早熟棉F1代22份材料主要性状的综合评价分析

杨秀　邓艳凤　肖水平　柯兴盛　刘新稳　杨绍群　王涛

摘要：通過对江西省棉花研究所育种课题组利用早熟棉品种与高产优质的中熟棉材料进行杂交的F1代22份材料，采用主成分、聚类和相关性分析方法进行12个主要性状综合评价分析，以期筛选出早熟、高产、优质的棉花新品种或组合。统计分析结果表明，22份材料的各个性状的表现存在较大差异，籽棉产量的变异系数最大，生育期和纤维整齐度指数变异系数较小。相关性分析结果表明，生育期与马克隆值、纤维上半部平均长度、整齐度指数、伸长率均呈正相关，纤维上半部平均长度与马克隆值、断裂比强度相关性达到极显著水平。主成分分析结果显示，前4个主成分特征值大于1，累计贡献率达到70.713%。聚类分析结果表明，在遗传距离5.0处，22份材料划分为5个类群，第IV类和第V类产量高、品质好，其中第V类生育期短、植株矮。本研究通过综合评价分析筛选出早熟高产优质材料2份，可进一步育成早熟棉新品种进行示范推广;此外还筛选出高产材料3份，优质材料2份，早熟材料1份，可进一步改良利用。

关键词：早熟棉;F1代;农艺性状;品质性状;综合性状

中图分类号：S562.035    文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2020）02-0015-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.02.002

Abstract：  Through the comprehensive evaluation and analysis of 12 main traits of 22 F1 generation materials which were crossed by the breeding research group of Jiangxi cotton research institute by using early maturing cotton and high yield-quality medium maturing cotton. The methods of principal component， clustering and correlation analysis were used to comprehensively evaluate and analyze 12 main traits， so as to select new cotton varieties or combinations with early maturity， high yield-quality. The variation coefficient of seed cotton yield was the largest， while that of growth period and fiber evenness index was smaller. The results of correlation analysis showed that there was a certain correlation among the traits. The growth period was positively correlated with the micronaire value， the average length of fiber upper half， the evenness index and the elongation. The correlation between the average length of fiber upper half and the micronaire value and the breaking tenacity reached a very significant level. The results of principal component analysis showed that the characteristic values of the first four principal components were greater than 1， and the cumulative contribution rate reached 70.713%. The results of cluster analysis showed that at the genetic distance of 5.0， 22 materials were divided into 5 groups. The yield and quality of class IV and V were high， among which the growth period of class V was short and the plant was short. Through comprehensive evaluation and analysis， 2 early maturing， high yield and high quality materials were screened out， which can be further bred into new early maturing cotton varieties for demonstration and promotion; In addition， 3 high yield materials and 2 high quality materials were screened out， which can be further improved and utilized.

Key words： Early maturing cotton; F1 generation; Agronomic traits; Quality traits; Comprehensive traits

0  引言

棉花是关乎国计民生的重要物资，中国是世界棉花生产大国之一，同时也是最大的消费国[1]。近年来，由于棉花种植成本上涨、过程繁杂，劳动强度大，且随着社会的进步与人民生活水平的提高，对棉花纤维品质的要求也越来越高，导致棉花生产效益降低[2]。长江流域是我国棉花主产区之一，该棉区在棉花生长中后期往往发生干旱或者秋涝，后期降水又较多，且病虫害较为严重，因此该区大部分地区适合种植晚播早熟的早熟棉品种[3];因而在长江流域棉花育种过程中，选择早熟、高产、优质棉花品种十分重要。前人研究发现产量与纤维品质、农艺性状存在相互影响，所以对于棉花产量、纤维品质及重要农艺性状等的评价分析越来越多[4-8]。其中研究材料主要包括常规品种、杂交组合、转基因抗虫棉等，所采用的统计分析方法主要包括简单相关分析、聚类分析、主成分分析等[9-12]。而利用棉花的杂种优势是提高产量、改善纤维品质、创制早熟性品种的有效途径之一，因此对杂交组合进行客观评价具有现实意义[13]。本研究利用早熟棉品种与高产优质的中熟（或中晚熟）棉材料进行杂交，对杂交F1代进行综合评价，以筛选出具有早熟、优质、丰产等综合性状优良的新组合，进一步为早熟棉品种改良提供新材料。

1  材料与方法

1.1  试验材料

供试材料为22个杂交组合，配组亲本材料是早熟棉品种与高产优质的中熟（或中晚熟）棉，由江西省棉花研究所育种课题组提供。

1.2  試验方法

试验材料于2019年种植在江西省棉花研究所科研基地。每份材料种两行，行长6.7 m，行距1 m，株距0.25 m，设置3个重复，随机区组设计，田间管理与大田相同。棉花生育期内调查各生育时期，吐絮期调查株高、果枝数和单株成铃数（每小区调查10株）。此外，收花期采收棉株中部果枝第1～2果节吐絮正常的60个棉铃，晒干后测定单铃重、衣分等，并取纤维样品寄送农业部棉花品质监督检验测试中心（安阳）进行纤维上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度、长度整齐度指数和断裂伸长率检测。将3次重复各性状的平均值作为该性状的最终表型值。

1.3  数据处理

所有原始数据经Microsoft Excel 2007进行基本整理，并利用SPASS 25.0软件对各性状数据进行相关分析、聚类分析和主成分分析等。

2  结果与分析

2.1  供试材料各性状的统计描述

对22份材料的各个性状进行基本参数分析，结果显示（表1），供试材料在12个性状上均表现较大差异，变异系数由大到小依次为籽棉产量、株高、马克隆值、果枝数、单株成铃数、断裂比强度、伸长率、单铃重、上半部平均长度、生育期、整齐度指数，其中籽棉产量的变异系数（8.49%）最大，生育期（1.90%）和纤维整齐度指数（1.08%）变异系数较小，说明棉花产量受基因型影响而变异最大。这些变异的存在为研究棉花各性状之间的相关性创造了理论条件。

2.3  主成分分析

对原始数据标准化后进行主成分分析，获得各性状的特征值和特征向量（表3）。前4个主成分特征值大于1，累计贡献率达到70.713%，表明所选4个主成分能较好地反映这些性状大部分遗传差异信息。表4列出了22份供试材料的主成分得分值，得分值越高，材料受此主成分的影响也越大。

从表3和表4可以看出，第1主成分的特征值为3.082，贡献率为25.686%，在特征向量中，为负值且载荷绝对值较高的性状有纤维上半部平均长度、断裂比强度、籽棉产量、单铃重、整齐度指数，这五个因子是棉花产量和品质因子，这表明第1主成分得分值低的供试材料表现为产量高、纤维品质好，代表材料为11号、22号。

第2主成分的特征值为2.568，贡献率为21.397%，特征向量中纤维上半部平均长度、断裂比强度、整齐度指数和果枝数为正值且较大，但随着纤维上半部平均长度、断裂比强度、整齐度指数的增加，与纤维品质相关的马克隆值降低，产量相关的性状衣分和籽棉产量也会受到不利的影响，然而生育期的特征向量为正值且较小，说明第2主成分得分值高的供试材料表现为纤维品质好，但衣分和产量低，代表材料为15号、21号。

第3主成分特征值为1.504，贡献率为12.537%，单铃重（0.600）、衣分（0.313）的特征向量值较大且为正值;随着单铃重和衣分的增加产量增加，但同时会降低棉花纤维整齐度指数（-0.082）和伸长率（-0.692），影响棉纤维品质;表明第3主成分得分值高的材料单铃较重、衣分高，但纤维品质差，代表性材料是4号、6号、13号。

第4主成分特征值为1.331，贡献率为11.094%，特征向量较大且为正值的性状为生育期（0.573）和马克隆值（0.468），马克隆值是反映棉纤维的细度和成熟度;纤维上半部平均长度和断裂比强度均为负值;降低马克隆值会提高纤维上半部平均长度和断裂比强度，因此在马克隆值B2和C2范围内，应尽量降低马克隆值，以提高纤维上半部平均长度和断裂比强度，说明第4主成分得分值高的材料结铃性好，但生育期长、纤维品质差，代表性材料有1号、20号。

2.4  聚类分析

对22份供试材料的12个性状进行聚类分析（图1），遗传距离在5.0处可将所有材料分为5个类群，不同类群材料性状的平均值见表5。第I类群包括15号、16号、17号材料，该类群材料植株较高、果枝多、衣分高、结铃性好;第Ⅱ类群仅包括10号材料，该材料单铃重和衣分较高、生育期较短，而纤维上半部平均长度、断裂比强度较低。第Ⅲ类群包括2号、3号、5号、6号、7号、9号、12号、13号、14号、19号、21号材料，该类群材料所有的表现类型都属于中间型;第IV类群包括6个材料，分别是1号、4号、8号、18号、20号、22号，该类群材料纤维品质好、生育期较长、产量高。第V类群仅包括11号材料，该材料生育期短、植株矮、产量高、纤维品质好，但衣分较低、结铃性差。

3  讨论与结论

外在表现往往受内在基因的控制，因此在育种中必须重视表型性状的影响。而对棉花各性状之间的评价是筛选优良材料的重要途径。孙杰认为棉花外在表现受自然环境、棉花特性、生理等多种原因影响[14]。本研究统计分析得出，供试材料的12个性状中变异系数最大的是籽棉产量（8.49%），而在产量因子中变异系数从大到小依次为单株成铃数>衣分>单铃重，单株成铃数变异系数较大;在品质性状中变异系数依次为马克隆值>断裂比强度>伸长率>上半部平均长度>整齐度指数，马克隆值较易受到环境的影响;在农艺性状中生育期的变异系数最小，说明生育期受基因型控制而变异较小。这些结果与前人的研究一致[15-18]。

前人研究发现，棉花各性状间关系微妙，其相关性的正负及具体的数值准确地反映了各性状间对提高产量、纤维质量的影响[19]。本研究发现纤维上半部平均长度与马克隆值、断裂比强度、整齐度指数呈正相关，说明纤维上半部平均长度的提高有利于马克隆值、断裂比强度、整齐度指数的增加，这与唐中杰等人的研究结论一致[20];株高与籽棉产量呈极显著负相关，与果枝数呈显著正相关;果枝数与单株成铃数呈极显著正相关;籽棉产量与单株成铃数呈显著负相关，说明株高、果枝数、单株铃数是影响棉花产量的重要因子，这与前人研究结果相似[21]。

主成分分析依据特征值大于1，从12个性状中筛选出了4个主成分，基本能反映全部的遗传特征，分别代表了产量、纤维品质、熟性等选择因子。因此，在育种过程中，首先要选择产量高，其次应选择品质优良、适宜生育期的品种。本研究认为在育种工作的选育上不能仅仅追求某一个数量性状，在单个性状选择上应以适度为好，同时要兼顾其他性状才能获得高产优质的效果。

丰富棉花种质资源是棉花产业发展的必要手段。孙长法，等[11]对15个品种的17个数量性状进行了聚类分析，根据相似度聚为5大类，对于综合评判和合理利用棉花品种资源，提供了极其重要的参考意义。本研究运用聚类分析将供试材料分为5大类，第Ⅰ类和第Ⅱ类衣分高，但产量和品质低;第Ⅲ类属于中间型;第Ⅳ类和第Ⅴ类产量高、品质好，其中第Ⅴ类生育期短、植株矮。因此，第Ⅳ类和第Ⅴ类材料表现较好，在育种中应重点利用，包括1号、4号、8号、18号、20号、22号、11号材料。

综上所述，22份供试材料中各个性状的表现存在较大差异，因此在育种工作中，要结合材料自身的特性加以利用。本研究通过综合评价分析筛选出早熟高产优质材料2份（11号和22号）、高产材料3份（4号、6号、13号）、优质材料2份（15号、21号）、早熟材料1份（10号），为下一步的育种工作奠定基础。

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