陆地棉纤维品质与主要农艺性状的相关性分析

刘成强

【摘 要】目前，随着社会的发展，棉花是世界上第一大纤维作物和第二大油料作物。中国不但是一个产棉大国，也是用棉大国，棉花生产在国民经济中具有极其重要的地位。随着纺纱工业技术的不断革新，对棉纤维品质的要求也在不断提高，优质成为棉花育种的新目标。棉花品质性状属于数量性状，其表现型是基因型与环境共同作用的结果;因此对数量性状的遗传操纵能力决定了作物育种的效率。近年来，生物技术的发展为作物性状改良提供了新的途径，通过转基因或分子标记辅助选择技术，可从分子水平上操作目标基因，实现对目标性状的改良。棉花纤维的长度、强度、马克隆值等品质是评价棉花品质的重要指标。提高棉纤维品质尤其是纤维强度，是当前棉花育种工作者的一个重点。传统育种方法在改良棉纤维品质方面起到了重要作用，但由于受育种周期长、外源种质利用困难、产量较低等因素的限制，用常规育种技术进行纤维品质改良进展缓慢。随着分子技术的日益发达，利用转基因技术，将外源基因导入棉花中表达，以提高棉花纤维品质，是近年来棉花品质育种的新途径，并取得进展。

【关键词】陆地棉纤维品质;主要农艺性状;相关性分析

棉花（GossypiumhirsutumL.）作为一种纤维作物，分布于世界多个地区，棉花是中国重要的经济作物。目前，在棉花育种过程中，提高棉花产量和纤维品质是育种家主要的关注目标，因产量与纤维品质、农艺性状存在相互影響，所以对于棉花产量、纤维品质及重要农艺性状等的相关性分析越来越多。研究材料除了常规品种外，还包括杂交组合、转基因抗虫棉等，所采用的统计分析方法包括简单相关分析、聚类分析、典型相关分析、偏相关分析等。

1、陆地棉纤维的形成

纤维的发育从开花开始到吐絮一般在40～50天以上，它是胚珠籽单个表皮细胞在开花，或接近开花时突起力经伸长次生壁加厚发育而成。不同品种和不同条件下其加厚的时间有差异。纤维素的沉积决定了纤维细胞壁的厚度，而原纤维的排列方式决定着纤维的结晶度。厚度和结晶度是纤维许多物理化学特性，尤其是强度的结构基础。如果次生壁纤维沉积加厚开始得早，经历时间长，外界条件适宜，纤维素结晶性结构增多、成熟度好，纤维强力就高，反之强力就低。可见，纤维素结晶性结构是决定棉纤维强力的基础。

2、影响因素分析

2.1影响棉纤维糖类物质代谢改良纤维品质

成熟棉纤维的主要组成部分是纤维素，纤维素是葡萄糖分子通过糖苷键连接而形成的子化合物。目前普遍认为，在棉纤维细胞中，纤维素以尿苷二磷酸葡萄糖为底物由纤维素合酶催化合成。纤维素的合成涉及细胞中多种酶及其产物的相互作用。棉花蔗糖合酶是棉纤维合成的重要功能酶，此酶催化蔗糖分解为果糖和尿苷二磷酸葡萄糖原酶基因并将棉花内固醇，结果表明转基因植株株系纤维长度比非转基因株系低5%左右。目前利用植物激素合成基因及其信号途径相关基因为目的基因得到的转基因棉的纤维长度明显强于非转基因棉。但是，由于受到目的基因、受体、启动子等客观因素的影响所得的棉花株系改良效果不尽相同。

2.2利用棉纤维中细胞骨架结构蛋白及其调节因子改良纤维品质

细胞骨架是广泛存在于真核细胞中的纤维状结构，对于维持细胞形状、物质运输、细胞的伸长等具有重要影响。高等植物细胞骨架结构除了组成细胞骨架的基本蛋白成分外，一些细胞骨架结合蛋白对于维持细胞骨架结构及其正常生理功能的发挥具有重要作用。在棉花中，已发现多种细胞骨架结合蛋白。肌动蛋白结合蛋白通过调控微丝的结构在微管结合影响纤维素微纤维，此激酶也可以介导微丝和微观之间的相互作用。此外，肌动蛋白解聚因子也是一种重要的微丝调节蛋白。

2.3影响纤维素结晶性结构的因素

1.遗传物质决定了纤维强度的最大潜力。在相同环境下不同品种间的差异很大，因此，在选育品种时重叠期长短是选种的重要参数。2.温度对纤维强度的影响。研究表明，15℃是棉纤维干物质积累的下限温度，因此一个棉区在确定使用品种后，要根据当地温度选择适宜的播种期和打顶时间，采用科学的促控栽培措施，把开花结铃期控制在最适宜的温度条件下。纤维生长的后期主要是次生壁加厚，也就是在初生壁的内面不断地沉积纤维素层。次生壁的纤维素沉积有昼夜周期性，一般每昼夜加厚一层，其加厚除必要的养分和水分外，与温度密切相关。在20℃～30℃的范围内，温度愈高加厚愈快。如果夜间温度低于20℃，纤维素的沉积受到影响，低于15℃加厚即停止。生长后期的晚熟棉铃的纤维次生壁加厚较少，不成熟的纤维多，这是气温降低影响纤维素沉积之故。3.营养元素和光照对棉纤维强度也有一定影响。棉花是典型的喜光作物，通过其叶片内的叶绿素将太阳能转化为生物能，因此，光是棉花干物质生产最重要的因素。氮、磷、钾的施用量与纤维发育密切相关，尤其是钾能增加铃数、铃重、子指，降低空子率，提高纤维的强度。

3、优化措施分析

3.1农艺性状与纤维品质性状的多元逐步回归分析

以5个棉花农艺性状为自变量，分别以纤维上半部平均长度、纤维断裂比强度和马克隆值为因变量进行逐步回归分析。株高、果枝数、单铃质量和衣分决定了纤维上半部平均长度0.1975的变异，果枝节位对纤维上半部平均长度的影响较小，单铃质量和衣分决定了纤维上半部平均长度0.1779的变异，衣分单独决定了纤维上半部平均长度0.0903的变异。株高、果枝数、单铃质量和衣分决定了纤维断裂比强度0.2214的变异，果枝节位对纤维断裂比强度的影响不大，果枝数和衣分决定了纤维断裂比强度0.1805的变异，果枝数单独决定了纤维断裂比强度0.1579的变异。果枝节位、果枝数、单铃质量和衣分决定了马克隆值0.4718的变异，株高对马克隆值的影响不大，单铃质量和衣分决定了马克隆值0.4651的变异，衣分单独决定了马克隆值0.2023的变异。

3.2农艺性状与品质性状的通径分析

为具体细化分析192份群体材料的5个主要农艺性状对纤维品质性状的影响，首先需要确定3个纤维品质性状与5个主要农艺性状间是否存在线性回归关系。群体材料的纤维品质与5个主要农艺性状间存在显著线性关系，可以进行通径分析。通径分析是对简单相关分析的进一步细化，其效应分为直接效应和间接效应。5个农艺性状对纤维上半部平均长度的直接效应依次为衣分（|-0.3199|）>单铃质量（|-0.2344|）>株高（0.0573）>果枝数（0.0566）>果枝节位（0.0045），对纤维上半部平均长度的间接综合效应依次为单铃质量（0.2588）>衣分（0.2296）>株高（|-0.0306|）>果枝数（|-0.0152|）>果枝节位（|-0.0099|）。其中，单铃质量和衣分对纤维上半部平均长度的直接效应为负，对纤维上半部平均长度的间接综合效应为正。

5个农艺性状对纤维断裂比强度的直接效应依次为衣分（|-0.2322|）>单铃质量（|-0.1865|）>果枝数（0.1831）>株高（0.0376）>果枝节位（|-0.0056|），对纤维断裂比强度的间接综合效应依次为单铃质量（0.1905）>衣分（0.1503）>果枝数（|-0.0251|）>果枝节位（|-0.0168|）>株高（0.0024）。其中，单铃质量对纤维断裂比强度的直接效应为负，但其通过其他性状影响纤维断裂比强度的间接综合效应为正，且大于直接效应。棉花纤维品质除了受品种特性影响外，还受土壤条件、气候条件、种植模式、生产技术等诸多因素的影响，这些因素不仅影响棉花的纤维品质，还影响着棉花的产量。研究发现，棉籽油分含量与蛋白质含量、棉花纤维上半部平均长度、纤维断裂比强度及马克隆值存在显著相关。研究发现，棉花产量与纤维品质之间存在矛盾性，两者呈负相关，主要特征为纤维上半部平均长度与衣分显著负相关。有研究结果表明，基因连锁是造成棉花产量与品质互为矛盾的内在因素，其连锁关系被打破后，棉花产量和品质会同步提高。

3.3基原纤、微原纤、原纤和巨原纤

基原纤是由几根直线链状大分子互相平行，并按一定距离、相位、形状较稳定地结合在一起形成的大分子束。微原纤就是纤维素大分子集积成极细微的丝状体。每个微原纤中大约具有30个纤维素分子链，属于结晶的大分子束。原纤是由若干根微原纤基本平行地排列结合在一起的更粗的大分子束，其直径为10～30nm。巨原纤是由原纤基本平行地排列结合在一起的大分子束，巨原纤的直径可达0.1～1.5μm。原纤和巨原纤存在比微原纤更大的缝隙、孔洞和非结晶区。巨原纤在棉纤维中是螺旋状配置的，且螺旋方向不断改变，每个大分子可能间隔地穿过几个结晶区和非结晶区，靠结晶区中大分子之间的结合力互相联结在一起，又通过穿越2个以上结晶区的大分子将各结晶区联系在一起，并由结构较疏松的非结晶区把各结晶区间隔开来，使棉纤维形成疏密相间而又不散开的整体。棉纤维中大分子、微原纤、原纤的排列愈平行整齐，取向度和结晶度也愈高，纤维强度愈高。

4、結语

综上所述，本群体材料中，株高正向促进棉花纤维上半部平均长度和纤维断裂比强度的增加，但却不利于马克隆值的降低。增加果枝数有利于棉花纤维上半部平均长度和纤维断裂比强度的增加，以及马克隆值的降低。增加单铃质量、降低衣分也利于棉花纤维上半部平均长度、纤维断裂比强度的增加，以及马克隆值的降低，但是衣分的降低将直接影响皮棉的产量，因此，应综合平衡各因素，达到最优组合。棉花纤维品质是由多种因素决定的，除了品种特性外，还有环境和气候等因素。对于材料自身的特性来说，通过杂交来实现各品种特性互补是一种有效方法，所以，在棉花品种选育中，应综合考虑各品种特性和环境等因素，实现产量与品质的平衡。

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