孔清泉 杨兆光 吴振江 谢业涛 李强 肖远龙

摘要：對陆地棉种质资源遗传多样性分析，可以筛选杂交的亲本、创新种质资源、拓宽棉花种质基因库、选育品种提供基础材料。因而对92份陆地棉种质资源的8个主要性状进行遗传变异、相关性和聚类分析。遗传变异分析表明，单株成铃集中在22.0～32.0个，单铃重集中在5.1～6.0 g，但有一半以上材料的衣分低于40%;纤维上半部平均长度集中在中绒类型（52.0%），断裂比强度集中在中强（47.8%）和强（33.7%），马克隆值大部分属于C2类型（71.7%）;变异系数大于10%的有2个性状：单株成铃数（19.9%）、单铃重（10.5%）。相关性分析表明，纤维上半部平均长度与断裂比强度呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关;衣分与单铃重、马克隆值呈极显著正相关，与纤维上半部平均长度、断裂比强度呈极显著负相关;马克隆值与生育期、衣分呈极显著正相关，与纤维上半部平均长度呈极显著负相关。Ward法聚类分析表明，遗传距离为10 时可划分为5大类，第Ⅰ类群的15份材料属于高产、长纤维、低马克隆值材料，第Ⅱ类群的28份材料属于大铃、高衣分材料，第Ⅲ类群的9份材料属于生育期短、优质材料，第Ⅴ类群的27份材料属于大铃、优质材料。

关键词：陆地棉;种质资源;遗传多样性;聚类分析

中图分类号：S562.035     文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2020）03-0033-08

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.03.005

Genetic Diversity Analysis of  Main Characters in 92 Upland Cotton

Germplasm Resources

Kong Qingquan， Yang Zhaoguang， Wu Zhenjiang， Xie Yetao， Li Qiang， Xiao Yuanlong

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

Abstract： In this study， we analyzed the genetic diversity of 92 upland cotton germplasm resources， in order to provide basic materials for screening parental cotton germplasm suitable for hybridization， innovating cotton germplasm resources， broadening cotton germplasm gene pool and breeding. Genetic variation， correlation and cluster analysis were performed on 7 agronomic traits and 5 fiber quality traits of 92 upland cotton germplasm resources. In terms of agronomic traits the number of boll per plant was concentrated in 22.0～32.0， and the concentration of single boll weight was 5.1～6.0 g. However， on the lint percentage， more than half of the materials were less than 40%. In terms of quality， the upper half mean length was concentrated in the medium velvet type （52.0%）， and the fiber strength was concentrated in the medium strong （47.8%） and strong （33.7%）， the micronaire value was concentrated in the C2（71.7%）. There were 2 traits with coefficient of variation greater than 10%， number of bolls per plant （19.9%）， single boll weight （10.5%）. Correlation analysis showed that the upper half mean length significantly positively correlated with the fiber strength， and significantly negatively correlated with the micronaire value; the lint percentage significantly positively correlated with boll weight， micronaire value， and significantly negatively correlated with the upper half mean length， fiber strength; the micronaire value significantly positively correlated with growth period， lint percentage. Cluster analysis classified 92 cotton germplasm into five groups when the genetic distance was 10. The groupⅠof 15 materials was high yield， long staple， low micronaire value; group Ⅱof 28 materials was large bell， high lint; group Ⅲ of 9 materials was short growth period， high quality materials; group Ⅴof 27 materials was large bell， high quality materials.

Key words： Upland cotton; Germplasm resources; Genetic diversity; Cluster analysis

0  引言

棉花是我国重要的经济作物与纺织工业的原材料[1]，对提高我国国民生产总值有重要作用。陆地棉是我国种植面积最大、分布范围最广的是四大栽培棉之一。目前，随着我国人口的快速增长、国家的飞速发展，对棉花产物的需求量越来越大，对棉纤维品质的要求越来越高，因此高产优质棉种的培育显得尤为重要。影响作物产量和品质的主要因素在于内因，即作物的遗传因素，也就是说提高产量优化品质主要在于作物品种[1]。种质资源是作物育种的重要物质基础，是培育高产优质棉花新品种的物质基础，在棉花育种研究中具有举足轻重的作用。对棉花种质资源研究的目的是为育种提供遗传多样性丰富的亲本材料。因此挖掘具有遗传多样性的棉花种质，对棉花科研人员来说，仍然是一项艰巨而不断追求的核心目标。在研究棉花不同来源不同遗传背景的种质资源时，所采用的统计分析方法主要包括变异分析[2-3]、相关性分析[4-7]、聚类分析[8-12]等。李慧琴，等[11]通过对270个陆地棉种质资源的品质与农艺性状的变异情况、遗传多样性、品质性状间的相关性、聚类分析，筛选出了可以改良棉花断裂比强度、马克隆值和改良棉花产量构成的资源材料。刘存敬，等[13]通过对从前苏联引进的种质材料的农艺性状、产量及产量因子和纤维品质等性状系统的鉴定研究，筛选出早熟、矮秆、高衣分、高籽指、长纤维、高强度和细度好等不同特性的优异材料44份，改善了我国棉花种质资源缺乏的现状。董承光，等[14]對153份陆地棉种质资源的主要农艺性状进行综合评价，认为这153份种质材料能为各类棉花育种和遗传研究提供较为丰富的亲本材料。本研究通过对92份陆地棉种质资源进行主要农艺性状与纤维品质性状的遗传变异、相关性、聚类分析及评价，以期为筛选适用于作杂交亲本的棉花种质、创新棉花种质资源、拓宽棉花种质基因库、选育品种提供基础材料。

1  材料与方法

1.1  材料

92份陆地棉材料中有76份是2015年从中国农业科学院棉花研究所引进2016年自交繁代，2017年继续种植并进行性状调查，另有16份材料是江西省棉花研究所育种课题组自培材料（未审定）。代号是1～92。

1.2  方法

1.2.1  试验设计

试验于2017年在江西省棉花研究所科研基地进行。试验田肥力中等，冬作空闲。试验材料共计92份，每材料为一小区，随机排列，双行种植，小区面积20 m2。2017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26日移栽，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。

1.2.2  性状调查与考种

调查各材料生育期、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、单株成铃数。每小区（每材料）随机采收棉株中部内围正常开裂棉桃50个，室内进行考种测定单铃重、衣分等;各材料取皮棉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（安阳）进行五项纤维指标测定。

1.2.3  数据处理与分析

上述5个农艺性状指标和3个品质性状指标数据用Microsoft Excel 2010软件进行基本整理。利用SAS 8.0软件进行各性状的遗传变异情况和相关性分析。利用SPSS 25.0进行聚类分析，聚类分析方法采用离差平方和法。各类群的平均值用Microsoft Excel 2010软件完成。

2  结果与分析

2.1  主要性状的遗传变异分析

试验数据用平均值、极差、变异系数等基本统计量分析不同材料8个性状的表现和变异情况（表1、表2）。

从生育进程来看，生育期变异幅度为116～126 d，极差是10天，总变异系数是1.7%，有65份材料的生育期在121～125 d，占总数的70.7%，有26份材料在115～120 d，占总数的28.3%，低于115天的材料数为0份，平均生育期是121.6 d，说明这批材料大部分属于中早熟材料（120～135 d）。

从农艺性状来看，单株结铃的变异幅度为18.6～46.8个，极差是28.2个，有38份材料的单株结铃集中在27.1～32.0个，占总数的41.3%，单株结铃数小于22个的有9份材料，占总数的9.8%，大于37个的有13份材料，占总数的14.1%，平均单株结铃数是30.1个，变异系数为19.9%（表现为最大）。株高变异幅度为90.8～144.0 cm，极差是53.2 cm，变异系数是7.9%，有89份材料的株高在110.1～144.0 cm，占总数的93.4%，株高在90.8～100.0 cm的有3份材料，平均株高是123.4 cm，说明这些材料的株型整体较为高大。单铃重变异幅度为4.2～6.8 g，大于5.0 g有79份材料，占总数的85.9%，变异系数为10.5%。衣分的变异幅度为33.4%～44.9%，变异系数是5.8%，大于或等于40%的占43.5%，平均衣分仅为39.7%。一般变异系数大于10%表示样本间差异较大[15]，经综合分析各农艺性状的表现，发现不同材料间的单株结铃和单铃重遗传差异较大，多样性丰富，有利于种质资源的比较筛选，但是衣分大于或等于40%的不足一半，表现一般。

从纤维品质性状来看，纤维上半部平均长度变异幅度为28.1～34.7 mm，平均纤维长度为31.1 mm，变异系数是4.2%，根据NY/T 1426-2007 [16]，92份材料有48份材料属于中绒类型（28.0～30.9 mm），34份材料属于中长绒类型（31.0～32.9 mm），10份材料属于长绒类型（33.0～36.9 mm），表明有接近一半的材料达到中长绒甚至长绒等级。断裂比强度变异幅度为25.7～35.1 cN/tex，变异系数是6.3%，平均值是30.0 cN/tex，有60份材料的断裂比强度达到较强及以上等级（29.0～36.9 cN/tex）。马克隆值变异幅度为4.1～6.1，变异系数是7.8%，平均值是5.1，属于A类型（3.7～4.2）的有2份材料，属于B2类型（4.3～4.9）的有24份材料，属于C2（5.0及以上）类型的有66份材料，大部分材料的马克隆值偏大。经综合分析92份材料的品质性状，发现这批材料的上半部平均长度、断裂比强度表现较好，但马克隆值大部分属于C2类型。

2.2  性状间的相关分析

对92份陆地棉种质资源的8个主要性状进行相关性分析（表3），结果表明生育期与成铃数呈显著负相关，与马克隆值呈极显著正相关，说明缩短生育期，可以增加成铃数，同时也可在一定程度上改善马克隆值;衣分与上半部平均长度、断裂比强度呈极显著负相关，与单铃重、马克隆值呈极显著正相关，可见衣分越高，单铃重越大，同时会导致上半部平均长度降低，断裂比强度减弱，马克隆值变大;上半部平均长度与断裂比强度呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关，即上半部平均长度越长，断裂比强度越强，马克隆值越低;断裂比强度与马克隆值呈显著负相关，即断裂比强度越强，马克隆值越小。

2.3  聚类分析

为了将这些材料进行分类，用SPSS 25.0软件对92份材料进行聚类分析，在遗传距离为10时，92份材料可聚类为5大类（图1），并且对不同类群的进行了基本统计（表5）。第Ⅰ类群有15份材料，这一类群表现为成铃数（36.32个/株）最高，株高中等（119.15 cm）、衣分较高（40.66%）、单铃重较重（5.69 g）、上半部平均长度较长（中长绒）、马克隆值较优（B2），综合分析说明该类群属于产量性状和纤维上半部平均长度、马克隆值优的棉花材料。第Ⅱ类群有28份材料，这一类群表现为单铃重（5.94 g）最大，衣分（41.78%）最高，上半部平均长度为中绒、断裂比强度中等、马克隆值较差（C2），綜合分析说明该类群属于大铃、高衣分，纤维品质差的棉花材料。第Ⅲ类群有9份材料，这一类群表现为生育期（118.77 d）最短，上半部平均长度为中长绒，断裂比强度为强类型，马克隆值为B2类型，综合分析说明该类群属于生育期短，纤维品质优的棉花材料。第Ⅳ类群有13份材料，这一类群平均数，株高为127.09 cm、单铃重为4.94 g、衣分为37.73%、成铃数为27.46个/株、上半部平均长度为中绒、马克隆值为C2类型，综合分析说明该类群表现差。第Ⅴ类群有27份材料，这一类群平均的单铃重为5.80 g，上半部平均长度为中长绒、断裂比强度为强类型、马克隆值为B2类型，综合分析说明这一类群是大铃优质棉花材料。

3  讨论与结论

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。本研究中涉及的试验材料大部分属于中早熟材料，株型整体较为高大，大部分单铃重大于5.0 g，接近一半衣分达到40%，接近一半纤维长度达到中长绒甚至长绒等级，大部分断裂比强度达到较强及以上等级，有2份马克隆值达到A等级（3.7～4.2），说明无论在产量性状还是品质性状上，这批种质材料都有一定的利用价值。尹会会，等[17]研究134份国外陆地棉种质材料，除纤维长度、整齐度和衣分的变异系数小于5%，其余性状的变异系数均大于5%。本试验研究结果显示除了生育期和纤维长度小于5%外，其余6个性状的变异系数均大于5%，其中成铃数和单铃重的变异系数大于10%;两者的各性状变异情况基本相似。一般变异系数大于10%表示样本间差异比较大[15]，说明92份材料成铃数和单铃重之间存在的差异较大，资源类型丰富，有利于种质材料的比较和筛选。

作物产量的高低、品质的好坏与光能利用的多少有直接关系，光能利用率的大小受植株形态结构影响[18-19]，因此棉花株型与产量和品质之间存在着密切的相关性。本研究在对各个性状的相关性分析中，发现衣分与单铃重、马克隆值呈极显著正相关，与纤维长度、断裂比强度呈极显著负相关;生育期与马克隆值极显著正相关，与单株成铃数呈极显著负相关;纤维长度与断裂比强度呈极显著正相关，与马克隆值呈极显著负相关。这与尹会会，等[17]、李慧琴，等[11]部分研究结果较一致。同时这些研究表明棉花产量与品质之间存在着难以“和平共处”的矛盾，在棉花育种中为获得丰产优质的棉花新品种，应协调好两者的关系，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。为解决这一难题，育种家通过分子技术辅助育种，以期培育出高产优质的棉花新材料。

聚类分析是直接比较各事物之间的性质，将性质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同类的分析方法。本研究的聚类结果显示，第Ⅰ类群的15份材料属于高产、长纤维、马克隆值较好材料，在育种中可以用做亲本材料加以利用;第Ⅱ类群是大铃、高衣分材料，第Ⅲ类群是生育期短、优质材料，第Ⅴ类群是大铃、优质材料。这些材料可作为增产、改善品质的中间材料。本试验中聚类分析所用的田间试验数据受环境条件影响较大，因此，若取得更为理想的聚类分析结果，应在严格控制试验环境条件的基础上，结合分子标记等先进技术，对试验进行更加系统的研究，以进一步明确各种质资源间的亲缘关系[20-21]，更好的为选配杂交亲本提供理论依据。

本研究所调查的农艺性状、产量性状和品质性状均属表型数据，易受环境因素的影响，且为一年的结果，因此要进行两年甚至三年的重复试验，获多年数据进行分析，以减少试验误差。

通过对这些材料进行不同方面的分析，认为其遗传多样性丰富，并挑选了部分材料用来增产或改良纤维品质。

参考文献

[1] 喻树迅，魏晓文，赵新华. 中国棉花生产与科技发展[J]. 棉花学报，2000，12（6）：327-329.

[2] 叶祯维，邓晓英，石玉真，等. 杂交棉中棉所70后代分离群体产量品质的表型变异分析[J]. 棉花学报，2016，28（1）：1-10.

[3] 刘英欣，韩祥铭，宋宪亮，等. 陆地棉主要经济性状的遗传相关及遗传差异[J].棉花学报，2001，13（2）：95-99.

[4] 王娟，孔宪辉，刘丽，等. 北疆优质杂交棉农艺性状与产量品质相关性研究[J]. 中国农学通报，2011，27（24）：183-186.

[5] 马麒，宿俊吉，李吉莲，等. 海岛棉纤维品质与其种子短绒多寡的相关性分析[J]. 棉花学报，2017，29（2）：261-267.

[6] 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.

[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分析[J]. 新疆农业科学，2013，50（6）：995-1002.

[8] 王林輝. 基于主成分分析的棉花品种综合评价及聚类分析[J]. 广东农业科学，2009（1）：29-32.

[9] 孙振纲，姜艳丽，陈耕，等. 27个陆地棉新种质材料主要性状研究及聚类分析[J]. 山西农业科学，2015，43（7）：773-776.

[10] 徐敏，胡玉枢，李憬霖，等. 早熟棉创新种质资源主要性状聚类及相关分析[J]. 作物杂志， 2017（1）：25-31.

[11] 李慧琴，于娅，王鹏，等. 270份陆地棉种质资源农艺性状与品质性状的遗传多样性分析[J]. 植物遗传资源学报，2019（4）：1-9.

[12] 戴茂华，刘丽英，郑书宏，等. 陆地棉主要农艺性状的相关性及聚类分析[J].中国农学通报，2015，31（12）：139-144.

[13] 刘存敬，翟学军，王国印，等. 引进前苏联陆地棉种质资源主要农艺性状及经济性状鉴定研究[J].棉花学报，1998，10（2） ：68-73.

[14] 董承光，李成奇，李生秀，等. 棉花种质资源主要农艺性状的综合评价及聚类分析[J]. 新疆农业科学，2011，48（3）：425-429.

[15] 孙铭，符开欣，范彦，等. 15份多花黑麦草优良引进种质的表型变异分析[J]. 植物遗传资源学报，2016，17（4）：655-662.

[16] 杨伟华，许红霞，王延琴，等.  NY/T 1426-2007棉花纤维品质评价方法[S]. 中华人民共和国农业部，2007-09-14（发布日），2007-12-01（实施日）.

[17] 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（06）：109-119.

[18] 朱绍琳，李秀章. 棉花株型育种[J]. 中国棉花，1980（3）：11-15.

[19] 罗宏海，李俊华，张宏芝，等. 源库调节对新疆高产棉花产量形成期光合产物生产与分配的影响[J]. 棉花学报，2009，21（5）：371-377.

[20] 耿立格，王丽娜，张磊，等.河北省绿子叶黑豆种质资源的表现型和ISSR标记遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2010，11（3）：266-270.

[21]  Bai C K， Wen MM， Zhang L J， et al. Genetic diversity and sampling strategy of Scutellaria baicalensis germplasm resources based on ISSR [J]. Genet Resource Crop EvolS，2013，60： 1673-1685.

收稿日期：2020-4-22

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

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。