始節(jié)(5.8、5.8、5.7個)和果枝始節(jié)高度(24.7、24.6、27.6 cm)適中,單株結(jié)鈴多(9.3、10.5、8.9個),葉枝數(shù)少,葉片數(shù)和葉綠素SPAD值適中,豐產(chǎn)潛力大,較適宜機(jī)采,但生育期不符合機(jī)采熟性要求,3個類群以2式和1、2式果枝類型為主,株型緊湊,吐絮程度中暢,可通過適期早播,合理管控,通過化學(xué)調(diào)控促進(jìn)品種早熟,以適應(yīng)機(jī)采熟性要求,可作為機(jī)采棉選育材料。表6

表6 120份棉花材料不同類群農(nóng)藝性狀平均值

2.4 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀主成分

研究表明,提取出的5個主成分,其累計貢獻(xiàn)率77.07%。

第1主成分貢獻(xiàn)率為28.88%,特征值為3.47,在第1主成分中,對應(yīng)特征向量最大的為單株鈴數(shù)(0.77),其次為果枝數(shù)(0.76)和株高(0.72)。第2主成分貢獻(xiàn)率為16.96%,特征值為2.04,其對應(yīng)特征向量最大的是生育期(0.73),其次是有效果枝數(shù)(-0.66)。第3主成分貢獻(xiàn)率為14.38%,特征值為1.73,對應(yīng)特征向量最大的是果枝始節(jié)高度(0.82),其次是果枝始節(jié)(0.71)。第4主成分貢獻(xiàn)率為9.38%,特征值為1.13,對應(yīng)特征向量最大的是單鈴重(0.77),其次是株高(-0.33)。第5主成分貢獻(xiàn)率為7.47%,對應(yīng)特征向量最大的是單鈴重(0.54),其次是生育期(0.45)。表7

表7 120份陸地棉材料數(shù)量性農(nóng)藝性狀的主成分

5個主成分用P1～P5表示,12個農(nóng)藝性狀用F1～F12表示,綜合得分用P表示。根據(jù)12個農(nóng)藝性狀的特征系數(shù)和貢獻(xiàn)率列出如下關(guān)系式:

P1=0.72F1+(-0.14F2)+0.259F3+0.76F4+0.54F5+0.77F6+0.59F7+0.58F8+0.26F9+(-0.55F10)+0.57F11+0.20F12;

P2=-0.05F1+0.40F2+0.30F3+(-0.32F4)+(-0.66F5)+(-0.37F6)+0.49F7+0.28F8+(-0.02F9)+(-0.52F10)+0.04F11+0.73F12;

P3=0.38F1+0.71F2+0.82F3+(-0.17F4)+0.20F5+0.01F6+(-0.13F7)+(-0.38F8)+(-0.04F9)+0.31F10+0.25F11+(-0.15F12);

P4=(-0.33F1)+0.24F2+(-0.05F3)+(-0.33F4)+0.16F5+0.23F6+0.22F7+0.25F8+0.77F9+0.24F10+(-0.1F11)+(-0.06F12);

P5=0.22F1+(-0.20F2)+0.02F3+0.17F4+(-0.06F5)+(-0.17F6)+(-0.41F7)+(-0.28F8)+0.54F9+0.003F10+0.03F11+0.45F12;

P=0.289P1+0.170P2+0.144P3+0.094P4+0.075P5.

生育期小于130 d的10個機(jī)采性狀較好的材料分別為:新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農(nóng)林1號、魯7619、73-782、新陸早15號。表8,表9

表8 生育期小于130 d材料綜合得分

表9 10個機(jī)采性狀較好材料的農(nóng)藝性狀平均值

3 討 論

3.1適宜機(jī)采的品種,要求具有早熟性好、株型緊湊清秀、結(jié)鈴性強(qiáng)、株高75 cm左右、果枝始節(jié)高度大于18 cm、吐絮集中、對脫葉劑敏感等特點[11-17],李飛等[18]對172份陸地棉品種(系)的19個農(nóng)藝性狀進(jìn)行研究,結(jié)果表明,絕大部分農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)大于5%,試驗中15個農(nóng)藝性狀的變異分析表明,除生育期與葉綠素SPAD值的變異系數(shù)外,其余農(nóng)藝性狀變異系數(shù)均大于5%,與其結(jié)果相符。葉片總數(shù)的變異系數(shù)最大,在120份陸地棉材料中,葉片總數(shù)性狀的遺傳變異較為豐富。葉綠素SPAD值的變異系數(shù)最小,為4.6%,該性狀變異較低,性狀在群體中表現(xiàn)較為穩(wěn)定,120份棉花材料的葉片葉綠素含量相對穩(wěn)定,光合轉(zhuǎn)換能力差異不大。

3.2相關(guān)性分析表明,120份棉花材料的15項農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性相互交織,彼此之間存在不同程度的正向或負(fù)向相關(guān),與劉劍光等[19]研究得出的機(jī)采棉產(chǎn)量、纖維品質(zhì)間的存在較復(fù)雜的關(guān)系結(jié)論一致。試驗中生育期與葉枝數(shù)和葉片總數(shù)呈顯著正相關(guān),與有效果枝數(shù)和衣分呈極顯著負(fù)相關(guān),與王俊鐸等[20]研究結(jié)果有出入。株高與果枝始節(jié)高度、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、單株鈴數(shù)和葉綠素SPAD值均呈極顯著正相關(guān),與張哲等[21]研究結(jié)果部分相同。果枝始節(jié)與果枝始節(jié)高度呈極顯著正相關(guān),與果枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),與李波等[22]研究結(jié)果相同,隨著果枝始節(jié)的升高,在理想株高的情況下,果枝數(shù)的生長空間受到抑制,導(dǎo)致果枝數(shù)不足,進(jìn)而造成對產(chǎn)量的影響。果枝始節(jié)高度與葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),前人研究葉綠素SPAD值與脫葉率呈極顯著負(fù)相關(guān),與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)[23-24],隨著果枝始節(jié)的升高,脫葉率隨之降低。單株鈴數(shù)與果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、葉枝數(shù)、葉片總數(shù)、單鈴重、葉綠素SPAD值呈極顯著正相關(guān),與衣分呈顯著負(fù)相關(guān)。

3.3聚類分析研究表明,除第Ⅰ類群材料早熟性較好,其余類群生育期均不符合機(jī)采棉熟性要求。第Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群材料葉枝較多,吐絮不集中,結(jié)鈴性弱,不符合機(jī)采棉性狀選育要求。第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群材料除生育期外,其余性狀表現(xiàn)均較為符合機(jī)采棉選育要求。

3.4主成分分析研究表明,根據(jù)農(nóng)藝性狀系數(shù)和貢獻(xiàn)率得出關(guān)系式,計算120份種質(zhì)資源綜合得分,以生育期小于130 d為條件,篩選出新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農(nóng)林1號、魯7619、73-782、新陸早15號共10份材料。由于機(jī)采相關(guān)性狀大多屬于多基因控制的數(shù)量性狀[25],受基因型與環(huán)境條件的共同影響,因此后續(xù)將通過開展多年聯(lián)合試驗,進(jìn)一步對優(yōu)良材料進(jìn)行鑒定評價,以加強(qiáng)試驗結(jié)果的可靠性。

4 結(jié) 論

4.1120份材料可劃分成7個類群,其中第Ⅰ類群包含棉花材料24份、第Ⅱ類群包含53份、第Ⅲ類群包含23份、第Ⅳ類群包含8份、第Ⅴ類群包含8份、第Ⅵ類群包含3份、第Ⅶ類群包含1份。

4.2篩選出新陸早42號、新陸早40號、新陸早48號、邢臺W-2、無號、新陸早16號、農(nóng)林1號、魯7619、73-782、新陸早15號,共10份棉花材料可作為機(jī)采棉選育優(yōu)良種質(zhì)。這些材料株高適中,單株結(jié)鈴多,果枝始節(jié)和果枝始節(jié)高度適宜,果枝類型以2式和1、2式果枝為主,株型緊湊,吐絮程度中、暢,是符合機(jī)采的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。