孔清泉 杨兆光 吴振江 肖远龙

摘要：为了对利用已审定的高产优质品种与大铃或优质材料杂交配组的25个杂种F1代材料进行分类，并筛选出具有综合性状优异的棉花新组合或新品系，使用SAS V8软件对25个杂交组合的14个农艺与品质性状（株高、始果枝位节数与高度、果枝数、单株成铃数、单铃重、单铃壳重、衣分、上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值、伸长率和籽棉产量）进行主成分分析。分析结果显示：这25个组合产量高，但是马克隆值偏大。通过主成分分析后筛选出优质高产棉组合2个（为19号、10号）。旨在创制出优良棉花新材料和新品种。

关键词：棉花;F1代;主成分分析;筛选

中图分类号：S562.035    文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2020）03-0027-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.03.004

Selection of F1 Generation of 25 Cotton Hybrids Based

on Principal Component Analysis

Kong Qingquan， Yang Zhaoguang， Wu Zhenjiang， Xiao Yuanlong

（Cotton Research Institute of Jiangxi Province.， Jiujiang， Jiangxi 332000， China）

Abstract： In order to classify 25 F1 generation hybrid materials and select new combinations or lines of cotton with excellent comprehensive properties， the project used the approved high yield and high quality cultivars to hybridize with boll or high quality materials. 14 agronomic and quality traits of 25 hybrid combinations were analyzed by SAS V8 software （Plant height， number of primary branches and nodes， height of primary branches， number of fruit branches， boll number per plant， boll weight， single boll shell weight， lint percentage， seed cotton yield per unit area， upper half mean length， uniformity index， breaking tenacity， micronaire， breaking elongation and seed cotton yield）. The analysis results showed that： the yields of the 25 combinations were high， but had higher micronaire. After principal component analysis， we selected 2 combinations of high quality and high yield cotton ： number 19， number 10.

Key words： Cotton;  F1 generation ; Principal components analysis; Selection

0  引言

棉花是我國重要的经济作物，对提高我国的国民生产总值具有重要作用[1]。目前，随着我国人口的快速增长、国家的飞速发展，我国植棉面积越来越小，对棉花产物的需求量越来越大，对棉花纤维品质的要求越来越高[2-3]，因此高产优质棉种的培育显得尤为重要。通过不同途径创制丰富多样的棉花种质或培育高产优质抗逆的棉花品种，对棉花科研人员来说是一项艰巨而不断追求的目标。通过利用棉花杂种优势提高棉花产量，改善纤维品质，提高棉花抗逆性，是一条很好的途径[4-10]。江西省棉花研究所拥有较成熟的棉花杂交育种方法，为棉花重要性状的转入奠定了基础。因此江西省棉花研究所育种课题组利用适于长江流域种植的审定品种与多年来培育并搜集保存的具有优质、高产或抗虫的棉花亲本或品系材料进行杂交配组，对F1代进行主成分分析，以期于筛选出具有某些优异特色或综合表现较好的F1代，创制出优良棉花新材料和新品种。

1  材料和方法

1.1  试验材料与设计

试验安排于江西省棉花研究所科研基地，试验材料共计25个，编号为1～25。试验田肥力中等，地面平整，属冬季作物空闲地。试验方法是随机区组设计，三次重复，小区面积20 m2。2018年4月19日播种，双膜小拱棚营养钵育苗，期间及时揭膜炼苗。5月25日移栽，一畦双行，行距0.87 m，株距0.48 m，种植密度2.4万株/hm2。栽后管理与常规大田管理一致，并按时进行主要性状调查工作。

1.2  性状调查与考种

调查各材料的农艺性状、纤维品质。吐絮期在每小区选取长势均匀一致的的棉花10株， 主要调查株高、果枝数、单株成铃数、始果枝位节数、始果枝位高度。每小区随机采收棉株中部内围正常开裂棉铃50个，室内进行考种测定单铃重、单铃壳重、衣分等;考种后每小区取皮棉20 g，送交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），对棉纤维上半部平均长度、伸长率、断裂比强度、整齐度指数、马克隆值五项纤维指标进行检测。

1.3   数据统计

各性状指标数据用Microsoft Excel 2010软件进行基本整理。利用SAS V8软件进行各性状的遗传变异和主成分分析。

2  结果与分析

2.1  主要性狀的遗传变异分析

数据统计结果的14个性状的调查数据统计参数列于表1，其统计分析结果列于表2。

在表型性状方面，株高的分布范围在101.20～126.80 cm，极差是25.60 cm，其中100～110 cm的组合有7个，110.1～120.0 cm的有10个，120.1～130.0 cm的有8个，总平均株高是115.58 cm，变异系数是6.51%，不同组合的株高整体较适中;始果枝位节数的分布范围在6.90～8.60节，其中7.1～8.0节的组合有15个组合，8.1～9.0节的有9个，平均为7.84节，变异系数是6.12%;始果枝位高度的分布范围在25.30～32.70 cm，其中24.0～27.0 cm的组合有5个，27.1～30.0 cm的有12个，30.1～33.0 cm的有8个，平均为28.90 cm，变异系数是6.80%;果枝数分布在13.10～17.10个/株，其中13.0～15.0个/株的组合有14个，15.0～17.1个/株的有10个，果枝数最多的组合是25号（17.10个/株），其次是21号（16.40个/株）、16号（16.30个/株），平均值是14.94个/株，变异系数是6.63%。从对4个表型性状的分析可知，这25个组合的表型性状差异不大。

在产量性状方面，从数据整体分布分析，单株成铃数的变异幅度为29.00～49.45个，其中大部分组合（19个组合）在34.1～42.0个，最多的组合是9号（49.45个），其次是11号（44.35个）、16号（43.50个），平均值是38.43个，变异系数为11.01%;单铃重变异幅度为4.52～6.18 g，其中有23个组合大于5.0 g，最大的组合是8号（6.18 g），其次是23号（6.00 g），平均值是5.45 g，变异系数为7.34%;单铃壳重变异幅度为1.17～2.48 g，有3个组合小于2 g，有8个组合在2.01～2.25 g，10个组合在2.26～2.50 g，平均为2.18 g，变异系数为11.47%;衣分的变异幅度为38.82%～45.06%，大部分组合（21个组合）的衣分大于40%，其中最高的是23号（45.06%），其次是14号（45.03%）、15号（44.31%），平均衣分为41.68%，变异系数是4.25%;籽棉产量的变异幅度是3370.33～4801.06 kg/hm2，产量大于3750.00 kg/hm2有15个组合，分别是9号、11号、10号、16号、18号、19号、25号、4号、15号、24号、17号、20号、8号、23号、21号，平均产量是3871.99 kg/hm2，变异系数是9.16%。一般变异系数大于10%表示样本间差异较大[11]。经综合分析各性状的表现及变异情况，单株结铃（11.01%）、单铃壳重（11.47%）遗传变异较大，其次是籽棉产量（9.16%），其他性状的变异系数在7.34%以下。

从纤维品质性状来看，纤维上半部平均长度变异幅度为27.50～29.90 mm，平均为28.56 mm，变异系数是2.17%，有23个组合属于中绒类型（28.0～30.9 mm）;纤维整齐度指数变异幅度为84.00%～88.30%，平均为86.04%，变异系数是1.12%，有7个组合为较高（83.0%～85.9%）等级、18个组合为高等级（86%以上）;断裂比强度变异幅度为30.50～38.20 cN/tex，平均为34.67 cN/tex，变异系数是6.06%，有4个组合为很强（32.0～33.9 cN/tex），有18个组合达到高强等级（34.0～36.9 cN/tex）[12];马克隆值变异幅度为5.20～5.90，平均值是5.55，变异系数是3.78%，这些组合的马克隆值整体偏大;伸长率变异幅度为6.80%～6.90%，平均值6.85%，变异系数0.73%。经综合分析这25个组合的品质性状以断裂比强度整体较优，但纤维上半部平均长度、马克隆值整体表现差。

2.2  主成分分析

对9个农艺性状指标和5个品质性状指标共14个性状的原始数据进行标准化后对其进行主成分分析。在所有的主成分中，依据特征值大于1的原则挑选前5个主成分进行分析，其累计贡献率为73.58%，包含了所有性状的大部分信息（表3），因此对这5个主成分做进一步分析。

结果显示第一主成分的特征值是3.2656，对应的贡献率是23.33%。载荷高且是正值的有伸长率（0.4615）、纤维上半部平均长度（0.4572）、断裂比强度（0.4281）、整齐度指数（0.3601），适当改善伸长率，会提高纤维长度和整齐度、增强断裂比强度，同时会降低马克隆值（-0.0939）。因这5个性状可用来衡量棉花纤维品质，且载荷大，说明在这一主成分上得分越高纤维品质越好。因此将此主成分归为纤维品质因子。

第二主成分的特征值是2.8080，对应的贡献率是20.06%。载荷高且是正值的有籽棉产量（0.5132），果枝数（0.4387）、成铃数（0.4040）、单铃重（0.3660），说明在这一主成分上得分越高，籽棉产量越高，单株果枝数、成铃数、单铃重的数值越大。因此可以将此主成分归为产量选择因子。

第三主成分的特征值是1.7092，贡献率是12.21%。在这一主成分上载荷高且是正值的有始果枝位高度（0.3463），载荷高但为负值的是马克隆值（-0.6568），说明在这一主成分上得分越高的始果枝位高度越高，马克隆值越小。因此将这一主成分归为始果枝位高度和马克隆值的综合选择因子。

第四主成分的特征值是1.3929，贡献率是9.95%。载荷最高且是正值的有单铃重（0.5023），说明在这一主成分上得分越高单铃重越大。因此把这一主成分归为单铃重选择因子。

第五主成分的特征值是1.1251，贡献率是8.04%。载荷高且是正值的有始果枝位高度（0.6147），其次是株高（0.4865），說明在这一主成分上得分越高始果枝位高度越高，株高越高。因此把一主成分归为始果枝位高度和株高的综合选择因子。

为将这25个杂交组合的F1代进行简单分类与筛选，用14个性状的标准化数据与前5个特征向量相乘求得前5个主成分的得分值，再用特征根的平方根除主成分得分，将其化为标准化得分，最后再以每个主成分的特征值占所提取的所有主成分的特征值总和的比例作为权重，计算每个组合的综合主成分得分（见表4）。

根据各个组合在不同主成分上的得分对25个杂交组合进行简单分类。第一主成分是纤维品质选择因子，挑选出的不同组合在这一主成分上得分超过1的有6份，分别是2号、3号、7号、8号、10号、19号，这6个组合代表优质组合;第二主成分是产量选择因子，挑选出的得分超过1的组合有3份，分别是9号、10号、19号;第三主成分是始果枝位高度、马克隆值的综合选择因子，挑选出的得分超过1的组合有3份，分别是17号、22号、25号;第四主成分是单铃重选择因子，挑选出的得分超过1的组合有5个，分别是8号、11号、15号、18号、24号;第五主成分是始果枝位高度和株高的综合选择因子，挑选出的得分超过1的组合有4个，分别是1号、2号、22号、23号。

根据不同组合的综合得分，≥0.5的组合是19号、10号、18号、22号。

3  讨论与结论

通过有针对性的挑选亲本进行杂交配组，以期扬长补短的培育出丰产、优质、抗逆等综合性状优异的新组合或新品系。试验结果显示，超过一半的组合的籽棉产量在3750.00 kg/hm2以上，但是大部分组合的纤维品质并不理想，尤其是马克隆值和纤维长度。因此为了更好地进行目标性状的改良，在实际操作中可以通过不同杂交手段针对性改良，如多代回交、聚合杂交等。

主成分分析是利用降维思想，对多元数据的变量数目进行有效减维压缩，在保持原有大部分数据信息的基础上，把多指标转化为变量较少且变量间相互独立的新的综合指标[13]。本研究对25个组合的14个性状进行主成分分析时，对前5个主成分因子进行分析发现，在第一主成分上随着伸长率增大，纤维长度、断裂比强度、整齐度会增大，但是铃壳重会增加，衣分会降低;在第二主成分上随着籽棉产量增加，单株果枝数、成铃数、单铃重和株高的数值会增大;在第三主成分上随着始果枝位高度增加，马克隆值降低，断裂比强度增加，纤维长度和整齐度缓慢增加;在第四主成分上随着单铃重数值的增大，纤维整齐度增大、始果枝位高度降低;在第五主成分上随着始果枝位高度数值增加，株高数值增大，单株成铃数和籽棉产量降低。由此可见棉花株型性状、产量性状和纤维品质性状之间存在着一定的相关性，在棉花育种中为获得丰产优质的棉花新品种，应最大程度地协调好两者的关系，不可一度追求高产而忽略品质，也不可过度追求优质而影响到产量[14]。农艺性状大多是数量性状，除了受基因控制，对环境影响也较敏感，因此在试验执行过程中，为了降低对最终结果的影响，要严格控制环境因素[15]。

本研究通过对25个组合F1代材料的14个性状进行遗传变异和主成分分析，筛选出优质高产组合2个，为19号、10号。

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收稿日期：2020-4-22

基金项目：江西省重点研发计划（S2018ZPYFE1239）;国家科技重大专项（2016ZX08005001-006）。

作者简介：

孔清泉（1990-），女，河南周口人，研究实习员，硕士，研究方向为棉花新品种选育，1192746722@qq.com。

通信作者：肖远龙（1964-），男，江西九江人，研究方向为棉花新品种选育，595915594@qq.com。