利用主成分和隶属函数法评价40份早熟棉F材料

邓艳凤 肖水平 王涛 杨绍群 杨秀 刘新稳

摘要：基于形态指标、产量指标和品质指标，综合评价40份陆地棉杂交组合后代F，材料在长江流域的表现，为长江流域棉花新品种的选育奠定基础。以40份早熟棉F，材料为试验材料，利用主成分分析和隶属函数法对各材料10个主要性状进行分析，筛选出综合性状优良的F，代材料，提高创新种质的利用率。结果表明：主成分分析参试40材料的10个主要性状可以用4个主成分因子（累计贡献率达78.9%）来描述，各材料4个主因子综合得分值以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28材料位于前10位;隶属函数法各材料10个性状平均值以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35材料位于前10位。通过综合比较与分析认为，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28综合性状优良，可作为创新种质材料利用。

关键词：早熟陆地棉;F2材料;主要性状;主成分;隶属函数综合评价

中图分类号：S562.038

文献标識码：A

文章编号：2095-3143（2022）01-002406

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.004

棉花作为我国产业链最长的大田经济作物，涉及农业和纺织工业两大领域，在国民经济中占有举足轻重的地位。近年来，随着农业产业结构不断调整以及我国现有适合机采棉花品种较少，适纺高支纱品种少，抗病虫害品种缺乏等诸多原因，导致棉农的植棉积极性越来越低，我国棉花种植面积逐年下降2-3引。因此生产上急需培育出一批具有高产、优质、多抗并适合机采等综合性状优良的新型棉花品种，增加棉花产量，提高棉农植棉的积极性。通过利用杂种优势可以快速有效地发掘出农作物的生产潜力，是作物传统育种中常用的一种方法。育种工作者利用棉花的杂种优势，不仅可以提高棉花产量，改善棉纤维品质，增强棉花的抗逆性，而且可以缩短育种周期，是目前育种家培育棉花新品种的主要方法之一[6-2]。杂交组合的F2代是性状开始强烈分离的时期，亲本的亲缘关系越远，性状分离就越明显，同时也标志着通过杂交创造了变异，为选择创造了条件。因此通过各种组合F2代优势比较，按照棉花的早熟、高产、优质等育种目标，筛选不同杂交亲本的优势效应性状，可以正确地选配优良杂交组合，从而筛选出具有早熟、高产、优质等综合性状优良的强优势杂交组合。目前变异分析、相关分析、主成分分析和隶属函数法是育种家筛选优异品种的主要方法13-14。本研究利用田间表现优良且来源不同的棉花品种按照性状互补原则配制40个杂交组合，通过对其后代F2材料的生育期、农艺性状及纤维品质的测定，采用主成分分析和隶属函数法对各材料主要性状进行比较分析，筛选综合性状优良的F2材料，为早熟棉的选育奠定基础。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料由2016年江西省棉花研究所早熟课题组对40个杂交组合进行人工杂交获得F代，2017年收获40份F，代材料，2018-2019年种植在江西省棉花研究所试验田，种植方式采用板地直播方法。小区长10.0m，宽1.5m，双行区，行距0.8m，株距0.2m，各小区随机区组设计，设3次重复。

1.2测定指标及方法

记录每份材料的出苗期和吐絮期并计算出全生育期，棉花生育后期在每小区选取10株长势正常的棉花，分别测量株高，统计单株果枝数和单株成铃数（取平均值）。收花期采收棉株中部内围完全开裂棉铃60个，晒干后称重计算单铃重，籽棉经轧花后称量皮棉质量，计算衣分，并取纤维样品寄送农业农村部棉花品质监督检验测试中心（安阳）进行上半部平均长度、马克隆值和断裂比强度等检测。

1.3数据标准化及统计分析

试验各材料的I0个主要性状数据用MicrosoftExcel2010初步整理和隶属函数值计算，利用SPASS19.0进行统计量的计算以及主成分分析。

在对40份陆地棉F，代材料的10个主要性状进行主成分分析时，为确保主成分得分值越高的材料，综合性状最优，分析前将原始数据进行转换。基于早熟、矮化、高产和优质的育种目标，以生育期和株高为逆向指标，采用原数据倒数值转换，单株果枝数、单株结铃数、衣分、单铃重、上半部平均长度、断裂比强度和单位面积籽棉产量均为正指标，采用原数据值，马克隆值为适度指标，按公式（1）进行转化（马克隆值A级取值范围为3.7-4.2，取3.95为适度值151）。

式中：X;（k）为原始数据标准化处理后的结果，X：（k）为原始数据，表示材料，k为某个性状。

隶属函数值计算方法参照王婷婷等（2018）的方法，计算公式如下。

式中，Z为i品系j性状的隶属函数值，X为i品系j性状的测定值，Xmin和Xma*分别为j性状的最小值和最大值。单株果枝数、单株结铃数、衣分、单铃重、上半部平均长度、断裂比强度和籽棉产量为正向择优，采用（2）式进行计算，生育期、株高和马克隆值为负向择优，采用（3）式进行计算（由于试验材料马克隆值的最小值为5.10，其采用负向择优）。

2结果与分析

2.1参试材料主要性状变异分析

对40份早熟棉F2材料的10个主要性状进行遗传变异分析，结果表明（表1），10个主要性状间的变异系数在3.02%～25.46%，变异幅度较大，其中变异系数最大的为成铃数（25.46%），变异幅度为12.80～30.40个，极差是17.6个。变异系数最小的为生育期（3.02%），变异幅度在82～93天，极差是11天。其他性状的变异系数从大到小依次为籽棉产量（15.39%）》果枝数（10.85%）》株高（10.42%）》比强度（8.36%）》铃重（6.35%）》马克隆值（4.82%）》衣分（3.75%）》纤维长度（3.72%）。一般变异系数大于10%表示样本间差异较大。本试验中成铃数、籽棉产量、果枝数和株高的变异系数均大于10%，表明这40份F，代材料在株高、产量和果枝数等方面差异较大，有利于高产杂交组合的比较和筛选。

2.2参试材料主要性状的主成分分析

由表3可知，前4个主成分的累计贡献率达78.9%，包含了主要农艺性状的绝大部分信息，因此选取前4个主成分进行分析比较可靠。由表3、表4可知，第一主成分的特征值为3.4864，贡献率为34.86%，以籽棉产量（0.3999）、生育期（0.3885）、株高（0.3754）、铃重（0.3713）和断裂比强度（0.3359）的荷载较高，包含熟性、株型、产量和品质性状，因而该因子为全能因子;第二主成分的特征值为2.3043，贡献率为23.04%，以果枝数（0.5009）、衣分（0.4154）、断裂比强度（-0.3935）、成铃数（0.3607）和马克隆值（0.3558）的荷载较高，为株型和品质因子;第三主成分的特征值为1.1184，贡献率为11.18%，以纤维长度（0.6372）的荷载最高，说明该因子主要影响纤维长度，为品质因子;第四主成分的特征值为0.9811，贡献率为9.81%，以衣分（0.7111）的荷载最高，说明该因子主要影响衣分和皮棉产量，为产量因子。

根据各材料对应的主成分得分值计算出材料间的综合得分值17，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28列前10位（表5）。

2.3各材料的隸属函数法分析

采用模糊数学中隶属函数法，对40份早熟棉F代材料主要性状进行函数值比较，来增加评价结果的客观性和准确性。在数据转换后分别计算各材

料对应各性状的隶属函数值以及平均隶属函数值，以F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隶属函数值位于前10位（表6）。

3讨论与结论

在育种工作中，筛选优良种质最常用的方法是将产量性状与其相关的性状进行分析评价，评价时主观因素太多且分析比较片面。主成分分析可以将多个复杂的原始指标转化为几个互不相关且具有代表性的综合指标，通过提取主要因子，计算综合得分值，可以综合考虑多个性状，较客观性地筛选出优良种质。本研究40个早熟棉F2代材料的10个性状的主成分分析表明，前4个主成分上累计贡献率达78.9%，反应了大部分遗传变异信息，以F2-17、F2-36、F2-11、F2-10、F2-18、F2-25、F2-9、F2-1、F2-32和F2-28的综合得分值排前10位，是综合性状优良的材料。

隶属函数法是对多个指标的综合分析，可以避免单一指标的片面性。因此，能够提高优异种质筛选的准确性。本研究40个早熟棉F2代材料的10个性状的隶属函数法分析表明，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10、F2-15、F2-2、F2-28、F2-18和F2-35的平均隶属函数值排前10位，是综合性状优良的材料。

综合主成分分析和隶属函数法分析认为，F2-17、F2-11、F2-1、F2-25、F2-10和F2-28是综合性状优良的材料，可作为种质材料利用。

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