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作物学报 ›› 2024, Vol. 50 ›› Issue (10): 2528-2537.doi: 10.3724/SP.J.1006.2024.44012

• 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学 • 上一篇    下一篇

不同种植环境下国内外棉花种质资源的遗传多样性分析与评价

尚红燕1(), 普静1, 柯会锋1, 谷淇深1, 孙正文1, 杨君1, 王国宁1, 张艳1, 卢怀玉2, 徐东永2, 吴立强1, 马峙英1, 王省芬1,*(), 吴金华1,*()   

  1. 1河北农业大学 / 华北作物改良与调控国家重点实验室 / 华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室, 河北保定 071001
    2河间市国欣农村技术服务总会, 河北河间 062450
  • 收稿日期:2024-01-17 接受日期:2024-05-21 出版日期:2024-10-12 网络出版日期:2024-06-26
  • 通讯作者: *吴金华, E-mail: nxywjh@126.com;王省芬, E-mail: cotton@hebau.edu.cn
  • 作者简介:E-mail: 2433228494@qq.com
  • 基金资助:
    河北省重点研发计划项目(21326314D);财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系建设专项(棉花, CARS-15-03)

Genetic diversity analysis and evaluation of domestic and international cotton germplasm resources under different planting environments

SHANG Hong-Yan1(), PU Jing1, KE Hui-Feng1, GU Qi-Shen1, SUN Zheng-Wen1, YANG Jun1, WANG Guo-Ning1, ZHANG Yan1, LU Huai-Yu2, XU Dong-Yong2, WU Li-Qiang1, MA Zhi-Ying1, WANG Xing-Fen1,*(), WU Jin-Hua1,*()   

  1. 1Hebei Agricultural University / State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation / North China Key Laboratory for Crop Germplasm Resources Research and Utilization, Ministry of Education, Baoding 071001, Hebei, China
    2Hejian Guoxin Rural Technical Service Association, Hejian 062450, Hebei, China
  • Received:2024-01-17 Accepted:2024-05-21 Published:2024-10-12 Published online:2024-06-26
  • Contact: *E-mail: nxywjh@126.com;E-mail: cotton@hebau.edu.cn
  • Supported by:
    Key Research and Development Program of Hebei(21326314D);China Agriculture Research System of MOF and MARA (Cotton, CARS-15-03)

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摘要：

目前, 我国棉花育种存在着现有品种同质性高, 种质资源遗传多样性下降, 优异基因资源挖掘不足等问题。鉴于此, 本研究以来自我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区)与国外的415份棉花种质资源为材料, 在海南三亚、河北河间和河北辛集3个环境下, 对3个产量性状指标和7个纤维品质指标进行鉴定和综合评价。 结果发现, 三亚单铃纤维重和衣分值最高, 纤维品质最差, 河间单铃重最高, 纤维品质最佳, 辛集产量性状最差; 同时发现, 10个表型性状在3个环境下变异系数较大, 且具有丰富的遗传多样性。不同来源棉花种质资源除纤维长度、整齐度及短纤维率外均存在显著差异, 黄河流域棉区种质资源产量性状最好, 纤维长度和断裂比强度最高, 且大于“双30”的材料占比最多, 但马克隆值偏高; 长江流域棉区的单铃纤维重和衣分较高; 国外种质资源铃重较高, 衣分最低。相关性和聚类分析结果表明, 产量性状之间多呈正相关, 供试种质资源被分为5类。通过因子分析法对供试材料进行综合排名, 筛选出7份大铃(>7 g), 26份高衣分(>42%), 11份纤维长度与断裂比强度均大于“30”的种质资源, 以及9份综合性状表现优异的资源, 为棉花育种提供了优异亲本材料, 也为进一步开展研究提供了重要依据。

关键词: 棉花, 种质资源, 产量, 纤维品质, 优异种质

Abstract:

Currently, there are several issues in cotton breeding in China, including the high uniformity of existing varieties, declining genetic diversity of germplasm resources, and underutilization of valuable gene resources. In light of these challenges, a comprehensive assessment and analysis of genetic diversity were conducted on 415 cotton germplasm resources collected from three major cotton regions in China (Yellow River Basin, Yangtze River Basin, and Northwest Inland) as well as international sources. The evaluation encompassed three yield traits and seven fiber quality traits in three different locations: Sanya city, Hainan province; Hejian city, Hebei province; and Xinji city, Hebei province. The findings revealed that Hainan exhibited the highest fiber weight per boll and lint percentage but had relatively poor fiber quality. Hejian displayed the highest boll weight and superior fiber quality, while Xinji had the lowest yield performance. Additionally, it was observed that 10 phenotypic traits demonstrated significant variation and abundant genetic diversity across all three environments. Notably, there were significant differences among cotton germplasm resources from different origins, except for fiber length, uniformity, and short fiber percentage. Germplasm resources from the Yellow River Basin showed the best yield traits, highest fiber length, and fiber strength, with the largest proportion of materials surpassing the ‘double 30’ threshold. However, these resources had relatively high Micronaire values. Germplasm resources from the Yangtze River Basin exhibited higher fiber weight per boll and lint percentage. Foreign germplasm resources displayed higher boll weight but the lowest lint percentage. Correlation and cluster analyses demonstrated predominantly positive associations among yield traits, leading to the classification of germplasm resources into five categories. Furthermore, a factor analysis was conducted to comprehensively rank the tested materials, resulting in the identification of several elite resources. These included seven germplasm resources with large boll weight ( > 7 g), 26 with high lint percentage ( > 42%), 11 with high fiber length and strength surpassing the ‘30’ threshold, and nine resources exhibiting excellent comprehensive traits. These findings provide valuable parental materials for cotton breeding and serve as a crucial foundation for further research endeavors.

Key words: cotton, germplasm resources, yield, fiber quality, elite resources

表1

不同环境下主要产量性状表现"

环境
Environment		 性状
Trait		 均值
Mean		 最大值
Max.		 最小值
Min.		 极差
Range		 标准差
SD		 变异系数
CV (%)		 偏度
Skewness		 峰度
Kurtosis		 多样性指数
H'
2022 SY 单铃重
BW (g)		 5.96 7.97 3.78 4.19 0.73 12.18 0.20 -0.07 2.07
2022 HJ 6.06 7.88 4.09 3.79 0.62 10.23 0.19 0.36 2.06
2022 XJ 5.94 7.91 3.73 4.18 0.71 11.98 -0.03 0.03 2.08
2022 SY 单铃纤维重
FWPB (g)		 2.50 3.59 1.50 2.09 0.38 15.15 0.13 0.01 2.09
2022 HJ 2.16 3.18 1.16 2.02 0.35 16.30 0.16 0.08 2.07
2022 XJ 2.03 3.23 1.28 1.95 0.33 16.35 0.30 -0.20 2.08
2022 SY 衣分
LP (%)		 41.89 51.13 30.50 20.63 3.91 9.34 -0.29 -0.28 2.09
2022 HJ 35.60 46.72 22.03 24.69 4.37 12.28 0.14 -0.30 2.08
2022 XJ 34.18 42.65 24.07 18.58 3.61 10.56 0.04 -0.70 2.08

表2

不同试验环境下纤维品质性状指标及其变异情况"

环境
Environment		 性状
Trait		 均值
Mean		 最大值
Max.		 最小值
Min.		 极差
Range		 标准差
SD		 变异
系数
CV (%)		 偏度
Skewness		 峰度
Kurtosis		 多样性指数
H'
2022 SY 纤维长度
FL (mm)		 26.70 32.86 22.46 10.40 1.77 6.65 0.52 0.43 2.06
2022 HJ 29.28 33.60 24.02 9.58 1.50 5.14 -0.04 0.57 2.06
2022 XJ 28.03 34.27 23.67 10.60 1.54 5.50 0.15 0.52 2.07
2022 SY 断裂比强度
FS (cN tex-1)		 27.10 36.02 20.97 15.05 2.57 9.47 0.56 0.60 2.04
2022 HJ 32.55 42.51 25.40 17.11 2.80 8.61 0.42 0.50 2.05
2022 XJ 31.73 42.93 19.59 23.34 3.01 9.49 -0.09 1.28 2.03
2022 SY 马克隆值
FM		 4.71 5.81 3.12 2.69 0.44 9.33 -0.13 0.06 2.07
2022 HJ 4.73 6.22 3.30 2.92 0.50 10.65 0.09 -0.12 2.08
2022 XJ 4.76 6.07 3.35 2.72 0.48 10.13 -0.21 0.02 2.07
2022 SY 整齐度指数
FU (%)		 84.21 88.15 80.40 7.75 1.45 1.73 0.06 -0.26 2.08
2022 HJ 85.28 88.08 81.80 6.28 1.16 1.37 -0.29 -0.11 2.09
2022 XJ 84.52 87.86 79.22 8.64 1.33 1.57 -0.64 1.40 2.03
2022 SY 伸长率
FE (%)		 10.42 12.66 7.66 5.00 0.89 8.50 -0.24 0.06 2.09
2022 HJ 8.53 10.63 6.27 4.36 0.77 9.05 0.11 -0.08 2.08
2022 XJ 8.06 10.96 5.88 5.08 0.81 10.10 0.33 0.17 2.06
2022 SY 成熟度
MAT		 0.84 0.88 0.80 0.08 0.01 1.44 0.07 0.15 2.08
2022 HJ 0.86 0.90 0.82 0.08 0.01 1.67 0.24 -0.05 2.08
2022 XJ 0.86 0.90 0.82 0.08 0.01 1.50 -0.17 0.23 2.04
2022 SY 短纤维率
SFI (%)		 7.16 10.57 4.68 5.89 1.10 15.32 0.37 -0.36 2.07
2022 HJ 7.06 9.54 5.41 4.13 0.78 11.06 0.60 -0.02 2.05
2022 XJ 7.31 11.52 5.38 6.14 0.95 13.03 0.86 1.38 2.01

表3

供试材料产量及纤维品质性状方差分析(F值)"

变异来源
Source of
variation		 单铃重
BW		 单铃
纤维重
FWPB		 衣分
LP		 纤维
长度
FL		 断裂比
强度
FS		 马克
隆值
FM		 整齐度
FU		 伸长率
FE		 成熟度
MAT		 短纤
维率
SFI
基因型Genotype 2.90** 4.64** 10.06** 5.24** 3.58** 5.51** 2.13** 4.24** 4.75** 1.80**
环境Environment 6.26** 424.41** 1777.81** 640.06** 849.82** 3.58* 98.16** 1993.10** 622.04** 9.25**

表4

不同来源棉花种质资源表型性状变异分析"

性状
Trait		 黄河流域棉区
Yellow River Basin		 长江流域棉区
Yangtze River Basin		 西北内陆棉区
Northwest Inland		 国外
Foreign countries		 F值 F-value
平均值
Mean		 变异系数
CV (%)		 平均值
Mean		 变异系数
CV (%)		 平均值
Mean		 变异系数
CV (%)		 平均值
Mean		 变异系数
CV (%)
单铃重 BW (g) 6.08 8.66 5.87 7.25 5.85 9.87 6.01 9.00 3.70*
单铃纤维重 FWPB (g) 2.45 12.21 2.23 9.68 2.14 12.69 2.10 11.44 44.07**
衣分 LP (%) 40.34 7.20 38.02 7.50 36.57 9.06 35.04 7.87 80.21**
纤维长度 FL (mm) 28.13 4.85 28.07 5.34 27.85 3.99 27.93 4.88 0.76
断裂比强度 FS (cN tex-1) 31.12 7.23 30.15 8.04 30.47 6.86 30.17 6.93 4.94**
马克隆值 FM 5.05 7.53 4.70 6.72 4.52 9.14 4.60 7.33 43.28**
整齐度指数 FU (%) 84.85 1.08 84.55 1.17 84.75 1.06 84.58 1.11 2.38
伸长率FE (%) 8.94 7.45 9.15 7.80 9.17 6.53 8.93 7.55 3.17*
成熟度 MAT 0.86 1.20 0.85 0.86 0.85 1.20 0.85 1.09 43.30**
短纤维率 SFI (%) 7.15 8.87 7.23 9.07 7.11 9.73 7.19 9.12 0.42

图1

产量与纤维性状的相关性分析 *表示P < 0.05显著水平; **表示P < 0.01显著水平。缩写同表1与表2。"

图2

供试棉花种质资源聚类树状图"

表5

各类群种质的性状表现"

类群
Group		 参数
Parameter		 单铃重
BW (g)		 单铃纤
维重
FWPB (g)		 衣分
LP (%)		 纤维长度
FL
(mm)		 断裂比
强度
FS
(cN tex-1)		 马克
隆值
FM		 整齐度
FU
(%)		 伸长率
FE (%)		 成熟度
MAT		 短纤维率
SFI
(%)
I 平均值 Mean 5.95 2.11 35.48 27.72 29.77 4.62 84.48 9.04 0.85 7.29
最大值 Max. 7.38 2.72 40.42 30.64 34.05 5.62 86.65 11.03 0.88 9.20
最小值 Min. 4.63 1.51 28.14 24.26 25.01 3.64 81.42 7.16 0.83 5.80
标准差 SD 0.51 0.22 2.48 1.21 1.75 0.34 0.86 0.64 0.01 0.64
变异系数 CV (%) 8.51 10.58 6.98 4.37 5.87 7.32 1.02 7.04 1.04 8.73
II 平均值 Mean 6.24 2.19 35.14 23.82 26.98 5.22 80.93 10.29 0.85 8.58
III 平均值 Mean 5.74 1.74 30.29 29.32 32.71 4.11 84.90 8.77 0.84 6.98
最大值 Max. 6.37 1.92 30.67 30.66 33.77 4.73 85.37 9.54 0.85 7.39
最小值 Min. 5.06 1.53 30.11 28.09 31.65 3.64 83.95 7.00 0.83 6.64
标准差 SD 0.47 0.14 0.21 1.00 0.69 0.37 0.52 0.92 0.01 0.24
变异系数 CV (%) 8.16 7.94 0.69 3.41 2.12 9.07 0.62 10.48 1.17 3.49
IV 平均值 Mean 6.04 2.18 36.18 30.64 35.27 4.49 86.06 8.36 0.85 6.43
最大值 Max. 7.42 2.66 38.80 32.86 39.05 5.10 87.37 9.34 0.87 7.45
最小值 Min. 5.02 1.80 33.06 28.93 32.21 3.73 84.92 7.09 0.83 5.74
标准差 SD 0.68 0.21 1.68 0.94 1.50 0.37 0.70 0.64 0.01 0.46
变异系数 CV (%) 11.31 9.53 4.66 3.07 4.25 8.28 0.81 7.66 1.23 7.12
V 平均值 Mean 6.06 2.53 41.76 28.08 31.00 5.06 84.85 9.05 0.86 7.08
最大值 Max. 7.58 3.26 46.02 30.64 34.68 5.82 86.97 10.89 0.89 9.31
最小值 Min. 4.73 1.90 38.62 25.35 25.10 4.15 82.54 7.35 0.83 5.92
标准差 SD 0.53 0.23 1.49 1.10 1.97 0.36 0.86 0.70 0.01 0.62
变异系数 CV (%) 8.83 9.25 3.57 3.93 6.35 7.05 1.02 7.68 1.23 8.70

表6

公因子的特征值、贡献率及旋转后因子载荷矩阵"

性状Trait 第一公因子F1 第二公因子F2 第三公因子F3 第四公因子F4
整齐度 FU 0.92 0.02 0.11 0.05
短纤维率 SFI 0.88 0.05 0.01 0.12
纤维长度 FL 0.83 -0.17 0.16 -0.19
断裂比强度 FS 0.80 0.16 -0.05 -0.32
马克隆值 FM 0.13 -0.91 -0.01 0.02
成熟度 MAT 0.02 0.86 0.08 -0.44
衣分 LP 0.17 0.79 0.19 0.28
单铃重 BW 0.05 0 0.95 -0.15
单铃纤维重 FWPB 0.15 0.59 0.77 0.10
伸长率 FE -0.13 0 -0.10 0.94
特征值Numerical value 3.04 2.58 1.58 1.35
贡献率Contribution rate (%) 30.38 25.83 15.78 13.48
累计贡献率Cumulative percentage (%) 30.38 56.21 71.99 85.47

表7

9份综合性状优异资源性状表现"

品种名称
Name		 单铃重
BW (g)		 单铃纤
维重
FWPB (g)		 衣分
LP (%)		 纤维长度
FL (mm)		 断裂比强度
FS
(cN tex-1)		 马克隆值
FM		 整齐度
FU (%)		 伸长率
FE (%)		 成熟度
MAT		 短纤维率
SFI (%)
冀资61 Jizi 61 7.31 3.02 41.28 29.00 31.22 4.75 85.60 8.57 0.86 6.67
FH87 5.76 2.33 40.60 28.93 30.80 4.57 86.59 9.97 0.84 6.22
冀资72 Jizi 72 6.27 2.53 40.61 30.45 34.65 4.55 86.12 8.96 0.85 6.95
冀资73 Jizi 73 6.13 2.47 40.36 30.64 32.88 4.86 85.64 8.72 0.86 6.92
苏研6004 Suyan 6004 6.15 2.55 41.42 28.75 33.10 4.81 85.33 8.46 0.86 6.48
安农121 Annong 121 6.37 2.54 40.09 29.00 30.29 4.72 85.43 9.50 0.85 6.85
鲁R0295 Lu R0295 5.68 2.37 41.78 28.02 32.11 4.59 85.46 9.33 0.85 6.38
鄂棉7号 Emian 7 6.08 2.48 41.09 29.88 32.43 4.55 85.98 8.29 0.85 6.49
冀资78 Jizi 78 6.11 2.57 42.22 29.68 30.98 4.83 85.18 8.66 0.86 7.39
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