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

doi:10.3724/SP.J.1006.2024.44012

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

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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-Fen^1,*(), WU Jin-Hua^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)

摘要/Abstract

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

尚红燕, 普静, 柯会锋, 谷淇深, 孙正文, 杨君, 王国宁, 张艳, 卢怀玉, 徐东永, 吴立强, 马峙英, 王省芬, 吴金华. 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[J]. 作物学报, 2024, 50(10): 2528-2537.

SHANG Hong-Yan, PU Jing, KE Hui-Feng, GU Qi-Shen, SUN Zheng-Wen, YANG Jun, WANG Guo-Ning, ZHANG Yan, LU Huai-Yu, XU Dong-Yong, WU Li-Qiang, MA Zhi-Ying, WANG Xing-Fen, WU Jin-Hua. Genetic diversity analysis and evaluation of domestic and international cotton germplasm resources under different planting environments[J]. Acta Agronomica Sinica, 2024, 50(10): 2528-2537.

图/表 9

表1

表2

表3

表4

图1

图2

表5

表6

表7

参考文献 22

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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

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

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^**

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
性状 Trait	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 (%)	F值 F-value
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

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

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

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

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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

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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