早熟棉新品系的主要性状分析与优异品系筛选

邓艳凤, 肖水平, 杨 秀, 杨绍群, 刘新稳, 柯兴盛, 王 涛

(江西省棉花研究所/国家棉花产业技术体系鄱阳湖综合试验站，江西 九江 332105)

棉花不仅是我国主要的经济作物，也是仅次于粮食的第二大农作物，是纺织工业的主要原材料。早熟陆地棉生育期短、生长发育快，可以和冬小麦、油菜和马铃薯等农作物进行轮作，从而实现粮棉一年两熟，增加复种指数，有效缓解粮棉争地[1]。此外，早熟棉可以有效避免因早春干旱盐碱浓度升高对棉花出苗造成的伤害，可以在新疆部分棉区及一些滨海盐碱地等地区种植，增加棉花种植面积，从而提高土地利用率。因此，选育早熟棉成为当下主要的研究方向[2]。

通过观察和分析早熟棉的主要农艺性状，探讨棉花新品系的农艺特性，对早熟棉新品种(系)的选育有着重要的意义。目前一般采用变异分析[3]、相关分析[4-6]和聚类分析[7-9]等多种统计分析方法对棉花的主要农艺性状进行比较。李慧琴等[10]对24份陆地棉材料表型性状进行变异性分析，发现有5个性状的变异系数均>10%，说明这24份陆地棉种质资源类型丰富，有利于特异种质材料的比较和筛选。徐敏等[11]对早熟棉创新种质资源主要农艺性状进行聚类分析，将144份种质资源材料分为9大类群，这些类群可分别作为早熟、大铃、抗病、高产、优质材料加以利用。邓艳凤等[12]对江西省棉花研究所早熟课题组2012—2015年选育的57份早熟陆地棉材料主要性状进行分析，筛选出5份具早熟、高产、优质等特性的棉花新品系。本研究以江西省棉花研究所育种研究室2015—2017年选育的63份早熟棉新品系为试验材料，对主要农艺性状进行变异分析、相关分析和聚类分析，综合评价这63份材料主要农艺性状之间的关系，以期筛选出综合性状优良的新品系，为区域试验或品种审定和推广提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为江西省棉花研究所早熟课题组筛选出的63份早熟棉新品系材料(表1)，种植在江西省棉花研究所试验田。试验于2018—2019年进行，种植方式为板地精准直播，各小区长10.0 m、宽1.5 m，双行区，行距0.8 m、株距0.2 m。各小区随机区组设计，设3次重复。2年都在5月中旬播种，待棉花幼苗长出第2片真叶后定苗。其他田间农艺操作参照当地早熟棉田间管理方法。

表1 63份早熟棉新品系材料

1.2 测定指标及方法

前期记录每份材料的出苗期和吐絮期，并计算全生育期；后期在每小区选取10株长势正常的棉花，分别测量株高、单株果枝数和单株成铃数。收花期在棉株中部内围采收60个完全开裂的棉铃，室内考种记录单铃重和衣分，并取纤维样品寄送到农业农村部棉花品质监督检验测试中心(安阳)检测上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度、长度整齐度指数和断裂伸长率。各性状调查方法及标准参考《棉花种质资源描述规范和数据标准》[13]。

1.3 统计与分析

试验数据经Microsoft Excel 2007初步整理，利用SAS 8进行平均值、标准差和变异系数等统计量的计算以及相关分析，利用SPASS 20.0进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 早熟棉新品系主要性状的遗传多样性

由表2可知，63份早熟棉新品系生育期在85.00～101.00 d之间；株高在88.00～130.00 cm之间；果枝数在11.00～21.00个之间；结铃数在9.10～29.00个之间；衣分在34.19%～44.40%之间；铃重在3.93～5.17 g之间；纤维长度在26.10～31.90 mm之间；比强度在27.10～36.00 cN·tex-1之间；马克隆值在4.70～6.00之间；整齐度指数在81.90%～87.90%之间；伸长率在6.70%～7.00%之间；籽棉产量在1 850.33～3 753.34 kg·hm-2之间。

表2 早熟棉新品系农艺性状的变异情况

由表2还可知，各性状变异系数以结铃数最大(23.03%)、籽棉产量第二(16.70%)；伸长率最小(0.83%)、整齐度指数(1.51%)倒数第二；其他农艺性状的变异系数在3.21%～13.70%之间。由此可见，结铃数和籽棉产量具有较高的改良潜力，而伸长率和整齐度指数已趋于稳定。

2.2 早熟棉新品系主要性状间的相关性

由表3可知，早熟棉新品系不同农艺性状指标间存在不同程度的相关性，生育期与株高、纤维长度和比强度呈极显著正相关，与衣分和马克隆值呈极显著负相关；株高与果枝数、纤维长度和比强度呈极显著正相关，与铃重和籽棉产量呈显著正相关，与衣分呈极显著负相关，与马克隆值呈显著负相关；衣分与马克隆值呈极显著正相关，与比强度呈极显著负相关，与铃重呈显著负相关；铃重与比强度和伸长率呈极显著正相关，与纤维长度呈显著正相关，与马克隆值呈显著负相关；纤维长度与比强度和伸长率呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关；比强度与伸长率呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关；整齐度指数与籽棉产量呈极显著正相关。其中，成铃数与其余11个农艺性状均不存在显著相关。

表3 早熟棉新品系农艺性状的相关分析1)

2.3 早熟棉新品系的生育期和株型性状

棉花的早熟性主要受生育期和植株形态(株高、果枝)等因素制约，是一个较为复杂的综合性状[14]。对63份材料的生育期、株高和果枝数3个性状进行聚类分析(图1)，在聚类距离9.0处将63份材料分为五大类。其中，第Ⅰ类包含23份材料，分别是：H02、H03、H09、H18、H26、H28、H33、H38、H39、H41、H45、H46、H47、H48、H49、H53、H55、H56、H58、H59、H60、H61和H62；第Ⅱ类包含13份材料，分别是：H04、H15、H17、H20、H21、H22、H32、H34、H35、H36、H37、H57和H63；第Ⅲ类包含17份材料，分别是：H05、H08、H10、H12、H13、H16、H19、H23、H24、H25、H27、H29、H30、H40、H43、H52和H54；第Ⅳ类包含9份材料，分别是：H01、H06、H07、H11、H14、H31、H42、H44和H51；第Ⅴ类群由H50单独组成。从表4可见，第Ⅱ类群的生育期(89.08 d)、株高(89.85 cm)和果枝数(13.15)的平均值在5个类群中均最小，说明该类群的棉花材料早熟性最为突出。第Ⅰ类群的生育期(89.87 d)略高于第Ⅱ、Ⅲ类群，株高(98.74 cm)仅高于第Ⅱ类群，果枝数(15.12)仅高于第Ⅱ类群。因此，第Ⅰ类群属于较早熟材料。

图1 63份早熟棉新品系生育期与株型性状的系统聚类图

表4 早熟棉新品系不同类群的生育期和株型性状表现

2.4 早熟棉新品系的产量因素

成铃数、衣分、铃重和籽棉产量都是决定棉花产量的重要因素，除衣分主要受遗传特性决定外，其他性状受外界环境影响较大[15]。对63份材料的4个产量性状进行聚类分析，以聚类距离9.5将其划分为五大类(图2)。其中，第Ⅰ类包含20份材料，分别是：H03、H05、H07、H09、H10、H11、H18、H19、H20、H21、H22、H23、H24、H25、H43、H44、H45、H46、H48和H51；第Ⅱ类包含22份材料，分别是：H01、H02、H13、H14、H15、H17、H30、H36、H37、H38、H39、H40、H41、H42、H47、H49、H50、H54、H55、H58、H61和H63；第Ⅲ类包含4份材料，分别是：H06、H08、H12和H56；第Ⅳ类包含5份材料，分别是：H27、H28、H29、H33和H35；第Ⅴ类包含12份材料，分别是：H04、H16、H26、H31、H32、H34、H52、H53、H57、H59、H60和H62。从表5可见，第Ⅲ类群的籽棉产量(3 560.90 kg·hm-2)和铃重(4.60 g)平均值在5个类群中最大，结铃数的平均值(14.30)仅次于第Ⅱ类群，衣分的平均值(38.37%)仅高于第Ⅳ类群。综合来看，第Ⅲ类群属于高产材料。第Ⅰ类群籽棉产量(3 086.93 kg·hm-2)平均值仅低于第Ⅲ类群，铃重(4.50 g)平均值低于第Ⅲ、Ⅳ类群，结铃数平均值(14.26)仅低于第Ⅱ、Ⅲ类群，衣分平均值(39.22%)仅低于第Ⅱ、Ⅴ类群，因此，第Ⅰ类群属于较高产材料。

表5 早熟棉新品系不同类群的产量性状表现

图2 63份早熟棉新品系产量性状的系统聚类图

2.5 早熟棉新品系的纤维品质

纤维长度、整齐度指数、马克隆值、比强度等是鉴定棉花纤维品质优劣的主要指标[16]。对63份材料的5个纤维品质性状进行聚类分析，以聚类距离14.5将其划分为四大类(图3)。其中，第Ⅰ类包含33份材料，分别是：H04、H09、H19、H20、H23、H31、H33、H35、H38、H39、H44、H45、H61、H63、H11、H27、H32、H49、H54、H55、H59、H60、H06、H16、H46、H57、H07、H13、H18、H30、H40、H43和H52；第Ⅱ类包含4份材料，分别是：H17、H53、H58、H62；第Ⅲ类包含11份材料，分别是：H03、H08、H10、H12、H15、H21、H22、H24、H25、H41和H47；第Ⅳ类包含15份材料，分别是：H01、H02、H05、H14、H26、H28、H29、H34、H36、H37、H42、H48、H50、H51和H56。从表6可见，第Ⅳ类群纤维长度(30.33 mm)、比强度(34.97 cN·tex-1)和伸长率(6.87%)平均值在4个类群中最大，马克隆值平均值(5.17)在4个类群中最小，整齐度指数平均值(84.76%)仅高于第Ⅱ类群。综合来看，第Ⅳ类群属于优质材料。第Ⅰ类群纤维长度平均值(28.61 mm)仅低于第Ⅳ类群，比强度(31.18 cN·tex-1)和马克隆值(5.45)平均值均高于第Ⅲ类群，整齐度指数平均值(85.20%)仅低于第Ⅲ类群，伸长率平均值(6.81%)仅低于第Ⅳ类群。因此，第Ⅰ类群属于较优质材料。

表6 早熟棉新品系不同类群的品质性状表现

图3 63份早熟棉新品系品质性状的系统聚类图

3 讨论与结论

变异系数是反映不同观测值变异程度的重要统计参数，常用来衡量作物遗传多样性及多变环境下的遗传稳定性[17]。选择优良新品种(系)的潜力与农作物各农艺性状的变异系数有直接联系，一般变异系数越大，遗传多样性越丰富，对优良品种的选择越有利[18-19]。马晓梅等[20]对新疆128个早熟陆地棉参试品种(系)的调查表明，5个主要性状的变异系数从小到大依次为：株高<果枝数<始节位<籽棉产量<结铃数。本试验对63份早熟陆地棉高代新品系的12个农艺性状进行遗传变异分析，发现变异系数>5%的有8个性状，结铃数(23.03%)和籽棉产量(16.70%)变异系数最大，表明遗传多样性较为丰富；变异系数<5%的有纤维长度(4.58%)、生育期(3.21%)、整齐度指数(1.51%)和伸长率(0.83%)，说明参试材料在产量性状上具有很大的改良潜力，而生育期和品质性状趋于稳定，可作为筛选早熟优质棉花材料的稳定依据。

棉花产量和纤维品质及其他农艺性状之间存在相互影响。因此，为提高产量和改良品质，棉花农艺性状间的相关性越来越受重视。石建斌等[21]研究表明，陆地棉果枝数与比强度呈显著正相关，衣分与马克隆值呈极显著正相关，而单铃重与马克隆值呈极显著负相关。齐海坤等[22]对机采棉杂交后代主要农艺性状间的相关性研究发现，籽棉产量与株高、果枝数呈极显著正相关；而品质性状又与果枝数、铃重呈负相关，与衣分呈正相关性，表明产量性状和品质性状与株型性状之间有一定的相关性。本研究表明，早熟陆地棉高代新品系籽棉产量与生育期、株高、成铃数、单铃重、马克隆值和整齐度指数呈正相关性，这与齐海坤等[22]的研究结果相一致。此外，本研究还发现棉花铃重除与马克隆值呈显著负相关外，其余4个品质性状均存在不同程度的正相关，表明通过提高棉花铃重能够改善纤维品质，但铃重与衣分呈显著负相关，即随着铃重的增加衣分也越来越低。因此，在培育新品种时应兼顾产量性状和品质性状的相关性。

对63份早熟陆地棉高代新品系分别按生育期与株型性状、产量性状、品质性状三方面进行聚类，筛选出早熟材料13份、较早熟材料23份，高产材料4份、较高产材料20份，优质材料15份、较优质材料33份。同时具有早熟、高产优质特性的材料为H56(生育期90.00 d，株高100.00 cm，果枝数14.00个，成铃数11.00个，衣分39.09%，单铃重5.08 g，棉纤维长度29.60 mm，比强度34.90 cN·tex-1，马克隆值5.6，整齐度指数为85.60%，伸长率6.90%，籽棉产量3 451.76 kg·hm-2)，建议参加长江流域棉区早熟组区域试验，以期获得新品种审定并进行示范推广。早熟优质材料4份，分别是H02、H26、H28、H48，早熟较高产、优质材料1份为H02(生育期89.00 d，株高95.00 cm，果枝数15.50个，成铃数11.00个，衣分41.37%，单铃重4.76 g，棉纤维长度30.20 mm，比强度34.90 cN·tex-1，马克隆值5.1，整齐度指数为83.10%，伸长率6.80%，籽棉产量2 462.14 kg·hm-2)，较早熟较高产优质材料2份，分别是：H36(生育期90.00 d，株高92.00 cm，果枝数12.00个，成铃数10.00个，衣分39.90%，单铃重4.66 g，棉纤维长度28.80 mm，比强度33.70 cN·tex-1，马克隆值5.3，整齐度指数为85.20%，伸长率6.80%，籽棉产量2 572.39 kg·hm-2)和H37(生育期91.00 d，株高88.00 cm，果枝数12.00，成铃数12.00，衣分43.98%，铃重4.61 g，棉纤维长度30.30 mm，比强度34.20 cN·tex-1，马克隆值5.3，整齐度指数为83.80%，伸长率6.90%，籽棉产量2 668.69 kg·hm-2),建议参加长江流域棉区早熟组区域试验。

对63份早熟陆地棉新品系主要农艺性状进行综合比较，共筛选出早熟高产优质棉材料1份、早熟较高产优质棉材料1份和较早熟较高产优质棉材料2份，下一步将申请转基因安全证书并参加2 a的DUS测试，为参加棉花区域试验打下基础和保障。