摘 要：【目的】研究不同陆地棉品种资源农艺性状及产量结构，分析各性状间的关系，筛选出综合性状优良的品种。【方法】利用变异性、相关性、主成分和聚类分析等方法，综合评价245份陆地棉品种的11个农艺性状。【结果】245份陆地棉品种籽棉产量的变异系数最高为12.79%，果枝数最低为3.61%；棉花籽棉产量与第一果枝高度、果节数、单株结铃数、枝载铃、节载铃呈极显著正相关；主成分分析提取了5个主成分，累计贡献率78.44%。其中，PC1为成铃因子，PC2为株型因子，PC3为铃重因子，PC4为衣分因子，PC5为果枝因子；聚类分析将材料分为五类，第Ⅰ类有55份材料，第Ⅱ类有82份材料，第Ⅲ类有12份材料，第Ⅳ类有7份材料，第Ⅴ类有89份材料。【结论】枝载铃、节载铃是决定棉花产量的重要因素。筛选出以川73-27、新陆早25号为代表的大铃棉花品种，鲁棉研27号、赣棉17号和18N4等综合性状优良的品种。
关键词：陆地棉；品种资源；农艺性状；综合评价
中图分类号：S512 文献标志码：A 文章编号：1001-4330（2024）10-2358-08
收稿日期（Received）：2023-10-23
基金项目：新疆维吾尔自治区重大科技专项“机采棉新品种培育及技术示范”（2021A02001）
作者简介：崔豫疆（1998-），男，河南信阳人，硕士研究生，研究方向作物遗传育种，（E-mail） 1026406428@qq.com
通讯作者：李雪源（1964-），男，新疆人，研究员，硕士生/博士生导师，研究方向陆地棉遗传育种，（E-mail） xjmh2338@163.com
曲延英（1962-），女，山东烟台人，教授，博士，硕士生/博士生导师，研究方向棉花遗传育种，（E-mail）xjyyq5322@126.com
0 引 言
【研究意义】棉花是重要的经济作物［1］。2022年新疆植棉面积占全国的83.2%，总产占全国的90.2%［2］。与2019年相比2020年调减了1.52%，2021年调减了1.35%，2022年调减了1.72%［3］。确保新疆棉花500×104 t以上的产能，需加强科技攻关，充分挖掘棉花单产潜力，持续提高棉花单产水平，是保障棉花供给的必由之路。因此，研究陆地棉品种资源的遗传多样性对棉花遗传改良、品种选育均具有重要意义。【前人研究进展】李慧琴等［4］对270份陆地棉品种主要农艺性状与纤维品质性状进行主成分分析，发现棉花各农艺性状和产量性状、品质性状之间存在一定程度的关联；刘翔宇等［5］将新疆126份陆地棉品种（系）的17个数量性状进行了聚类分析，126份棉花品种被分为7大类，并分别进行了评价，提出了对应的改良方案；马青山等［6］鉴定陆地棉种质材料机采相关农艺性状，筛选出10份适宜机采的棉花优良材料。【本研究切入点】以往研究中，由于研究群体、材料来源、种植环境及种植模式的不同造成研究结论存在较大差异，而关于棉花性状间关系及其高产的关键性状研究仍需进一步深入探索。【拟解决的关键问题】选取来自不同地域的245份陆地棉品种作为研究对象，分析和综合评价其不同农艺性状及产量结构，研究与棉花产量密切相关的主要性状特征，并筛选具有优异表型的棉花材料，为新疆棉花产量性状的遗传改良和高产品种选育提供理论依据。
新疆农业科学第61卷 第10期崔豫疆等：245份陆地棉品种农艺性状及产量构成综合评价
1 材料与方法
1.1 材 料
供试陆地棉品种245 份，均来自新疆农业科学院经济作物研究所棉花分子遗传改良创新团队。表1该试验于2022年在新疆阿拉尔市新疆生产建设兵团第一师16 团新疆农业科学院棉花综合试验基地（44°25′11″N，84°54′60″E）进行。试验采用机采棉1膜6行（66+10）cm膜下滴灌种植模式，滴灌带铺设方式1膜2带，株距为11.2 cm，小区面积10m2，随机区组排列，3重复，管理同大田。
1.2 方 法
调查性状参考棉花品种资源描述规范和数据标准测定。
8月15日左右连续9株测量株高、始节高、第一果枝节位、果枝数、果节数、单株结铃数、枝载铃和节载铃等性状。收获前每小区收获中部铃 20 个，测量单铃重、衣分。
株高：从植株子叶节至主茎顶端之间的距离。
第一果枝高度：子叶节至第一果枝的高度。
第一果枝节位：自子叶节（子叶节不计算在内）至第一果枝的节数。
果枝数：棉株主茎果枝的数量。
果节数：棉花果枝上节点的数量。
单株结铃数：平均每株棉花的有效结铃数。
枝载铃：指单株果枝成铃数与果枝数的比值。
节载铃：指单株果枝成铃数与果节数的比值。
单铃重：平均每个棉铃的重量。
衣分：籽棉与轧出的皮棉的比例。
籽棉产量：是指棉花整个生长周期内，小区收获的籽棉晒干的重量。
1.3 数据处理
利用Microsoft Excel 2010软件整理数据，计算各性状的平均值、变异幅度、标准差、变异系数，Origin软件进行相关性分析，SPSS 25.0 软件进行主成分分析，利用 R语言分析软件以及欧式距离法对性状进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 245份陆地棉品种主要性状描述性统计
研究表明，245份棉花品种的株高在 56.31～100.20 cm，平均值74.70 cm；第一果枝高度在 20.85～38.25 cm，平均值27.79 cm；第一果枝节位在4.70～7.50 节，平均第一果枝节位为5.98 节；果枝数在7.30～9.10 台，平均值8.02 台；果节数在12.50～16.60 个，平均值14.21 个；单株结铃数在4.10～8.20 个，平均值6.07 个；枝载铃在0.54～1.03 ，平均值0.76；节载铃在0.29～0.58 ，平均值 0.43；单铃重在4.03～7.39 g，平均值5.84 g；衣分在32.25%～53.31%，平均值42.53%；籽棉产量在3 762.26～6 339.99 kg/hm2，平均值5 028 kg/hm2。
籽棉产量的变异系数最高为12.79%，不同陆地棉品种在籽棉产量方面存在较大的差异，反映了棉花品种的遗传多样性和生产潜力。其他性状由高到低依次是株高（10.98%）＞第一果枝高度（10.31%）＞单铃重（10.14%）＞枝载铃（9.92%）＞单株结铃数（9.76%）＞节载铃（9.13）＞衣分（7.66%）＞第一果枝节位（7.15%）＞果节数（5.70%）＞果枝数（3.61%）。偏度与峰度的绝对值小于1，群体呈正态分布。表2
2.2 245份陆地棉品种主要相关性比较
研究表明，籽棉产量与第一果枝高度、果节数、单株结铃数、枝载铃、节载铃呈极显著正相关，与株高呈显著正相关；枝载铃与株高、果节数、单株结铃数、节载铃呈极显著正相关，与第一果枝高度呈显著正相关，与果枝数呈极显著负相关；节载铃与单株结铃数极显著正相关，与果节数极显著负相关。枝载铃、节载铃与单株结铃数、籽棉产量密切相关。图1
2.3 245份陆地棉品种主要性状主成分比较
研究表明，提取到特征值大于1的主成分5个，累积贡献率为78.44%，包含了11个主要农艺性状的绝大部分信息，5个主成分能够反映所有调查性状的基本特征。主成分1的特征值为3.52，贡献率为29.31%，11个性状中单株结铃数对主成分1的贡献最大，其次是枝载铃、节载铃、籽棉产量。因此，主成分1可以被理解为“成铃因子”。主成分2的特征值为1.86，贡献率为15.51%。第一果枝高度、果节数、株高、第一果枝节位对主成分2的贡献较大。因此，主成分2可以被理解为“株型因子”。主成分3的特征值为1.67，贡献率为13.92%。单铃重的特征向量值最大，因此，主成分3可以被理解为“铃重因子”。主成分4的特征值为1.337，贡献率为11.14%。从成分矩阵可以看出，衣分向量值较大，因此主成分4理解为“衣分因子”。主成分5的特征值为1.03，贡献率为8.56%。果枝数向量值最大，因此主成分5可以理解为“果枝因子”。表3
2.4 245份陆地棉品种资源聚类
研究表明，将245份陆地棉品种进行分类，分为5个类群，第Ⅰ类群由55份品种组成，占全部材料的22.4%，主要特征为果枝多、果节量大，单铃重大，株高较高，始果节最高，筛选出单铃重大于6.5 g 的品种16 个，代表品种为川73-27、新陆早25号。图2
第Ⅱ类群由82份品种组成，占总材料的33.4%，主要特征表现为株高较矮71.05cm，始果节高度和位置最矮，果节数最少为13.80个，衣分最大43.34%，筛选出始果节高度20～25cm符合机采要求的品种24个，其中泗棉2号的始果节高最矮为22.1cm，在一定程度内降低始果节高度有利于增加果枝数，从而塑造合理高产株型。
第Ⅲ类群由12份品种组成，占总材料的4.9%。主要特征为株高、衣分、单株结铃数、枝载铃、节载铃、籽棉产量最低，整体表现最差。
第Ⅳ类群由7份品种组成，占总材料的2.9%，主要特征为株高最高85.72 cm，第一果枝高度较高28.76 cm，单株结铃数最高7.33个，枝载铃、节载铃最高，籽棉产量最高5 629.50 kg/hm2，枝载铃、节载铃与籽棉产量密切相关，其中枝载铃、节载铃高的品种为鲁棉研27号，分别为0.96和0.52，该类群代表品种有鲁棉研27号、鄂抗棉8号等可作为高产亲本选育。
第Ⅴ类群由89份品种组成，占总材料的36.3%，特点为枝载铃、节载铃较高。筛选出品种赣棉17号，分别为0.91和0.49。该类代表品种有18N4、鄂棉6号等。表4
3 讨 论
3.1 棉花基本农艺性状与产量构成的变异性
棉花表现结果受自然环境、人工生态环境、棉花特性、生理等多种原因影响［7-10］；各性状影响产量的因素众多，前人研究结果各有不同，有研究表明衣分对产量的作用最大，其次是单株铃数和铃重［11］；有研究认为单株铃数对于产量的相关影响最大，其次是单铃重与衣分［12］；研究245个参试品种的11个性状中籽棉产量变异系数最大为12.79%，变异程度依次为籽棉产量＞株高＞第一果枝高度＞单铃重，与前人研究结果一致［13］，孙振纲等［14］研究表明，变异系数最大的是单株成铃数，最小的是衣分，与结果部分一致。
3.2 棉花基本农艺性状与产量构成的相关性
相关分析表明，株高、第一果枝高度、果节数、单株结铃数、枝载铃、节载铃及单铃重与籽棉产量呈现显著性正相关。株高和第一果枝高度与棉花产量相关与李江余等［15］的研究结果一致，适宜的株高和良好的果枝生长空间对棉花产量有一定的影响。果节数、单株结铃数、枝载铃和节载铃等指标主要反映了棉花的花果情况。其中，枝载铃和节载铃能够体现成铃的比率，进一步解释了棉花源库关系，与阚家强等［16］研究结果相似。在棉花生产过程中对于产量分配的规律，枝载铃与节载铃之间的相关性进行了验证。在棉花生殖生长阶段，棉株将养分和能量分配到每个果枝上。然而，当分配的养分和能量不足以支持更多铃的形成时，较小的铃就会从果枝上脱落，是导致棉花蕾铃脱落的原因之一［17］。
3.3 棉花基本农艺性状与产量构成的主成分
主成分分析将245份陆地棉的主要性状划分为5个主成分，累积贡献率78.44，主成分分析可以有效的减少性状之间的冗余信息，增加性状的可解释性。主成分1反映了产量和品质之间的矛盾关系，这种关系在当前大多数品种中较为普遍，因此在选育棉花品种时要注重协调产量和品质的间关系［18］。通过主成分分析提取的5个主成分作为评价棉花品种农艺性状的综合指标。
3.4 枝载铃、节载铃与棉花产量构成的关系
棉花优先形成内围铃分配规律可能是由于棉花的生长需求和资源分配优化的策略［19］。棉花植株通过分配养能量到每个果枝上，就可以有效地利用有限的资源，从而提高产量。因此，了解枝载铃与节载铃之间的相关性在优化棉花产量和资源分配方面具有重要的意义。所以进一步的研究可以探索如何调节资源分配，以更好地平衡枝载铃和节载铃之间的分配比例，可以提高棉花的产量。已有研究提出为培育高产棉花品种，可以选择铃重、单株结铃数、衣分作为高产育种标准［20］。根据研究得出枝载铃、节载铃籽棉产量之间呈现出极显著的正相关性。反映出这些性状是决定棉花产量的重要因素，这些因素之间的相互作用，能够更好地反映棉花产量的水平，因此在遗传育种工作中可以被用作提高棉花产量的选择标准，以获得更高产棉花品种。
4 结 论
245份陆地棉品种籽棉产量的变异系数最高为12.79%，果枝数最低为3.61%；籽棉产量与第一果枝高度、果节数、单株结铃数、枝载铃、节载铃呈极显著正相关；主成分分析提取了5个主成分，累计贡献率78.44%，5个主成分贡献率由大到小依次为29.31%、15.51%、13.92%、11.14%、8.56%；聚类分析将245份品种分为五类，第Ⅰ类有55份品种，第Ⅱ类有82份品种，第Ⅲ类有12份品种，第Ⅳ类有7份品种，第Ⅴ类有89份品种。枝载铃、节载铃是反映/体现棉花产量的重要因子之一，可作为提高棉花高产选育/产量性状遗传改良的评价指标。利用该指标筛选出枝载铃、节载铃高的鲁棉研27号、赣棉17号和18N4等综合性状较好的品种，可以作为提高棉花单产的优良亲本。
参考文献（References）
［1］李雪源， 郑巨云， 王俊铎， 等. 中国棉业科技进步30年——新疆篇［J］. 中国棉花， 2009，36（S1）：24-29.
LI Xueyuan， ZHENG Juyun， WANG Junduo， et al. 30 years of scientific and technological Progress of Cotton Industry in China -- A review of Xinjiang ［J］. China Cotton， 2009，36（S1）：24-29.
［2］ 国家统计局. 2022年新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展统计公报 ［D］. 北京：中国统计出版社.2023.
National Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Xinjiang Uygur Autonomous Region in 2022 ［D］. Beijing：China Statistics Press.2023.
［3］ 国家统计局. 国家统计局关于2022年棉花产量的公告 ［D］. 北京：中国统计出版社.2023.
National Bureau of Statistics. National Bureau of Statistics Announcement on Cotton Production in 2022 ［D］.Beijing：China Statistics Press. 2023.
［4］ 李慧琴， 于娅， 王鹏， 等. 270份陆地棉种质资源农艺性状与品质性状的遗传多样性分析［J］. 植物遗传资源学报， 2019，20（4）：903-910.
LI Huiqin， YU Ya， WANG Peng， et al. Genetic diversity analysis of agronomic and quality traits of 270 upland cotton germplasm resources ［J］. Journal of Plant Genetic Resources， 2019，20（4）：903-910.
［5］ 刘翔宇， 赵龙， 巴哈尔古丽·先木西， 等. 新疆陆地棉种质资源的综合评价［J］. 中国农业科学， 2017，50（24）：4679-4692.
LIU Xiangyu， ZHAO Long， Bahaerguli Xianmuxi， et al. Comprehensive evaluation of upland cotton germplasm resources in Xinjiang ［J］. Scientia Agricultura Sinica， 2017，50（24）：4679-4692.
［6］ 马青山， 杜霄， 陶志鑫， 等. 陆地棉种质材料机采农艺性状鉴定分析［J］. 新疆农业科学， 2023，60（8）：1830-1839.
MA Qingshan， DU Xiao， TAO Zhixin， et al. Identification and analysis of agronomic traits of upland cotton germplasm materials by machine harvesting ［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2023，60（8）：1830-1839.
［7］ Yuhui Y ，Xinguo Z ，Yang G ， et al.Factors influencing usage of subsurface drainage to improve soil desalination and cotton yield in the Tarim Basin oasis in China［J］. Irrigation Science，2022，40（6）：857-871.
［8］ 王林辉. 基于主成分分析的棉花品种综合评价及聚类分析［J］. 广东农业科学， 2009，（1）：29-32.
WANG Linhui. Comprehensive evaluation and cluster analysis of cotton varieties based on principal component analysis ［J］. Guangdong Agricultural Sciences， 2009，（1）：29-32.
［9］ Hao Z ，Zhangshu X ，Xiaoju T ， et al.Morphological and proteomic study of waterlogging tolerance in cotton［J］. Scientific Reports，2024，14（1）：14550.
［10］ Chen， W.， Li， M.， Li， Q. The Influence of Winter Irrigation Amount on the Characteristics of Water and Salt Distribution and WUE in Different Saline-Alkali Farmlands in Northwest China. ［J］. Sustainability， 2023， 15， 15428.
［11］ 曹雯梅， 黄爱云， 任景荣， 等. 抗虫杂交棉农艺性状间相关和通径分析［J］. 中国棉花， 2006，（7）：25-26.
CAO Wun-mei， HUANG AiYun， REN Jingrong， et al. Correlation and path analysis of agronomic characters of insect-resistant hybrid cotton ［J］. China Cotton， 2006，（7）：25-26.
［12］ Kumar R S ，Sunny K ，Kamal V ， et al.Impact of recent climate change on cotton and soybean yields in the southeastern United States［J］.Journal of Agriculture and Food Research，2022，9：1-9.
［13］ 宋琳琳. 不同棉花品种主要数量性状间的关系研究［D］. 保定：河北农业大学， 2019.
SONG Linlin. Study on the relationship between the main quantitative traits of different cotton varieties［D］. Baoding：Hebei Agricultural University， 2019.
［14］ 孙振纲，姜艳丽，陈耕，等.27个陆地棉新种质材料主要性状研究及聚类分析［J］.山西农业科学，2015，43（7）：773-776.
SUN Zhengang， JIANG Yanli， CHEN Geng，et al. Main characters and cluster analysis of 27 new upland cotton germplasm materials ［J］. Shanxi Agricultural Sciences， 2015，43（7）：773-776.
［15］ 李江余，赵强，吴雪琴，等.塑型剂对棉花农艺性状及产量品质的影响［J］.新疆农业科学，2022，59（10）：2352-2357.
LI Jiangyu， ZHAO Qiang， WU Xueqin，et al. Effects of plasticizers on agronomic characters， yield and quality of cotton ［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2022，59（10）：2352-2357.
［16］ 阚家强，刘玉，周治国，等. 蕾铃脱落对棉花果枝叶光合产物积累及“源”潜力的影响 ［J］. 中国农业科学， 2023， 56 （9）： 1658-1669.
KAN Jiaqiang， LIU Yu， ZHOU Zhiguo，et al. Effects of boll shedding on photosynthetic product accumulation and \"source\" potential of cotton fruit ［J］. Chinese Journal of Agricultural Sciences， 2023， 56 （9）： 1658-1669.
［17］ 邓忠，翟国亮，王晓森，等.灌溉和施氮策略对滴灌施肥棉花蕾铃脱落的影响［J］.灌溉排水学报，2017，36（8）：1-6.
DENG Zhong， ZHAI Guoliang， WANG Xiaosen，et al. Effects of irrigation and nitrogen application strategies on boll shedding of cotton with drip irrigation ［J］. Journal of Irrigation and Drainage， 2017，36（8）：1-6.
［18］ 柯会锋，苏红梅，孙正文，等.棉花现代品种资源产量与纤维品质性状鉴定及分子标记评价［J］. 作物学报， 2024，50（2）：280-293.
KE Huifeng， SU Hongmei， SUN Wenzhong et al. Identification and molecular marker evaluation of yield and fiber quality traits of cotton modern variety resources ［J］. Crop Journal， 2024， 50（2）：280-293.
［19］ 王博然，赵书珍，万素梅，等.不同果枝类型陆地棉品种产量性状与品质性状的比较研究［J］.山东农业科学，2022，54（12）：45-50.
WANG Boran， ZHAO Shuzhen， WAN Sumei， et al. Comparative study on yield and quality traits of upland cotton varieties with different fruit branch types ［J］. Shandong Agricultural Sciences， 2022，54 （12） ： 45-50.
［20］ 喻树迅，范术丽，王寒涛，等.中国棉花高产育种研究进展［J］.中国农业科学，2016，49（18）：3465-3476.
YU Shuxun， FAN Shuli， WANG Hantao，et al. Research progress of cotton breeding for high yield in China ［J］. China Agricultural Sciences， 2016，49（18）：3465-3476.
Comprehensive evaluation of basic agronomic traits and
yield components of 245 Gossypium hirsutum L. varieties
CUI Yujiang1，GONG Zhaolong2，WANG Junduo2，ZHENG Juyun2，
SANG Zhiwei1，YANG Ni2，LIANG Yajun2，LI Xueyuan2，QU Yanying1
（1.College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China；2. Institute of Economic Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China）
Abstract：【Objective】 Through the analysis and research on the agronomic traits and yield structure of 245 upland cotton varieties， the relationship between the traits was clarified， and the varieties with excellent comprehensive traits were selected.【Methods】 The 11 traits were comprehensively evaluated by variability analysis， correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis.【Results】 The results showed that the variation coefficient of seed cotton yield of 245 upland cotton varieties was the highest （12.79%）， and the number of fruit branches was the lowest （3.61%）.The lowest number of fruit branches was 3.61%.The seed cotton yield was significantly positively correlated with the height of the first fruit branch， the number of fruit nodes， the number of bolls per plant， the number of bolls per branch and the number of bolls per plant.Five principal components were extracted by principal component analysis， with a cumulative contribution rate of 78.44%.Among them， PC1 is a boll-forming factor， PC2 is a plant type factor， PC3 is a boll weight factor， PC4 is a lint factor， and PC5 is a fruit branch factor ; the materials were divided into five categories by cluster analysis.There were 55 materials in the first category， 82 materials in the second category， 12 materials in the third category， 7 materials in the fourth category， and 89 materials in the fifth category.【Conclusion】 Branch-bearing bolls and node-bearing bolls are important factors determining cotton yield， which can be further used as selection criteria for improving cottonseed yield of different traits.The large boll varieties represented by C73-27 and Xinluzao 25， and the varieties with excellent comprehensive traits such as Lumian27， Ganmian17 and 18N4 were selected.
Key words：upland cotton ; variety resources ; agronomic traits ; comprehensive evaluation
Fund projects：Autonomous Region Major Science and Technology Special Project \"Cultivation and Technology Demonstration of New Varieties of Machine-harvested Cotton\" （2021A02001）
Correspondence author：LI Xueyuan （1964-） male， from Xinjiang， researcher， master， master s/doctoral supervisor， research direction： upland cotton genetic breeding， （E-mail） xjmh2338 @ 163.com
QU Yanying （1962-） female， from Yantai Shandong， professor， doctor， master s/doctoral supervisor， research direction： cotton genetic breeding， （E-mail） xjyyq5322 @ 126.com
