中国农业科学 2021,54(12):2499-2509
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.12.002
沈阳鸟岛门票多少钱杨涛，黄雅婕，李生梅，任丹，崔进鑫，庞博，于爽，高文伟
新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心，乌鲁木齐 830052
摘要：【目的】研究海岛棉种质表型性状的遗传多样性关系及筛选优异性状的海岛棉种质，为海岛棉优异性状深入研究提供理论基础。【方法】以175份海岛棉12个表型性状进行遗传多样性分析；主成分分析、权重和利用隶属函数产生综合评价值D进行海岛棉种质资源综合评价。【结果】表型性状变异范围在6.40%—28.10%，海岛棉类型较丰富；海岛棉资源遗传多样性指数为1.97—2.05，各性状间遗传多样性指数差异较小，国内外海岛棉资源遗传多样性无显著性差异（P＞0.05），在国内，新疆与疆外海岛棉资源遗传多样性存在显著差异（P＜0.05）。主成分分析将12个表型性状转换为3个综合因子，贡献率分别为49.34%、18.03%和10.63%，累计贡献率为78.00%，第一主成分荷载较大为株高、始节数、始节高、有效果枝数、铃数、有效铃数、单株籽棉重和单株皮棉重，代表生长及有效产
量因子；第二主成分荷载较大为衣分、单铃籽棉重和单铃皮棉重，代表单铃产量因子；第三主成分荷载较大为蕾铃脱落数，代表蕾铃脱落因子；海岛棉资源统计分析发现国内外极端种质差异不大，表现中等的海岛棉资源材料国内较多，在国内，疆外极端种质所占比例较高，新疆与疆外中间型种质差异较小；通过聚类分析将175份海岛棉资源分为4个类，Ⅰ类是矮秆、低产的较差种质；Ⅱ类是高衣分、单株皮棉重较高的潜在增产种质；Ⅲ类是综合性状较好的优异种质；Ⅳ类低重心、衣分较高的极端特殊种质，综合评价筛选到综合性状较优的2个品种：XH30和270；利用逐步回归筛选到海岛棉种质评价的5个关键性指标（株高、始节高、果枝数、单铃皮棉重和单株籽棉重）。【结论】参试海岛棉种质资源类型较丰富但遗传多样性较差；株高、果枝数、衣分和单株皮棉重在各基因型中呈正态分布，其余性状呈偏态分布；参试种质分为4个类；株高、始节高、果枝数、单铃皮棉重和单株籽棉重5个指标可作为海岛棉种质评价的关键性指标。
关键词：海岛棉；种质资源；表型性状；遗传多样性；综合评价
Genetic Diversity and Comprehensive Evaluation of Phenotypic Traits in Sea-Island Cotton Germplasm Resources
YANG Tao, HUANG YaJie, LI ShengMei, REN Dan, CUI JinXin, PANG Bo, YU Shuang, GAO WenWei
College of Agriculture, Xinjiang Agricultural University/Engineering Research Centre of Cotton, Ministry of Education, Urumqi 830052
Abstract:【Objective】The study is an attempt to the genetic diversity relationship of phenotypic traits of Sea-island cotton germplasm and screen Sea-island cotton germplasm with excellent traits, which provides a theoretical basis for in depth research on quality traits of Sea-island cotton.【Method】Genetic diversity analysis and comprehensive evaluation were carried out with 12 phenotypic traits of 175 Sea-island cotton. Principal component analysis, weights and the use of membership function to generate
收稿日期：2020-11-12；接受日期：2021-01-08
基金项目：南京农业大学-新疆农业大学联合基金（KYYJ201601）、国家自然科学基金（31771885，31660406）
：杨涛，E-mail：****************。通信作者高文伟，E-mail：****************
2500 中国农业科学54卷
comprehensive evaluation value D for comprehensive evaluation of Sea-island cotton germplasm re
sources.【Result】The results (showed that) Sea-island cotton have rich types and consistent with the range of phenotypic traits was 6.40%-28.10%,which the resource genetic diversity index is 1.97 to 2.05, the diversity analysis significant differences in genetic diversity of Sea-island cotton resources between Xinjiang and outside Xinjiang (P＜0.05); 3 comprehensive factors were converted from principal component analysis 12 traits, which the contribution rates are: 49.34%, 18.03% and 10.63%, with a total contribution rate of 78%; The larger load of the first principal component is the number of envoys, the height of envoys, the number of effective branches, the number of bolls, the number of effective bolls, the weight of seed cotton per plant and the weight of lint per plant, representing growth and effective yield factors; The larger load of the second component is lint, single boll seed cotton weight and single boll lint weight, which represents the single boll yield factor; The third component load is the plant height and the number of boll shedding, representing plant height and boll shedding factor; The statistical analysis of Sea-island cotton resources evident that the difference was not significant in extreme germplasm at domestic , and there are more materials with medium-performing Sea-island cotton resources in China. In China, the proportion of extreme germplasm outside Xinjiang is relatively high, and the difference was not significant between Xinjiang and foreign intermediate germplasm; Cluster analysis 175 Sea-island cotton resources then divided into 4 groups. Group I has discrepancy germplasm with short stalk of
gravity, low yield; Group II has high lint percent and extensive yield of lint yield per plant, and has higher potential yielding germplasm; Group III has perferable comprehensive traits and excellent germplasm; group IV is short-stalked, high-lint, and extremely particular germplasm; comprehensive evaluation screens out 2 excellent comprehensive traits varieties XH30 and 270; By stepwise regression screening Sea-island cotton germplasm screening phenotype of five key indicators (plant height first node height, number of fruit branches, lint weight per boll and cotton weight per seed). 【Conclusion】The genetic diversity of the tested Sea-island cotton germplasm resources is relatively high, but the genetic diversity is low. The plant height, fruit branch number and lint yield per plant are normally distributed among the genotypes, those left traits are skewed. The tested germplasm divided into 4 categories; Plant height, height of the first node, fruit branch number, yield of single boll Lint yield, seed cotton yield per plant, the research provides a theoretical reference to selection of excellent germplasm for sea-island cotton germplasm resources that 5 indicators can be used as comprehensive indicators for the evaluation of core germplasm.
Key words:Gossypium barbadense; germplasm resources; phenotypic traits; genetic diversity; comprehensive evaluation
0 引言
【研究意义】海岛棉（Gossypium barbadense）作为主要的经济作物及重要的战略储备物资[1-2]，因其纤维长、细、强等特点[3]，被誉为“纤维上的宝石”。目前，海岛棉产量约占世界棉花产量的2%[4]，新疆是中国海岛棉唯一产区，海岛棉种植面积约为10万hm2[5]，产量约为世界海岛棉产量的25%[6]。【前人研究进展】遗传资源材料是育种家选育新品种的基础[7]，而遗传材料的遗传基础是育种的关键。目前，种质资源的遗传多样性和评价研究主要集中于表型及分子水平[8-10]，表型及分子研究是育种家获得海岛棉遗传差异的重要手段。表型研究是最直接、最有效的研究方法，可更直观地表现某一品种特异性，不同于分子研究。目前，水稻[11]、小麦[12]、玉米[13]、绿豆[14-15]应用表型进行多样性分析及综合评价已有报道，开展资源多样性分析及鉴定，不仅有利于有利基因的发掘，而且对抗逆性品种的选育更有重要意义。海岛棉作为常异花授粉作物，育种过程中，主要以种间杂交为主，利用分子标记辅助育种及转基因育种单位较少，新品种选育中，亲本数量有限且遗传基础较窄，严重影响了新品种的选育；为进一步选育优质、高产和稳产的海岛棉品种，筛选优异亲本成为目前主要目标。【本研究切入点】目前，海岛棉表型性状在自然体的分布规律仍不明确，适宜于筛选海岛棉优异资源综合评价的文章仍鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究利用175份海岛棉资源的12个表型性状进行海岛棉种质资源遗传多样性分析及综合评价，为海岛棉种质创新利用、品种改良提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
175份海岛棉资源材料包含国外材料72份（涵盖亚洲、美洲等，分别来自美国16份、前苏联44份、埃及12份）和国内材料103份（新疆47份、疆外56份）。基于株高（plant height，PH）、衣分（lint percent，LP）、铃数（boll number，BN）、始节数（first node of fruit branch，FNB）、果枝数（fruit branch number，
12期杨涛等：海岛棉种质资源表型性状的遗传多样性分析及综合评价 2501
FBN）、有效果枝数（effective fruit branch number，EFBN）、有效铃数（effective boll number，EBN）、蕾铃脱落数（number of boll drop，NOBD）、单铃籽棉重（yield of single boll seed cotton，YOSBSC）、单铃皮棉重（yield of single boll lint yield，YOSBLY）、单株籽棉重（seed cotton yield per plant，SCYPP）、单株皮棉重（lint yield per plant，LYPP）12个表型性状，利用主成分分析和隶属函数产生综合评价值D进行海岛棉种质资源综合评价。
1.2 试验设计成都青年旅行社报价
试验于2018—2019年（4—11月）种植于阿拉尔市12团阿拉尔国家科技园及2019年4—11月种植于石河子市144团（新疆农业大学实验基地）。采用完全随机区组设计，一膜6行，每个小区2行，行长2.0
0 m，2—3粒点播，行距0.40 m，株距0.10 m，2次重复，田间管理方式同常规管理一致。严格按照《棉花种质资源描述规范和数据标准》进行农艺性状的鉴定[16]，于10月初，各重复连续选取5株测定各表型性状，收获20铃测定单铃重，连续收获10株测得籽棉重，扎花后测定相应皮棉重。嘉兴周边旅游
1.3 数据处理
采用Origin 2018统计各性状变异系数、均值及标准差等描述性指标，利用R 3.6.0进行Person相关性分析、聚类分析；利用Excel 2010计算Shannon-Weaver 遗传多样性指数，具体分级采用前人研究方法[17-19]，之后主成分分析，利用隶属函数产生综合评价值D评价海岛棉种质[20-22]。
隶属函数值：μ（X i）=（X i—X min）/（X max—X min），i=1，2，…，n（1）式中，X i为第i个综合指标，X min为第i个综合指标的最小值，X max为第i个综合指标的最大值。
综合指标权重：W i= P i/∑n i=1P i，i=1，2，…，n
（2）式中，W i为第i个综合指标在所有综合指标中的权重，P i为各品种第i个综合指标的贡献率。
综合指标优劣：D=∑n i=1[μ(X i)×W i]，i=1，2，…，n
（3）式中，D值为综合指标评价值。
2 结果
2.1 海岛棉主要农艺性状的描述性分析
175份海岛棉材料表型性状PH、FNB、FBN、EFBN、BN、EBN、NOBD、YOSBSC、YOSBLY、LP、SCYPP、LYPP变异范围为6.40%—28.10%，其中LYPP最大，为28.10%，LP最小，为6.40%，基本排序为：LP＜YOSBSC＜FNB＜YOSBLY＜NOBD＜
表1 主要农艺性状描述性指标
Table 1 Descriptive indicators of main agronomic traits
性状Trait 变幅Range 均值±标准差Mean±SD偏度Skewness峰度Kurtosis变异系数CV (%)
PH 50.18—110.57 75.33±12.97 0.501 -0.317 17.22
FNB 7.38—14.59 9.92±1.04 0.629 1.776 10.47
FBN 8.27—19.39 12.13±2.06 0.854 0.727 16.95
EFBN 2.96—13.77 6.85±1.80 0.846 1.511 26.31
BN 5.54—21.50 10.89±2.62 0.693 1.077 24.02
太原哪个旅行社口碑好EBN 3.16—14.17 7.46±1.77 0.606 1.45 23.77
NOBD 5.97—16.56 9.42±1.56 1.073 3.235 16.52 YOSBSC 2.11—3.99 3.00±0.26 0.118 1.274 8.63
YOSBLY 0.64—1.32 0.97±0.11 0.168 0.844 11.27
LP 0.27—0.38 0.32±0.02 0.032 0.254 6.40
SCYPP 9.22—45.10 22.59±5.97 0.654 1.252 26.42
LYPP 2.91—14.78 7.27±2.04 0.617 0.903 28.10
PH：株高；FNB：始节数；FBN：果枝数；EFBN：有效果枝数；BN：铃数；EBN：有效铃数；NOBD：蕾铃脱落数；YOSBSC：单铃籽棉重；YOSBLY：单铃皮棉重；LP：衣分；SCYPP：单株籽棉重；LYPP：单株皮棉重。下同
PH: Plant height; FNB: First node of fruit branch; FBN: Fruit branch number; EFBN: Effective fruit br
anch number; BN: Boll number; EBN:Effective boll number; NOBD: Number of boll drop; YOSBSC: Yield of Single boll seed cotton; YOSBLY: Yield of single boll lint yield; LP: Lint percent; SCYPP: Seed cotton yield per plant; LYPP: Lint yield per plant. The same as below
2502 中 国 农 业 科 学 54卷
FBN ＜PH ＜EBN ＜BN ＜EFBN ＜SCYPP ＜LYPP ，其中LP 、YOSBSC 变异系数均小于10.00%，EFBN 、BN 、EBN 、SCYPP 、LYPP 变异系数均大于20.00%。偏度与峰度绝对值部分小于1，多数大于1，表明海岛棉资源各性状基本服从偏态分布。 2.2 表型数量性状的遗传多样性
通过对海岛棉资源遗传多样性指数的统计（图1-A ）可知海岛棉遗传多样性指数为1.97—2.05，其中，FBN 、SCYPP 分别为1.97和1.98，其余各性状遗传多样性指数为2.00—2.06。 2.3 国内外种质资源遗传多样性分析
分别计算国外（72份）和国内（103份）海岛棉遗传多样性指数（图1-B ）。国外海岛棉遗传多样性指数为1.89—2.05，中国海岛棉遗传多样性指数为1.96—2.05，均值为 2.00。在中国，新疆海岛棉遗传多样性指数为1.90—2.02，均值为1.98；疆外海岛棉遗传多样性指数为1.87—2.00，均值为1.93。利用海岛棉12个数量性状遗传多样性指数进行差异性分析表明，国内外海岛棉育成品种多样性无显著差异，新疆与疆外海岛棉育成品种多样性存在显著差异（P ＜0.01）。
2.102.05
2.00
1.95
P H
F N B
F B N
E F B N
B N
E B N
N O B D
Y O S B S C
Y O S B L Y
L P
S C Y P P
L Y P P
多样性指数 S h a n n o n -W c a v e r i n d e x
性状
Trait
P H
F N B
F B N
E F B N
B N
E B N
N O B D
Y O S B S C
Y O S B L Y L P
S C Y P P
L Y P P
性状 Trait
2.202.10
2.00
1.90
1.80
多样性指数 S h a n n o n -W c a v e r i n d e x
A ：海岛棉12个数量性状的遗传多样性指数；
B ：国内外海岛棉数量性状的遗传多样性指数。PH ：株高；FNB ：始节数；FBN ：果枝数；EFBN ：有效果枝数；BN ：铃数；EBN ：有效铃数；NOBD ：蕾铃脱落数；YOSBS
C ：单铃籽棉重；YOSBLY ：单铃皮棉重；LP ：衣分；SCYPP ：单株籽棉重；LYPP ：单株皮棉重。下同
A: Genetic diversity index of 12 quantitative traits in Sea-island cotton; B: Genetic diversity index of quantitative traits in Sea-island cotton in China and abroad. PH: Plant height; FNB: First node of fruit branch; FBN: Fruit branch number; EFBN: Effective fruit branch number; BN: Boll number; EBN: Effective boll number; NOBD: Number of boll drop; YOSBSC: Yield of Single boll seed cotton; YOSBLY: Yield of single boll lint yield; LP: Lint percent; SCYPP: Seed cotton yield per plant; LYPP: Lint yield per plant. The same as below
图1 海岛棉遗传多样性
Fig. 1 Genetic diversity of Sea-island cotton
12期 杨涛等：海岛棉种质资源表型性状的遗传多样性分析及综合评价 2503
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2.4 海岛棉表型性状相关性分析
相关性分析发现PH 、FNB 、FBN 、EFBN 、BN 、EBN 之间呈极显著正相关；LYPP 与SCYPP 、YOSBSC 、EFBN 、FBN 、EBN 、LP 、YOSBLY 、PH 、FNB 、BN 呈极显著正相关；SCYPP 与YOSBSC 、FNB 、YOSBLY 、FBN 、PH 、EBN 、BN 、EFBN 呈极显著正相关，与LP 呈显著正相关；LP 与YOSBLY 呈极显著正相关，与EBN 呈显著正相关；YOSBLY 与YOSBSC 呈极显著正相关，与EBN 、PH 呈显著正相关；YOSBSC 与PH 呈极显著正相关，与FNB 呈显著正相关；NOBD 与EFBN 和BN 呈极显著负相关；其余各指标间存在不同程度的弱相关。由于各指标间存在不同程度的相关性，会使所包含的信息进行重叠，各指标所代表的信息不同，发挥的作用也不一致，故而进行多指标简化是有必要的。 2.5 主成分分析
基于表型性状进行主成分分析，KMO （0.76）和Bartlett （P ＜0.01）检验合格，根据特征根及累计贡献率提取前3个主成分，贡献率分别为49.34%、18.03%和10.63%，解释总方差为78.00%，表示这3个成分
表2 前4个主成分的特征值及特征向量描述
Table 2 The eigenvalues and eigenvectors of the first 4
principal components
特征向量
Eigenvectors
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2 因子 3
Factor 3
PH 0.63
-0.07
0.55 FNB
0.59 -0.18
0.47
FBN 0.79
-0.34
0.03 EFBN 0.90 -0.26 -0.13 BN 0.86 -0.28 -0.15 EBN 0.93 -0.15 -0.15 NOBD -0.14 0.19 0.66 YOSBSC 0.38 0.71 0.29 YOSBLY 0.39 0.90 0.00 LP 0.20 0.65 -0.38 SCYPP 0.95 0.09 -0.05 LYPP
0.93 0.24 -0.16 特征根 Eigenvalues 5.92 2.16 1.28 贡献率 Contribution rate (%) 49.34 18.03 10.63 累积贡献率
Cumulative contribution rate (%)
49.34
67.37
78.00
0.560.500.490.500.430.040.170.10-0.040.440.390.450.53-0.060.190.300.120.480.440.770.71-0.150.070.04-0.030.660.840.780.94-0.090.450.430.160.610.790.730.91
-0.110.450.560.390.970.900.100.110.070.040.150.030.120.650.040.190.140.830.110.100.750.540.830.500.040.82
1.00
0.50
-0.50
-1.000.00
PH FNB FBN EFBN BN EBN
NOBD
YOSBSC
LY SCYPP LYPP
YOSBLY -0.20-0.26-0.12*******
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*：P ＜0.05；**：P ＜0.01
图2 12个数量性状的相关性 Fig. 2 Correlation of 12 quantitative traits
