早中熟机采棉种质资源遗传多样性分析

管利军 罗鹏 李世奎 朱晓平

摘要 对101份早中熟机采棉种质资源品系的15个表型性状进行变异系数、相关性、主成分和聚类分析。结果表明，15个性状中，有6个性状的变异系数超过了10.0%，其中株高的变异系数最大，为10.6%；整齐度指数的变异系数最小，为1.2%。相关性分析表明，各性状间存在不同的相互关联，14对数量性状的相关性达到了极显著水平，9对数量性状相关性达到了显著水平。主成分分析提取到了6个主成分，累积贡献率为73.228%；聚类分析将101份棉花种质品系分成了4大类，各类群性状差异较大，可为棉花新品种培育提供不同特性的种质品系。

关键词 机采棉；种质资源；遗传多样性；分析

中图分类号 S562  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）23-0039-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.009

Genetic Diversity Analysis of Early and Mid-ripening Machine-picked Cotton Germplasm Resources

GUAN Li-jun， LUO Peng， LI Shi-kui et al

（Agricultural Science Research Institute of the 13th Division of Xinjiang Production and Construction Corps， Hami， Xinjiang 839000）

Abstract By analyzing 15 phenotypic traits of 101 early-middle-maturing machine-picked cotton germplasm resources， the coefficient of variation， correlation， principal component and cluster analysis were carried out. Results showed that the coefficient of variation of 6 traits exceeded 10.0%. The maximum coefficient of variation of plant height was 10.6%. The uniformity index had a minimum coefficient of variation of 1.2%. Correlation analysis showed that there were different correlations between traits. The correlation of 14 pairs of quantitative traits reached a very significant level. 9 pairs of quantitative trait correlations reached a significant level. Principal component analysis extracted 6 principal components. The cumulative contribution rate was 73.228%. Cluster analysis divided 101 cotton germplasm materials into 4 categories at the genetic distance of 2.52. There were large differences in the characteristics of the various groups. This research could provide germplasm materials with different characteristics for the cultivation of new cotton varieties.

Key words Machine-picked cotton;Germplasm;Genetic diversity;Analysis

基金項目 十三师育种专项（2021B9）;棉花生物学国家重点实验室开放课题（CB2022A07）;十三师基本科技计划项目（2020B7）。

作者简介 管利军（1977—），男，江苏如东人，副研究员，从事农作物品种选育与栽培技术研究。 *通信作者，副研究员，硕士，从事农作物品种选育与栽培技术研究。

收稿日期 2022-06-27

中国新疆地区出产的棉花被视为产量高、质量好的棉花。随着新疆机采棉的推广，存在纤维细度变粗、纤维长度变短、纤维强度下降、纤维马克隆值增大等问题，机采棉品种培育任务艰巨［1］。

棉花种质资源狭窄导致品种同质性和产量长期徘徊不前是制约棉花生产可持续发展的核心问题。通过棉花种质创新，培育高产、多抗、优质性状协调发展的棉花品种，对于促进棉花产业可持续发展具有重要意义。随着新疆棉花单位面积生产成本的上涨，棉花种质资源遗传基础狭窄，因此挖掘具有遗传多样性的棉花种质，培育高产优质机采棉新品种显得尤为重要［2-4］。

关于棉花资源的鉴定评价及遗传多样性的研究已经在我国广泛开展［5-8］，在研究棉花不同来源不同遗传背景的种质资源时，所采用的统计分析方法主要包括变异分析［9-10］、相关性分析［11-14］、聚类分析［15-18］等，但对新疆机采棉的种质资源方面的研究鲜见报道。为了鉴定适合新疆利用的早中熟机采棉种质资源，笔者对101份中早熟机采棉种质资源进行遗传多样性分析，以期为新疆机采棉新品种的培育提供品系基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料 101份早中熟机采棉品系由新疆维吾尔自治区种子管理站提供，代号是zzy1～zzy100、CK（J206-5）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计。

试验于2020—2021年在新疆生产建设兵团第十三师农业科学研究所科技示范园开展，试验田肥力中等。棉花试验品系共计101份，每品系为1小区，1膜6行种植，采用完全随机区组设计，每个品系重复2次，小区面积10 m2。于2020年4月18日和2021年4月19日播种，行长4.45 m，行距0.38 m，株距0.128 m，种植密度2.06万株/hm2。管理与常规大田管理一致。

1.2.2 性状调查。

在棉花生长各个生育期，每小区选取连续20株进行调查，记载各品系生育期、长势长相，在棉花吐絮期，每个小区随机采摘50个中上部正常吐絮的棉铃，通过室内考种计算单铃重、衣分、籽指、籽棉产量、皮棉产量等产量指标，并将皮棉样品送至中国农业科学院棉花研究所，测定纤维品质。棉花主要性状分别是生育期（X1）、株高（X2）、第一果枝节位高度（X3）、果枝数（X4），单株铃数（X5）、籽指（X6）、衣分（X7）、单铃重（X8）、籽棉产量（X9）、皮棉产量（X10），上半部平均长度（X11）、长度整齐度指数（X12）、断裂比强度（X13）、断裂伸长率（X14）、马克隆值（X15）。

1.3 数据处理 采用Excel和DPS软件对参试棉花品系的各性状进行分析。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状的变异分析

对101份品系的农艺性状、经济性状和产量性状指标进行统计分析，结果表明从各项指标的变异系数来看，株高、单株铃数、果枝数和皮棉产量的变异系数较大，分别为0.126、0.117、0.114和0.120；生育期和衣分的變异系数较小，分别为0.025和0.032（表1）。生育期≥120.0 d的品系13份，占参试品系12.9%，株高平均值70.1 cm，第一果枝节位高度≥5的品系有99份，占参试品系98.0%，衣分≥40%的品系有97份，占参试品系96.0%，单铃重≥5 g的品系有94份，占参试品系93.1%，说明该批品系产量改良的潜力较大。

2.2 主要品质性状的变异分析

对101份参试棉花品系的品质性状指标进行统计分析，结果表明从变异系数来看，检测的5项指标变异系数都较小，其中整齐度指数变异系数最小，为0.012（表2）。上半部平均长度在30.0 mm以上的品系有78个，101份品系有62份品系属于中绒类型，36份品系属于中长绒类型，2份品系属于长绒类型，表明有37.6%的品系达到中长绒及以上等级。断裂比强度在30.0 cN/tex以上的品系有66个，有86份品系的断裂比强度达到较强及以上等级。马克隆值在A级范围的品系有22个，属于B2类型的品系有59份，属于C2类型的品系有20份。综合分析，符合上半部纤维长度在30 mm以上、断裂比强度在30 cN/tex以上、马克隆值为A级的品系有15个。

2.3 数量性状的相关性

对参试棉花品系的15个数量性状进行相关性分析，结果见表3。由表3可知，15个性状间存在相关关系， 14对数量性状相关性达到了极显著水平，9对数量性状相关性达到了显著水平。其中，生育期与籽指呈显著正相关；株高与果枝数呈极显著正相关，与衣分呈显著负相关；果枝数与单株铃数呈显著正相关；单株铃数与籽棉产量、皮棉产量之间存在极显著的正相关，与衣分存在极显著负相关，与籽指存在显著负相关，与单铃重存在显著相关；籽指与衣分存在极显著正相关；单铃重与皮棉产量存在极显著正相关，与籽棉产量存在显著正相关；籽棉产量与皮棉产量存在极显著正相关；上半部平均长度与断裂比强度、马克隆值之间存在极显著正相关，与断裂伸长率存在极显著负相关，与长度整齐度指数存在显著相关；长度整齐度指数与马克隆值之间存在极显著正相关，与断裂比强度存在显著正相关；断裂比强度与马克隆值之间存在极显著正相关，与断裂伸长率存在极显著负相关，这与彭嘉熹等［19-20］的观点基本一致。

2.4 数量性状的主成分

在主成分分析中，方差代表了在主成分方向上的分散程度，方差越大，主成分在数据分析中所起的作用越大［21］。由表4可知，参试品系15个成分的累计贡献率均达到100%，15个因子对棉花综合性状的评价均有贡献。

应用主成分分析法，利用相关矩阵的方法，对101个棉花品系主要的产量性状进行分析，对15个主要性状进行主成分分析，根据主成分对应特征值大于1的原则提取主成分，可将原来的15个单项性状转化为6个相对独立的综合指标，在试验结果中提取到6个主成分，前6个综合评价指标的贡献率分别为19.386%、17.727%、12.278%、8.978%、8.097%和6.762%，累积方差贡献率73.228%（表4），包含了主要性状原始数据的绝大部分遗传信息，可以用这6个主成分来反映15个原始性状指标的基本遗传信息。

2.5 影响主成分的主要性状

研究表明，决定第一主成分的农艺性状指标主要有皮棉产量、籽棉产量，试验贡献率为19.386%，第一主成分是由上述几个指标共同决定的一个综合指标，其中皮棉产量的荷载值最大，为0.521，称为产量性状因子；决定第二主成分大小的主要因素是断裂比强度和上半部平均长度，其贡献率17.727%，为将其定义为品质因子；第三主成分中，试验贡献率为12.278%，其中衣分、籽指载荷较高符号为正，称为农艺性状因子；第四主成分中，试验贡献率为8.978%，其中第一果枝节位的荷载值最大，为0.522，称为第一果枝节位因子；第五主成分试验贡献率为8.097%，其中长度整齐度指数的载荷值较大，为0.529，定义为长度整齐度指数因子；第六主成分试验贡献率为6.762%，其中生育期载荷值最大，为0.443，定义为生育期因子。

3 主要性状的聚类分析

聚类分析是直接比较各事物之间的性质，将性质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同类的分析方法［20］。该研究利用生育期等15个性状对101个供试陆地棉品系进行聚类分析，采用欧氏距离-离差平方和法对资源品系进行聚类分析［22-23］，结果见图1。以产量、农艺性状和纤维品质等15个性状，可将101个陆地棉品系聚为4个类群，结果见表5。

第 Ⅰ 类有33个品系，主要表现为生育期、株高、籽指、断裂比强度中等，果枝数、铃数、籽棉产量、皮棉产量偏低，单铃重、上半部平均长度、整齐度指数、断裂伸长率偏高。对这类品系，应注意提高铃数和产量，主要以提高产量为改良目标。

第 Ⅱ 类有20个品种，主要表现为铃数、衣分、上半部平均长度、马克隆值、伸长率中等，生育期、籽指、单铃重偏低，株高、果枝数、籽棉产量、皮棉产量、断裂比强度偏高，对这类品系，应注意增加籽指，主要以提高上半部长度和单铃重为改良目标。

第 Ⅲ 类有20个品种，主要表现为上半部平均长度、伸长率中等，生育期、籽指、单铃重偏低，铃数、衣分、籽棉产量、皮棉产量、马克隆值、断裂比强度偏高，主要以提高单铃重和降低马克隆值为改良目标，整体表现较好的一类。

第 Ⅳ 类有28个品系，主要表现为株高、上半部平均长度、整齐度指数、马克隆值、伸长率中等，生育期、籽指、单株铃数偏低，衣分、籽棉产量、皮棉产量、断裂比强度偏高，主要以提高单株铃数和降低马克隆值为改良目标。

3 结论与讨论

通过对101份中早熟棉花种质资源中15个性状的变异系数，进行统计分析，有5个性状的变异系数大于10%，说明样本间差异较大［24］，较大的变异幅度，说明这101份棉花种质资源间的遗传差异较大，综合分析各农艺性状的表现，变异系数从大到小依次为株高＞皮棉产量＞单株铃数＞果枝数＞籽指＞果枝节位＞单铃重＞衣分＞生育期，不同品系间的单株结铃和株高遗传差异较大，这些性状的差异大有利于棉花种质资源的筛选。经综合分析棉花各品系纤维品质性状，变异系数从大到小依次为马克龙值＞断裂比强度＞上半部纤维长度＞断裂伸长率＞整齐度指数，参试品系的上半部平均长度、断裂比强度表现较好。

相关性分析表明，各性状间存在着不同的相互关联，10个产量性状间（除株高和第一果枝节位）、5个纤维品质性状间（除上半部纤维长度）均表现为显著或极显著的相互制约关系；单株铃数和单铃重与单位面积产量呈极显著正相关，说明适当的提高单株铃数和单铃重有利于增加产量，这与邓艳凤等［16、20］的研究结果基本一致。

中早熟机采棉主要性状进行主成分分析中，可将15个主要性状简化为6个主成分，累计贡献率达73.228%，包含了主要性状原始数据的绝大部分信息。进一步说明了参试品系各性状间错综复杂的相关性，因此在机采棉育种工作中，在追求高产量，注意协调各性状间的关系，使矛盾降到最小，提高育种效率，达到育种目标。

通过聚类分析，101份机采棉种质品系被分成了4个类群，第 Ⅰ 类种质资源籽棉产量和皮棉产量较低，进一步说明此类种质品系存在生态适应性问题，第Ⅲ类群是产量和品质最好的类群，可以更好地为选配杂交亲本加以利用，第Ⅳ类种质品系纤维品质偏低，可作为改良绒长与断裂比强度的品系加以利用。

该研究所调查的农艺性状、经济性状、产量性状和品质性状均属于表型数据，易受环境因素的影响，若要获得更为理想的聚类结果，在严格控制试验环境的同时，结合分子标记等技术，以更好地为新疆优质机采棉品种的选育提供科学依据［25］。

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