摘 要：【目的】分析不同陆地棉种质的果枝夹角与机采农艺性状相关性，研究产量高、适合机采的果枝夹角范围，筛选出适合机采的棉花品种。
【方法】对300份陆地棉种质的果枝夹角及相关农艺性状进行描述统计、相关性、聚类和主成分分析。
【结果】除果枝数、衣分、单铃重、果枝夹角等性状变异系数小于10%，其余7个性状均大于10%，其中单株铃数变异系数最大，为25.28%。果枝夹角与单铃重、皮棉质量、有效果枝数等产量性状呈极显著正相关。在欧式距离为4时，300份陆地棉种质可根据果枝夹角大小可以分成5个类群，分别是47.5°～50.1°、50.9°～55.5°、55.7°～58.5°、58.6°～62.8°、63.2°～66.5°。第Ⅰ类群的果枝夹角最小，植株矮小，产量潜力低。第Ⅱ、Ⅲ类群果枝夹角大小适宜，株高适合，植株较紧凑，株型多为塔型、筒型，便于机采且产量较高。第IV、V类群，果枝夹角偏大，株型多为塔型和倒塔型，产量高，丰产潜力大。共提取出4个主成分，累计贡献率达74.87%，解释了300份陆地棉资源农艺性状大部分信息，主成分因子分别为果枝始节高度、有效果枝数、单铃重。
【结论】陆地棉果枝夹角与产量性状呈极显著正相关，在果枝夹角范围在47.5°～65.5°时，果枝夹角越大，产量性状越高。当果枝夹角角度范围在50.9°～58.5°时，棉花的植株紧凑，株型多为塔型、筒型且产量较高，对该区间的棉花品种进行综合得分评价，筛选出10个适宜机采的棉花品种作为优良育种材料。
关键词：棉花；果枝夹角；株型结构；农艺性状；相关性
中图分类号：S562"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）06-1318-10
0 引 言
【研究意义】棉花是重要的经济作物和纺织原料［1］。理想的棉花株型结构能提升棉花的产量，提高棉花机采的效率。株型与结铃率关系密切，果枝角度、植株纵横比值与结铃率均呈显著正相关。果枝角度越小，或植株纵横比值越大，一般结铃率越高。果枝角度越大，一般结铃越少。大多数情况下，较小的果枝夹角使棉花的株型结构更加紧凑，提高冠层的透光性，使株型结构更加合理，适合机采且产量更高［2］。在棉花株型结构中果枝夹角与种植密度、光合效率密切相关，最终影响棉花的生产力和籽棉产量。因此，果枝夹角是棉花株型结构相关性状中最重要的性状之一，合理的果枝夹角大小是决定群体结构的关键因素。【前人研究进展】棉花果枝夹角应保持在适宜范围，过大可能引起冠层中下部荫蔽，使光合有效面积减小，影响棉花下部的光截获，最终使群体光合效率降低［3-6］。果枝夹角对密度有显著的相互作用，对棉花成铃结构存在互补效应［7-9］，从而间接或直接影响棉花的产量及品质［10-11］。【本研究切入点】果枝夹角是评价机采性状的指标之一［12-14］。果枝夹角决定了棉花群体冠层结构、光能分布，影响蕾铃脱落、成铃结构、产量。【拟解决的关键问题】试验于2022、2023年收集2年的果枝夹角与其他产量及株型性状，研究果枝夹角与机采棉农艺性状间的相互关系，对其进行综合鉴定评价筛选出更适合机械采收的棉花品种，在适宜的果枝夹角范围内筛选出综合评价高的机采棉品种。
1 材料与方法
1.1 材 料
300份棉花种质材料于2022年和2023年种植于新疆农业科学院库车现代农业科创中心试验地。该地位于塔里木盆地北缘，属于暖温带大陆性气候，海拔在1 700～4 599 m，生长期平均为120 d，无霜期平均为223 d，年平均日照时数为2 726.1 h，而年平均降水为76.7 mm。
于4月9日播种，各点肥力均匀，采用随机区组设计，每份材料设3次重复，采用1膜6行种植模式，行距配置为（10+66+10+66+10）cm，株距为10 cm，机械铺膜打孔，人工膜上点播，膜下滴灌栽培，2年2个试验点的田间管理方法同常规大田生产。表1
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
采集株型性状数据时在每个重复中选取连续5株长势均衡的棉花进行测量，最终以3个重复的平均值作为该性状的表型值进行计算分析。
株高（Height）：用直尺测量，棉株子叶节至生长点的高度。
果枝始节位（The fruit branch begins to pitch）：棉花主茎上着生第一台果枝的节位。
果枝始节高（The fruit branches begin to pitch high）：用直尺测量棉株子叶节测量至第一果枝着生的高度。
果枝数（Number of fruit branches）：单株棉花的果枝数。
有效果枝数（Number of effective branches）：棉株结铃果枝的总数。
单株铃数（Number of bolls per plant）：计算单株棉花有效铃个数。
皮棉质量（Lint quality）：棉花去除棉籽后的重量。
衣分（Clothing）：收获时，每个小区收取10个中部棉铃，皮棉重除以籽棉重，即为衣分（%）。
单铃重（Single bell weight，SW）：收获时，每个小区收取10个中部棉铃，晒干后称重，再除以10即为单铃重。
果枝夹角（The Angle between the fruit Branches and stem，ABS）：用电子量角器测取第4、5、6、7台果枝与主茎间的夹角。
生育期（Child-bearing period）：出苗期至吐絮期的天数。
1.2.2 农艺性状调查
6月30日开始调查果枝始节、果枝始节高度，7月22日调查株型、株高、果枝数、每一株材料的第4、5、6、7台果枝与主茎间的夹角、生育期天数、9月15日调查铃数，11月1日测定单铃重并称取皮棉质量，算出衣分。
1.3 数据处理
调查数据取3次重复平均值，（1）利用Excel计算变异系数，变异系数CV=（SD/M）×100%，其中SD为标准差（Standard deviation），M为单个性状的平均值（Mean）。（2）相关性分析（Correlation analysis）：利用SPSS 27计算Pearson相关系数检验数量性状间的相关性。（3）聚类分析（culstering analysis）：利用SPSS 27对果枝夹角性状进行统计分析，采用欧式距离进行基于组间联接法的系统聚类把果枝夹角分为若干类群，比较说明不同类群的性状特征。（4）主成分分析（Principal component analysis）：利用SPSS 27将原始变量进行数据标准化处理，然后建立相关系数矩阵，再用于计算和提取能够代表供试样本大部分变异的主成分（特征值）。
2 结果与分析
2.1 300份棉花种质果枝夹角与农艺性状描述
研究表明，300份陆地棉种质不同数量性状间变异系数在3.14%～25.28%，幅度较大，其中，单株铃数变异系数最大（25.28），幅度为5.60～23.50个，生育期变异系数最小（3.14），幅度为133.0～153.0 d。变异系数由大到小依次为单株铃数（25.28）＞果枝始节高度（16.10）＞有效果枝数（13.26）＞皮棉质量（12.82）＞株高（11.91）＞果枝始节位（10.82）＞单铃重（9.91）＞果枝数（9.53）＞衣分（8.55）＞果枝夹角（5.63）＞生育期（3.14）。变异系数＞10.00%的数量性状占总性状的54.54%，300份陆地棉种质类型丰富，有利于开展陆地棉种质的比较、筛选和利用。表2
2.2 300份棉花种质果枝夹角与农艺性状的相关性
研究表明，300份陆地棉果枝夹角与不同机采农艺性状之间呈显著相关（Plt;0.05），部分为极显著相关（Plt;0.01）。
果枝夹角与单铃重、皮棉质量、有效果枝数呈极显著正相关，相关系数分别为0.18、0.18和0.18。
果枝夹角对棉花产量有极显著性的相关性，果枝夹角在47.5°～66.59°度数范围内，果枝夹角越大，单铃重越重，皮棉质量亦越重，有效果枝数越多。表3，图1
2.3 300份棉花种质果枝夹角的聚类分析
研究表明，在欧式距离为4时，300份材料的果枝夹角可以划分为5个类群，其中第Ⅰ类包含5份材料、第Ⅱ类包含113份材料、第Ⅲ类包含102份材料、第IV类包含68份材料、第V类包含12份材料。
第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV、V类群棉花果枝夹角度数范围分别为47.5°～50.1°、50.9°～55.5°、55.7°～58.5°、58.6°～62.8°和63.2°～66.5°。第Ⅰ类群（47.5°～50.1°）果枝夹角度数范围最小，株高较矮为68.7 cm，且相较于其他类群棉株特征为植株矮小紧凑，果枝细短，果节少，成铃少而小；第Ⅱ、Ⅲ类群果枝夹角度数范围分别为50.9°～55.5°和55.7°～58.5°，株高分别为70.8和70.5 cm，有效果枝数多（均为5.8个）、单株铃数9.7和9.8个、皮棉质量24.5和24.6 g、单铃重均为6.1 g，株型比较紧凑，株型多为筒型或塔型，叶层分布合理，通透性好，产量较高，茎秆坚韧抗倒伏；第IV、V类群果枝夹角范围分别为58.6°～62.8°和63.2°～66.5°，株高为71.3和70.5 cm，有效果枝数多（6.2和6.1个），单株结铃多（10.3和10.2个），皮棉质量25.6和25.7 g，单铃重6.24和6.42 g，果枝夹角较大，株型多为塔型和倒塔型，丰产潜力高，产量性状表现突出。表4
2.4 300份棉花种质果枝夹角与农艺性状主成分
研究表明，提取出的4个主成分，累计贡献率74.87%，第1主成分贡献率为25.97%，特征值为2.86。在第1主成分中，对应特征值最大的为果枝始节高度（0.401），其次为株高（0.377）和果枝始节位（0.305）。第2主成分贡献率为21.99%，特征值为2.42，对应的特征值最大的为有效果枝数（0.349），其次是单株铃数（0.344）。第3主成分贡献率为15.81%，特征值为1.74，对应特征值最大为单铃重（0.548），其次为果枝夹角（0.416）。第4主成分贡献率为11.10%，特征值为1.22，对应特征值最大为衣分（0.553），其次为皮棉质量（0.262）。表5
F1=0.377X1+0.305X2+0.401X3-0.034X4+0.056X5+0.026X6+0.016X7+0.035X8-0.011X9-0.132X10+0.135X11;
F2=0.21X1-0.103X2+0.005X3+0.338X4+0.349X5+0.344X6-0.047X7-0.066X8-0.008X9+0.057X10-0.069X11;
F3=-0.12X1+0.019X2-0.107X3-0.031X4+0.034X5+0.07X6+0.348X7-0.103X8+0.548X9+0.416X10+0.149X11;
F4=-0.016X1-0.071X2+0.032X3-0.129X4+0.122X5-0.045X6+0.262X7+0.553X8-0.137X9-0.129X10-0.431X11;
利用综合评价函数F=0.347 1F1+0.293 7F2+0.211 1F3+0.148 1F4，计算综合得分。
当棉花果枝夹角度数处于50.9°～55.5°和55.7°～58.5°时，株型呈塔型、筒型且产量高。筛选出果枝夹角在该范围区间内的10个品种分别为H33-1-4-10、YM700、29号、W21、TY15、QXC4、20N704、新陆中5号、1326、HX8。表6～7
3 讨 论
3.1
机采棉要同时兼顾协调多个优良性状，如株型紧凑为主，筒型为宜，植株高度适宜（70～75 cm）、果枝始节偏高（18～20 cm以上）、果枝夹角小（上部果枝夹角35°～45°，中部果枝夹角45°～60°，下部果枝夹角55°～65°），现蕾、开花、成铃、吐絮集中的特性［12，15-16］。变异系数＞10.00%，则表示样本间的差异较大［13］。付远志等［17］对172份陆地棉种质9个农艺性状进行研究，结果表明，大部分变异系数均大于10%，除总果枝数和果枝夹角，与其结果相符。在300份陆地棉种质中，单株铃数变异系数最大，单株铃数性状遗传变异的可能性更大，生育期的变异系数最小为3.14%，该性状在遗传过程中较为稳定，300份陆地棉种质果枝夹角角度变异系数小，该性状能够稳定遗传。
3.2 相关性研究结果表明，300份种质的果枝夹角与单株铃数、皮棉质量、有效果枝数有极显著正相关，与王燕等［18］的研究结果部分相同。刘巧等［19］的研究结果表明，果枝夹角与果枝长度、总果枝数、有效果枝数、果枝节数均存在极显著正相关。果枝夹角可以直接影响棉花产量，也可以通过株高对产量起到较大的促进作用。付远志等［17］的研究结果表明，果枝夹角对果枝长度、果枝节间长度、产量均呈极显著正相关，且果枝夹角对产量直接贡献为正值，也可通过有效果枝数过主茎节间长度对产量起较大间接作用，与刘巧［19］的研究结果一致。
3.3 聚类分析研究结果表明，果枝夹角角度范围在47.5°～50.1°区间时株型矮小紧凑，成铃较少，与其他果枝夹角类群相比产量潜力低。果枝夹角角度范围在50.9°～55.5°和55.7°～58.5°区间时，果枝夹角大小适宜，株高适合，植株较紧凑，株型多为塔型、筒型，便于机采且产量较高。当果枝夹角在58.6°～62.8°和63.2°～66.5°区间时，果枝夹角偏大，株型多为塔型和倒塔型，产量高，丰产潜力大。
3.4 主成分分析研究结果表明，根据农艺性状系数和贡献率公式得出关系式，计算300份种质综合得分，结合聚类分析的结果，以果枝夹角在50.9°～58.5°区间为条件筛选出共10份材料。棉花农艺性状大部分为多基因或多基因遗传为主［20］，受环境因素影响较大，多年多点试验可增加试验的可信度。
4 结 论
4.1
300份陆地棉种质可按照果枝夹角角度划分为5个类群，其中第Ⅰ类群包含棉花材料5份、第Ⅱ类群包含113份、第Ⅲ类群包含102份、第IV类群包含68份和第V类群包含12份。果枝夹角范围在50.9°～55.5°和55.7°～58.5°时，植株呈筒型或塔型，株型比较紧凑，产量高。
4.2
筛选出H33-1-4-10、YM700、29号、W21、TY15、QXC4、20N704、新陆中5号、1326和HX8共10份棉花材料作为机采棉选育材料。这些材料果枝夹角适宜，株高适合，株型较紧凑，多为塔型筒型，适宜机采，且产量潜力高。
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Identification and evaluation of fruit branch angle and machine-picked agronomic traits in Gossypium hirsutum L.
Abstract：【Objective】 To make the correlation analysis between the angle of fruit branches of upland cotton resources and the agronomic traits in the hope of finding the range of fruit branches" the agricultural characteristics of the machine， and select the cotton varieties suitable for the machineangle suitable for machine picking with high yield and selecting the cotton varieties suitable for the machine.
【Methods】 Descriptive statistics， correlation， clustering and principal component analysis were carried out on fruit branch angle and agronomic traits of 300 upland cotton germplasm resources.
【Results】 The variation coefficient of the other 7 traits was greater than 10% except for the number of fruit branches， coat fraction， weight of single boll and angle of fruit branches， and the variation coefficient of the number of boll per plant was the largest， which was 25.28%. There was significant positive correlation between fruit branch angle and yield characters such as boll weight， lint quality and effective fruit branch number. When the Euclidean distance was 4， 300 pieces of upland cotton could be divided into 5 groups according to the size of the angle between the fruit branches， which are 47.5°-50.1°， 50.9°-55.5°， 55.7°-58.5°， 58.6°-62.8°and 63.2°-66.5°. Group I had the smallest fruit branch angle， short plants and low yield potential. The fruit branch angle size and the plant height of the second and third group were suitable， the plants were compact， the plant type was mostly tower type， barrel type， easy to pick and the yield was higher. As for class IV and V， the branch angle their plant type was mostly tower type and inverted tower type， and their yields were high with high yield potential. A total of 4 principal components were extracted from the principal component analysis， and the cumulative contribution rate was 74.87%， which explained most of the information of agronomic traits of 300 upland cotton resources. The principal component factors were respectively the height of the beginning of fruit branch， the number of effective fruit branch and the weight of single boll.
【Conclusion】 "There is a significant positive correlation between fruit branch angle and yield traits in upland cotton. When the branch branch angle is 47.5°-65.5°， the larger the branch angle is， the higher the yield traits are. When the angle range of fruit branches is 50.9°-58.5°， the cotton yield is higher and meets the requirements of machine-picked cotton. The comprehensive score evaluation of cotton varieties in this range is carried out， and 10 cotton varieties suitable for machine-picked cotton varieties are selected as excellent breeding materials.
Key words：cotton;fruit branch angle; plant type structure; agronomic traits; correlation
