棉花主要性状相关性分析及纤维品质性状聚类分析

棉花主要性状相关性分析及纤维品质性状聚类分析

0影响棉产量的主要因素棉花是中国的重要作物之一，在中国经济中发挥着重要作用。目前,许多学者对棉花品种的产量性状和品质性状开展了研究。陈荣江等研究表明,棉花新品种要在产量上有所突破,应重点选择结铃性强的材料,同步提高单铃重、衣指和衣分。相吉山等研究结果表明:生育期、铃重和衣分是影响产量的主要因素,选育高衣分品种是提高皮棉产量的重要途径。宿俊吉等研究认为衣分和亩株数是影响皮棉产量的主要因素,其次是单株铃数、单铃重。近年来随着生物技术的迅速发展,分子标记技术也已运用到性状相关性的研究中。黄河流域棉区为中国植棉面积最大的地区,在全国棉花生产中占有十分重要的地位。王志忠等研究结果表明黄河流域自育棉花品种的纤维品质不能满足纺织工业的多种需求,因此在对产量进行提高的同时,应进一步对纤维品质进行改良。黄河流域棉区的棉花纤维在长度、整齐度、比强度、马克隆值、色泽特征等方面处于长江流域棉区和西北内陆棉区之间。唐淑荣等通过对1998-2011年中国大田生产棉花纤维品质数据分析,结果表明棉花综合品质年度间有逐年增加的趋势,西北内陆棉区近几年纤维品质逐步好于黄河流域和长江流域棉区。研究针对目前收集的主要为黄河流域棉区的123份材料进行系统的综合分析,旨在进一步全面了解材料在产量、抗病性及品质等性状的特点,分析各性状之间的相关性,依据品质性状进行聚类以分析各类群材料在品质方面的集中特点,希望能在加强育种材料的合理利用和培育高产优质抗病的棉花新品种方面贡献力量。1材料和方法1.1国外种质资源供试材料共123份,为山西省农科院棉花研究所多年收集的国内外种质资源,其中黄河流域棉区材料90份、长江流域棉区材料13份、新疆棉区材料4份、国外引进材料11份、其他5份材料来源不详。1.2田间性状考察试验材料于2010年春种植在山西省农科院棉花研究所牛家凹试验农场,试验地土壤肥力中等。采用顺序排列,小区面积15m2,密度为4.5万株/hm2,7月15日统一打顶,其他田间管理按常规进行。考察产量与产量构成因素性状:子棉产量、单株皮棉产量、铃重、衣分、衣指、子指、株高、第一果枝节位、果枝数、单株铃数,铃壳重,铃重/壳重;材料抗病性:枯萎病病情指数、黄萎病病情指数;纤维品质性状:上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、伸长率、马克隆值。纤维品质由农业部棉花品质监督检测中心采用HVI900系列,通用HVICC标准检测。1.3数据分析供试材料的产量、抗病性及品质等性状的数据处理用EXCEL2003,聚类分析用SSPSS16.0统计软件进行。2结果与分析2.1各主要病害的病情分析123份材料的各项性状指标如表1,其中子棉产量均值为2210.70kg/hm2,单株皮棉均值为14.77g,株高均值为92.19cm,第一果枝节位均值为7.29,果枝数均值为12.99台,单株铃数均值为12.59个。单株皮棉产量、子棉产量和单株铃数的变异系数最大,依次为46.04%、32.15%、24.71%。衣分、株高、第一果枝节位的变异系数最小,分别为7.61%、7.25%、5.74%。从表2可见,枯萎病病情指数平均值为5.05,达抗病水平,黄萎病病情指数平均值为21.40,达耐病水平。纤维品质各项指标中,上半部平均长度均值为26.49mm,平均整齐度指数81.88%,平均断裂比强度27.95cN/tex,平均伸长率6.71%,平均马克隆值4.65。从抗病性状的变幅和变异系数看,枯萎病病情指数和黄萎病病情指数的变异系数最高,分别为85.35%、59.89%。品质性状中马克隆值的变异系数最大为11.60%。其他品质性状中,断裂比强度>上半部平均长度>伸长率>整齐度指数,变异系数分别为6.63%、4.77%、2.37%、1.76%。生育期的变异系数也较小为2.08%。2.2各类型相关分析2.2.1生产力关系分析2.2.2产量、断裂比强度与断裂剂用量的关系枯萎病病情指数与铃重、铃重/壳重、长度呈极显著负相关;枯萎病指与株高、单株铃数、整齐度指数呈显著负相关。黄萎病病情指数与子棉产量、铃重、株高、单株铃数、马克隆值、生育期呈极显著负相关;黄萎病病情指数与单株皮棉、衣指、株高呈显著负相关(见表4)。上半部平均长度与衣分、衣指、株高、整齐度指数、断裂比强度呈极显著正相关;上半部平均长度与单株皮棉产量、铃重、铃壳重呈极显著相关;上半部平均长度与伸长率呈极显著负相关。上半部平均长度与整齐度指数的相关系数为0.69,与伸长率的相关系数为0.78。整齐度指数与单株皮棉产量、铃重、衣分、衣指呈极显著正相关;整齐度指数与铃壳重、株高、断裂比强度、马克隆值呈显著正相关;整齐度指数与伸长率呈极显著负相关;整齐度指数与第一果枝节位呈显著负相关。其中,整齐度指数与伸长率的负相关系数为0.63。断裂比强度与铃壳重呈极显著正相关;断裂比强度与伸长率呈极显著负相关,相关系数为0.62。伸长率与铃重、衣分、衣指呈极显著负相关;伸长率与子棉产量、子指、株高、马克隆值呈显著负相关。马克隆值与铃重、衣指、铃重/壳重呈极显著正相关;马克隆值与衣分、子指相关显著。其中,马克隆值与铃重的相关系数最大为0.51。生育期与单株皮棉和铃壳重呈显著相关(见表4)。2.3材料来源及特点以5个品质性状为依据,对123份材料进行聚类(图1)。从图1中可见,123份材料可被划分为两大类,三小类。由表5可知,类群Ⅰ包括43份材料,大部分材料来自于黄河流域棉区。以子棉产量高、纤维品质较优,单株铃数多,黄萎病达抗病水平为特点。类群Ⅱ包括13份材料,来自于黄河流域、长江流域及新疆3个棉区。子棉产量低,衣分相对较高,果枝数较多,平均枯萎病指数达高抗水平,纤维品质中上半部平均长度相对较长为特点。类群Ⅲ包括67份材料,材料大部分来自黄河流域棉区及新疆棉区和所有国外引进材料划分在这个类群中。子棉产量在类群Ⅰ和类群Ⅱ之间,铃重、衣分较低,纤维品质中,长度较短,整齐度较小,伸长率相对较大。3结论和讨论3.1农艺性状的变异从研究结果可知,123份材料的20个主要农艺性状中枯萎病和黄萎病的病情指数变异系数最大为85.35%和59.89%,表明各材料对枯萎病和黄萎病的抗性水平差异很大。单株皮棉产量和子棉产量变异系数比较明显,单株铃数、果枝、铃重/壳重、铃重、铃壳重、衣指、子指的变异也较大,而衣分和第一果枝节位变异则较小;纤维品质中除马克隆值变异系数为11.60%,其他性状变异系数都较小,与宿俊吉等研究结果部分相同。这反映了不同材料之间存在差异,同时也肯定了不同材料的某些农艺性状存在相似性。聚类分析结果表明材料遗传距离的远近与材料的来源有一定的关系,与董承光等研究结果相同。黄河流域棉区在3个类群中都有,表明黄河流域棉区的部分品种与长江流域棉区、新疆棉区的遗传距离比较近,而大部分新疆棉区材料与国外引进的材料划分为一类,说明引入黄河流域棉区的材料,随着地理条件和环境等因素的改变,出现比较丰富的变异,这对于创造新的种质资源以及培育综合性状好的棉花品种更有利。宿俊吉等研究认为引进长江流域棉区和黄河流域棉区的材料可能对新疆内陆棉区材料的产量改良有所帮助,而对品质改良作用不大。庞朝友等研究认为表型性状聚类图可以直观反映种质的田间农艺性状状况,可为种质利用者提供不同类型的参考。3.2对棉产量、形态的影响主要农艺性状的相关性分析结果表明,子棉产量与单株产量皮棉、铃重、衣指、子指、株高、第一果枝节位达极显著相关。表明,提高单株皮棉产量,增大铃重,同步提高株高和第一果枝节位可提高子棉产量;与黄萎病病情指数达极显著负相关,说明黄萎病对于子棉产量影响很大,应选择抗黄萎病材料,对子棉产量高而感黄萎病的材料进行改良。该研究与前人研究结果的不同点在于,大多研究结果表明,棉花新品种要提高产量,应重点选择结铃性强、高衣分材料,并同步提高铃重。对于黄萎病抗性的相关性分析表明,除了对于产量及产量相关性状有显著或极显著相关性外,对于纤维品质性状中的马克隆值和生育期也是极显著负相关,说明材料的黄萎病对产量,品质和生育期都产生很大的影响,因此培育抗黄萎病或者耐黄萎病的品种非常重要。周玉等研究表明,棉花黄萎病发病级别与棉花单株结铃数、子棉和皮棉产量均呈明显的负相关,对铃重和衣分无明显影响。对纤维品质的相关分析中,上半部平均长度与产量性状中的衣分、衣指、株高、单株皮棉产量、铃重、铃壳重达到极显著或者显著正相关;上半部平均长度与整齐度指数和断裂比强度都有极显著正相关,且系数分别为0.69、0.40,与伸长率有极显著负相关,系数达0.78。说明可提高品种的纤维长度来提高棉花产量。伸长率与大部分产量和产量性状和其余4个品质都有极显著或者显著负相关,且与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度的负相关系数都较高分别为0.78、0.63、0.62。马克隆值与铃重、铃重/壳重、衣指、衣分、子指达极显著或显著正相关,品质性状中与整齐度指数显著正相关,与伸长率是显著负相关。研究结果与前人结果有所不同,王志忠等研究结果认为皮棉产量和纤维品质两组性状之间存在真实的相关关系,单株铃数与2.5%跨长、衣分与马克隆值的相关性是导致产量和品质两组性状相关的主要原因。王芙蓉等研究表明中国陆地棉品种的纤维长度已能满足纺织业的需要,纤维强度和细度还急需进一步提高。研究结果表明,棉花产量性状、抗病性及纤维品质等性状之间存在真实的相关关系,在进行选择育种时,必须要做到目标明确,重点突出,在注重某一性状时应同时考虑到其他性状。聚类分析结果表明,黄河流域种质资源的亲缘关系较近,遗传基础较狭窄,因此要加强优质资源的引进以拓宽其遗传基础;大部分黄河流域棉区材料与长江流域棉区、新疆棉区及国外引进材料的亲缘关系较远,因此在进行杂交组配时可以考虑将新疆、长江流域棉区及国外的纤维品质较优的材料用于改良黄河流域棉区产量性状好而品质较差的材料。在聚类分析结果中,明确了子棉产量高的材料有8个,高抗枯黄萎病的材料20个,马克隆值较优的材料有25个,上半部分平均长度在28mm以上的有12个,研究的分析结果对于指导黄河流域棉区实现高皮棉产量,优良纤维品质,抗枯黄萎病等优异材料创制创造了条件。对123份材料的13个产量性状进行相关性分析,如表3所示,子棉产量与单株皮棉产量、铃重、衣指、子指、株高、第一果枝节位有极显著正相关;子棉产量与铃壳重是显著正相关。其中,子棉产量与单株皮棉产量的相关系数最大为0.45,与铃重的相关系