2025年5月17日 20:48 星期六
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647份海岛棉种质资源遗传多样性分析  PDF

    张磊磊 1
    ✉
    范阿棋 1
    洪梅 1
    ✉
    马志华 1
    陈晋瑞 1
    赵双印 1
    郑凯 2
    吐尔逊·吐尔洪 1
1. 新疆巴音郭楞蒙古自治州农业科学研究院 / 国家农业农村部新疆早中熟及早熟陆地棉、长绒棉科学观测实验站,库尔勒 841000; 2. 新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052

最近更新:2023-01-12

DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20220815003

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EN 引
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目录contents
摘要
关键词
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
1.3 数据处理与统计分析
2 结果与分析
2.1 海岛棉种质资源描述性状遗传多样性分析
2.2 海岛棉种质资源数量性状遗传变异分析
3 讨论
参考文献

摘要

通过对647份海岛棉种质资源进行变异系数分析、遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析,以期为今后海岛棉亲本选配和品种选育筛选出类型更加多样的海岛棉种质资源。结果表明,647份海岛棉种质资源数量性状变异系数范围在2.4608%~36.4320%之间,表明海岛棉种质资源间差异大,种质资源类型丰富;描述性状遗传多样性分析表明,海岛棉种质资源茎毛多少、叶片颜色、叶茸毛多少、花瓣基斑大小、主茎硬度、果枝类型、花柱长度等外在描述性状较为多样,可直接用于开展品种植株形态的改良使用;数量性状遗传多样性分析表明,纤维品质性状较产量性状多样性更为丰富,这类种质资源可用于纤维品质、熟性的改良。相关性分析表明,不同数量性状间呈现出显著的相关性,其中第一果枝节位与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度呈极显著负相关,子指与马克隆值呈极显著负相关,衣分与上半部平均长度呈极显著负相关,以上相关关系与前人在陆地棉上的研究结果一致,在材料创制时应当相互考量,综合分析。主成分分析表明,前5个特征值的累计贡献率达到了75.761%,第1主成分与纤维品质有关,第2主成分与籽棉产量有关,第3主成分与伸长率有关,第4主成分与熟性有关,第5主成分与衣分有关;聚类分析在遗传距离为10时,将种质资源划分为6个类群,第II类群综合表现较好,在实际育种中可根据育种目标进行针对性选择和改良。

关键词

海岛棉; 种质资源; 农艺性状; 纤维品质; 遗传多样性分析

棉花作为我国重要的经济作物和纺织工业的原材料[

参考文献 1
百度学术    
1],掌握核心种质资源,提升核心种源的自给率,一直是育种家追求的关键一环。具有多样性的种质资源为棉花亲本选配、品种选育提供了更多地选择和可能。为此,学术界就棉花种质资源多样性开展了一系列研究。王俊铎等[
参考文献 2
百度学术    
2]对200份陆地棉种质资源进行了农艺性状的遗传多样性分析,确定了50份种质资源可用作新疆陆地棉育种材料的亲本。李慧琴等[
参考文献 3
百度学术    
3]对270份陆地棉种质资源7个农艺性状和5个品质性状进行变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析,筛选出马克隆值A级的优异种质资源中聊113、军棉1号、辽阳绿绒棉和保2367。尹会会等[
参考文献 4
百度学术    
4]对134份国外陆地棉种质资源主要农艺性状和纤维品质性状进行了变异系数、遗传多样性指数、主成分和聚类分析,通过综合35份纤维品质优异的种质与58份农艺性状优异的种质筛选出美1870、美1884、FM1830等14份品质与产量俱佳的优异种质。董承光等[
参考文献 5
百度学术    
5]基于表型性状对429份陆地棉种质资源进行了遗传多样性分析,得出数量性状受环境影响较大,在不同生态条件下会表现为多样化的结论。代攀虹等[
参考文献 6
百度学术    
6]利用19个表型性状对419份陆地棉核心种质进行了遗传多样性分析,证明了不同地理来源遗传变异有较大的差异,不同生态区的核心种质具有独特的性状。金宇豪等[
参考文献 7
百度学术    
7]从390份陆地棉中筛选出46份纤维品质性状优异、122份农艺性状优异和10份纤维品质与农艺性状俱佳的种质资源。王海涛等[
参考文献 8
百度学术    
8]通过对314份陆地棉种质资源进行聚类分析,筛选出一批可用于改良马克隆值和断裂比强度的种质资源。范李萍等[
参考文献 9
百度学术    
9]对94份海岛棉种质按照遗传和表型特征进行遗传多样性分析,利用SSR标记和农艺性状分析2种方法的聚类结果基本一致,聚类结果与地理分布有明显的联系。目前,已有的研究多数针对陆地棉,海岛棉种质资源遗传多样性方面的研究较少,且已有的研究涉及群体数量少、指标少,来源不够广泛,不能全面反映海岛棉种质资源现状。

本研究在前人研究的基础上,精选了新疆巴州农业科学研究院自20世纪50年代以来引进、保存及创制的647份海岛棉种质资源,对16个描述性状进行了遗传多样性分析,对16个数量性状进行了遗传变异分析、主成分分析、相关性分析和聚类分析,指标选择相较于前人更加全面,以期为今后海岛棉亲本选配和品种选育筛选出类型更加多样的海岛棉种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为647份海岛棉种质资源,来自埃及、前苏联、美国、苏丹、叙利亚、印度、加拿大、阿尔巴尼亚、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、摩洛哥、秘鲁和中国等14个国家(表1)。

表1  海岛棉种质资源的来源
Table 1  The germplasm resources sources of sea island cotton

国家

State

来源

Source

数量

Number

代表性种质资源

Representative germplasm resources

中国CHN 新疆库尔勒 118 巴州270、新海45号
新疆阿瓦提 69 新海62号、鲁泰700Q
新疆阿拉尔 89 军海1号、新海41号
新疆吐鲁番 9 吐海1号、端绿籽长绒
新疆莎车 1 新疆75-86(光籽)
新疆墨玉 1 墨1431
新疆图木舒克 4 喀垦Y9-2、新海3号
新疆石河子 17 石河子V4-2、混8-1
新疆库车 24 新库198-1、新库90085
新疆乌鲁木齐 51 新海6号、新海12号
新疆铁门关 8 库垦H8660、库垦93-562
河南安阳 7 中海261、抗萎2号
云南 49 云南8040-2、云南1号
上海 3 长绒棉4923、米10
江苏南京 16 65-3040、江苏长绒棉
广东广州 2 11/58-1/61、平远1号
陕西武功 1 西农27
陕西泾阳 2 西北海岛棉、泾阳来德夫阿金
河北石家庄 2 冀92-113、冀92-125
海南 1 海南岛长绒棉
北京 5 Sakel、Coastland
前苏联USSR 苏联全苏棉花所 39 苏联1241、苏联10964
苏联中央育种站 18 C-6001、C-6022
苏联约乐坦站 18 2-u-3、9122-u
苏联瓦赫什站 9 5650-B
苏联莫干站 4 MOC-0号、莫什620
苏联弗尔干站 1 123Φ
美国USA — 14 pimaS-2、pimaS-3
埃及EGY — 35 Giza45、埃及棉424
阿尔巴尼亚ALB — 2 鲁什涅、洛塞雅1号
苏丹SUD — 2 苏丹长绒棉、Bar14/25
叙利亚SYR — 2 阿什蒙、叙利亚长绒棉
印度IND — 1 西印度海岛棉
加拿大CAN — 1 加拿大275
乌兹别克斯坦UZB — 1 卡尔什8
塔吉克斯坦TJK — 2 5320-B
土库曼斯坦TKM — 1 阿什8
摩洛哥MAR — 2 卡那克55
秘鲁PER — 1 海岛棉

代表性种质资源按照所属来源地区以往推广应用情况或者具有明显特异性特征进行选择;—表示来源地区不详

The representative germplasm resources of the source were selected according to the previous application or obvious specific characteristics;—Indicates source area unknown;CHN:China;USSR:Union of soviet socialist republics;USA:United states of america;EGY:Egypt;ALB:Albania;SUD:Sudan;SYR:Syria;IND:India;CAN:Canada;UZB:Uzbekistan;TJK:Tajikistan;TKM:Turkmenistan;MAR:Moracco;PER:Peru

供试材料是经过长期自然演化和人工选择,形成的许多特有的优异种质资源,其几乎涵盖了不同引、育种重要时期的栽培品种和品系,包括以阿许莫尼为代表的早期埃及棉型海岛棉、以比马(pima)S1为代表的早期美国埃及型海岛棉和从国外海岛棉主产国引进的已应用于生产、实践的品种和品系,以及20世纪60年代、20世纪80年代、21世纪以来长江流域、珠江下游、云贵高原及西北内陆新疆棉区种植、推广的主要栽培品种和品系。同时,也包括了不同时期重要系谱品种海岛型海岛棉长绒3号、埃及型海岛棉米努非、跃进1号以及中亚埃及型海岛棉9122-u、军海1号、5230-B、8763-u、C-6022、2-u-3以及为种质育成的主要品种。供试材料来源广泛、类型多样,具有典型的地域代表性。

1.2 试验方法

2020-2021年于新疆巴州农业科学研究院试验地(新疆库尔勒市)进行了2年的扩繁和鉴定,其中:2020年扩繁和鉴定种质资源320份(4月22日播种),2021年扩繁和鉴定种质资源327份(4月15日播种)。试验地位于41°74'N、86°12'E,属暖温带大陆性气候,年平均气温8.2~11.6 ℃,全年大于10 ℃积温为3791.2~4691.5 ℃,年平均降水量为56.30 mm,年日照时数2768.7~3103.2 h,无霜期210 d,适合海岛棉的种植和生长。试验前茬作物为棉花,按照1膜4行的栽培模式进行种植,行长3.00 m,行距0.76 m,株距0.10 m,小区面积4.50 m2,随机区组,3次重复,膜下滴灌、随水追肥、人工打顶,按照当地常规方式进行管理,2年管理措施相同。

试验按照2005年版《棉花种质资源描述规范和数据标准》所列指标规定进行调查和考种工作,分别在每年7-8月、11-12月完成田间调查和室内考种工作,田间调查取连续标注的20株进行全指标调查,室内考种取上、中、下部30铃进行测定,调查和测定结果取3次重复平均值,纤维品质数据8项指标每年10月送至中国农业科学院棉花研究所农业部棉花品质监督检验测试中心(河南安阳)进行测定。分别选择16个描述性状和16个数量性状,描述性状包括:株型、茎色、主茎硬度、茎毛多少、叶片颜色、叶裂刻深浅、叶茸毛多少、叶茸毛长短、叶基斑有无、花柱长度、花瓣基斑大小、花萼形状、果枝类型、铃形、铃尖突起程度、吐絮程度(表2);数量性状包括:生育期、株高、第一果枝节位、果枝数、单株结铃数、单铃重、衣分、子指、上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值、伸长率、反射率、黄度、纺纱均匀性指数。

表2  海岛棉种质资源描述性状测定标准
Table 2  Standard for descriptive indicators of sea island cotton germplasm resources

描述性状

Describe traits

记载标准

Recording criteria

株型PT 1:筒型;2:塔型;3:其他
茎色SC 1:日光红;2:红;3:绿;4:紫
主茎硬度MSH 1:软;2:中;3:硬
茎毛多少SPA 0:无;1:少;2:中;3:多
叶片颜色LC 1:浅绿;2:绿;3:深绿;4:黄;5:黄白
叶裂刻深浅LL 0:无;1:浅;2:中;3:深;4:全裂
叶茸毛多少LPA 0:无;1:少;2:中;3:多
叶茸毛长短LPL 1:短;2:中;3:长
叶基斑有无LBS 0:无;1:有
花柱长度SL 1:短;2:中;3:长
花瓣基斑大小PBSS 0:无;1:小;2:中;3:大
花萼形状CS 1:杯状;2:波状;3:细齿形;4:时钟形;5:长萼
果枝类型SBT 1:0式;2:I式;3:II式;4:III式;5:IV式
铃形BS 1:圆;2:卵圆;3:长卵圆;4:圆锥
铃尖突起程度BT 0:无;1:弱;2:中;3:强
吐絮程度BOD 1:紧;2:中;3:畅

PT:Plant type;SC:Stem colour;MSH:Main stem hardness;SPA:Stem pubesence amount;LC:Leaf colour;LL:Leaf lobe;LPA:Leaf pubescence amount;LPL:Leaf pubescence length;LBS:Leaf base spot;SL:Stigma length;PBSS:Petal base spot size;CS:Calyx shape;SBT:Sympodial branch type;BS:Boll shape;BT:Boll tip;BOD:Boll opening degree;The same as below

1.3 数据处理与统计分析

调查数据取3次重复的平均值。(1)利用Excel 2003计算变异系数和遗传多样性指数。变异系数CV=(SD/M)×100%,其中SD为标准差(Standard deviation),M为单个性状的平均值(Mean)。遗传多样性指数采用Shannon's信息指数(H'),H'=-∑PiLnPi,Pi表示第i种表现型出现的频率,描述性状按照记载标准划分为0~5级,数量性状按照极差分级公式划分1~10级;(2)相关性分析(Correlation analysis):利用SPSS 20.0计算Pearson相关系数检验数量性状相关性大小以及P<0.05、P<0.01水平(双侧)上的显著性。(3)主成分分析(PCA,principal component analysis):利用SPSS 20.0将原始变量经过标准化处理后创建相关系数矩阵,再用于计算和提取能够代表供试样本大部分变异的主成分(特征向量)。(4)聚类分析(Culstering analysis):利用SPSS 20.0将原始的数据在聚类分析时进行标准化转换,采用欧氏距离进行基于组内联接法的系统聚类进行聚类和分析。

2 结果与分析

2.1 海岛棉种质资源描述性状遗传多样性分析

研究结果(表3)表明,647份海岛棉种质资源描述性状遗传多样性指数处于0.5423~1.1973之间,遗传多样性指数均大于0.5000,其遗传多样性较为丰富。其中茎毛多少遗传多样性指数最高(1.1973),吐絮程度遗传多样性指数最低(0.5423),遗传多样性指数≥0.8000的指标依次为茎毛多少、叶片颜色、叶茸毛多少、花瓣基斑大小、主茎硬度、果枝类型、花柱长度,说明这些种质资源外在的描述性状较为多样,可直接用于开展品种植株形态的改良。

表3  海岛棉种质资源描述性状遗传多样性分析
Table 3  Genetic diversity analysis of describe traitses in sea island cotton germplasm resources

描述性状

Describe traits

极小值

Min.

极大值

Max.

遗传多样性指数H'

频率分布(%)

Frequency distribution

012345
株型PT 1 3 0.7867 — 68.16 25.35 6.49 — —
茎色SC 1 3 0.7253 — 73.11 6.03 20.86 0 —
主茎硬度MSH 1 3 0.9405 — 14.99 59.66 25.35 — —
茎毛多少SPA 0 3 1.1973 21.18 51.93 17.31 9.58 — —
叶片颜色LC 1 5 1.0760 — 21.33 34.47 43.89 0 0.31
叶裂刻深浅LL 2 5 0.7216 — 0 0.31 47.76 51.78 0.15
叶茸毛多少LPA 2 4 1.0487 — 0 19.32 42.66 38.02 —
叶茸毛长短LPL 1 3 0.6622 — 61.36 38.18 0.46 — —
叶基斑有无LBS 0 1 0.6671 61.36 38.64 — — — —
花柱长度SL 1 3 0.8412 — 7.57 63.68 28.75 — —
花瓣基斑大小PBSS 2 4 1.0211 — 0 42.19 15.92 41.89 —
花萼形状CS 1 2 0.6268 — 31.99 68.01 0 0 0
果枝类型SBT 1 4 0.8510 — 67.54 0 18.86 13.60 0
铃形BS 2 4 0.7384 — 0 55.33 43.59 1.08 —
铃尖突起程度BT 2 4 0.6208 — 0 8.81 80.83 10.36 —
吐絮程度BOD 1 3 0.5423 — 3.71 13.14 83.15 — —

—表示该频率不存在记载标准

—Indicates that there is no recording criteria for this frequency

2.2 海岛棉种质资源数量性状遗传变异分析

2.2.1 变异系数分析

研究结果(表4)表明,647份海岛棉种质资源不同数量性状间变异系数在2.4608%~36.4320%之间,变异幅度较大,其中:第一果枝节位变异系数最大(36.4320),变异幅度为1.10~7.80节,整齐度指数变异系数最小(2.4608),变异幅度为78.80%~91.20%。一般而言,变异系数≥10.00%则表示样本间的差异较大[

参考文献 10
百度学术    
10]。变异系数≥10.00%的数量性状占比达到了56.25%,依次为第一果枝节位、单株结铃数、株高、黄度、纺纱均匀性指数、伸长率、断裂比强度、果枝数、铃重,说明本研究中647份海岛棉种质资源数量性状间差异大,种质资源类型丰富,有利于开展海岛棉特异种质资源的比较、筛选和利用。

表4  海岛棉种质资源数量性状变异系数及遗传多样性指数分析
Table 4  Variation coefficient of quantitative indexes and genetic diversity index of island cotton germplasm resources

数量性状

Quantitative traits

极小值

Min.

极大值

Max.

极差

Range

均值

Mean

标准差

SD

变异系数(%)

CV

遗传多样性指数

H'

生育期(d)GP 109.00 154.00 45.00 130.36 7.69 5.8967 1.8630
株高(cm)PH 35.00 124.80 89.80 77.29 15.79 20.4334 1.9834
第一果枝节位SBN 1.10 7.80 6.70 3.15 1.15 36.4320 1.7625
果枝数BN 6.80 19.30 12.50 13.49 2.00 14.8514 1.8848
单株结铃数BPP 3.50 18.80 15.30 8.66 2.25 25.9878 1.8691
铃重(g)BW 2.12 5.15 3.03 3.42 0.40 11.6411 1.7042
衣分(%)LP 16.31 40.28 23.97 33.11 2.03 6.1286 1.2235
子指(g)SI 7.72 15.93 8.21 12.33 1.17 9.5139 1.7753
上半部平均长度(mm)FL 24.90 40.70 15.80 35.06 2.88 8.2217 1.9885
整齐度指数(%)LU 78.80 91.20 12.40 86.03 2.12 2.4608 1.9626
断裂比强度(cN/tex)FS 25.60 52.10 26.50 37.70 5.77 15.2930 2.1078
伸长率(%)EL 5.00 10.60 5.60 6.53 1.07 16.4544 2.0690
马克隆值MIC 3.00 5.20 2.20 4.09 0.37 8.9726 1.9000
反射率(%)REF 59.30 82.00 22.70 73.92 4.99 6.7457 1.8896
黄度YEL 6.70 14.30 7.60 9.53 1.81 18.9770 2.0705
纺纱均匀性指数SCI 95.00 258.00 163.00 185.96 31.95 17.1822 2.0268

GP:Growth period;PH:Plant height;SBN:Sympodial branch node;BN:Boll number;BPP:Bolls per plant;BW:Boll weight;LP:Lint percentage;SI:Seed index;FL:Fiber length;LU:Length uniformity;FS:Fiber strength;EL:Elongation;MIC:Micronaire;REF:Reflectance;YEL:Yellowness;SCI:Spinning consistent index;SD:Standard deviation;CV:Coefficient of variation;The same as below

2.2.2 遗传多样性分析

为了便于数据的量化和分析,本研究将16个数量性状按照极差分级公式进行加工[

参考文献 9
百度学术    
9],分成了1~10级,进行遗传多样性分析。研究结果(表4)表明,647份海岛棉种质资源遗传多样性指数处于1.2235~2.1078之间,其中断裂比强度遗传多样性指数最高(2.1078),衣分遗传多样性指数最低(1.2235),遗传多样性指数≥1.8000的依次为断裂比强度、黄度、伸长率、纺纱均匀性指数、上半部平均长度、株高、整齐度指数、马克隆值、反射率、果枝数、单株结铃数、生育期,其涵盖了纤维品质的8项指标,纤维品质指标较产量指标多样性更为丰富,有利于开展纤维品质特异材料的筛选和使用。

2.2.3 相关性分析

对于海岛棉而言,铃重、衣分和第一果枝节位是影响海岛棉产量和能否实施机械采收的重要因素,应重点关注其与纤维品质指标之间的相关性,做到纤维品质、产量和适宜机采性状的同步改良。研究结果(表5)表明,647份海岛棉种质资源不同数量性状间呈现出显著的相关性,部分表现为极显著相关。相关性达到极显著正相关的组合有44组,相关性达到极显著负相关的组合有34组,在相互作用的120对组合中,相关性达到极显著相关的组合比例高达65.00%。其中,第一果枝节位与马克隆值、黄度,铃重与子指、上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、纺纱均匀性及衣分与伸长率之间均呈极显著正相关;第一果枝节位与果枝数、上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、反射率、纺纱均匀性指数及衣分与子指、上半部平均长度均呈极显著负相关;子指与马克隆值呈极显著负相关。以上分析反映出海岛棉种质资源农艺性状、产量性状和纤维品质性状之间相互制约、相互作用、相互影响,在材料创制时应当相互考量,综合分析。

表5  海岛棉种质资源数量性状间相关性分析
Table 5  Correlation analysis of quantitative indexes of sea island cotton germplasm resources

性状

Traits

生育期GP

株高

PH

第一果枝节位SBN

果枝数

BN

单株结铃数

BPP

铃重

BW

衣分

LP

子指

SI

上半部平均长度FL

整齐度指数

LU

断裂比强度

FS

伸长率

EL

马克隆值

MIC

反射率

REF

黄度

YEL

纺纱均匀性指数SCI
生育期GP 1
株高PH 0.314** 1
第一果枝节SBN 0.150** -0.097* 1
果枝数BN 0.106** 0.627** -0.574** 1
单株结铃数BPP -0.242** 0.025 0.032 0.192** 1
铃重|BW -0.162** 0.049 0.095* -0.095* 0.081* 1
衣分LP 0.035 -0.051 0.041 -0.045 0.037 0.007 1
子指SI -0.263** 0.019 -0.085* 0.003 0.047 0.445** -0.202** 1
上半部平均长度FL -0.407** 0.119** -0.107** 0.064 -0.063 0.293** -0.137** 0.387** 1
整齐度指数LU -0.313** 0.208** -0.108** 0.095* -0.084* 0.201** -0.052 0.359** 0.810** 1
断裂比强度FS -0.345** 0.303** -0.135** 0.153** -0.07 0.302** 0.044 0.401** 0.667** 0.756** 1
伸长率EL -0.136** 0.056 0.004 0.037 0.176** 0.100* 0.164** 0.208** -0.216** -0.013 0.167** 1
马克隆值MIC 0.232** -0.338** 0.326** -0.334** 0.102** -0.044 0.003 -0.203** -0.599** -0.612** -0.717** 0.054 1
反射率REF -0.256** 0.315** -0.198** 0.231** -0.067 0.081* -0.043 0.170** 0.683** 0.659** 0.666** -0.085* -0.673** 1
黄度YEL 0.207** -0.342** 0.231** -0.274** 0.108** -0.067 0.059 -0.201** -0.706** -0.696** -0.675** 0.098* 0.725** -0.927** 1
纺纱均匀性指数SCI -0.361** 0.266** -0.140** 0.136** -0.099* 0.273** -0.037 0.385** 0.864** 0.914** 0.923** -0.066 -0.738** -0.773** -0.786** 1

*与**分别表示在P<0.05、P<0.01水平(双侧)上显著相关

* and ** represents significant correlation at P<0.05 and P<0.01 levels ( bilateral ), respectively

2.2.4 主成分分析

对647份海岛棉种质资源的16个数量性状进行主成分分析(表6),提取特征值大于1的主成分,前5个特征值的累计贡献率达到了75.761%,包含了四分之三以上的性状特征。第1主成分的特征值为6.024,贡献率为37.651%,纺纱均匀性指数特征向量值最大(0.964),说明纺纱均匀性指数对于第1主成分的影响最大,其次依次是断裂比强度(0.880)、整齐度指数(0.870)、上半部平均长度(0.859)、反射率(0.851),说明第1主成分为海岛棉种质资源纤维品质因子。第2主成分的特征值为2.084,贡献率为13.027%,第一果枝节位特征向量值最大(0.474),说明第一果枝节位对于第2主成分的影响最大,其次是铃重(0.459)、子指(0.408),说明第2主成分为海岛棉种质资源籽棉因子。第3主成分的特征值为1.587,贡献率为9.919%,伸长率特征向量值最大(0.678),说明伸长率对于第3主成分的影响最大,第3主成分主要反映了海岛棉种质资源伸长率因子。第4主成分的特征值为1.234,贡献率为7.714%,生育期特征向量值最大(0.590),说明生育期对于第4主成分的影响最大,第4主成分主要反映了海岛棉种质资源熟性因子。第5主成分的特征值为1.192,贡献率为7.450%,衣分特征向量值最大(0.834),说明第5主成分主要反映了海岛棉种质资源衣分因子。

表6  海岛棉种质资源数量性状主成分分析
Table 6  Principal component analysis on quantitative indexes of sea island cotton germplasm resource

性状

Traits

主成分1

PC 1

主成分2

PC 2

主成分3

PC 3

主成分4

PC4

主成分5

PC 5

生育期GP -0.378 -0.487 -0.258 0.590 -0.129
株高PH 0.349 -0.645 0.201 0.502 -0.121
第一果枝节位SBN -0.267 0.474 -0.264 0.539 0.111
果枝数BN 0.281 -0.781 0.410 -0.088 -0.141
单株结铃数BPP -0.068 0.045 0.615 -0.233 0.063
铃重BW 0.263 0.459 0.341 0.390 -0.260
衣分LP -0.079 -0.007 0.103 0.170 0.834
子指SI 0.420 0.408 0.402 0.124 -0.421
上半部平均长度FL 0.859 0.225 -0.169 -0.078 -0.118
整齐度指数LU 0.870 0.153 -0.092 0.052 0.041
断裂比强度FS 0.880 0.115 0.110 0.160 0.154
伸长率EL -0.029 0.131 0.678 0.203 0.328
马克隆值MIC -0.814 0.223 0.051 0.071 -0.118
反射率REF 0.851 -0.132 -0.163 -0.042 0.119
黄度YEL -0.875 0.175 0.174 0.023 -0.081
纺纱均匀性指数SCI 0.964 0.126 -0.085 0.063 0.050
特征值CV 6.024 2.084 1.587 1.234 1.192
贡献率(%)CR 37.651 13.027 9.919 7.714 7.450
累计贡献率(%)ACR 37.651 50.677 60.596 68.311 75.761

PC:Principal component;CV:Characteristic value;CR:Contributions rate;ACR:Accumulative contributions rate

2.2.5 聚类分析

运用欧式距离进行聚类分析,在遗传距离为10时,将647份海岛棉种质资源分成6类(详见http://doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20220815003,附表1),按不同类群分别计算了各性状平均值(表7)。第I类群包含了种质资源37份,属于植株高、果枝多、结铃性好的高植株类型材料。第II类群包含了种质资源225份,属于棉纤维长、整齐度好、断裂比强度高、反射率高、絮色洁白、纺纱均匀性指数高、马克隆值属于合理范围内的材料。第III类群包含了种质资源126份,属于生育进程早、矮生类型的材料,可用于改良品种的早熟性、降低植株高度。第IV类群包含了种质资源251份,属于647份种质资源中各项指标较为均衡的材料。第V类群包含了种质资源7份,包含了生育期晚、第一果枝节位低、铃重及子指轻、上半部平均长度短、整齐度差、断裂比强度低、马克隆值高、反射率低、絮色发黄、纺纱均匀性指数低等诸多不良性状。第VI类群包含了种质资源1份。在实际育种中,可根据育种目标进行针对性选择和改良。

表7  海岛棉种质资源数量性状不同类群平均值
Table 7  Average values of quantitative traits of different groups of island cotton germplasm resources

性状

Traits

类群I

Cluster I

类群II

Cluster II

类群III

Cluster III

类群IV

Cluster IV

类群V

Cluster V

类群VI

Cluster VI

生育期(d)GP 133.51 128.34 127.55 133.81 137.29 131.00
株高(cm)PH 101.88 85.02 71.20 74.11 82.63 124.80
第一果枝节位(节)SBN 2.70 2.93 2.90 3.55 2.40 1.80
果枝数BN 16.12 13.96 13.18 13.05 14.79 12.70
单株结铃数BPP 9.17 8.26 9.00 8.75 10.74 5.70
铃重(g)BW 3.45 3.54 3.38 3.33 3.19 3.00
衣分(%)LP 32.33 33.26 32.61 33.28 33.91 34.79
子指(g)SI 12.51 12.79 12.49 11.84 11.27 11.30
上半部平均长度(mm)FL 34.87 37.82 35.17 32.75 27.69 28.70
整齐度指数(%)LU 85.98 88.10 86.19 84.23 80.66 81.50
断裂比强度(cN/tex)FS 38.27 44.23 36.78 32.73 28.40 32.30
伸长率(%)EL 6.06 5.51 6.65 7.33 7.99 7.80
马克隆值MIC 4.22 4.06 4.13 4.07 4.46 4.60
反射率(%)REF 75.71 78.48 73.94 70.10 65.74 66.20
黄度YEL 8.72 7.83 9.58 10.92 12.67 12.40
纺纱均匀性指数SCI 186.59 223.08 183.87 156.38 110.86 128.00
频率分布(%)Frequency distribution 5.72 34.78 19.47 38.80 1.08 0.15

3 讨论

本研究通过遗传多样性指数分析发现,647份海岛棉种质资源16个描述性状的遗传多样性指数处于0.5423~1.1973之间,平均遗传多样性为0.8167;而16个数量性状遗传多样性指数处于1.2235~2.1078之间,平均遗传多样性为1.8800,多样性更为丰富,数量性状较描述性状表现出更为明显的丰富度和均匀度。因此,本研究的后续分析没有继续选择描述性状,而是选择了数量性状。通过变异系数分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析,选择数量性状所得出的研究结果更具科学性和代表性,更能帮助育种家筛选出所需的种质资源。

本研究通过相关性分析发现,16项数量性状之间呈现出显著的相关性,彼此之间存在或多或少的联系,相互关系比较复杂[

参考文献 11
百度学术    
11],表现出显著或极显著正相关以及显著或极显著负相关,其中第一果枝节位与上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度呈极显著负相关,与王海涛等[
参考文献 8
百度学术    
8]在陆地棉上的研究分析结果一致;子指与马克隆值呈极显著负相关,与刘剑光等[
参考文献 11
百度学术    
11]在陆地棉上的研究分析结果一致;衣分与上半部平均长度呈极显著负相关,与徐敏等[
参考文献 12
百度学术    
12]在陆地棉上的研究分析结果一致。以上结果说明海岛棉同陆地棉一样,产量相关性状与纤维品质相关性状多数情况下表现为负相关,两者存在着不可调和的矛盾[
参考文献 3
百度学术    
3,
参考文献 5
百度学术    
5
]。因此,在后续的品种选育中,应尽可能兼顾品种产量性状与纤维品质性状的同步改良,单一过度追求产量指标的提升或者是单一过度追求品质指标的提升都是不可取的[
参考文献 12
百度学术    
12]。

本研究还发现,在P<0.01的显著性水平(双侧检验)上,相关系数>0.800的极强相关性的性状组合有:整齐度指数与上半部平均长度(相关系数0.810)、纺纱均匀性指数与上半部平均长度(相关系数0.864)、纺纱均匀性指数与整齐度指数(相关系数0.914)、纺纱均匀性指数与断裂比强度(相关系数0.923)、黄度与反射率(相关系数-0.927)。以上结果与金宇豪等[

参考文献 7
百度学术    
7]、李兴河等[
参考文献 13
百度学术    
13]、钱玉源等[
参考文献 14
百度学术    
14]、唐淑荣等[
参考文献 15
百度学术    
15]、许乃银等[
参考文献 16
百度学术    
16]、刘超等[
参考文献 17
百度学术    
17]学者在陆地棉种质资源方面的部分研究结论是一致的。说明上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、纺纱均匀性指数、反射率、黄度在内的纤维品质指标在不同的棉花栽培品种、不同的棉花群体和不同的环境条件下表现出的相互关系较为稳定。表现为原棉纤维品质越好,其上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、纺纱均匀性指数数值越高,原棉品级越高其色泽越好,其反射率越高、黄度值越低,这与棉花种质资源本身的发展规律也是相符的。因此,今后在棉花利用过程中可重点结合上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、纺纱均匀性指数、反射率、黄度等纤维品质之间的相互关系进行种质资源性状的优化和改良,从而获得具有优异性状的新杂交种。

本研究通过聚类分析发现,第Ⅱ类群225份海岛棉种质资源中除吉扎76,其他224份种质资源均为2010年以后引进和选育保存的新疆本地的海岛棉种质资源,该类群在6个类群中各项指标突出,说明新疆海岛棉种质资源在长期的品种选育下,数量性状各项指标较以往国外或省外引进的种质资源得到了较大提升,这对于避免出现海岛棉“卡脖子”问题具有正向的积极作用。

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