新疆棉花生产品种机采农艺性状分析

张 哲，热比耶·玉荪，买买提·莫明，吾买尔江·库尔班，艾先涛，高 山

(1.塔里木大学农学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；3.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；4.新疆农业科学院库车陆地棉试验站，新疆库车 842000)

0 引 言

【研究意义】棉花品种是影响机采品质、等级和效益最直接的关键因素。新疆生产上的棉花品种较多[1-2]，研究生产上不同棉花品种机采表型性状的综合表现，对于提升机采棉效率、提高棉花产量和品质、促进棉农增产增收和机采棉品种选育有重要意义[3]。【前人研究进展】棉花品种多样性的极大丰富，主要归功于长期自然与人工选择的双重作用。一般采用变异分析[4-5]、主成分分析[6-7]、相关性[8-9]和聚类分析[10-11]对棉花农艺性状进行考察，简单而有效[12]。邓艳凤等[13]利用变异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析-等多种统计分析方法对57个棉花品种的12个主要农艺性状进行比较。结果表明，57份品种间的性状变异系数在1.0%～36.7%，变幅较大，其中单株结铃数变异系数最大，生育期与株型性状呈显著相关性，前3个主成分累计贡献率达63.1%，(即纤维品质因子、产量因子和单株果枝数因子)，包含了12个性状的绝大部分信息；分析表明单位面积籽棉产量越高，结铃性越好，衣分和铃重越大，生育期越长，株高越高，单株果枝数越多，棉花单铃重越小。王俊铎等[14]对200份棉花种质材料基于形态指标进行聚类分析分为6大类，但聚类分析所用的形态指标数据一定程度上受到环境条件影响。齐海坤等[15]对8年607份育种材料的农艺性状进行比较，研究表明，缩短生育期、提高霜前花率，可以增加产量；株高与第1果枝节位通过与其他性状产生作用，进而影响籽棉产量的形成。楚宗艳等[16]对28个棉花新品系的10个农艺性状进行相关和通径分析结果显示，皮棉产量与株高、单株铃数、衣分的相关性达极显著水平，相关系数分别为0.6、0.6和0.5，果枝数与皮棉产量显著相关，相关系数为0.5。【本研究切入点】株高、单铃重、衣分和籽指4个性状对皮棉产量的影响较大。目前新疆生产上应用的棉花品种多样，机采特性还需加强。【拟解决的关键问题】选择生产上大面积推广应用的100个品种，对12个性状进行变异分析、主成分分析、相关性分析以及聚类分析，综合评价和筛选更符合机械采收的棉花品种，为机采品种的推广和性状选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在新疆阿克苏地区库车市现代农业科创中心进行，该区处于塔里木盆地北缘，属于暖温带大陆性气候，≥10℃的积温为4 102.6℃，年均降水量73.3 mm，日照时数2 915.9 h。供试材料为新疆棉花生产上大面积推广应用的100个棉花品种。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验区土壤质地为粘土，前茬作物为玉米。采用随机区组排列的方式，于2021年4月20日，采用“1膜6行3管”机采棉种植模式进行人工播种，每穴2粒(出苗后，保留健壮植株1棵)。行距配置[(10+66+10+66+10)+66] cm×12 cm，小区行长4 m，幅宽2. 28 m，播种前亩施7.5 kg尿素和50 kg磷酸二铵作基肥，生育期滴水12次，随水施肥9次，化调8次。根据不同品种的吐絮情况分3次进行收获考种。其他管理参照当地正常生产标准。调查从棉花出苗期到吐絮期的天数。

1.2.2 农艺性状调查

7月3日开始调查果枝始节、果枝始节高度及叶枝，8月5日调查株型、株高、果枝数、倒4果枝的夹角(果枝夹角)及上部果枝第1果节长度(倒1、2果枝第1果节长度的平均值)、中部果枝第1果节长度(倒4、倒5果枝第1果节长度的平均值)，10月10日调查单株结铃数及吐絮率，各指标依次如下；生育期(X1)、株高(X2)、果枝数(X3)、果枝始节(X4)、果枝始节高度(X5)、果枝夹角(X6)、单株结铃(X7)、吐絮铃(X8)、叶枝(X9)、吐絮率(X10)、上部果枝第1果节长度(X11)和中部果枝第1果节长度(X12)。

1.3 数据处理

使用 Excel2019进行各性状的最大值、最小值、均值、标准差及变异系数。使用DPS7.0处理系统对各个品种的农艺性状相关性分析、主成分分析以及聚类分析(离差平方和法)。

2 结果与分析

2.1 100个棉花品种农艺性状的变异性

研究表明，性状间的变异范围为4.9%～64.0%，表现出丰富的遗传变异。变异系数差异较大的指标有7个，较小的有5个，其中叶枝的变异最大，达到64.0%，变异幅度为 0.0～1.6个，生育期的变异系数最小为4.9%，变异幅度为123.0～158.0。其他性状的变异系数分别为吐絮铃数25.8%>上部果枝第1果节长度20.2%>吐絮率17.1%>中部果枝第1果节长度16.8%>单株结铃数16.0%>果枝始节高度11.5%>株高8.5%>果枝数8.2%>果枝始节7.9%>果枝夹角6.8%。叶枝、上部果枝第1果节长度、中部果枝第1果节长度和果枝始节高度变异较大。表2

表2 100个棉花品种农艺性状变异Table 2 Variation Analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.2 100个棉花品种农艺性状的相关性

研究表明，生育期与株高呈显著正相关，与上部果枝第1果节长度和中部果枝第1果节长度呈极显著正相关，但生育期与吐絮铃数呈极显著负相关。株高与果枝数、上部果枝第1果节长度呈极显著正相关。果枝数与上部果枝第1果节长度呈显著正相关，与单株结铃数呈极显著正相关。果枝夹角与中部果枝第1果节长度呈极显著正相关，与吐絮铃数呈显著负相关。单株结铃数与吐絮铃数和吐絮率呈极显著正相关。吐絮铃数与吐絮率呈极显著正相关。吐絮率与上部果枝第1果节长度呈极显著负相关。棉花各性状间相互制约、相互影响。表3

表3 100个棉花品种的农艺性状相关性Table 3 Correlation analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.3 100个棉花品种农艺性状的主成分

研究表明，第1主成分的特征值为3.39，贡献率为28.28%，第1主成分中生育期特征值最大是0.45，其次中部果枝第1果节长度是0.30和上部果枝第1果节长度0.29，由此看来第1主成分为生育期性状。生育期短是机采棉中最重要的指标，生育期短可避免棉田贪青晚熟，且有利于后期机械采收。

第2主成分的特征值为2.62，贡献率为21.81%，第2主成分中株高的特征值最大是0.43，其次是单株结铃数0.42和上部果枝第1果节长度0.41，第2主成分是株高性状。第3主成分中特征值为1.62，贡献率为13.49%，第3主成分中果枝夹角特征值最大是0.54，其次是中部果枝第1果节长度0.52。随着果枝夹角的增大，中部果枝第1果节长度也随着增长。第4主成分的特征值为1.20，贡献率为9.97%，第4主成分中果枝始节高度特征值最大是0.35，第5主成分的特征值为0.91，贡献率为7.59%，第5主成分中果枝始节特征值最大是0.45。

筛选出具有代表性的品种有15个，分别为：新陆早37号、新陆中85号、新陆中36号、中88、早84(JM06)、新陆早63号、新陆早65号、新陆早57号、新陆中79号、耕野2186、新陆早52号、中113、源棉6、源棉11和WY31。表4

表4 100个棉花品种农艺性状主成分Table 4 Principal component analysis of agronomic characters of 100 cotton varieties

2.4 100个棉花品种农艺性状的聚类

研究表明，在遗传距离为44.0时，将100个棉花品种划分为7大类，第1、2、4类群各包含了11个品种，第3个类群包括13个品种，第5个类群包含8个品种，第6个类群包含13个品种，第7个类群包含33个品种。同时计算各类群的性状平均值。

生育期大于135 d的类群有1、3、4、6和7个类群，这些品种总共有81份，田间表现为吐絮都比较晚，单株结铃数、吐絮铃数偏低。第1类群品种还有一个明显特点，果枝夹角偏小，上部果枝第1果节长度、中部果枝第1果节长度也较短，表明第1类群的株型紧凑，符合机采棉的性状要求，这一类群品种可以通过适期早播和促早熟管理措施调控生育期，第1类群品种可以作为株型遗传改良方面重点关注的材料，第1类群中株型具有代表性的品种有新陆中84号，新陆早57号，其果枝夹角在40°左右，上部、中部果枝第1果节长度均在8 cm。

生育期小于135.0 d的类群有第2、5类群，总共包含了19份品种，田间表现为吐絮集中，单株结铃数和吐絮铃数等性状表现突出，果枝夹角均在50°左右，果枝长度、果枝始节也适宜，符合机采棉的性状要求，其中第2类群品种的综合性状表现优于第5类群的品种。图1，表5

表5 不同类群农艺性状的平均数Table 5 Average number of agronomic characters of different groups

3 讨 论

分析机采棉品种表型农艺性状，有利于在后续育种工作中对机采棉品种进行改良[17]。孔清泉等[18]研究了92份陆地棉的生育期、株高和成铃数等8个农艺性状的变异情况，其中变异系数大于10%的有2个性状，大部分的变异系数都在5%以上，研究结果表明，12个性状中有4个性状的变异系数在5%～10%，7个性状的变异系数均在10%以上，其中叶枝(64.0%)的变异系数最大，其次是吐絮铃数(25.8%)，生育期的变异系数最小为4.9%。生育期的变异系数虽然最小，但在100个品种里生育期的极差达到35 d，叶枝、吐絮铃数和生育期性状可以通过农艺性状的遗传选择和田间促早管理调控措施等方法获得改良。

相关性分析表明，生育期与上部果枝第1果节长度和中部果枝第1果节长度呈极显著正相关，株高与果枝数、单株结铃数、上部果枝第1果节长度呈极显著正相关，果枝数与单株结铃数呈极显著正相关，与前人[19]部分研究结果一致。果枝夹角与中部果枝第1果节长度呈极显著正相关，但与吐絮铃数呈显著负相关，说明果枝夹角越大，果枝的果节长度越长、吐絮越少，这与郑巨云等[20]研究一致。吐絮率与上部果枝第1果节长度呈极显著负相关，吐絮率越高，上部果枝第1果节长度越短，如果上部果枝第1果节长度越长，顶部铃有可能吐絮晚，从而导致吐絮不集中甚至贪青晚熟，进而降低了吐絮率，直接影响到产量。

主成分分析表明；生育期和株高的增加容易导致贪青晚熟，单株结铃数和吐絮率随之下降。随着棉株果枝夹角过大，中部果枝第1果节的长度也有增加趋势，这会导致整个棉株过于松散，各棉株的果枝之间很容易互相交错，使整个群体结构郁蔽，直接影响到单株结铃性和棉花产量，这与前人[21]研究结果一致。果枝夹角在机采棉株型构成因素中是起到重要作用的一个指标，果枝夹角偏小能很好的使光源照射到棉株中下部，提高光能利用率，避免棉花单株间的果枝交错，使产生霉铃烂铃的几率降到最低。试验中的果枝夹角均50°～60°，与王燕等[22]研究一致。尹会会等[23]研究表明，果枝始节的增加也会导致衣分和皮棉质量降低，同时还会影响产量。

通过聚类结果显示，第2类群中有11个品种被聚类在一起(新陆中85号、新陆中36号、中88、新陆早65号、早84(JM06)、新陆早76号、新陆早63号、新陆早37号、早45-2(JM05)、J206-5、新陆中67号)，在100份品种中综合表现最好，其性状表现为生育期短132.5 d，吐絮集中，株高81.3 cm、果枝数11台和中部果枝夹角适中(58.4°)，吐絮率达到72%，上部果枝第1果节长度和中部果枝第1果节的长度为也比较适宜，分别为8.1和11.7 cm。这11个品种的果枝夹角若能在45°左右，则能更好的展现各自品种的群体结构，从而进一步改善和协调棉花的营养生长与生殖生长。前人研究表明[24-25]，机采棉品种应具备的条件；早熟性好、株型紧凑、果枝短，夹角小，吐絮均匀且饱满，结铃性强、吐絮集中。而试验的研究结果正与前人研究相符合。

由于表型性状鉴定受环境影响和田间管理调控措施的影响较大，若要取得更真实结果，需要开展多年多点的性状鉴定和评价。

4 结 论

有11个品种表现较为突出，分别是新陆中85号、新陆中36号、中88、新陆早65号、早84(JM06)、新陆早76号、新陆早63号、新陆早37号、早45-2(JM05)、J206-5、新陆中67号。这些品种在早熟性、株高、果枝始节、单株结铃数和果枝夹角等性状方面，较好的满足了生产对机采性状要求，其它品种在机采农艺性状方面表现的参差不齐，仍然有改良的空间。