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摘要：利用生产上大面积推广种植的陆地棉中221和品质优良的海岛棉栽培品系海1杂交，并与陆地棉中221回交再连续自交，结合SSR分子标记技术建立一套具有陆地棉背景并渐渗有海岛棉基因的染色体片段代换系。试验对BC4F4株行的产量及纤维品质相关性状进行表型主成分分析，结果表明：其产量性状间、纤维品质性状间存在难以调和的矛盾，产量性状与品质相关性状之间的遗传相关通过铃重与棉纤维长度的关系体现出来。
关键词：海岛棉；染色体片段代换系；产量性状；纤维品质性状；主成分分析
中图分类号：S562.035.3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）01-0019-04
棉花是最古老的农作物之一，自有农业以来，就有了棉花[1]。棉花的进化受环境、自然选择和人工选择共同作用的影响。我国的陆地棉（GossypiumhirsutumL.）品种自20世纪20年代第1次引种到现在拥有自主转Bt基因抗虫棉品种，已经历了7次换种过程。虽然我国棉花育种已取得较为显著的成绩，但棉花品质与国际相比还存在差距。我国陆地棉主栽品种纤维长度集中分布在27～29mm，品种数量占94%左右，而在此纤维长度范围内的棉花品种还存在比强度较美棉偏低1～2cN/tex的问题[2]。棉花品质类型单一，纤维比强度不足，难以满足纺织工业的多种需求，国内一些棉纺织企业高价从国外进口棉花，以满足纺高档棉纱的要求[3]。
陆地棉和海岛棉（G.bardadenseL.）均为四倍体棉化，目前在世界上广泛栽培。陆地棉产量高、适应性广，其种植面积约占世界棉花种植面积的96%以上。海岛棉高抗枯黄萎病，纤维品质优良，是特种织物和高支纱不可或缺的原料。建立以生产上大面积推广的陆地棉栽培种为遗传背景且含有海岛棉染色体片段的代换系，对于海岛棉优异基因的充分开发和陆地棉栽培种基因型的充分拓宽具有重要意义。
1材料与方法
1.1试验材料
试验所用的亲本材料：受体亲本陆地棉中221（国审棉2003002，中棉所45）和供体亲本海岛棉栽培品系海1，均取自中国农科院棉花研究所。如表1所示，中221产量高，但纤维品质和抗黄萎病性能一般；海1具有显性无腺体性状，纤维品质较好，高抗黄萎病，种子棉酚含量低，目标性状突出，但产量较低。
1.3田间主要农艺性状的调查、室内考种及纤维品质测定
对BC4F4进行常规田间调查，包括生育期、株高、果枝数、单株铃数。调查方法：从每行第3株开始连续调查正常生长的10株（无铃的单株不调查）。根据田间调查淘汰较差株行，保留优行。较优株行内取样，混收30个铃，送农业部棉花品质监督检验测试中心（HVICC）进行衣分、铃重、籽指等产量构成因素和纤维品质的测定。株行产量按霜前花和霜后花分别计产。
1.4表型数据的统计分析
家系和单株的产量、纤维品质相关数据的基本整理在Excel上进行。用SAS9.1对BC4F4的纤维品质和产量相关性状进行表型主成分分析。
2结果与分析
利用SAS9.1计算两个世代单株籽棉产量、单株皮棉产量和纤维品质性状的相关矩阵的特征根及其相应的特征根向量，从产量和纤维品质主成分分析中分别选取3个特征根，其对产量和棉纤维品质的累计贡献率均在90.0%以上，可作为棉花产量和纤维品质性状的主成分。
2.1产量相关性状表型主成分分析
BC4F4世代株行产量相关性状表型主成分分析（表2、表3）表明：单株铃数、铃重及衣分对棉花产量的累计贡献率为100.0%，前两个主成分的累计贡献率达70.39%。第一主成分累计贡献率为38.41%，特征根为1.1523，主要影响棉花铃重和单株铃数，可看成是棉铃的联合因子，即第一主成分越大，单株铃数也越多，铃重越小；第二主成分累计贡献率为70.39%，特征根为0.9595，主要影响衣分，可以看成是衣分因子，即第二主成分越大，衣分越大。
2.2棉纤维品质性状表型主成分分析
BC4F4世代株行纤维品质表型主成分分析（表4、表5）表明：5个纤维品质相关性状对棉纤维品质的累计贡献率为100.0%。根据各主成分相应的特征向量各分量的绝对值和符号，第一主成分累计贡献率为54.25%，主要影响纤维强度、伸长率和纤维长度，可看成是纤维强度和伸长率的联合因子，即第一主成分越大，纤维强度也越强，长度越大，但纤维伸长率越小；第二个主成分累计贡献率为81.48%，主要影响棉纤维马克隆值和纤维长度，可看成是马克隆值和长度的联合因子，即第二主成分越大，马克隆值也越大，纤维长度变短；第三个主成分主要影响纤维伸长率和纤维整齐度，可看成是纤维伸长率和纤维整齐度的联合因子，即第三个主成分越大，纤维伸长率越大，纤维整齐度越低，其累计贡献率为91.08%；第四、第五个主成分因子分别影响纤维伸长率和纤维强度，可分别成为伸长率因子和强度因子。
3结论与讨论
BC4F4世代的产量相关性状主成分分析显示：单株铃数、铃重、衣分是棉花产量的主要相关性状。第一个主成分累计贡献率占三分之一以上，主要影响单株铃数和铃重，两者间呈遗传负相关。棉花单株产量要取得高产，必须平衡两者间的关系，才能使单株籽棉产量达到最大值。育种实践中，可以加大对第一个主成分的选择，同时兼顾第二个和第三个主成分的选择，从而选择出高产量的棉花新品种。
BC4F4世代棉纤维品质性状的表型主成分分析表明：伸长率与纤维断裂比强度、纤维长度呈遗传负相关，与整齐度呈遗传正相关；马克隆值与纤维长度呈遗传负相关。棉纤维品质的5个相关性状间存在难以调和的矛盾，彼此间存在或多或少的遗传相关关系，或是抑制，或是促进。所以，在棉花品质育种中，应注意5个纤维品质性状的协调发展，使其之间的矛盾最小化，提高育种效率。
BC4F4世代产量性状与纤维品质性状的表型主成分分析表明：第一、二主成分为棉纤维品质因子，主要影响棉花纤维品质，其累计贡献率为56.30%；第三、四、五主成分为棉花产量因子，主要影响棉花产量，其累计贡献率为88.75%。在育种实践中，低世代可以根据棉纤维品质进行单株选择，高世代可以结合单株铃数和铃重，选择高产量的单株。
综合BC4F4世代株行单株产量及纤维品质主成分分析，产量性状间、品质性状间及产量性状与品质性状间的遗传相关，在育种实践中起到了很大的作用。长期的人工选择，造成了棉花遗传基础狭窄、实际生产中可利用材料少之又少，很大程度上限制了棉花产量和纤维品质的进一步提高。基因突变或诱变很难在种质资源创新上取得突破性进展。利用现有的生物技术将海岛棉中的有益基因，尤其是优良的纤维品质基因转化到陆地棉栽培品种中，对于拓宽陆地棉的遗传背景，创造棉花新种质具有重要意义。因此，开发以陆地棉栽培种为遗传背景且含有海岛棉优异纤维品质和高抗病基因的染色体片段代换系，对棉花种质资源库的丰富具有重要意义。
参考文献：
[1]
康乐.利用水稻选择导入系对产量及其相关性状进行遗传剖析[D].北京：中国农业科学院，2008.
[2]熊发前，唐荣华，陈忠良，等.目标起始密码子多态性（SCoT）：一种基于翻译起始位点的目的基因标记新技术[J].分子植物育种，2009，7（3）：635-638.
[3]西蒙古良НГ，萨夫林АН，穆哈米德汉诺夫CP.棉花遗传育种和良种繁育[M].北京：农业出版社，1986，91.
[4]喻树迅，魏晓文，赵新华，等.中国棉花生产与科技发展[J].棉花学报，2000，12（6）：327-329.
[5]袁有禄，张天真，郭旺珍，等.棉花高品质纤维性状的主基因与多基因遗传分析[J].遗传学报，2002，29（9）：827-834.
[6]张西岭.我国棉花品种现状及存在问题与对策[J].中国棉花，2010，37（6）：2-4.
[7]孙宪印，吴科，钱兆国.黄淮冬麦区北片水地组供试小麦品种（系）主要品质形状的主成分分析和聚类分析[J].山东农业科学，2006，1：24-26.
[8]王彩洁，李连华，李伟.大豆品种产量和主要性状的主成分分析[J].山东农业科学，2008，1：5-6.
关键词：海岛棉；染色体片段代换系；产量性状；纤维品质性状；主成分分析
中图分类号：S562.035.3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）01-0019-04
棉花是最古老的农作物之一，自有农业以来，就有了棉花[1]。棉花的进化受环境、自然选择和人工选择共同作用的影响。我国的陆地棉（GossypiumhirsutumL.）品种自20世纪20年代第1次引种到现在拥有自主转Bt基因抗虫棉品种，已经历了7次换种过程。虽然我国棉花育种已取得较为显著的成绩，但棉花品质与国际相比还存在差距。我国陆地棉主栽品种纤维长度集中分布在27～29mm，品种数量占94%左右，而在此纤维长度范围内的棉花品种还存在比强度较美棉偏低1～2cN/tex的问题[2]。棉花品质类型单一，纤维比强度不足，难以满足纺织工业的多种需求，国内一些棉纺织企业高价从国外进口棉花，以满足纺高档棉纱的要求[3]。
陆地棉和海岛棉（G.bardadenseL.）均为四倍体棉化，目前在世界上广泛栽培。陆地棉产量高、适应性广，其种植面积约占世界棉花种植面积的96%以上。海岛棉高抗枯黄萎病，纤维品质优良，是特种织物和高支纱不可或缺的原料。建立以生产上大面积推广的陆地棉栽培种为遗传背景且含有海岛棉染色体片段的代换系，对于海岛棉优异基因的充分开发和陆地棉栽培种基因型的充分拓宽具有重要意义。
1材料与方法
1.1试验材料
试验所用的亲本材料：受体亲本陆地棉中221（国审棉2003002，中棉所45）和供体亲本海岛棉栽培品系海1，均取自中国农科院棉花研究所。如表1所示，中221产量高，但纤维品质和抗黄萎病性能一般；海1具有显性无腺体性状，纤维品质较好，高抗黄萎病，种子棉酚含量低，目标性状突出，但产量较低。
1.3田间主要农艺性状的调查、室内考种及纤维品质测定
对BC4F4进行常规田间调查，包括生育期、株高、果枝数、单株铃数。调查方法：从每行第3株开始连续调查正常生长的10株（无铃的单株不调查）。根据田间调查淘汰较差株行，保留优行。较优株行内取样，混收30个铃，送农业部棉花品质监督检验测试中心（HVICC）进行衣分、铃重、籽指等产量构成因素和纤维品质的测定。株行产量按霜前花和霜后花分别计产。
1.4表型数据的统计分析
家系和单株的产量、纤维品质相关数据的基本整理在Excel上进行。用SAS9.1对BC4F4的纤维品质和产量相关性状进行表型主成分分析。
2结果与分析
利用SAS9.1计算两个世代单株籽棉产量、单株皮棉产量和纤维品质性状的相关矩阵的特征根及其相应的特征根向量，从产量和纤维品质主成分分析中分别选取3个特征根，其对产量和棉纤维品质的累计贡献率均在90.0%以上，可作为棉花产量和纤维品质性状的主成分。
2.1产量相关性状表型主成分分析
BC4F4世代株行产量相关性状表型主成分分析（表2、表3）表明：单株铃数、铃重及衣分对棉花产量的累计贡献率为100.0%，前两个主成分的累计贡献率达70.39%。第一主成分累计贡献率为38.41%，特征根为1.1523，主要影响棉花铃重和单株铃数，可看成是棉铃的联合因子，即第一主成分越大，单株铃数也越多，铃重越小；第二主成分累计贡献率为70.39%，特征根为0.9595，主要影响衣分，可以看成是衣分因子，即第二主成分越大，衣分越大。
2.2棉纤维品质性状表型主成分分析
BC4F4世代株行纤维品质表型主成分分析（表4、表5）表明：5个纤维品质相关性状对棉纤维品质的累计贡献率为100.0%。根据各主成分相应的特征向量各分量的绝对值和符号，第一主成分累计贡献率为54.25%，主要影响纤维强度、伸长率和纤维长度，可看成是纤维强度和伸长率的联合因子，即第一主成分越大，纤维强度也越强，长度越大，但纤维伸长率越小；第二个主成分累计贡献率为81.48%，主要影响棉纤维马克隆值和纤维长度，可看成是马克隆值和长度的联合因子，即第二主成分越大，马克隆值也越大，纤维长度变短；第三个主成分主要影响纤维伸长率和纤维整齐度，可看成是纤维伸长率和纤维整齐度的联合因子，即第三个主成分越大，纤维伸长率越大，纤维整齐度越低，其累计贡献率为91.08%；第四、第五个主成分因子分别影响纤维伸长率和纤维强度，可分别成为伸长率因子和强度因子。
3结论与讨论
BC4F4世代的产量相关性状主成分分析显示：单株铃数、铃重、衣分是棉花产量的主要相关性状。第一个主成分累计贡献率占三分之一以上，主要影响单株铃数和铃重，两者间呈遗传负相关。棉花单株产量要取得高产，必须平衡两者间的关系，才能使单株籽棉产量达到最大值。育种实践中，可以加大对第一个主成分的选择，同时兼顾第二个和第三个主成分的选择，从而选择出高产量的棉花新品种。
BC4F4世代棉纤维品质性状的表型主成分分析表明：伸长率与纤维断裂比强度、纤维长度呈遗传负相关，与整齐度呈遗传正相关；马克隆值与纤维长度呈遗传负相关。棉纤维品质的5个相关性状间存在难以调和的矛盾，彼此间存在或多或少的遗传相关关系，或是抑制，或是促进。所以，在棉花品质育种中，应注意5个纤维品质性状的协调发展，使其之间的矛盾最小化，提高育种效率。
BC4F4世代产量性状与纤维品质性状的表型主成分分析表明：第一、二主成分为棉纤维品质因子，主要影响棉花纤维品质，其累计贡献率为56.30%；第三、四、五主成分为棉花产量因子，主要影响棉花产量，其累计贡献率为88.75%。在育种实践中，低世代可以根据棉纤维品质进行单株选择，高世代可以结合单株铃数和铃重，选择高产量的单株。
综合BC4F4世代株行单株产量及纤维品质主成分分析，产量性状间、品质性状间及产量性状与品质性状间的遗传相关，在育种实践中起到了很大的作用。长期的人工选择，造成了棉花遗传基础狭窄、实际生产中可利用材料少之又少，很大程度上限制了棉花产量和纤维品质的进一步提高。基因突变或诱变很难在种质资源创新上取得突破性进展。利用现有的生物技术将海岛棉中的有益基因，尤其是优良的纤维品质基因转化到陆地棉栽培品种中，对于拓宽陆地棉的遗传背景，创造棉花新种质具有重要意义。因此，开发以陆地棉栽培种为遗传背景且含有海岛棉优异纤维品质和高抗病基因的染色体片段代换系，对棉花种质资源库的丰富具有重要意义。
参考文献：
[1]
康乐.利用水稻选择导入系对产量及其相关性状进行遗传剖析[D].北京：中国农业科学院，2008.
[2]熊发前，唐荣华，陈忠良，等.目标起始密码子多态性（SCoT）：一种基于翻译起始位点的目的基因标记新技术[J].分子植物育种，2009，7（3）：635-638.
[3]西蒙古良НГ，萨夫林АН，穆哈米德汉诺夫CP.棉花遗传育种和良种繁育[M].北京：农业出版社，1986，91.
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[6]张西岭.我国棉花品种现状及存在问题与对策[J].中国棉花，2010，37（6）：2-4.
[7]孙宪印，吴科，钱兆国.黄淮冬麦区北片水地组供试小麦品种（系）主要品质形状的主成分分析和聚类分析[J].山东农业科学，2006，1：24-26.
[8]王彩洁，李连华，李伟.大豆品种产量和主要性状的主成分分析[J].山东农业科学，2008，1：5-6.