206份棉花资源的优选鉴定及聚类利用研究

唐中杰， 吕淑平， 李 武， 聂利红， 王 舜， 谢德意

(1.河南省农业科学院经济作物研究所， 郑州 450002；2.商丘市睢阳区经济作物技术推广中心， 河南 商丘 476000)

我国年产原棉600万t左右，产量占全球的29%，是第一大原棉生产国，然而每年仍有300万t左右的进口需求，这既有产能不够问题，更有品质结构问题[1]。随着棉花机采模式的大面积利用，我国现有棉花品种逐渐暴露出机采棉品种少、适纺高支纱品种少、抗病品种缺乏、农艺性状不能与农机相匹配等诸多问题[2,3]，生产上急需培育出一批农艺性状优良、农机农艺相融合的新型棉花品种。因此，收集鉴定和分析性状多样、遗传基础广泛的棉花种质资源，为棉花的遗传改良提供丰富的物质材料就显得尤为重要[4-6]。为此，本研究利用国家、河南省棉花产业技术体系、国家棉花资源库等交流平台，收集地方老棉花品种以及全国、各省新审定的206份棉花资源，进行田间筛选、鉴定及聚类分析，以期为选育农艺性状优良、适宜农机发展的新型棉花品种筹备提供必要的物质条件。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1资源收集

2015年4月15日前，通过国家棉花种质资源库、国家棉花产业技术体系等交流平台，共收集地方棉花品种以及全国、各省审定棉花品种206份。

1.1.2资源来源分类

把收集到的206份资源按地区来源分为4类：黄河流域棉区、长江流域棉区、西北内陆棉区及其它地区(以下简称：其它)。从图1可以看出，黄河流域棉区收集资源数最多，有98份；长江流域棉区次之；其它地区的棉花资源最少，有17份。

图1 206份棉花资源来源分类

1.2 方 法

1.2.1田间种植

2018年4月22日，将206份资源种于河南现代农业科技试验示范基地(新乡市平原新区)，随机区组，2行区，重复2次，行长5 m，行间距0.9 m，株间距0.27 m，管理同大田管理。

1.2.2性状调查与分析

参照NY/T 2323—2013《农作物种质资源鉴定评价技术规范——棉花》进行调查，选取中间10株，测量株高、始节位、果枝台数、铃数、单铃重、衣分、子指、生育期等性状，黄萎病依据DB 51/T 1205-2011《棉花黄萎病抗性鉴定技术规程》进行鉴定，并利用Excel 2010软件和DPS 9.5软件进行数据统计、聚类分析[7]。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状鉴定

通过出苗期、开花期、吐絮期、株高、始节位、果枝数、铃数等田间农艺性状调查以及收获后产量性状筛选，依据生育期适中、株型结构合理以及结铃性强等棉花农艺调查指标，优选出综合评价为优异和良好的棉花种质资源75份，平均优选率为36.4%(表1)。其中，黄河流域棉区的优选率最高，达47.9%，说明黄河流域棉区来源的资源在本试验区适应性好。

表1 206份棉花资源来源及分布

来源资源份数/份优选资源份数/份优选率/%黄河流域棉区984747.9长江流域棉区692130.4西北内陆棉区22313.6其它17423.5合计20675

2.1.1优选资源的生育期分析

农艺性状调查发现，该批优选棉花资源平均生育期为102～119 d，平均为114.6 d。从表2可以看出，黄河流域的棉花资源中生育期在110.0 d以内的占16.0%，早熟性偏好，长江流域生育期在110.0 d以内的只有2.7%，多数属于中晚熟材料；西北内陆地区的棉花资源为早熟材料；其它 4 份资源的生育期都小于125 d。其中，黄河流域棉区的中棉所58的生育期为102 d，是该批优选棉花资源中生育期最短的棉花品种。总之，该批优选资源的生育期适中，是中早熟或早熟棉花新品种培育的理想亲本材料。

表2 优选棉花资源生育期

棉区生育期/d资源/份占比/%黄河流域≤110.0(早熟)110.1～125.0(中早熟)123516.046.7长江流域≤110.0(早熟)110.1～125.0(中早熟)2192.725.3西北内陆≤125.0(早熟)125.1～140.0(中早熟)304.00.0其它≤110.0(早熟)110.1～125.0(中早熟)040.05.3

2.1.2植株高度分析

该批资源的平均植株高度99.6 cm，分布范围为67.1～129.0 cm。黄河流域棉区的棉花品种长势适中，属于中、矮型，尤其是中棉所7号的株高最低，仅 67.1 cm，是很好的矮秆资源。长江流域棉花资源在该试验区长势普遍较高，其中鄂抗棉10号是优选棉花资源中株高最高的品种，达129.0 cm。西北内陆棉区棉花资源在黄河流域明显偏高，这应该是引种后气候条件变化所致(表3)。

表3 优选棉花资源的株高分布情况

棉区株高/cm资源/份占比/%≤70.0(矮)11.3 黄河流域棉区70.1～90.0(中)1013.3 ≥90.1(高)3648.0 ≤90.0(矮)34.0 长江流域棉区90.1～110.0(中)1418.7 ≥110.1(高)45.3 ≤50.0(矮)00.0 西北内陆棉区50.1～70.0(中)00.0 ≥70.1 (高)34.0 其他45.3

注：株高(列1)按棉区株高分类标准，资源(列2)河南种植的调查结果。

2.1.3优选棉花种质资源的产量性状分析

通过对优选棉花种质资源的产量性状分析，75份优选资源铃重、衣分、株铃数的平均数较适中，其中铃重5.6 g，单株铃数24.2，衣分 38.7%(表4)。从性状的变化范围来看，各项指标的变异程度较大，说明该批资源具有广泛的遗传基础，具有较好的高产改良潜力。

表4 优选棉花资源的产量性状分布情况

产量性状分布范围资源/份占比/%≤5.0 (小)56.7铃重/g5.1～5.9 (中)5472.0≥6.0 (大)1621.3≤20 1925.3株铃数/个20.1～29.9 4256.0≥30 1418.7≤35912.0衣分/%35.1～38.93040.039.0～41.92736.0≥42.0912.0

总体来看，该批棉花资源的生育期早晚适中，株高和产量性状良好。从单一性状来看，这75 份棉花种质资源中果枝紧凑资源4份，棉花铃壳薄，棉絮肥畅资源61份。从熟性、丰产性等全方面，可分类选出早熟性好、果枝紧凑、高衣分、棉絮畅的材料3份，分别为中棉所30、中棉所21、中棉所18。

表5 优选棉花资源的黄萎病病指

资源名称病指/抗性鲁棉研2613.5/R赣棉12号14.6/R中棉所3517.1/R中棉所4117.1/R山农丰6号18.3/R银山4号18.3/R中棉所1918.3/R南通5号19.5/R中棉所3020.8/MR中棉所1621.0/MR中棉所6922.5/MR中棉所3722.7/MR冀棉66823.2/MR中棉所2123.2/MR徐州14223.4/MR中棉所4923.4/MR邯80223.7/MR晋棉36号23.7/MR中棉所1123.7/MR盐棉48号23.7/MR中棉所1824.4/MR沙农6号24.4/MR中棉所4524.7/MR鄂抗棉5号24.7/MR苏抗19124.7/MR资源名称病指/抗性新陆早1624.9/MR中棉所3125.4/MR新棉33B25.7/MR湘棉1325.9/MR邯484926.1/MR冀棉22826.1/MR泗棉3号26.1/MR中棉所9号26.6/MRSGK95826.7/MR鄂棉2426.8/MR中棉所3426.9/MR赣棉10号26.9/MR中-8627.1/MR中棉所3327.9/MR中棉所4027.9/MRSGK32128.1/MR晋棉12号28.5/MR中棉所4328.5/MR中棉所5号28.5/MR中棉所7928.5/MR新陆中3号28.5/MR鄂棉23号28.5/MR中棉所1429/MR中棉所2429/MR晋棉1129.6/MR资源名称病指/抗性中棉所2729.6/MR鄂棉20号29.6/MR辽棉14号30.2/MR川棉3030.5/MR沪棉20431.0/MR荆楚20131.0/MR鄂抗虫1号32.9/MR中棉所4433.0/MR99B33.0/MR新陆早3233.0/MR鄂棉2号33.2/MR辽棉17号33.7/MR鄂荆1号36.1/S中棉所2340.1/S中棉所7号40.3/S鄂抗棉10号40.3/S宛抗棉9号41.5/S赣棉11号41.5/S冀22842.7/S中棉所1042.7/S渝棉1号45.2/S鲁棉研2150.1/HS天棉1号50.1/HS华抗棉1号51.2/HS中棉所1751.2/HS

2.2 棉花黄萎病抗性鉴定

棉花黄萎病是危害棉花生产的主要病害，而选育抗黄萎病棉花品种是目前最直接、最有效的措施，筛选抗黄萎病资源就显得尤为重要。棉花黄萎病主要包括叶枯型、黄斑型。依据75份棉花种质资源的相对病情指数来评价这批种质资源的黄萎病抗性表现。黄萎病采用DB 51/T 1205-2011《棉花黄萎病抗性鉴定技术规程》进行鉴定[8]。

从表5、表6可以看出，这75份棉花种质资源包括8份为抗黄萎病材料，54份中抗和9份感病资源，没有免疫和高抗的资源。其中，抗黄萎病资源8份，如鲁棉26、赣棉12号等棉花资源，占这批优选棉花资源的10.67%，特别是鲁棉研26黄萎病抗性最好，黄萎病病指13.5。感病种质资源9份，如鄂抗棉10号、中棉所7号等，占这批优选棉花资源的12.0%。中抗的分别有中棉所30、冀棉668和邯郸802等54份资源，占这批优选棉花资源的72.0%。中抗棉花占绝大多数，没有免疫和高抗的棉花资源，说明现有棉花遗传资源缺乏黄萎病抗原材料，利用现有资源通过常规育种方法很难攻克棉花黄萎病。

表6 棉花黄萎病抗性鉴定评价标准

抗性型病指(X)范围免疫(I)X =0.00高抗(HR)0.0050.00

2.3 棉花纤维品质测定

经农业部棉花品质监督检验测试中心测试(HVICC标准)， 该批优选棉花资源纤维品质平均结果：纤维上半部平均长度29.1 mm，比强度为30.2 cN·tex-1，马克隆值5.1，整齐度86.1%。该批优选棉花资源的纤维品质长度以中间为主，纤维上半部平均长度在≥30 mm的有22份，如赣棉12号、中棉所35、中棉所41等。整齐度都在80.0%以上，其中53%的资源的整齐度在83.0%～85.9%之间，且变异系数为2.6%，说明这批资源的整齐度较好。马克隆值整体较高，A级(马克隆值3.7～4.2)的只有5份：沙农6号、鄂棉24、SGK 321、川棉30、鲁棉26；C级(马克隆值≥5.0)的达45份，占该批优选棉花资源总量的60%，较粗纤维资源占多数。比强度较好，比强度在29.0 cN·tex-1以上的共39份，如沙农6号、新棉33 B等。其中宛抗棉9号、赣棉11号、冀228、渝棉1号这4个资源的比强度在34.2～36.2 cN·tex-1之间，属于高强。从表7可以看出：优选棉花资源的纤维上半部平均长度、比强度和整齐度变异系数均在10%以内，说明遗传基础相似程度较高，遗传变异狭窄，遗传多样性水平较低，棉花纤维品质通过系统选育难以提高。

表7 优选棉花资源的纤维品质分析

指标纤维上半部平均长度/mm比强度/(cN·tex-1)马克隆值整齐度/%伸长率/%平均值29.130.25.286.15.6最大值32.835.46.287.87.0最小值24.625.73.879.64.2标准差1.72.30.561.40.7变异系数/%5.86.910.42.611.6

2.4 优选棉花资源聚类分析

本研究将75个优选棉花种质资源按9项农艺性状的相关数据按要求录入表格，经标准化处理后，在保留它们变异总信息量87.02%的前提下，采用欧氏距离-离差平方和法对资源材料进行聚类分析[9,10]。结果显示，当欧式距离在D=9.80水平上，可以将75个棉花品种划分为6大类：

第1类群包括中棉所30、中棉所21和沙农6号等共19个资源，对照田间农艺性状调查，发现第1类属于长势旺、植株较高，果枝较多结铃性强，果枝始节位高，偏晚熟，丰产潜力大的品种类型。

第2类群包括中棉所40、中棉所14和山农丰6号等共9个品种，对照田间农艺性状调查发现，第2类属于植株较高，偏晚熟，衣分较低，丰产性好的品种类型。

第3类群包括赣棉11号、冀228和中棉所10号等共15个品种，属于植株较低，生育期较长，果枝和结铃数少，铃重低，衣分一般，产量较低的品种类型。

第4类群包括盐棉48号、鄂抗虫1号和新陆早32等共计9个品种，对照田间农艺性状调查分析第4类资源长势一般，株高和熟性适中，单铃重最大，衣分较高，但丰产潜力不大的品种类型。

第5类群包括中棉所43、鄂棉23号和新陆早16等共合计11个品种，此类品种属于植株中等，生育期适中，果枝多，结铃较好，铃重与籽指较低，丰产潜力大的品种类型。

图2 优选75份棉花资源材料聚类图

第6类群包括中棉所45、鄂抗棉5号和苏抗191等共计12个品种，此类品种属早熟型，果枝始节位较低，结铃少，衣分低，丰产潜力不大。

从以上聚类分析可以看出，来自中棉所的28个品种，其中有19个主要聚集在聚类1、2、3类群中，各有9、4、5个资源材料，由此可以推断中棉所棉花品种资源遗传多样性较丰富。而其它省份或区域的选育棉花品种基本聚类在一起，例如第1类群基本上都是黄河流域棉区的棉花品种，只有2个长江流域棉区的品种赣棉11号和渝棉1号，而在第6类群中则是长江流域棉区棉花品种居多。说明中棉所由于处于国家层面，与全国各地合作交流便利，资源来源丰富，遗传基础广泛。而其他省市选育棉花品种存在同一棉区来源地品种亲缘关系较近，遗传基础狭窄。表明在杂交育种亲本选择及杂交优势利用上，亲本选择既要地区差异大，更要积极运用聚类分析等辅助手段，跨类选择，远缘杂交，促使杂种优势利用最大化。

2.5 优选棉花种质资源的保存和利用

种质资源研究不仅包含收集鉴定、评价，而且还要妥善保存与利用，只有这样才能更好发挥其作用。在这75份棉花种质中，每份资源都有可利用的优点，可直接用于棉花科研育种。河南省农业科学院建立了低温冷库等作为种质资源的保存方式，在放入低温冷库前，依据资源材料的熟性、植株高度、丰产性进行分类(见表8)。将综合农艺性状优良的种质提供给育种者直接利用，并依据各棉花资源的特征性状，分类录入电脑系统，建立棉花品种资源信息库，实现各育种单位数据和种质资源共享[11,12]，为棉花种质资源的高效利用创造条件。

表8 优选棉花资源特征性状分类及利用方向

特征性状数量资源名称利用方向早熟3中棉所16、中棉所50、中棉所58早熟、麦后直播矮秆3中棉所7号、湘棉13、中-86适于机械化采摘大铃3宛抗棉9号、盐棉48号、鄂抗虫1号便于收摘抗病2鲁棉26、赣棉12号抗病资源优质3沙农6号、鄂棉24、SGK321提高棉纤维品质高衣分2鄂棉24、银山4号提高产量丰产3中棉所30、中棉所21、中棉所18提高产量

3 问题与讨论

现代农业集约化、规模化生产的发展和农业机械化的快速推进，对棉花农艺性状、简化管理和纤维品质等方面提出新要求，选育农艺性状符合农机生产的棉花品种已成为育种人的共识和棉花生产的必然。然而我国目前适应机采棉的品种并不多，往往是纤维品质和农艺性状不能同时达到机采要求[13,14]，从而不能得到广泛的应用。因此，本研究在收集和鉴定传统高产、优质资源的基础上，加强果枝节位高、含絮适中、叶枝少、对脱叶剂敏感等符合农机生产要求的棉花种质资源的收集、分类和鉴定，必将在今后棉花育种研究和集约化、规模化棉花生产中发挥越来越重要的作用。