新疆60份引进陆地棉资源主要性状的遗传差异分析

新疆60份引进陆地棉资源主要性状的遗传差异分析

李雪瑞刘宁王永刚樊艳星肖菁马艳明Summary：为拓宽棉花育种的遗传基础，在广泛收集国外种质资源的基础上，筛选优良种质资源作为育种亲本。以60份中亚地区引进的棉花种质资源为试验材料，进行主要表型性状与纤维品质的变异系数、遗传多样性指数及性状间的相关性分析，并以主要农艺性状为指标进行了聚类分析。结果表明：叶色、株型、铃形等6个表型质量性状的遗传多样性指数在1.42与11.32之间;在8个农艺产量性状中，单株铃数的变异系数最大（36.02%），第一果枝位节数（31.15%）和单铃重（29.89%）变异较为明显，生育期的变异系数最小（5.01%）;在5個纤维品质性状中，伸长率的变异系数最大（（16.99%），整齐度指数的变异系数最小（1.95%），相较于农艺产量性状，纤维品质性状的变异系数均较小。13个性状的遗传多样性指数范围为0.91～2.07，以整齐度指数最大（2.07），单铃重最小（0.91）;相关性分析表明各性状之间均呈极显著正相关或负相关;聚类分析表明60份材料可聚为五个类群，I、Ⅱ类共有30份种质资源，其纤维品质性状较好、籽指较高，可作为改良棉纤维品质的杂交亲本来利用，Ⅲ、Ⅳ、V类共有30份种质资源，其表现为高衣分、高果枝节位，但纤维品质一般。Key：新疆;陆地棉;种质资源;主要性状;遗传差异分析：S562.038：A：2095-3143（2022）01-0015-09DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.003棉花是我国主要的经济作物之一，在国民经济中占有十分重要的地位。我国虽是棉花生产大国，但不是棉花的起源中心，想要增加遗传多样性必须通过考察、访问、合作研究、交换品种等方式，广泛地收集世界各国种质资源，用于本土棉花的育种改良。张香桂，等对国外引进的154份棉花种质资源进行经济性状的鉴定，筛选了矮秆、高籽指、高强纤维材料的品种，为改良产量因素提供了参考价值;师维军，等对引进的100份国外种质资源材料在新疆特定生态环境下的主要农艺性状作了介绍，并筛选出具有一定利用价值的材料;尹会会，等以国外引进的134份棉花种植资源为材料，研究了其主要品质、农艺性状的变异、遗传多样性指数、品质性状间的相关性，并以主要农艺性状与品质性状为指标，进行了聚类分析和主成分分析，筛选出品质与产量俱佳的优质种质。在研究作物种质资源遗传多样性的分析方法上，相关性分析5-刀、聚类分析和主成分分析法得到广泛应用。新疆作为中国最大的棉花种植地区，虽大部分地区适宜种植，但由于土地盐碱性大，现有的棉花品种纤维品质差、易感黄萎病、不耐盐碱和干旱高温，从而限制了棉花产业的发展，所以引入国外种质资源，培育具有优良性状和良好抗性的品种尤为重要。本研究以国外引进的60份陆地棉品种资源为材料，以农艺、产量和纤维品质的13个性状为切入点，进行遗传多样性分析、聚类分析与相关性分析，为当前棉花种质资源筛选、创新、拓宽棉花种质资源库提供参考。1材料与方法1.1试验材料供试材料为60份陆地棉种质资源，由国家作物种质资源库（新疆分库）提供，代号为1～60，均为近年来从中亚国家引进的棉花资源。1.2试验方法1.2.1试验设计试验于2019-2020年在新疆农业科学院安宁渠综合试验场进行，文中试验数据为2年的平均值。试验地土质为灰漠土，小区长5m，2行区，随机排列，重复3次，种植密度为45000株/公顷，行距80cm，平均株距27.8cm，4月下旬播种后膜下滴灌给水，其他管理同大田。1.2.2性状调查参照《棉花种质资源描述规范和数据标准》[16]调查生育期、叶色、株型、铃形。每处理选两行，每行定点选取长势均匀的5株（即每处理调查10株）调查第一果枝位的节数、株高、果枝数、单株结铃数[17]。每处理按照小区随机采收棉株中部内围正常开裂棉铃35个，测定单铃重;每处理取霜前籽棉1.0kg测定籽指、衣分。每处理霜前纤维样品充分混合，取30g左右送交新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所（农业部农产品质量监督检验测试中心）测定棉纤维上半部平均长度、伸长率、断裂比强度、整齐度指数、马克隆值五项指标。质量性状（株型、叶色、茎色、铃型等6个性状）分析各性状的频率分布和遗传多样性指数，并分别予以赋值，株型：1=筒形，2=塔形;叶色：1=浅绿，2=绿，3=深绿;茎色：1=日光红，2=红，3=绿，4=紫;铃型：1=圆，2=卵圆，3=长卵圆，4=圆锥;吐絮程度：1=紧，2=中，3=畅;短绒颜色：1=白，2=灰白，3=棕，4=绿，5=褐。数量性状（8个农艺产量性状和5个品质性状）进行一般的描述性统计分析和遗传多样性指数分析。1.3数据处理用MicrosoftExcel分析各个性状的变异系数、遗传多样性指数，根据计算结果将所有材料每个性状划分为10个等级，按第一级[X：《（X-2s）]到第十级[X：》（X+2s）]，每0.5s为一级，每级的相对频率（P：）用来计算遗传多样性指数，计算公式为：H’=-∑P，lnP：。其中P表示第i种变异类型出现频率，X：为第i级中的数据。相关性分析、聚类分析在SPSS19.0软件中进行，各类群的平均值用MicrosoftExcel2010软件完成。2结果与分析2.1质量性状遗传差异分析由表1可以看出，6个质量性状的遗传多样性指数在1.42与11.32之间，以株型的遗传多样性指数最低，仅1.42，铃型的遗传多样性指数最高，为11.32，叶色、茎色、吐絮程度的遗传多样性指数差异不大，在4.27与4.94之间，短绒颜色的遗传多样性指数为3.66。说明这60份材料的铃型差异比较大，株型差异较小。2.2农艺和产量性状的遗传差异分析60份国外引进陆地棉种质资源的农艺产量性状的平均值、变异系数和多样性指数见表2和表3。从平均值来看，生育期为123～145天，其中小于135天的有25个品种，属于中早熟品种，生育期为135～145天的有33个品种，属于中熟品种，生育期最长为145天;株高普遍较矮，在48.90与88.30cm之间，平均73.85cm;第一果枝着生位高度层次不齐，最低仅1.40节，最高为7.00节，平均4.75节，不适宜于机械采收;单株果枝数最高为15个，最低仅9个，平均11.94个;单株铃数为4.0～16.8个，平均7.87个;单铃重为2.00～6.69g，平均4.50g;衣分在24.20%与40.46%之间，平均32.26%;籽指为9.75～15.40g，平均11.87g。从变异系数来看，产量构成因素中变异系数最大的是单株成铃数，最小的是籽指，大小依次为单株铃数（36.02%）》单铃重（29.89%）》衣分（14.55%）》籽指（12.81%）;其他农艺性状的变异系数大小为第一果枝位节数（31.15%）》果枝数（16.05%）》株高（10.52%）》生育期（5.01%）。从遗传多样性指数来看，指数最大的是株高，最小的是单铃重，大小依次为株高（1.96）》籽指（1.89）》衣分（1.85）》第一果枝位节数（1.78）=单株铃数（1.78）》果枝数（1.70）》生育期（1.50）》单铃重（0.91）。2.3纤维品质性状遗传差异分析纤维品质的上半部平均长度为25.65～38.27mm，平均31.31mm，根据NY/T1426-200718]，在60份材料中有10份材料属于短绒类型（25.0～27.9mm），20份材料属于中绒类型（28.0～30.9mm），4份材料属于中长绒类型（31.0～32.9mm），23份材料属于长绒类型（33.0～36.9mm），3份材料属于超长绒类型（37.0mm及以上），中长绒以上等级有30份材料;整齐度指数为81.60%～90.00%，平均86.31%，60份材料全部在中档（80.0%～82.9%）以上;断裂比强度为24.50～40.40cN/tex，平均31.58cN/tex，有36份材料在强级（29.0～31.9cN/tex）以上;伸长率为6.40%～11.40%，平均7.59%;马克隆为2.79～5.42，平均4.35，其中21份材料属于A级（3.7～4.2），4份材料属于B1级（3.5～3.6），18份材料属于B2级（4.3～4.9），3份材料属于C1级（3.4及以下），14份材料属于C2级（5.0及以上）。变异系数最大的是伸长率，最小的是整齐度指数，大小依次为伸长率（16.99%）》断裂比强度（14.51%）》马克隆值（13.81%）》上半部平均长度（10.98%）》整齐度指数（1.95%）。遗传多样性指数最大的是整齐度指数，最小的是伸长率，大小依次为整齐度指数（2.07）》马克隆值（1.99）》断裂比强度（1.93）》上半部平均长度（1.85）》伸长率（1.58）。见表2和表3。2.4主要性状之间的相关性相关性分析结果见表4。农艺产量性状之间的相关性表现为生育期与株高、果枝数、单株铃数、籽指呈极显著正相关关系，与第一果枝位节数、单铃重、衣分呈极显著负相关关系;株高与果枝数、单株铃数、籽指呈极显著正相关，与整齐度指数呈显著正相关，与第一果枝位节数、单铃重、衣分呈极显著负相关;第一果枝位节数与单铃重、衣分呈极显著正相关，与果枝数、单株铃数、籽指呈极显著负相关;果枝数与单株铃数、籽指呈极显著正相关，与单铃重、衣分呈极显著负相关关系;单株铃数与籽指呈极显著正相关，与单铃重、衣分呈极显著负相关;单铃重与衣分呈极显著正相关，与籽指呈极显著负相关关系;衣分与籽指呈极显著负相关。纤维品质性状之间的相关性表现为上半部平均长度与整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;整齐度指数与断裂比强度呈极显著正相关，与伸长率呈显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;断裂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;伸长率与马克隆值呈极显著负相关。纤维品质性状中的其他4个性状均与马克隆值呈极显著负相关，说明马克隆值对纤维品质的影响比较大。农艺产量性状与纤维品质性状之间的相关性表现为生育期与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率均呈极显著正相关关系，与马克隆值呈极显著负相关;株高与上半部平均长度、断裂比强度、伸长率均呈极显著正相关，与整齐度指数呈显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;第一果枝位节数与马克隆值呈极显著正相关，与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极显著负相关;果枝数与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;单株铃数与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;单铃重与马克隆值呈极显著正相关，与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极顯著负相关关系;衣分与马克隆值呈极显著正相关，与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率均呈极显著负相关;籽指与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率呈极显著正相关关系，与马克隆值呈极显著负相关。2.5主要性状的聚类分析将60份陆地棉种质资源的13个性状参数进行标准化，利用欧氏距离进行系统聚类分析，结果如图1，在欧式距离为7.0时分为五个类群，其中I类群有27个种质材料，占总体资源的45%，表现为晚熟（生育期141.93d）、株高较矮（76.46cm）、第一果枝位节数较少（3.36节）、果枝数最多（13.71个）、单株铃数较多（9.96个）、单铃重轻（3.27g）、籽指较重（12.74g）、衣分较低（28.04%），上半部平均长度（34.59mm）、整齐度指数（87.13%）、断裂比强度（35.70cN/tex）、伸长率（8.59%）、马克隆值（3.88，A级）的纤维品质指标较好;Ⅱ类群有3个材料，表现为晚熟（生育期141.00d）、株高最高（88.03cm）、第一果枝位节数较少（3.67节）、单株铃数最多（12.50个）、单铃重较轻（3.00g）、籽指最重（14.60g）、衣分较低（27.13%）、纤维品质较好;Ⅲ类群有3个材料，生育期125.67天，为中早熟，株高最矮（52.93cm）、第一果枝位节数较多（5.90节）、单株铃数最少（4.17个）、籽指较轻（10.87g）、衣分最高（37.17%）、纤维品质一般;V类群有4个材料，为中熟（生育期140.25d）、株高一般（73.58cm）、第一果枝位节数最多（6.63节）、单株铃数较少（6.98个）、籽指较轻（11.05g）、衣分较高（34.40%）、纤维品质一般;V类群有23个品种，生育期为中早熟（128.96d）、株高一般（71.77cm）、第一果枝位节数较多（6.07节）、单株成铃数较少（5.48个）、单铃重最重（5.86g）、籽指最轻（10.77g）、衣分最高（36.87%）、纤维品质一般（见表5和图1）。3讨论与结论国外引进作物种质资源是拓宽作物育种遗传基础的重要基础来源，系统研究作物种质资源的遗传多样性对作物遗传育种具有十分重要的意义。本研究对国外引进的60份陆地棉资源进行主要性状遗传差异分析，发现品种间有较大的差异：13个主要性状中单株铃数的变异系数最大，第一果枝位节数和单铃重变异较为明显，产量构成性状中变异系数最大的是单株铃数（36.02%），籽指最小;纤维品质性状中伸长率变异系数最大（16.99%），整齐度指数最小（1.95%），相比于农艺性状其变异系数均较小，这与孙振纲、宿俊吉、朱晓平，等研究结果相似。说明不同品系之间存在一定的差异性又具有一定的相似性，这是由于人工参与亲本的组培选择等诸多因素造成的。变异系数是用来衡量实验中同类事物之间的变量程度，变异系数越大则同类事物之间的变量程度越大。本研究60份引进陆地棉资源13个性状的变异系数为1.95%～36.02%，8个农艺产量性状的变异系数均超过5%，单株铃数（36.02%）、第一果枝位节数（31.15%）、单铃重（29.89%）的变异系数较大，果枝数（16.05%）、衣分（14.55%）、籽指（12.81%）、株高（10.52%）的变异系数居中，生育期的变异系数最小，为5.01%;5个纤维品质性状的变异系数为1.95%～16.99%，最大的是伸长率，最小的是整齐度指数，大小依次为伸长率（16.99%）》断裂比强度（14.51%）》马克隆值（13.81%）》上半部平均长度（10.98%）》整齐度指数（1.95%）。李飞，等22研究了172份陆地棉品种的19个主要农艺性状变异情况发现，大部分的农艺性状变异系数均大于5%，尹会会，等4研究了134份国外陆地棉资源的10个农艺性状和5个品质性状（2.02～11.96%），其中11个性状的变异系数大于6%，整齐度指数的变异系数最低（2.02%），与本研究结果相似。本研究通过60份棉花种质资源主要性状的遗传多样性指数表明，单铃重的遗传多样性指数最小，仅为0.91，其余7个农艺产量性状的遗传多样性指数均≥1.50，最高为1.96;5个纤维品质性状的遗传多样性指数在1.58与2.07之间，略高于农艺产量性状，其中以整齐度指数的遗传多样性指数最高，与尹会会[4]等的研究结果一致。对于棉花主要性状间的相关性，李武，等对黄河流域的102个棉花种质材料的9个农艺性状进行分析，发现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，衣分上升，而本研究结果为株高越高相应果枝数、单株铃数越多，但单铃重和衣分减少。董承光，等研究表明整齐度指数与上半部平均长度、断裂比强度、伸长率呈显著正相关，断裂比强度与上半部平均长度呈极显著正相关;尹会会，等研究表明整齐度指数与上半部平均长度、断裂比强度均呈极显著正相关，断裂比强度与上半部平均长度也呈极显著正相关，马克隆值与伸长率呈显著负相关，这与本研究结果一致。李慧琴，等研究表明株高与整齐度指數、伸长率，单株铃数与衣分，单铃重与马克隆值、断裂比强度，马克隆值与伸长率均呈极显著正相关，本研究结果表明株高与整齐度指数呈显著正相关，与伸长率呈极显著正相关，单株铃数与衣分呈极显著负相关，单铃重与马克隆值呈极显著正相关，与断裂比强度呈极显著负相关，马克隆值与伸长率呈极显著负相关，两者结果不同。本研究通过对60份国外引进陆地棉资源13个性状的遗传差异分析、相关性分析和聚类分析发现，这60份引进陆地棉种质在株型等6个质量性状、8个农艺产量性状和5个纤维品质性状有比较丰富的遗传多样性，五个类群中I、Ⅱ类群共30份种质资源的纤维品质性状综合表现较好，籽指较重，可作为改良棉纤维品质的杂交亲本加以利用;Ⅲ、V、V类群30份种质资源表现为高衣分、高第一果枝位，但纤维品质表现一般。Reference[1]杜雄明，刘芳，王坤波，等.棉花种质资源收集鉴定与创新利用[J].棉花学报，2017，29（S1）：5161.[2]张香桂，周宝良，陈松，等.引进国外棉花种质资源主要农艺性状及经济性状鉴定研究[J].棉花学报，2002，14（6）：361-364.[3]师维军，乌买尔江，马君，等.国外棉花种质资源在新疆的表现[C].中国棉花学会2008年年会论文汇编，中国棉花杂志社，2008：164-168.[4]尹会会，李秋芝，李海涛，等.134份国外陆地棉种质主要农艺性状与纤维品质性状的遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2017，18（6）：1105-1115[5]罗海华，邵德意，陈功，等.陆地棉常规品种（系）与杂交组合性状相关性的比较分析[J].作物杂志，2017，（5）：31-37.[6]董承光，王娟，周小凤，等.基于表型性状的陆地棉种质资源遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2016，17（3）：438446.[7]郑巨云，王俊铎，艾先涛，等.陆地棉产量与纤维品质性状的遗传相关性分析[J].新疆农业科学，2013，50（6）：995-1002[8]王俊铎，龚照龙，梁亚军，等.200份陆地棉种质资源农艺性状遗传多样性分析[J].新疆农业科学，2020，57（9）：1623-1629.[9]万述伟，宋凤风景，郝俊杰，等.271份豌豆种质资源农艺性状遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2017，18（01）：10-18.[10]苏亚蕊，刘新浩，李锁平.棉花种质资源多样性的ISSR聚类分析及主成分分析[J].河南大学学报（自然科学版），2012，42（4）：401406.[11]聂石辉，彭琳，王仙，等.鹰嘴豆种质资源农艺性状遗传多样性分析J].植物遗传资源学报，2015，16（01）：64-70.[12]覃尔岱，湛蔚，严兴初，等.482份红花种质资源农艺性状的遗传多样性分析[J].中国油料作物学报，2021（3）：1-9[13]蒋永超，于立河，薛盈文，等.引进春小麦种质资源与黑龙江省育成品