新疆60份引進陸地棉資源主要性狀的遺傳差異分析

李雪瑞劉寧王永剛樊艷星肖菁馬艷明Summary：為拓寬棉花育種的遺傳基礎，在廣泛收集國外種質資源的基礎上，篩選優良種質資源作為育種親本。以60份中亞地區引進的棉花種質資源為試驗材料，進行主要表型性狀與纖維品質的變異系數、遺傳多樣性指數及性狀間的相關性分析，并以主要農藝性狀為指標進行了聚類分析。結果表明：葉色、株型、鈴形等6個表型質量性狀的遺傳多樣性指數在1.42與11.32之間;在8個農藝產量性狀中，單株鈴數的變異系數最大（36.02%），第一果枝位節數（31.15%）和單鈴重（29.89%）變異較為明顯，生育期的變異系數最小（5.01%）;在5個纖維品質性狀中，伸長率的變異系數最大（（16.99%），整齊度指數的變異系數最小（1.95%），相較于農藝產量性狀，纖維品質性狀的變異系數均較小。13個性狀的遺傳多樣性指數范圍為0.91～2.07，以整齊度指數最大（2.07），單鈴重最小（0.91）;相關性分析表明各性狀之間均呈極顯著正相關或負相關;聚類分析表明60份材料可聚為五個類群，I、Ⅱ類共有30份種質資源，其纖維品質性狀較好、籽指較高，可作為改良棉纖維品質的雜交親本來利用，Ⅲ、Ⅳ、V類共有30份種質資源，其表現為高衣分、高果枝節位，但纖維品質一般。Key：新疆;陸地棉;種質資源;主要性狀;遺傳差異分析：S562.038：A：2095-3143（2022）01-0015-09DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.003棉花是我國主要的經濟作物之一，在國民經濟中占有十分重要的地位。我國雖是棉花生產大國，但不是棉花的起源中心，想要增加遺傳多樣性必須通過考察、訪問、合作研究、交換品種等方式，廣泛地收集世界各國種質資源，用于本土棉花的育種改良。張香桂，等對國外引進的154份棉花種質資源進行經濟性狀的鑒定，篩選了矮稈、高籽指、高強纖維材料的品種，為改良產量因素提供了參考價值;師維軍，等對引進的100份國外種質資源材料在新疆特定生態環境下的主要農藝性狀作了介紹，并篩選出具有一定利用價值的材料;尹會會，等以國外引進的134份棉花種植資源為材料，研究了其主要品質、農藝性狀的變異、遺傳多樣性指數、品質性狀間的相關性，并以主要農藝性狀與品質性狀為指標，進行了聚類分析和主成分分析，篩選出品質與產量俱佳的優質種質。在研究作物種質資源遺傳多樣性的分析方法上，相關性分析5-刀、聚類分析和主成分分析法得到廣泛應用。新疆作為中國最大的棉花種植地區，雖大部分地區適宜種植，但由于土地鹽堿性大，現有的棉花品種纖維品質差、易感黃萎病、不耐鹽堿和干旱高溫，從而限制了棉花產業的發展，所以引入國外種質資源，培育具有優良性狀和良好抗性的品種尤為重要。本研究以國外引進的60份陸地棉品種資源為材料，以農藝、產量和纖維品質的13個性狀為切入點，進行遺傳多樣性分析、聚類分析與相關性分析，為當前棉花種質資源篩選、創新、拓寬棉花種質資源庫提供參考。1材料與方法1.1試驗材料供試材料為60份陸地棉種質資源，由國家作物種質資源庫（新疆分庫）提供，代號為1～60，均為近年來從中亞國家引進的棉花資源。1.2試驗方法1.2.1試驗設計試驗于2019-2020年在新疆農業科學院安寧渠綜合試驗場進行，文中試驗數據為2年的平均值。試驗地土質為灰漠土，小區長5m，2行區，隨機排列，重復3次，種植密度為45000株/公頃，行距80cm，平均株距27.8cm，4月下旬播種后膜下滴灌給水，其他管理同大田。1.2.2性狀調查參照《棉花種質資源描述規范和數據標準》[16]調查生育期、葉色、株型、鈴形。每處理選兩行，每行定點選取長勢均勻的5株（即每處理調查10株）調查第一果枝位的節數、株高、果枝數、單株結鈴數[17]。每處理按照小區隨機采收棉株中部內圍正常開裂棉鈴35個，測定單鈴重;每處理取霜前籽棉1.0kg測定籽指、衣分。每處理霜前纖維樣品充分混合，取30g左右送交新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所（農業部農產品質量監督檢驗測試中心）測定棉纖維上半部平均長度、伸長率、斷裂比強度、整齊度指數、馬克隆值五項指標。質量性狀（株型、葉色、莖色、鈴型等6個性狀）分析各性狀的頻率分布和遺傳多樣性指數，并分別予以賦值，株型：1=筒形，2=塔形;葉色：1=淺綠，2=綠，3=深綠;莖色：1=日光紅，2=紅，3=綠，4=紫;鈴型：1=圓，2=卵圓，3=長卵圓，4=圓錐;吐絮程度：1=緊，2=中，3=暢;短絨顏色：1=白，2=灰白，3=棕，4=綠，5=褐。數量性狀（8個農藝產量性狀和5個品質性狀）進行一般的描述性統計分析和遺傳多樣性指數分析。1.3數據處理用MicrosoftExcel分析各個性狀的變異系數、遺傳多樣性指數，根據計算結果將所有材料每個性狀劃分為10個等級，按第一級[X：《（X-2s）]到第十級[X：》（X+2s）]，每0.5s為一級，每級的相對頻率（P：）用來計算遺傳多樣性指數，計算公式為：H’=-∑P，lnP：。其中P表示第i種變異類型出現頻率，X：為第i級中的數據。相關性分析、聚類分析在SPSS19.0軟件中進行，各類群的平均值用MicrosoftExcel2010軟件完成。2結果與分析2.1質量性狀遺傳差異分析由表1可以看出，6個質量性狀的遺傳多樣性指數在1.42與11.32之間，以株型的遺傳多樣性指數最低，僅1.42，鈴型的遺傳多樣性指數最高，為11.32，葉色、莖色、吐絮程度的遺傳多樣性指數差異不大，在4.27與4.94之間，短絨顏色的遺傳多樣性指數為3.66。說明這60份材料的鈴型差異比較大，株型差異較小。2.2農藝和產量性狀的遺傳差異分析60份國外引進陸地棉種質資源的農藝產量性狀的平均值、變異系數和多樣性指數見表2和表3。從平均值來看，生育期為123～145天，其中小于135天的有25個品種，屬于中早熟品種，生育期為135～145天的有33個品種，屬于中熟品種，生育期最長為145天;株高普遍較矮，在48.90與88.30cm之間，平均73.85cm;第一果枝著生位高度層次不齊，最低僅1.40節，最高為7.00節，平均4.75節，不適宜于機械采收;單株果枝數最高為15個，最低僅9個，平均11.94個;單株鈴數為4.0～16.8個，平均7.87個;單鈴重為2.00～6.69g，平均4.50g;衣分在24.20%與40.46%之間，平均32.26%;籽指為9.75～15.40g，平均11.87g。從變異系數來看，產量構成因素中變異系數最大的是單株成鈴數，最小的是籽指，大小依次為單株鈴數（36.02%）》單鈴重（29.89%）》衣分（14.55%）》籽指（12.81%）;其他農藝性狀的變異系數大小為第一果枝位節數（31.15%）》果枝數（16.05%）》株高（10.52%）》生育期（5.01%）。從遺傳多樣性指數來看，指數最大的是株高，最小的是單鈴重，大小依次為株高（1.96）》籽指（1.89）》衣分（1.85）》第一果枝位節數（1.78）=單株鈴數（1.78）》果枝數（1.70）》生育期（1.50）》單鈴重（0.91）。2.3纖維品質性狀遺傳差異分析纖維品質的上半部平均長度為25.65～38.27mm，平均31.31mm，根據NY/T1426-200718]，在60份材料中有10份材料屬于短絨類型（25.0～27.9mm），20份材料屬于中絨類型（28.0～30.9mm），4份材料屬于中長絨類型（31.0～32.9mm），23份材料屬于長絨類型（33.0～36.9mm），3份材料屬于超長絨類型（37.0mm及以上），中長絨以上等級有30份材料;整齊度指數為81.60%～90.00%，平均86.31%，60份材料全部在中檔（80.0%～82.9%）以上;斷裂比強度為24.50～40.40cN/tex，平均31.58cN/tex，有36份材料在強級（29.0～31.9cN/tex）以上;伸長率為6.40%～11.40%，平均7.59%;馬克隆為2.79～5.42，平均4.35，其中21份材料屬于A級（3.7～4.2），4份材料屬于B1級（3.5～3.6），18份材料屬于B2級（4.3～4.9），3份材料屬于C1級（3.4及以下），14份材料屬于C2級（5.0及以上）。變異系數最大的是伸長率，最小的是整齊度指數，大小依次為伸長率（16.99%）》斷裂比強度（14.51%）》馬克隆值（13.81%）》上半部平均長度（10.98%）》整齊度指數（1.95%）。遺傳多樣性指數最大的是整齊度指數，最小的是伸長率，大小依次為整齊度指數（2.07）》馬克隆值（1.99）》斷裂比強度（1.93）》上半部平均長度（1.85）》伸長率（1.58）。見表2和表3。2.4主要性狀之間的相關性相關性分析結果見表4。農藝產量性狀之間的相關性表現為生育期與株高、果枝數、單株鈴數、籽指呈極顯著正相關關系，與第一果枝位節數、單鈴重、衣分呈極顯著負相關關系;株高與果枝數、單株鈴數、籽指呈極顯著正相關，與整齊度指數呈顯著正相關，與第一果枝位節數、單鈴重、衣分呈極顯著負相關;第一果枝位節數與單鈴重、衣分呈極顯著正相關，與果枝數、單株鈴數、籽指呈極顯著負相關;果枝數與單株鈴數、籽指呈極顯著正相關，與單鈴重、衣分呈極顯著負相關關系;單株鈴數與籽指呈極顯著正相關，與單鈴重、衣分呈極顯著負相關;單鈴重與衣分呈極顯著正相關，與籽指呈極顯著負相關關系;衣分與籽指呈極顯著負相關。纖維品質性狀之間的相關性表現為上半部平均長度與整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;整齊度指數與斷裂比強度呈極顯著正相關，與伸長率呈顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;斷裂比強度與伸長率呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;伸長率與馬克隆值呈極顯著負相關。纖維品質性狀中的其他4個性狀均與馬克隆值呈極顯著負相關，說明馬克隆值對纖維品質的影響比較大。農藝產量性狀與纖維品質性狀之間的相關性表現為生育期與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著正相關關系，與馬克隆值呈極顯著負相關;株高與上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著正相關，與整齊度指數呈顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;第一果枝位節數與馬克隆值呈極顯著正相關，與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著負相關;果枝數與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;單株鈴數與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關，與馬克隆值呈極顯著負相關;單鈴重與馬克隆值呈極顯著正相關，與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著負相關關系;衣分與馬克隆值呈極顯著正相關，與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率均呈極顯著負相關;籽指與上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、伸長率呈極顯著正相關關系，與馬克隆值呈極顯著負相關。2.5主要性狀的聚類分析將60份陸地棉種質資源的13個性狀參數進行標準化，利用歐氏距離進行系統聚類分析，結果如圖1，在歐式距離為7.0時分為五個類群，其中I類群有27個種質材料，占總體資源的45%，表現為晚熟（生育期141.93d）、株高較矮（76.46cm）、第一果枝位節數較少（3.36節）、果枝數最多（13.71個）、單株鈴數較多（9.96個）、單鈴重輕（3.27g）、籽指較重（12.74g）、衣分較低（28.04%），上半部平均長度（34.59mm）、整齊度指數（87.13%）、斷裂比強度（35.70cN/tex）、伸長率（8.59%）、馬克隆值（3.88，A級）的纖維品質指標較好;Ⅱ類群有3個材料，表現為晚熟（生育期141.00d）、株高最高（88.03cm）、第一果枝位節數較少（3.67節）、單株鈴數最多（12.50個）、單鈴重較輕（3.00g）、籽指最重（14.60g）、衣分較低（27.13%）、纖維品質較好;Ⅲ類群有3個材料，生育期125.67天，為中早熟，株高最矮（52.93cm）、第一果枝位節數較多（5.90節）、單株鈴數最少（4.17個）、籽指較輕（10.87g）、衣分最高（37.17%）、纖維品質一般;V類群有4個材料，為中熟（生育期140.25d）、株高一般（73.58cm）、第一果枝位節數最多（6.63節）、單株鈴數較少（6.98個）、籽指較輕（11.05g）、衣分較高（34.40%）、纖維品質一般;V類群有23個品種，生育期為中早熟（128.96d）、株高一般（71.77cm）、第一果枝位節數較多（6.07節）、單株成鈴數較少（5.48個）、單鈴重最重（5.86g）、籽指最輕（10.77g）、衣分最高（36.87%）、纖維品質一般（見表5和圖1）。3討論與結論國外引進作物種質資源是拓寬作物育種遺傳基礎的重要基礎來源，系統研究作物種質資源的遺傳多樣性對作物遺傳育種具有十分重要的意義。本研究對國外引進的60份陸地棉資源進行主要性狀遺傳差異分析，發現品種間有較大的差異：13個主要性狀中單株鈴數的變異系數最大，第一果枝位節數和單鈴重變異較為明顯，產量構成性狀中變異系數最大的是單株鈴數（36.02%），籽指最小;纖維品質性狀中伸長率變異系數最大（16.99%），整齊度指數最小（1.95%），相比于農藝性狀其變異系數均較小，這與孫振綱、宿俊吉、朱曉平，等研究結果相似。說明不同品系之間存在一定的差異性又具有一定的相似性，這是由于人工參與親本的組培選擇等諸多因素造成的。變異系數是用來衡量實驗中同類事物之間的變量程度，變異系數越大則同類事物之間的變量程度越大。本研究60份引進陸地棉資源13個性狀的變異系數為1.95%～36.02%，8個農藝產量性狀的變異系數均超過5%，單株鈴數（36.02%）、第一果枝位節數（31.15%）、單鈴重（29.89%）的變異系數較大，果枝數（16.05%）、衣分（14.55%）、籽指（12.81%）、株高（10.52%）的變異系數居中，生育期的變異系數最小，為5.01%;5個纖維品質性狀的變異系數為1.95%～16.99%，最大的是伸長率，最小的是整齊度指數，大小依次為伸長率（16.99%）》斷裂比強度（14.51%）》馬克隆值（13.81%）》上半部平均長度（10.98%）》整齊度指數（1.95%）。李飛，等22研究了172份陸地棉品種的19個主要農藝性狀變異情況發現，大部分的農藝性狀變異系數均大于5%，尹會會，等4研究了134份國外陸地棉資源的10個農藝性狀和5個品質性狀（2.02～11.96%），其中11個性狀的變異系數大于6%，整齊度指數的變異系數最低（2.02%），與本研究結果相似。本研究通過60份棉花種質資源主要性狀的遺傳多樣性指數表明，單鈴重的遺傳多樣性指數最小，僅為0.91，其余7個農藝產量性狀的遺傳多樣性指數均≥1.50，最高為1.96;5個纖維品質性狀的遺傳多樣性指數在1.58與2.07之間，略高于農藝產量性狀，其中以整齊度指數的遺傳多樣性指數最高，與尹會會[4]等的研究結果一致。對于棉花主要性狀間的相關性，李武，等對黃河流域的102個棉花種質材料的9個農藝性狀進行分析，發現棉花品種株高越高相應的營養枝、果枝數、單株鈴數增多，單鈴質量提高，衣分上升，而本研究結果為株高越高相應果枝數、單株鈴數越多，但單鈴重和衣分減少。董承光，等研究表明整齊度指數與上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率呈顯著正相關，斷裂比強度與上半部平均長度呈極顯著正相關;尹會會，等研究表明整齊度指數與上半部平均長度、斷裂比強度均呈極顯著正相關，斷裂比強度與上半部平均長度也呈極顯著正相關，馬克隆值與伸長率呈顯著負相關，這與本研究結果一致。李慧琴，等研究表明株高與整齊度指數、伸長率，單株鈴數與衣分，單鈴重與馬克隆值、斷裂比強度，馬克隆值與伸長率均呈極顯著正相關，本研究結果表明株高與整齊度指數呈顯著正相關，與伸長率呈極顯著正相關，單株鈴數與衣分呈極顯著負相關，單鈴重與馬克隆值呈極顯著正相關，與斷裂比強度呈極顯著負相關，馬克隆值與伸長率呈極顯著負相關，兩者結果不同。本研究通過對60份國外引進陸地棉資源13個性狀的遺傳差異分析、相關性分析和聚類分析發現，這60份引進陸地棉種質在株型等6個質量性狀、8個農藝產量性狀和5個纖維品質性狀有比較豐富的遺傳多樣性，五個類群中I、Ⅱ類群共30份種質資源的纖維品質性狀綜合表現較好，籽指較重，可作為改良棉纖維品質的雜交親本加以利用;Ⅲ、V、V類群30份種質資源表現為高衣分、高第一果枝位，但纖維品質表現一般。Reference[1]杜雄明，劉芳，王坤波，等.棉花種質資源收集鑒定與創新利用[J].棉花學報，2017，29（S1）：5161.[2]張香桂，周寶良，陳松，等.引進國外棉花種質資源主要農藝性狀及經濟性狀鑒定研究[J].棉花學報，2002，14（6）：361-364.[3]師維軍，烏買爾江，馬君，等.國外棉花種質資源在新疆的表現[C].中國棉花學會2008年年會論文匯編，中國棉花雜志社，2008：164-168.[4]尹會會，李秋芝，李海濤，等.134份國外陸地棉種質主要農藝性狀與纖維品質性狀的遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學報，2017，18（6）：1105-1115[5]羅海華，邵德意，陳功，等.陸地棉常規品種（系）與雜交組合性狀相關性的比較分析[J].作物雜志，2017，（5）：31-37.[6]董承光，王娟，周小鳳，等.基于表型性狀的陸地棉種質資源遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學報，2016，17（3）：438446.[7]鄭巨云，王俊鐸，艾先濤，等.陸地棉產量與纖維品質性狀的遺傳相關性分析[J].新疆農業科學，2013，50（6）：995-1002[8]王俊鐸，龔照龍，梁亞軍，等.200份陸地棉種質資源農藝性狀遺傳多樣性分析[J].新疆農業科學，2020，57（9）：1623-1629.[9]萬述偉，宋鳳風景，郝俊杰，等.271份豌豆種質資源農藝性狀遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學報，2017，18（01）：10-18.[10]蘇亞蕊，劉新浩，李鎖平.棉花種質資源多樣性的ISSR聚類分析及主成分分析[J].河南大學學報（自然科學版），2012，42（4）：401406.[11]聶石輝，彭琳，王仙，等.鷹嘴豆種質資源農藝性狀遺傳多樣性分析J].植物遺傳資源學報，2015，16（01）：64-70.[12]覃爾岱，湛蔚，嚴興初，等.482份紅花種質資源農藝性狀的遺傳多樣性分析[J].中國油料作物學報，2021（3）：1-9[13]蔣永超，于立河，薛盈文，等.引進春小麥種質資源與黑龍江省育成品