摘要：研究利用6個不同地域來源390份陸地棉種質資源在湖南省瀏陽市開展單點兩年連續種植試驗，分析其表型性狀遺傳多樣性豐富程度與變異情況及纖維品質性狀相關性，并基于纖維品質與農藝性狀，開展390份陸地棉種質聚類與主成分分析，篩選纖維品質與農藝性狀最佳的陸地棉種質。研究發現纖維品質性狀中短纖維指數變異系數最高為23.11%，成熟度指數與馬克隆值遺傳多樣性指數最高為2.07;農藝性狀中數量性狀第一果枝高度變異系數最高為31.85%，果枝數遺傳多樣性指數最高為2.10。農藝性狀中質量性狀莖毛遺傳多樣性指數最高為1.27。纖維品質性狀相關性分析表明，7個纖維品質性狀相互之間具有不同程度相關性。基于7個纖維品質性狀與農藝性狀12個數量性狀主成分分析提取7個主成分，累計貢獻率達71.726%。Ward法聚類按纖維品質性狀將390份材料劃分為Ⅳ類，其中第Ⅲ類群46份種質纖維品質性狀最佳，按農藝性狀的數量性狀劃分為Ⅲ類，其中第Ⅲ類群122份種質產量性狀最佳。依據纖維品質與農藝性狀中數量性狀聚類分析結果，最終篩選出10份纖維品質與農藝性狀俱佳種質，可作為優異親本材料用于良種培育，提高棉花種植經濟效益，降低棉花機械化收獲難度，提升農民種植棉花積極性，為解決湖南省棉花種植面積縮減問題提供育種途徑。

　　關鍵詞：陸地棉;表型性狀;種質資源;遺傳多樣性;變異情況

　　棉花是我國重要經濟作物，其產能位于世界前列[1]。2018年《國務院關于建立糧食生產功能區和重要農產品生產保護區的指導意見》指出要以新疆為重點，黃河及長江流域為補充，劃定棉花生產保護區233×103hm2[2]。湖南省作為長江流域棉花主要生產省份[3]，2011~2019年種植面積連年縮減，由2011年192.4×103hm2縮減至2019年63.0×103hm2[4]，恢復湖南棉花種植面積具有現實意義。

　　棉花種植面積縮減主要矛盾在于生產成本剛性抬升及勞動力強度大等[5-6]，引進外來優質種質，篩選纖維品質與農藝性狀俱佳種質用于良種培育，提高棉花種植經濟效益[7-8]，降低棉花機械化收獲難度可解決此矛盾，因此開展湖南省棉花引進種質鑒定、篩選及遺傳多樣性分析具有重要意義。為實現棉花種質資源高效利用，已有學者開展棉花種質資源表型性狀鑒定與遺傳多樣性分析研究[9-11]。

　　朱青竹等研究中、美、法等國家114份棉花材料農藝性狀、纖維性狀及抗性鑒定，發現在農藝性狀上，國內種質成熟早、結鈴數多、鈴重小、產量高;在纖維品質上，國內種質的馬克隆值、整齊度、伸長率高于國外種質;在抗性上，國內種質表現優于國外種質，并結合表型性狀表現篩選得到一批具備不同優異性狀的種質材料[12]。龔照龍等通過分析144份棉花種質材料株高、株型、葉色、果枝數、花形、柱頭高低、花萼形狀、花藥飽癟、花藥數量、花粉活力、鈴大小、鈴型、鈴尖突起、倒三臺果枝脫落率和干蕾數等15個農藝性狀遺傳多樣性，并基于15個性狀對該批種質耐高溫性聚類，對改良棉花耐高溫基 因型具有良好借鑒作用[13]。

　　本研究通過對我國5大棉區及美國390份陸地棉種質材料單點兩年連續種植，分析表型性狀遺傳多樣性豐富程度、變異情況及纖維品質性狀相關性，并基于纖維品質、農藝性狀作聚類與主成分分析，旨在篩選纖維品質農藝性狀俱佳種質，合理選配育種親本，用以培育適宜于湖南省種植的優質高產陸地棉新品種，為解決湖南省棉花種植面積縮減問題提供途徑。

　　1材料與方法

　　1.1試驗材料

　　供試390份陸地棉種質材料由中國農業科學院棉花研究所從各地區收集提供，其來源地區為長江流域棉區68份(湖南3份、貴州17份、湖北8份、四川4份、重慶1份、浙江2份、江西1份、江蘇31份、安徽1份)、黃河流域棉區134份(山東51份、河北78份、河南5份)、西北內陸棉區113份(新疆113份)、北部特早熟棉區13份(陜西3份、山西3份、遼寧7份)和華南棉區43份(云南7份、廣西36份)，美國19份。

　　1.2試驗方法

　　采用順序區組設計，每個材料種一個小區，390個小區，2次重復，共780個小區。每小區2行，行距1m，株距0.7m，小區面積10m2，種植密度24000株·hm-2，田間管理方法參照湖南省地方棉花栽培技術規范執行(DB43/T286-2006)[14]。田間試驗在湖南農業大學瀏陽教學科研試驗基地完成(113°84′E，28°30′N)，重復種植2年。

　　1.3性狀測定

　　每小區選取代表性棉花植株5株，參照NY/T2323-2013標準調查農藝性狀[15]。從每小區棉花樣株上、中、下部位采收正常吐絮棉鈴共50個，且每小區取皮棉20g，由新疆農業科學院棉花研究所檢測纖維品質性狀。

　　1.4數據處理與分析

　　對陸地棉農藝性狀21個質量性狀表現型賦值。利用MATLAB2018a計算各表型性狀變異系數(Cofficientofvariation，CV)和遺傳多樣性指數(Shannon-Wienerindex，H')，遺傳多樣性指公式為H'=-ΣPilnPi，Pi表示第i種表現型出現頻率[16]。利用SPSS25.0對數據作相關性分析、聚類分析、主成分分析。聚類分析采用遺傳距離為歐氏距離，聚類方法為離差平方和法(Wardmeth⁃od)[17]。相關性分析圖利用RStudio繪制[18]。

　　2結果與分析

　　2.1纖維品質性狀遺傳多樣性分析

　　7個纖維品質性狀遺傳多樣性指數變幅范圍為1.84~2.07，成熟度指數與馬克隆值遺傳多樣性指數值(2.07)最高，短纖維指數遺傳多樣性指數值(1.84)最低，遺傳多樣性指數排序：成熟度指數=馬克隆值>斷裂比強度>半部平均長度= 斷裂伸長率>長度整齊度指數>短纖維指數，說明7個纖維品質性狀內部遺傳多樣性均較為豐富，表現型分布較為均衡;7個纖維品質性狀變異系數依次為：短纖維指數>斷裂伸長率>馬克隆值>斷裂比強度>上半部平均長度>長度整齊度指數>成熟度指數，短纖維指數變異系數為23.11%，變幅范圍為4.13%~20.25%。

　　斷裂伸長率變異系數為11.11%，變幅為6.48%~14.65%，馬克隆值變異系數為8.67%，變幅為3.61~6.36，斷裂比強度變異系數為7.17%，變幅為21.75~36.68cN·dtex-1，上半部平均長度變異系數為5.37%，變幅為22.00~32.09cm，長度整齊度指數變異系數為1.85%，變幅為75.13%~86.30%，成熟度指數變異系數為1.59%，變幅范圍為0.83~0.90，說明390份陸地棉種質在短纖維種質和斷裂伸長率兩個性狀上的遺傳變異程度較高。

　　2.2纖維品質性狀相關性

　　在各纖維品質性狀間：成熟度指數與斷裂比強度、馬克隆值呈極顯著正相關，與斷裂伸長率、上半部平均長度呈極顯著負相關; 馬克隆值與短纖維指數呈極顯著正相關，與長度整齊度指數、上半部平均長度呈極顯著負相關;短纖維指數與長度整齊度指數、上半部平均長度、斷裂比強度呈極顯著負相關;斷裂伸長率與上半部平均長度、斷裂比強度呈極顯著負相關;上半部平均長度與長度整齊度指數、斷裂比強度呈極顯著正相關;長度整齊度指數與斷裂比強度呈極顯著正相關。說明在這批陸地棉材料中，大部分短纖維指數低的種質，其上半部平均長度、長度整齊度指數、斷裂比強度均較高，可利用這一特性篩選出纖維品質較好的種質材料。

　　2.3農藝性狀遺傳多樣性分析

　　2.3.1農藝性狀中數量性狀遺傳多樣性分析

　　農藝性狀12個數量性狀遺傳多樣性指數變幅為1.98~2.10，鈴柄長度(1.98)最低，果枝數(2.10)最高，遺傳多樣性指數排序為：果枝數>單株結鈴數>果節數>單鈴皮棉重=子指=株高>單鈴重>第一果枝節位>衣分=果枝與主莖夾角>第一果枝高度>鈴柄長度，說明農藝性狀12個數量性狀遺傳多樣性均較豐富。

　　農藝性狀12個數量性狀變異系數排序為：第一果枝高度>第一果枝節位>單株結鈴數>單鈴皮棉重>果節數>鈴柄長度>單鈴重>果枝數>衣分>株高>果枝與主莖夾角>子指，與產量構成相關的性狀：單鈴重(20.69%)、單鈴皮棉重(25.80%)、單株結鈴數(29.82%)變異系數均大于20%，說明390份種質可為陸地棉產量改良提供豐富材料。第一果枝高度變異系數(31.85%)最大，變幅為3.94~40.60cm，說明390份種質可為改良陸地棉第一果枝高度提供優異材料，有利于培育適宜機械化收獲的陸地棉新品種。

　　2.3.2農藝性狀中質量性狀遺傳多樣性分析

　　農藝性狀中質量性狀頻率分布390份陸地棉種質以色素腺體為主，占99.74%;莖色以綠色為主，占91.54%，紫紅色未出現;莖毛以中和多為主，均占34.6%;以葉蜜腺為主，占99.74%;柱頭高度以高雄低冠為主，占83.33%，高于花冠未出現;葉基斑占99.74%;苞葉大小以中級為主，占50.51%;以苞外蜜腺為主，占97.95%;花粉色以淡黃色為主，占81.79%;花冠色以乳白色為主，占86.67%，紅色與紫紅色未出現;以鈴表面光滑為主，占88.46%;吐絮程度以暢為主，占92.82%。

　　短絨著生情況以多毛為主，占92.05%;短絨顏色以白色為主，占92.82%;株型以塔型為主，占91.03%;纖維顏色以白色為主，乳白色和綠色未出現;占99.74%;鈴形以卵圓為主，占97.95%，圓錐與長錐型未出現;鈴著生方式以單生為主，占98.21%;果枝類型以無限為主，占97.44%，混生未出現;葉片形狀以闊葉為主，占89.23%，雞腳葉、超雞腳葉、皺縮葉、杯狀葉及圓葉未出現;葉片顏色以綠色為主，占51.03%，黃色、黃紅色、紅色、斑駁色未出現。

　　21個質量性狀遺傳多樣性指數變幅范圍為0.02~1.27，莖毛遺傳多樣性指數(1.27)最高，色素腺體、葉蜜腺及纖維顏色遺傳多樣性指數(0.02)最低，遺傳多樣性指數排序為：莖毛>苞葉大小>葉片顏色>柱頭高度>花粉色>花冠色>鈴表面光滑程度>短絨顏色>株型>葉片形狀>短絨著生情況>吐絮程度>莖色>果枝類型>葉基斑>鈴形>苞外蜜腺=鈴著生方式>色素腺體=葉蜜腺=纖維顏色。可見390份陸地棉種質農藝性狀中質量性狀遺傳多樣性豐富程度明顯低于纖維品質性狀與農藝性狀中數量性狀。

　　2.4基于纖維品質性狀與農藝性狀中數量性狀聚類分析

　　基于7個陸地棉纖維品質性狀數據，以歐氏距離為遺傳距離，采用離均差平方和方法。當歐氏距離為7時，將390份陸地棉種質分成Ⅳ大類群，紫色為第Ⅰ類群包含151份種質，綠色為第Ⅱ類群包含71份種質，藍色為第Ⅲ類群包含46份種質，紅色為第Ⅳ類群包含122份種質。當歐氏距離為11時，基于陸地棉農藝性狀的12個數量性狀數據，將390個陸地棉種質劃分成Ⅲ大類群，紫色為第Ⅰ類群包含199份種質，綠色為第Ⅱ類群包含63份種質，紅色為第Ⅲ類群包含128份種質。

　　2.4.1各類群纖維品質性狀分析

　　第Ⅰ類群151份種質馬克隆值均值為5.249，達到NY/T1426-2007規定的C級標準[19]，為Ⅳ大類群中最高，此類群在田間種植時需重點關注棉纖維成熟度，在適當時間收獲，降低馬克隆值。第Ⅱ類群71份種質在7個纖維品質性狀上表現較均衡，無表現突出的纖維品質性狀，可結合農藝性狀表現，為陸地棉種質保存提供基礎材料。第Ⅲ類群46份種質馬克隆值均值為4.941，達到NY/T1426-2007規定的B級標準，且其在成熟度指數、短纖維指數、長度整齊度指數、上半部平均長度及斷裂比強度等5個性狀上的表現在Ⅳ大類群中均為最佳，是改良陸地棉纖維品質性狀的優異種質。第Ⅳ類群122份種質斷裂伸長率均值為8.990%，為Ⅳ大類群中最高，此類群棉纖維手感較柔軟，可篩選出改良斷裂伸長率的陸地棉種質。

　　2.4.2纖維品質優異種質

　　對第Ⅲ大類群46份種質按6個來源地區劃分，并計算6個地區種質7個纖維品質性狀平均值，長江流域棉區8份種質(占比長江流域棉區全部種質11.76%)7個纖維品質性狀無突出表現，西北內陸棉區13份種質(占比西北內陸棉區全部種質11.50%)長度整齊度指數最高，黃河流域棉區18份種質(占比黃河流域棉區全部種質13.43%)成熟度指數、上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值均最高，北部特早熟棉區2份種質(占比北部特早熟棉區全部種質15.38%)短纖維指數均值最低，美國5份種質(占比美國全部種質26.32%)斷裂伸長率最高，華南棉區材料在纖維品質上表現較差，無入選種質。

　　3討論

　　3.1陸地棉種質資源篩選

　　作物表型是基因型與環境互作結果[20]，基因型一般是固定的，環境往往影響基因表達[21-22]，所以即使是同類作物群體在不同種植環境下其表型性狀遺傳多樣性表現也會出現差異。因此在作物表型鑒定研究中，試驗布置應與實際生產條件相近，首先單點多年試驗，初步篩選優異種質，而后多點多年試驗，獲取在不同時間和區域條件下均穩定表達優異表型性狀的種質用于良種培育。

　　本研究在湖南省瀏陽市對6個地域來源390份陸地棉種質開展單點兩年連續種植，對該份陸地棉種質資源纖維品質性狀聚類分析獲取46份纖維品質優異種質，通過農藝性狀中數量性狀聚類分析獲取122份農藝性狀優異種質，綜合46份纖維品質性狀優異種質與122份農藝性狀優異種質，表明新陸中51號、蘇研6006、魯5288、奎屯系96-167、奎屯系7W、庫車D-2、庫車2T、冀資67、冀資22、鄂沙28共10份種質在纖維品質與農藝性狀上均有穩定良好表現，是優質親本材料，可用于培育適合湖南省種植的陸地棉新品種。在此基礎上利用這10份材料在湖南省開展連續多年多點種植試驗，并結合分子標記技術，進一步觀察這部分材料性狀表達的穩定性與變異水平，為遺傳分析、育種利用及基因挖掘提供更為精準信息。

　　3.2表型性狀關聯性及育種利用

　　研究發現棉花表型性狀之間存在不同程度相關性。李騰宇等研究陸海雜交棉纖維品質性狀相關性[23]，董成光等研究不同地域來源陸地棉纖維品質性狀相關性[24]，均發現長度整齊度指數與上半部平均長度、斷裂比強度呈極顯著正相關，本研究與以上研究結果一致，說明長度整齊度指數、上半部平均長度、斷裂比強度間相關性關系在不同棉花群體及不同環境條件下表現較為穩定。同時本研究在纖維品質相關性研究中發現本批材料成熟度指數與斷裂比強度、馬克隆值呈極顯著正相關，與斷裂伸長率、上半部平均長度呈極顯著負相關，第2主成分結果分析中發現成熟度指數越高材料單鈴重、單鈴皮棉重也越高。

　　由此可見，棉鈴成熟度對纖維品質及棉產量產生較大影響，在實際田間種植過程中需把握適當的棉鈴收獲時機，不僅可平衡各纖維品質性狀表現，還可緩解纖維品質與產量之間矛盾，使棉花種植經濟效益達到最大化。本研究聚類分析結果中北部特早熟棉區15.38%種質被篩選為纖維品質性狀優異種質，在6大地域來源中排第二，76.92%種質被篩選為農藝性狀優異種質，在6大地域來源中排第一。

　　由此可見，本批材料中來自北部特早熟棉區種質對湖南省地理環境適應能力更強，在湖南省棉花種質引進工作中可優先考慮，為湖南省棉花種質改良提供優質基礎材料。本研究僅對該批材料農藝性狀中質量性狀作簡單遺傳多樣性分析，應繼續深度挖掘質量性狀數據潛力，利用其開展核心種質構建工作，篩選特異種質，為陸地棉群體材料保存與利用提供依據。

　　4結論

　　390份陸地棉種質材料40個表型性狀具有豐富遺傳多樣性，相對來說農藝性狀中質量性狀遺傳多樣性豐富程度低于纖維品質性狀與農藝性狀中數量性狀。聚類分析篩選出46份纖維品質性狀優異種質與122份農藝性狀優異種質，結合纖維品質與農藝性狀優異種質最終篩選出10份性狀俱佳種質，可作為優異親本材料用于良種培育，提高棉花種植經濟效益，降低棉花機械化收獲難度，提升農民種植棉花積極性，為解決湖南省棉花種植面積縮減問題提供依據。

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　　作者：金宇豪，陽會兵*，高倩文，王峰，周仲華，馬肖，文雙雅，胡海燕