200份陆地棉种质资源农艺性状遗传多样性分析

王俊铎，龚照龙，梁亚军，艾先涛，郭江平，莫 明，李雪源，郑巨云

(新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究背景】棉花作为重要的经济作物，其自身商品化率达到95%以上[1，2]。新疆棉花单位面积生产成本随之上涨[3]。随着转基因抗虫棉全面推广，存纤维细度变粗、纤维长度变短、纤维强度下降、纤维马克隆值增大等问题，棉花品种培育任务艰巨[4]。【前人研究进展】李飞等[5]将 172 份陆地棉材料共 19 个农艺性状进行主成分分析和聚类分析，主成分分析结果表明，19 个性状可简化为彼此互不相关的 5 个主成分，这 5 个主成分累计贡献率达 80.253%。刘娜等[6]利用聚类分析法和主成分分析法,综合评价分析了319份陆地棉材料耐盐表型数据的遗传多样性，结果表明，陆地棉遗传多样性非常丰富。李武等[7]对黄河流域 102 个棉花材料的 9 个农艺性状进行主成分及聚类分析，结果表明，棉花品种株高越高相应的营养枝、果枝数、单株铃数增多，单铃质量提高，生育期延长；棉花品种第1果枝着生节位较高，生育期延长，营养枝较多，单株铃数增多，单铃质量提高，衣分也会上升；同一品种的籽指越大，相应的衣分就会降低，导致皮棉产量下降。【本研究切入点】合理选择、利用棉花种质资源对当前棉花育种起着至关重要的作用，而种质资源表型的多样性在育种材料的搜集中是核心问题[7,8,9]。当前大多数对于种子资源多样性的研究基于农艺性状和品质性状，而基于生育期和形态指标的研究较少。研究陆地棉种质资源农艺性状遗传多样性。【拟解决的关键问题】研究基于生育期和形态指标利用遗传多样性分析、聚类分析，综合分析200份棉花种质资源，为当前的棉花优质种质资源筛选、创新、拓宽棉花种质基因库工作提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年在新疆农业科学院第一师16团陆地棉育种基地进行。该基地位于塔里木河源头(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)交汇点附近的平原荒漠绿洲区内，海拔为 1 014 m，属典型的极端干旱气候，蒸发强烈。年平均降水量45.7 mm、蒸发量 1 876.6～2 558.9 mm、日照时数 2 950 h，无霜期207 d。土壤质地为砂壤土，前茬作物为棉花。

从国家种质资源库收集200份陆地棉种质资源，2017～2018年在第一师16团陆地棉育种基地种植鉴定。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用田间小区试验方法，小区面积8.5 m×2.3 m = 20 m2，行距(66+10)cm，株距10出苗，机采棉膜下种植模式。每个品种3次重复，随机区组排列，田间管理同大田生产。2017年于4月15日播种，2018年于4月10日播种，从9月初开始，根据不同品种的成熟情况陆续收获。

1.2.2 指标测定

于8月20日测试株型、植株色素腺体、茎色、主茎硬度、茎毛或叶毛多少等指标；于10月5日测定种子短绒着生情况、短绒颜色、种子短绒着生情况、种子短绒颜色、种仁色素腺体、吐絮颜色等指标(棉花DUS测试指南[5])。表1

表1 棉花形态指标测定标准

1.3 数据处理

试验数据采用Excel、SPSS 19.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 棉花种植资源生育期

研究表明，从苗期到蕾期的时长从20～38 d不等，78%的品种时长集中在25～33 d，其中品种J170764和J170809时间最长(38 d), 品种J170739 时长最短(22 d)；从蕾期到花期平均时长为39 d，71.5%的品种时长集中在34～43 d，200份材料中品种J170776、J170818和J170827时长最长(48 d), 品种J170664时长最短(24 d)；花期到絮期的时长跨度最大，品种J170814仅为43 d(最短)但品种J170637、J170639等8个品种时长为84 d(最长)相差41 d，平均时长为70 d，其中53.5%集中在67～78 d；种质资源的生育期差异明显。图1

注：A：苗期-蕾期时长分布；B：为蕾期-花期时长分布；C：为花期-絮期时长分布；D：为生育期时长分布

2.2 棉花种植资源形态指标遗传多样性

研究表明，参试材料的21个性状的遗传多样性指数(H′)变幅范围在0～1.02；种子短绒颜色的遗传多样性指数(H′)最高(1.02)，其次是茎毛叶毛多少(0.97)，叶色(0.72)，种子短绒颜色、茎毛或叶毛多少、叶色多样性较为丰富。叶片形状的遗传多样性指数(H′)是(0)，所有材料的的叶片性状一致；再次是叶基斑和果枝类型(都为0.03)大部分材料的叶基斑和果枝类型相同。表2

表2 形态指标遗传多样性

2.3 对种质资源进行聚类

利用欧式距离对参试材料进行聚类，200份材料可以划分为6大类，其中第1大类有30份，主要以株型为筒型，茎色紫红色，茎毛少，叶色红色，种子短绒颜色灰褐色材料为主；第2大类主要以170177为主的20份材料，株型为塔型，无植株色素腺体，种子短绒着生稀毛，种子短绒颜色绿褐色，有种仁色素腺体，吐絮颜色乳白；第3大类有31份，主要是株型为塔型，无植株色素腺体，茎色为绿色，叶色深绿色，种子短绒颜色灰绿色，无种仁色素腺体为主；第4大类20份，主要特征为主要是株型为塔型，有植株色素腺体，茎色为红色，主茎硬度硬，茎毛中，有叶基斑，有限果枝类型，有种仁色素腺体，吐絮颜色为白色；第5大类有34份，主要特征为株型为塔型，有植株色素腺体，茎色为绿色，主茎硬度中，茎毛多，叶色为深绿色，有叶基斑，有限果枝类型，花冠黄色，有种仁色素腺体，吐絮颜色为乳白色；第6大类50份，所占比例较大，主要特征为株型塔型，有植株色素腺体，茎色为绿色，无茎毛，叶色深绿色，叶片大小中，无叶基斑，有限果枝类型，黄色花冠，黄色花药，铃着生方式单生，铃型卵圆，种子短绒着生情况多毛，种子短绒颜色灰绿色，有种仁色素腺体，吐絮颜色白色。图1

图2 利用欧式距离对参试材料进行聚类

3 讨 论

袁东升等[10]对其新收集的266份番茄种质资源35个表型性状指标进行了遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析，以确定材料的遗传多样性丰富程度以及变异程度。赵勇等[11]基于农艺性状分级数据，采用方差、广义遗传力、主成分、聚类和判别分析等统计方法，对 317 份甘蔗种质资源进行综合评价分析，筛选农艺性状表现优良的种质资源。并在此基础上，采用1次旋光法，对筛选出的优良种质资源甘蔗糖分进行评价。王沛琦等[12]以来自国内外的 312 份红花种质为材料，采用主成分分析与聚类分析，对 6 个主要表型性状进行多样性分析,结果表明，红花种质资源主要表型性状的遗传变异丰富。我国不是棉花的起源中心，虽然通过引进收集，逐渐完成了数量的积累，但棉花遗传基础仍比较狭窄，棉花基因资源的多样性较低[13]。研究将200份棉花种质材料基于形态指标进行多样性分析，遗传多样性指数(H′)变幅范围在0～1.02，这与李慧琴等[14]的研究情况有所不同。聚类分析已被广泛用于作物种质资源分类和遗传多样性的研究，研究将200份棉花种质材料基于形态指标通过聚类分析划分为6大类，但聚类分析所用的形态指标数据一定程度上受到环境条件影响，若想进一步取得更为理想的聚类分析结果，应在严格控制试验环境条件的基础上，对试验进行更加系统的研究。

新疆作为我国棉花主产区，但当前面临着棉花纤维品质较差、棉花黄萎病大流行、棉花不耐盐碱、干旱和高温等因素，严重制约了棉花产业的发展，因而迫切需要对国内外棉花资源进行考察收集[13]。长期的人工选择也会进一步造成棉花遗传基础比较狭小[15]，研究中，遗传多样性指数(H′)变幅范围在0～1.02，也说明参试材料的多样性不够丰富。

4 结 论

200份种质资源的遗传多样性丰富，其中第1大类30份材料，茎色紫红色，种子短绒颜色灰褐色材料为主，可以作为彩色棉花育种资源；以170177为主的20份材料种子短绒着生稀毛，种子短绒颜色绿褐色可以作为早熟、无酚、耐高温的育种材料；第6大类50份，可以作为目前新疆育种材料亲本，主要特征为株型塔型，无茎毛，叶色深绿色，叶片大小中，无叶基斑，有限果枝类型，黄色花冠，黄色花药，种子短绒着生情况多毛，种子短绒颜色灰绿色，有种仁色素腺体，吐絮颜色白色。