(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 烏魯木齊 830052)

棉花為錦葵科棉屬(MalvaceaeGossypium)植物，原產(chǎn)地為亞熱帶地區(qū)。棉花是全球重要的天然紡織纖維作物，也是我國的重要經(jīng)濟作物，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的作用。中國的棉花主產(chǎn)區(qū)在新疆。如今，環(huán)境的惡化制約著棉花生產(chǎn)發(fā)展，加上土壤鹽漬化越來越嚴重，造成了新疆耕地逐漸退化，土地大面積的荒漠化，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大影響。新疆鹽漬化和次生鹽漬化耕地超過新疆總耕地面積的30%[2]。棉花是一種鹽堿地的先鋒作物，對鹽堿地具有較強的改善作用，為未來的糧食生產(chǎn)提供改良的耕地[3]?；诖?，系統(tǒng)開展棉花種質(zhì)資源耐鹽性評價，選育抗逆品種，培育適宜鹽堿地種植的耐鹽、適當(dāng)早熟、適于機采的棉花新品種，并大面積地對鹽堿地與灘涂地進行充分而有效的利用，實施土地可利用資源的大力拓展，促進其土地利用率的整體提升。關(guān)于棉花資源的鑒定評價及遺傳多樣性的研究已經(jīng)在我國廣泛開展[4-7]，同時也有不少關(guān)于棉花耐鹽性鑒定方法及評價指標(biāo)的研究[8-12]。前人大多研究苗期或萌發(fā)期，室內(nèi)研究環(huán)境有異于田間環(huán)境，本研究采用直接鑒定法(形態(tài)觀察、產(chǎn)量比較法)對參試資源在鹽堿作用下形成的13個品質(zhì)遺傳性狀與農(nóng)藝遺傳性狀進行遺傳多樣性的綜合評價，目的是篩選出耐鹽資源。

本研究利用收集的陸地棉種質(zhì)資源，以聚類分析和主成分分析2種方法，綜合評價分析陸地棉種質(zhì)資源在鹽堿脅迫下主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的遺傳多樣性，對于鑒定特異種質(zhì)，依據(jù)新疆各地區(qū)不同生產(chǎn)需求篩選優(yōu)異種質(zhì)資源，提高新疆棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)、耐鹽性，并給新疆陸地棉種質(zhì)資源的收集、使用以及評價等工作提供重要的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為319份陸地棉品種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016—2017年在石河子144團農(nóng)大試驗田進行。隨機區(qū)組方式，重復(fù)2次；每膜種植6行，寬度在20～25 cm之間，長度在50～60 cm之間，對每份材料的點播方式采取的是“1米1行”方式，每膜上種植6份材料，株距約等于10 cm，在一個膜的2個不同份的材料之間隔離走道寬度為50 cm。灌溉、施肥方法采用膜下滴灌-施肥技術(shù)。

1.3 性狀調(diào)查

選取5株長勢均勻的待測棉花，測量株高、統(tǒng)計第一果枝節(jié)位、有效果枝數(shù)、有效鈴數(shù)等參數(shù)；每個品種各摘取20鈴，使用電子天平分別測重，得到每一鈴的重量；使用型號為MJS 10-110的棉花衣分試軋機分離棉絮與棉籽，并對棉絮重量進行稱重。

衣分=皮棉/籽棉；

單株產(chǎn)量=單鈴重×有效鈴數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

選擇Microsoft Excel 2013軟件來對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行整理，并用SPSS 19.0軟件來處理得到性狀的變異系數(shù)CV，標(biāo)準(zhǔn)差s，以及平均值X等。利用得到的計算結(jié)果，把所有的材料的各個性狀進行劃分，分成10個等級，從第1級[Xi<(X-2s)] 到第10級[Xi>(X+2s)]，至于對多樣性指數(shù)的計算，0.5s為每一級，且各級的相對頻率用Pi來表示。遺傳多樣性指數(shù)即Shannon-Wiener index(H′)信息指數(shù)[13]，計算公式為：

H′=-∑PilnPi

式中，Pi代表的是本性狀的第i級材料分數(shù)的總占比。在SPSS 19.0軟件中進行主要成分分析與聚類分析處理，在進行聚類分析時，為了能夠讓統(tǒng)計分析與數(shù)量化更加容易，需要首先對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理(即轉(zhuǎn)換成z分數(shù))，并對質(zhì)量性狀實施賦值處理。不同品種間的遺傳距離選擇的是歐氏距離，用平均聯(lián)結(jié)(組間)法實現(xiàn)聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 13個性狀的頻率分布圖

表1中展現(xiàn)的是各個等級區(qū)間上分布的陸地棉品種的具體數(shù)量情況。由表1可見，材料不同，差異較為明顯，且性狀不同時，不同材料所展現(xiàn)出來的多樣性程度也會有差異。通過分析不同級別的品種擁有量情況，可以得出個性狀的分布情況都很廣泛且集中落于5級，其次，皮棉、衣分主要分布在6級。

2.2 陸地棉資源材料13個性狀的遺傳多樣性分析

利用Excel 軟件，可以將各種性狀的多樣性信息指數(shù)實施計算，并計算出變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、以及極差等參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)差在不同種質(zhì)材料間存在較大差異，說明各種陸地棉品種在籽棉重方面存在較大的差異，同樣的方法進行類推發(fā)現(xiàn)，衣分其平均值較小。蕾鈴脫落率變異系數(shù)最大(63.2%)，衣分最小(7.7%)，說明不同陸地棉材料之間，在蕾鈴脫落率性狀方面具有最高的離散程度，材料不同時，存在很大的差異；而衣分具有最小的離散程度與較小的變化幅度，表型表現(xiàn)較為聚集。對13種不同性狀的遺傳多樣性進行分析后可知，多樣性指數(shù)值約等于2，單鈴重(2.09)具有最大的多樣性指數(shù)，最小的是始節(jié)高(1.95)。由此可知，衣分的豐富度和變異度均較小。另外，產(chǎn)量構(gòu)成因素中的單株產(chǎn)量、單鈴重、籽棉多樣性指數(shù)較高, 表現(xiàn)出了豐富的遺傳類型。說明在鹽堿脅迫下，所有參與試驗的陸地棉種之間具有較為明顯的性狀差異，而不同性狀在種質(zhì)不同時，其體現(xiàn)出的遺傳多樣性也很豐富，通過統(tǒng)計分析數(shù)量與性狀的結(jié)果得到，參與試驗的材料具有較為豐富的遺傳多樣性，具有較大的改良潛力，這為選育新的新疆陸地棉品種提供了重要基礎(chǔ)，同時對于不斷探索實際生產(chǎn)中的耐鹽、衣分以及高產(chǎn)等需求帶來了重要的參考價值。

表3 13個性狀間的相關(guān)性

性狀株高始節(jié)高始節(jié)數(shù)果枝數(shù)有效果枝數(shù)總鈴數(shù)有效鈴數(shù)蕾鈴脫落率籽棉皮棉單鈴重衣分單株產(chǎn)量株高1始節(jié)高0.464**1始節(jié)數(shù)-0.0570.136*1果枝數(shù)0.605**0.137*-0.159**1有效果枝數(shù)0.653**0.200**-0.0920.808**1總鈴數(shù)0.625**0.131*-0.0420.681**0.851**1有效鈴數(shù)0.645**0.180**-0.0850.744**0.920**0.944**1蕾鈴脫落率-0.105-0.151**0.076-0.238**-0.271**0.076-0.232**1籽棉0.132*0.0300.180**-0.0220.0460.0650.0470.0561皮棉0.143*0.0180.183**0.0060.0690.0650.0580.0340.876**1單鈴重0.132*0.0300.180**-0.0220.0460.0650.0470.0561.000**0.876**1衣分0.053-0.0130.0610.0390.0580.0130.032-0.0300.0970.558**0.0971單株產(chǎn)量0.570**0.167**0.0330.576**0.759**0.786**0.823**-0.171**0.576**0.521**0.576**0.0861

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表1 陸地棉種質(zhì)資源13個性狀的頻率分布

性狀頻率分布分級12345678910株高3133654537238231611始節(jié)高46294991614019812始節(jié)數(shù)592757716840191310果枝數(shù)47395267653920917有效果枝數(shù)4153350685154211211總鈴數(shù)418216559564333137有效鈴數(shù)3143653566444251311蕾鈴脫落率084361606243201210籽棉615334663525232146皮棉615225762604529203單鈴重615334664515231156衣分121122455474682175單株產(chǎn)量3133947695637301312

2.3 各性狀間的相關(guān)性分析

由表2可知，株高與多個性狀之間具有較為明顯的正向相關(guān)性，而與蕾鈴脫落率之間的負向相關(guān)性比較明顯。始節(jié)數(shù)主要同單鈴重、皮棉、以及籽棉之間的正向相關(guān)性比較明顯，而同果枝數(shù)的負向相關(guān)性比較明顯。果枝數(shù)主要同有效鈴數(shù)、有效果枝數(shù)、單株產(chǎn)量、以及總鈴數(shù)之間的正向相關(guān)性比較明顯，而同蕾鈴脫落率之間的負向相關(guān)性較為顯著?？傗彅?shù)主要同單株產(chǎn)量與有效鈴數(shù)之間呈現(xiàn)的正向相關(guān)性比較明顯。有效鈴數(shù)同單株產(chǎn)量之間的正向相關(guān)性比較明顯。籽棉同單株產(chǎn)量、皮棉以及單鈴重之間的正向相關(guān)性比較明顯。皮棉同單株產(chǎn)量、衣分以及單鈴重之間呈現(xiàn)的正向相關(guān)性比較明顯。單鈴重同單株產(chǎn)量之間呈現(xiàn)的正向相關(guān)性比較明顯。始節(jié)數(shù)同農(nóng)藝性狀之間呈現(xiàn)的正向相關(guān)性比較明顯，而同產(chǎn)量性狀之間的負向相關(guān)性比較明顯。

表2 參試材料13個性狀的描述性統(tǒng)計

性狀極小值極大值均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)多樣性指數(shù)株高34.95073.35053.6077.0530.1322.065始節(jié)高6.00018.6259.9511.5550.1561.954始節(jié)數(shù)2.5757.1504.1230.5610.1362.014果枝數(shù)3.8008.9506.0820.8770.1442.031有效果枝數(shù)3.0757.3754.9270.7630.1552.066總鈴數(shù)3.35010.0005.9531.0510.1772.057有效鈴數(shù)2.9758.6255.4161.0010.1852.073蕾鈴脫落率0.0000.3840.0840.0530.6321.987籽棉73.629168.990119.15815.5580.1312.087皮棉25.70672.24346.7457.2320.1552.055單鈴重3.6818.4505.9580.7780.1312.089衣分0.2860.5390.3930.0300.0771.997單株產(chǎn)量16.04157.88732.5167.5380.2322.076

2.4 主成分分析

采用主成分分析法(PCA)進行分析，能夠簡化問題，減少分析的變量數(shù)量，進一步簡化對多變量問題的分析。采用適當(dāng)?shù)淖儞Q后，得到幾個具有代表性的綜合指標(biāo)，以此來對對象的基本特征展開客觀的描述，即耐鹽綜合指標(biāo)。

使用主成分分析法，對319份陸地棉種質(zhì)資源的13個農(nóng)藝與產(chǎn)量性狀展開分析，將特征值超過1的主成分提取出來，共有5個主成分，它們的特征值貢獻率一共達到了87.64%，可以認為覆蓋了產(chǎn)量性狀與農(nóng)藝性狀的主要信息。可以將其縮減成3個類型，其中的產(chǎn)量因子為第1主成分，而反映產(chǎn)量等經(jīng)濟性狀的因子為第2、4主成分，反映植株的生長情況因子為第3、5主成分。

表4 因子載荷矩陣及方差貢獻率

性狀因子載荷F1F2F3F4F5株高/cm0.153-0.0520.2330.0610.089始節(jié)高/cm0.057-0.0240.7050.0940.042始節(jié)數(shù)/個-0.0050.1010.3840.2340.404果枝數(shù)/個0.155-0.116-0.074-0.101-0.030有效果枝數(shù)/個0.181-0.101-0.046-0.0530.001總鈴數(shù)/個0.174-0.085-0.1760.1740.224有效鈴數(shù)/個0.183-0.100-0.0830.0090.028蕾鈴脫落率/%-0.0410.055-0.2990.4820.608籽棉/g0.0730.290-0.0280.135-0.209皮棉/g0.0740.290-0.024-0.2100.084單鈴重/g0.0730.290-0.0280.135-0.209衣分/%0.0260.102-0.004-0.6760.530單株產(chǎn)量/g0.1870.078-0.0760.070-0.099特征值(λ1)4.9833.0701.1891.1301.021貢獻率/%38.32723.6199.1498.6897.855累計貢獻率/%38.32761.94671.09579.78387.639

表5 分類及其描述統(tǒng)計

性狀種質(zhì)類群ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ株高55.4047.9338.5273.3554.0349.0350.68始節(jié)高10.099.118.6611.6810.0512.719.70始節(jié)數(shù)4.053.993.804.184.274.574.83果枝數(shù)6.305.744.458.055.985.595.88有效果枝數(shù)5.104.503.656.254.934.423.95總鈴數(shù)6.185.394.147.035.965.194.40有效鈴數(shù)5.664.863.846.735.404.634.23蕾鈴脫落率0.080.090.130.040.090.090.03籽棉114.7098.73116.7197.81135.4979.18168.99皮棉45.0538.1247.9941.2253.3228.0972.24單鈴重5.744.945.844.896.783.968.45衣分0.390.390.420.420.400.350.43單株產(chǎn)量32.6224.2122.1932.9136.7518.6536.05N(占總數(shù)的百分比)152(47.6%)48(15%)3(0.9%)1(0.3%)110(34.5%)4(1.3%)1(0.3%)

2.5 陸地棉13個性狀的聚類分析

采用歐氏距離法根據(jù)表型數(shù)據(jù)對陸地棉種質(zhì)資源進行聚類分析(圖1)，利用組內(nèi)聯(lián)接法將319個陸地棉材料的13個性狀選用聚類分析法來展開分析，將全部的參試材料劃分成七大類型。其中的第Ⅰ類共有152份材料，它們的農(nóng)藝性狀都在平均值以上，但產(chǎn)量性狀比平均值小。第Ⅱ類包括48份材料，農(nóng)藝性狀均略低于均值，產(chǎn)量性狀低于均值許多。第Ⅲ類共3份，農(nóng)藝性狀均低于均值許多；產(chǎn)量性狀中除了皮棉略高于均值，其他均低于均值。第Ⅳ類為1個材料，農(nóng)藝性狀均大于均值，但產(chǎn)量性狀除了單株產(chǎn)量其余都低于均值。第Ⅴ類共110個材料，農(nóng)藝性狀近似于均值，并且產(chǎn)量性狀都大于均值，尤其是籽棉，大于均值許多。第Ⅵ類包括共4個材料，農(nóng)藝性狀中株高與始節(jié)高大于均值，其余略低于均值；產(chǎn)量性狀均低于均值許多。第Ⅶ類有1個材料，農(nóng)藝性狀均低于均值，但是產(chǎn)量性狀大于均值許多。

3 討論與結(jié)論

新疆是我國棉花的重要生產(chǎn)地，但是由于土地鹽堿化，適于種植棉花的土地越來越少。因此，對耐鹽堿棉花資源的收集、鑒定與篩選是解決當(dāng)前問題的捷徑。本研究對319份陸地棉種質(zhì)資源在2年相同環(huán)境(鹽堿地)下，展開對參試材料的遺傳多樣性分析，分析最后的綜合評價結(jié)果為所選13個性狀的遺傳多樣性指數(shù)平均值等于2.04，證明陸地棉遺傳多樣性非常豐富的；李慧琴等[14]研究了270份陸地棉種質(zhì)的12個農(nóng)藝性狀，遺傳變異系大多大于10%；本研究除了衣分的變異系數(shù)與之不一致外，其余性狀的變異系數(shù)都大于10%，其中蕾鈴脫落率的變異系數(shù)最大為63.2%。說明該批材料在鹽脅迫下衣分依然能穩(wěn)定遺傳，而不同材料間蕾鈴脫落率的差異較大，說明該批材料在鹽堿脅迫下蕾鈴脫落率產(chǎn)生了大程度變異。

本研究發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)較為突出的正向相關(guān)性是農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量性狀之間，這也基本符合之前學(xué)者的相關(guān)研究結(jié)論[15-18]，各性狀間表現(xiàn)為較復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，其中始節(jié)數(shù)與果枝數(shù)呈負相關(guān)，與籽棉、皮棉、單株產(chǎn)量呈正相關(guān)，而果枝數(shù)又與單株產(chǎn)量成正相關(guān)。說明各性狀間關(guān)系復(fù)雜、相互影響顯著。

前5個主成分總共的貢獻率為87.64%，按照不同主成分的具體載荷值來看，第1因子主要可以對纖維的品質(zhì)性狀進行充分反映；而第2因子對產(chǎn)量相關(guān)的經(jīng)濟性狀進行反映；第3因子對植株的生長情況進行反映。

聚類分析結(jié)果(圖1)表明，第Ⅴ類材料可作為鹽脅迫下棉花產(chǎn)量性狀中籽棉產(chǎn)量的資源材料，第Ⅵ類材料可作為鹽脅迫下棉花株型改良的資源材料，第Ⅶ類材料作為鹽脅迫下棉花產(chǎn)量性狀的資源材料。

圖1 基于鹽脅迫下農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量性狀的聚類分析圖

本研究是基于在鹽堿脅迫下319份陸地棉種質(zhì)資源的表型性狀進行分析，供試材料的性狀涵蓋面較廣，有利于在耐鹽育種工作中提取相應(yīng)的性狀進行改良，進而為棉花耐鹽育種和遺傳改良奠定基礎(chǔ)。