棉花产量和纤维品质性状的变异与通径分析

棉花产量和纤维品质性状的变异与通径分析

目前，有许多关于棉花产量和品质的研究报告。许多棉花研究人员对棉花产量及其组成部分进行了定量和定量研究，并对棉纤维的质量要素进行了定性分析。例如,陈荣江等对棉花新品种的产量与品质性状进行了多指标综合分析,对不同生态环境条件下的区试品种进行了综合评价和聚类分析。本研究通过大田试验,系统观测了27个陆地棉花品种的产量及构成因素与纤维品质性状指标,采用通径分析、主成分分析方法对这些棉花品种的产量与品质因素进行综合评价及聚类分析,以期为棉花高产高效栽培及改进棉花品质提供参考。1材料和方法1.1水稻品种信息供试的27个陆地棉品种(品系)由湖南农业大学农学院棉花遗传育种课题组提供,其中国内品种20个、国外品种5个、自育品种2个,分别编号为6-1~6-27。1.2田间防治方法试验于2006年4~12月在湖南农业大学教学科研基地进行,试验地土壤肥力中等、前茬空置。供试的27个陆地棉品种均于4月10日播种,采用营养钵育苗,地膜覆盖(小弓棚膜);5月11日打孔移栽,种植密度为每667m2植1000株,每个品种3次重复,随机区组排列,小区面积25m2。移栽时每667m2施过磷酸钙50kg、尿素10kg、氯化钾10kg。7月22日施花铃肥,每667m2施复合肥(20-10-13)30kg。棉花生长期间,根据病虫害发生情况施药防治,其他田间管理按大田生产水平进行。试验期间每隔3d调查记载各供试材料的生育期及株高、枝叶生长情况。7月15日、8月15日和9月15日分别调查三桃生长情况;9月20日调查单株果枝数等农艺性状;10月12日前后,每小区收取中部正常吐絮铃100个,分别进行轧花、考种,并测定棉花的纤维品质(由中国农科院棉花研究所进行测定);收获时测定棉花产量。通径分析和主成分分析项目包括:籽棉产量(y1)和皮棉产量(y2),产量构成因素性状指标的单株成铃数(x1)、单株铃重(x2)和衣分(x3),纤维品质性状指标的上半部平均长度(x4)、整齐度(x5)、断裂比强度(x6)、伸长率(x7)及马克隆值(x8)。试验测定数据利用变异系数\通径分析及聚类分析方法进行分析,并运用软件Excel2003、Spss11.0完成数据处理。2结果与分析2.1棉纺棉种织品种间异系数表1变异系数是用来比较同类事物变量之间的变异程度的指标,而产量构成因素变异系数大小可反映品种间的差异。从表1可以看出,27个供试棉花品种的单株铃数平均为35.39个,品种间极差达到28.00个,其变异系数最大、为21.89%;平均单株铃重为4.61g、极差为2.63g,变异系数次于单株铃数;衣分平均为40.40%,其变异系数最小,仅为4.55%。由于单株铃数、单株铃重、衣分等产量构成因素品种间存在较大变异,因而不同品种的籽棉产量和皮棉产量也有很大差距,每667m2籽棉产量的极差为198.6kg,每667m2皮棉产量的极差为74.9kg。从表2可以看出,不同棉花品种的纤维品质存在较大差异,变异系数大小依次为:马克隆值>断裂比强度>上半部平均长度>伸长率>整齐度。其中,不同棉花品种的马克隆值差异较大,极差为1.70;而品种间的整齐度变幅不大,极差仅为3.00个百分点。2.2产量性状指标的筛选有关研究表明,产量构成因素与品质因素均会对棉花的产量产生影响。本研究选取单株成铃数(x1)、单株铃重(x2)和衣分(x3)等3个产量构成因素,对籽棉产量进行了通径分析,结果见表3。从表3可以看出,3个产量性状指标对产量的直接通径系数和间接通径系数均为正值,说明本研究选择的3个性状指标对产量的影响都为正向的积极作用。从表3还可以看出,在3个产量性状指标中,对产量作用最显著的是单株成铃数,其直接通径系数为0.9101,占总决定系数的比例为69.86%,其次是单株铃重,而衣分的作用则较小。可见,单株铃数和单株铃重是棉花高产的重要因素。从纤维品质性状因素对籽棉产量的通径分析结果(表4)可知,各质量性状指标的直接通径系数大小依次为:伸长率>断裂比强度>上半部平均长度>整齐度>马克隆值,其中只有马克隆值的直接通径系数为负值,说明其他4个品质性状指标对棉花品种纤维品质的改善具有促进作用,而马克隆值通过其他品质性状指标的间接效应依然为负值,且该指标的决定度很高,其占总决定系数的比例为33.54%,因此必须通过栽培或育种等措施降低马克隆值,才能提高棉花的纤维品质。从表4还可以看出,尽管品质性状指标的间接作用效应个别为负值,但其对籽棉产量的最后效应均为正值。2.3品种选育主成分的综合评价结果通径分析结果表明,棉花产量、产量构成因素及品质因素之间相互关联,品种的产量因素表现良好,但品质因素却较差,因此不能根据几个单一的指标来评判棉花品种的优劣。主成分分析法是利用降维的思想,在损失较少信息量的前提下把多指标转化为几个综合指标的多元统计方法,为综合评定品种质量提供了有效的手段。本研究对棉花产量性状指标与品质指标所构成的相关系数矩阵进行主成分分析,结果见表5。从表5可知,前4个主成分的累积方差贡献率(累积比例)达到82.580%,基本上代表了全部供试棉花品种分析指标的绝大部分信息,因此前4个主成分可分别表示为:从表5可以看出,第1主成分(Prin1)的贡献率为30.322%,在分析的9个因素中除单株果枝数、上半部平均长度及断裂比强度外,其余6个因素的得分都较高,且9个因素的得分均为正值,说明单株果枝数、单株铃数、单铃重、衣分、上半部平均长度、断裂比强度、伸长率与产量呈同步增长态势,因此可称为产量和品质选择的综合因子;第2主成分(Prin2)的贡献率为24.281%,其中单株铃重、衣分、上半部平均长度、断裂比强度和伸长率的得分均较高,而且系数为负值,因此可称为产量和品质选择的制约因子;在第3主成分(Prin3)中,以单铃重和衣分的得分较高,相关性较大,因此可称为产量选择因子;在第4主成分(Prin4)中,整齐度与马克隆值的得分最高,相关性大,可称为品质选择因子。从上述分析结果可知,在棉花品种选育中应注意:(1)加大第1主成分,以利于提高棉花产量与品质;(2)降低第2主成分,以提高上半部平均长度和降低马克隆值;(3)第3主成分要适中,以增加单铃重、衣分、整齐度与断裂比强度;(4)第4主成分要小,通过降低马克隆值来提高棉花纤维品质。本研究进一步以各棉花品种的产量性状和品质性状的实际观测值的平均值标准化后,通过计算得出各品种在4个主成分上的得分,以所选主成分对应的特征值占4个特征值总和的比例为权重,计算出各品种的综合评价分值,结果见表6。从表6可知,品种6-20的产量和品质综合表现最好,而品种6-15的表现最差。生产实际调查结果显示,品种6-20的产量性状品质性状表现良好,且在27个棉花品种中产量最高;而品种6-15的产量较低,产量性状和品质性状表现均较差。说明本研究的评价结果与生产实际调查结果基本一致。2.4供试水稻品种聚类分析本研究利用单株果枝数等9个指标对27个供试棉花品种进行聚类分析,以各品种的4个主成分得分作为聚类样本数据,把数据标准化后,用离差平方和法进行系统聚类,结果见图1。从图1可以看出,供试的27个棉花品种可以聚为4类:高产高质类,包括6-1、6-2、6-3、6-5、6-15、6-16、6-17、6-18、6-20等9个品种;低产中质类,包括6-4、6-6、6-10、6-13、6-21等5个品种;低产高质类,包括6-7、6-8、6-9、6-11、6-12、6-14、6-26、6-27等8个品种;低产低质类,包括6-19、6-22、6-23、6-24、6-25等5个品种。3织物性状通径系数排序本研究结果表明,供试的27个陆地棉花品种的产量性状变异系数以单株铃数最大、衣分最小;纤维品质性状变异系数以整齐度最小、断裂比强度最大;产量性状的直接通径系数排序为单株铃数>单株铃重>单株果枝数>衣分,纤维品质性状的直接通径系数排序为伸长率>断裂