陆地棉种质材料机采农艺性状鉴定分析

马青山,杜 霄,陶志鑫,韩万里,龙遗磊,艾先涛,胡守林

(1.塔里木大学农学院,新疆阿拉尔 843300;2.新疆农业科学院经济作物研究所,乌鲁木齐 830091;3.新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐 830046;4.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】棉花作为我国重要的经济作物。棉花品种资源的多样性是棉花新品种选育的重要基础,但在棉花品种选育过程中,如长期选取优良品种,借助现代育种技术改良棉花[1-2],也会使一些棉花种质资源丢失,使得棉花资源的遗传基础变窄。新疆是我国最主要的产棉区,种植面积、单产、总产量处于第一位[3],在开展棉花新品种选育研究过程中最大限度的保留品种资源的多样性,以便积累丰富的育种研究材料。目前机采棉品种尚存在叶枝多、吐絮期不集中、植株易倒伏以及机采采净率低等问题[4]。因此筛选株型紧凑、株高和果枝始节高度适中、吐絮集中、高产、纤维品质优异等性状的棉花品种尤为重要。【前人研究进展】张磊磊等[5]对647份海岛棉种质进行变异系数、遗传多样性、相关性、主成分和聚类分析,筛选出225份综合表现较好的材料。邓艳凤等[6]以72份陆地棉材料为研究对象,针对其11个主要农艺性状,聚类结果将72份参试种质分为6类,第Ⅰ类群属于优质材料,第Ⅱ类群属于高产材料,第Ⅴ类群兼具高产、优质特点。尹会会等[7]对134份国外棉花种质进行聚类和主成分分析,综合筛选出包含美1870、美1884、FM1830等品种在内的14份优异种质。买买提·莫明等[8]对引进的6个机采棉新品种进行分析评价,结果表明所有品种结铃性均较好,鲁成1号在机采性状与产量、纤维品质性状方面表现尤为突出。张哲等[9]通过对12个重要农艺性状的分析研究,从100份新疆推广品种中筛选出11个适宜机采的棉花品种。徐安阳等[10]对新疆示范推广的主栽品种J206-5、新陆中82号与新陆中70号开展喷施脱叶剂机采试验,结果表明3个品种中新陆中82号是最适宜在南疆棉区种植的机采棉品种。【本研究切入点】前人对产量、纤维品质等农艺性状已进行相关研究,但对于机采适宜性相关性状的研究较少,利用大量种质资源进行机采性状分析鉴定的研究更不多见。需对棉花资源材料开展机采农艺性状分析鉴定,筛选出适宜机械化采收的陆地棉材料。【拟解决的关键问题】分析鉴定120份棉花材料的15个性状,筛选适宜机械采收的棉花育种材料,为机采棉新品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

120份供试材料均来自新疆农业科学院中亚种质资源库,材料来源于中国、美国、前苏联、澳大利亚和日本5个国家。表1

表1 120份陆地棉材料的来源及分布

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2022～2023年在新疆阿克苏地区库车市现代农业科创中心进行,该地区位于塔里木盆地北缘,属大陆性暖温带干旱气候。夏季最长日照时长达16 h,冬季最短日照时长可达10 h以上,多年平均年日照时长近3 000 h,年平均气温11.5℃,年平均降水量65 mm,全年无霜期266 d,≥10℃积温为4 102.6℃,气候环境适宜棉花种植。试验区土壤质地为粘土,前茬作物为玉米。

2022年4月9日播种,采用1膜6行种植模式,配置3行滴灌带,人工点播,出苗后进行人工定苗。行距配置为(10+66+10+66+10) cm,株距为10 cm,小区行长4 m,667m2播种前施适量农家肥和70 kg基肥(40 kg磷酸二铵+12 kg尿素+8 kg钾肥)。生育期滴水10次,随水施肥9次,化调8次。于10月5日开始收获并考种。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 生育期

棉花从出苗期到吐絮期的天数。

1.2.2.2 农艺性状

8月20日调查株高(子叶节至生长点高度)、果枝始节(第一果枝着生节位)、果枝始节高度、果枝数、有效果枝数、单株铃数、叶枝数并记载果枝类型、株型。9月1日调查叶片总数、叶绿素SPAD值,10月5日调查吐絮程度并测定单铃重与衣分。表2

表2 陆地棉材料描述性指标记载标准

1.3 数据处理

使用Excel 2019进行各性状均值、极差及变异系数的计算,使用SPSS Statistics 25对各材料农艺性状进行相关性、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 120份陆地棉材料农艺性状的变异

研究表明,120份陆地棉材料各性状变异程度存在差异,12个数量性农艺性状和3个描述性农艺性状的变异系数范围为4.6%～47.7%。叶片总数的变异系数最大,为47.7%,变异幅度为17.8～126.9;其余性状中变异系数较大的依次为叶枝数、株型与单株铃数,变异系数分别为36.8%、35.4%和32.6%;120份材料在叶片总数、叶枝数、株型和单株铃数4个性状遗传变异丰富。叶绿素SPAD值变异系数最小,其次为生育期,均未超过10%,性状遗传变异相对较低,遗传较为稳定。其余性状变异系数分别为吐絮程度(21.8%)>果枝类型(19.8%)>有效果枝数(19.7%)>株高(16.0%)>果枝数(15.7%)>果枝始节高度(15.4%)>单铃重(12.8%)>衣分(12.0%)>果枝始节(10.5%)。表3,表4

表3 120份陆地棉材料数量性农艺性状变异比较

表4 120份陆地棉材料描述性农艺性状变异比较

2.2 120份陆地棉材料数量性农艺性状相关性

研究表明,各农艺性状间存在不同程度的相关性。其中,生育期与叶枝数呈极显著正相关,与叶片总数呈显著正相关,与有效果枝数和衣分呈极显著负相关。株高与果枝始节高度、果枝数、有效果枝数、单株铃数和叶绿素SPAD值均呈极显著正相关,与叶枝数和叶片总数呈显著正相关,与衣分呈极显著负相关。果枝始节与果枝始节高度呈极显著正相关,与果枝数呈极显著负相关。果枝始节高度与叶绿素SPAD值呈极显著正相关。单株铃数与果枝数、有效果枝数、叶枝数、叶片总数、单铃重、叶绿素SPAD值呈极显著正相关,与衣分呈显著负相关。叶绿素SPAD值与果枝数、单株铃数、叶枝数呈极显著正相关,与有效果枝数、叶片总数呈显著正相关,与衣分呈显著负相关。120份棉花材料农艺性状间相关性各有不同,不同性状间相互促进,相互制约。表5

表5 120份陆地棉材料数量性农艺性状的相关性

2.3 120份陆地棉材料农艺性状的聚类分析

研究表明,在欧氏距离为5时,120份材料可划分成7个类群,其中第Ⅰ类群包含棉花材料24份、第Ⅱ类群包含53份、第Ⅲ类群包含23份、第Ⅳ类群包含8份、第Ⅴ类群包含8份、第Ⅵ类群包含3份、第Ⅶ类群包含1份。

第Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ类群材料株高较小,分别为45.7、59.8、56.8和56.4 d,且第Ⅰ(6.1个)、Ⅶ(7.4个)类群相较其它类群单株结铃少,Ⅴ(4.5个)、Ⅵ(5.1个)类群叶枝较多,但由于营养枝对产量影响不显著,且过多叶枝影响棉铃集中成熟,丰产潜力低,不符合常规机采植棉要求,但第Ⅰ类群材料果枝始节(5.9个)和果枝始节高度(21.9 cm)适中,生育期(133 d)相较于其它类群材料较好,较适宜机采性状要求。图1

图1 120份陆地棉材料数量性农艺性状的聚类

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类群株高适宜,分别为61.5、61.1、74.5 d,果枝始节(5.8、5.8、5.7个)和果枝始节高度(24.7、24.6、27.6 cm)适中,单株结铃多(9.3、10.5、8.9个),叶枝数少,叶片数和叶绿素SPAD值适中,丰产潜力大,较适宜机采,但生育期不符合机采熟性要求,3个类群以2式和1、2式果枝类型为主,株型紧凑,吐絮程度中畅,可通过适期早播,合理管控,通过化学调控促进品种早熟,以适应机采熟性要求,可作为机采棉选育材料。表6

表6 120份棉花材料不同类群农艺性状平均值

2.4 120份陆地棉材料数量性农艺性状主成分

研究表明,提取出的5个主成分,其累计贡献率77.07%。

第1主成分贡献率为28.88%,特征值为3.47,在第1主成分中,对应特征向量最大的为单株铃数(0.77),其次为果枝数(0.76)和株高(0.72)。第2主成分贡献率为16.96%,特征值为2.04,其对应特征向量最大的是生育期(0.73),其次是有效果枝数(-0.66)。第3主成分贡献率为14.38%,特征值为1.73,对应特征向量最大的是果枝始节高度(0.82),其次是果枝始节(0.71)。第4主成分贡献率为9.38%,特征值为1.13,对应特征向量最大的是单铃重(0.77),其次是株高(-0.33)。第5主成分贡献率为7.47%,对应特征向量最大的是单铃重(0.54),其次是生育期(0.45)。表7

表7 120份陆地棉材料数量性农艺性状的主成分

5个主成分用P1～P5表示,12个农艺性状用F1～F12表示,综合得分用P表示。根据12个农艺性状的特征系数和贡献率列出如下关系式:

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个机采性状较好的材料分别为:新陆早42号、新陆早40号、新陆早48号、邢台W-2、无号、新陆早16号、农林1号、鲁7619、73-782、新陆早15号。表8,表9

表8 生育期小于130 d材料综合得分

表9 10个机采性状较好材料的农艺性状平均值

3 讨 论

3.1适宜机采的品种,要求具有早熟性好、株型紧凑清秀、结铃性强、株高75 cm左右、果枝始节高度大于18 cm、吐絮集中、对脱叶剂敏感等特点[11-17],李飞等[18]对172份陆地棉品种(系)的19个农艺性状进行研究,结果表明,绝大部分农艺性状的变异系数大于5%,试验中15个农艺性状的变异分析表明,除生育期与叶绿素SPAD值的变异系数外,其余农艺性状变异系数均大于5%,与其结果相符。叶片总数的变异系数最大,在120份陆地棉材料中,叶片总数性状的遗传变异较为丰富。叶绿素SPAD值的变异系数最小,为4.6%,该性状变异较低,性状在群体中表现较为稳定,120份棉花材料的叶片叶绿素含量相对稳定,光合转换能力差异不大。

3.2相关性分析表明,120份棉花材料的15项农艺性状之间相关性相互交织,彼此之间存在不同程度的正向或负向相关,与刘剑光等[19]研究得出的机采棉产量、纤维品质间的存在较复杂的关系结论一致。试验中生育期与叶枝数和叶片总数呈显著正相关,与有效果枝数和衣分呈极显著负相关,与王俊铎等[20]研究结果有出入。株高与果枝始节高度、果枝数、有效果枝数、单株铃数和叶绿素SPAD值均呈极显著正相关,与张哲等[21]研究结果部分相同。果枝始节与果枝始节高度呈极显著正相关,与果枝数呈极显著负相关,与李波等[22]研究结果相同,随着果枝始节的升高,在理想株高的情况下,果枝数的生长空间受到抑制,导致果枝数不足,进而造成对产量的影响。果枝始节高度与叶绿素SPAD值呈极显著正相关,前人研究叶绿素SPAD值与脱叶率呈极显著负相关,与叶绿素含量呈显著正相关[23-24],随着果枝始节的升高,脱叶率随之降低。单株铃数与果枝数、有效果枝数、叶枝数、叶片总数、单铃重、叶绿素SPAD值呈极显著正相关,与衣分呈显著负相关。

3.3聚类分析研究表明,除第Ⅰ类群材料早熟性较好,其余类群生育期均不符合机采棉熟性要求。第Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ类群材料叶枝较多,吐絮不集中,结铃性弱,不符合机采棉性状选育要求。第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类群材料除生育期外,其余性状表现均较为符合机采棉选育要求。

3.4主成分分析研究表明,根据农艺性状系数和贡献率得出关系式,计算120份种质资源综合得分,以生育期小于130 d为条件,筛选出新陆早42号、新陆早40号、新陆早48号、邢台W-2、无号、新陆早16号、农林1号、鲁7619、73-782、新陆早15号共10份材料。由于机采相关性状大多属于多基因控制的数量性状[25],受基因型与环境条件的共同影响,因此后续将通过开展多年联合试验,进一步对优良材料进行鉴定评价,以加强试验结果的可靠性。

4 结 论

4.1120份材料可划分成7个类群,其中第Ⅰ类群包含棉花材料24份、第Ⅱ类群包含53份、第Ⅲ类群包含23份、第Ⅳ类群包含8份、第Ⅴ类群包含8份、第Ⅵ类群包含3份、第Ⅶ类群包含1份。

4.2筛选出新陆早42号、新陆早40号、新陆早48号、邢台W-2、无号、新陆早16号、农林1号、鲁7619、73-782、新陆早15号,共10份棉花材料可作为机采棉选育优良种质。这些材料株高适中,单株结铃多,果枝始节和果枝始节高度适宜,果枝类型以2式和1、2式果枝为主,株型紧凑,吐絮程度中、畅,是符合机采的优质种质资源。