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Phenotypic Trait Analysis and Comprehensive Evaluation of Upland Cotton in Hubei Province
XIEYuxin, WANGJiayi, FENGZhen, LIFeifei, ZHAOShuqi, LILibei
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (12) : 68-77.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Phenotypic Trait Analysis and Comprehensive Evaluation of Upland Cotton in Hubei Province
Given the unclear objectives of coordinated improvement for early maturity, high yield and superior quality, and the absence of quantitative standards for elite parent selection in the Hubei cotton industry, this study aims to systematically analyze the variation characteristics and evolutionary trends of major phenotypic traits in upland cotton varieties from Hubei Province, and to screen germplasm resources with superior comprehensive performance, thereby supporting breeding innovation in the Yangtze river region. A total of 114 upland cotton varieties approved for release in Hubei Province from 2001 to 2023 were used as experimental materials. Eleven phenotypic traits, including plant height, number of fruiting branches, boll number, boll weight, lint yield, and fiber quality traits, were measured. Descriptive statistics, correlation analysis, cluster analysis, and principal component analysis were employed for comprehensive evaluation. The results showed that yield-related traits exhibited large variation ranges, with coefficients of variation for boll number, boll weight, and lint yield ranging from 7.25% to 23.98%, indicating high potential for breeding improvement. In contrast, fiber quality traits, such as fiber length and fiber strength, showed relatively low coefficients of variation (4.21%-8.02%), reflecting high genetic stability. With the advancement of breeding periods, phenotypic traits exhibited clear evolutionary trends, characterized by increased lint yield, reduced plant height and number of fruiting branches, shortened growth period, and gradual improvement in fiber quality. Based on cluster analysis, the 114 varieties were classified into three groups, among which Group III showed the best overall performance in both yield and quality. Principal component analysis extracted three principal components with a cumulative contribution rate of 67.44%. Based on the comprehensive evaluation model, 10 superior germplasm lines were selected from mid- and late-maturing varieties, and 5 superior germplasm lines were identified from early-maturing varieties. This study demonstrated that upland cotton varieties in Hubei Province exhibited continuous improvement potential in yield-related traits while maintaining stable fiber quality, and that comprehensive phenotypic evaluation was effective for identifying elite parental lines. The research findings provided a theoretical basis and elite germplasm resources for the synergistic breeding of early-maturing, high-yield and high-quality cotton varieties in the Yangtze river region.
upland cotton / phenotypic diversity / genetic diversity / varietal evolution / principal component analysis / cluster analysis / breeding utilization
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赵树琪, 闫振华, 张华崇, 等. 湖北省黄冈市棉花产业发展的现状、存在问题及对策[J]. 中国棉花, 2024, 51(9):44-48.
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卢秀茹, 贾肖月, 牛佳慧. 中国棉花产业发展现状及展望[J]. 中国农业科学, 2018, 51(1):26-36.
棉花是中国种植业生产中产业链最长的大田经济作物，其商品率高达95%以上，但棉花产业尚存在许多不足之处，需要涉棉企业、棉农、科技人员、学者进一步关注，如自主种业、品牌培育、清洁生产、统防统治、贸易依存度、产业安全、规模经济、产业组织等因素影响中国棉花的产业竞争力和可持续发展。中国棉花种植以新疆、黄河流域、长江流域为主，其中新疆棉花产量占全国产量的67%，已形成规模化和机械化种植，而长江、黄河流域仍以小规模种植为主，没有充分发挥新型经营主体的带动作用，无法形成规模化种植和机械化生产，且缺乏集棉花生产、加工、销售为一体的综合数据平台，在棉花的专业化服务、全程服务和托管式服务方面仅有数家。中国棉花产业未来发展方向和目标应是提升棉田生产规模化、机械化、智能化、信息化、服务社会化水平，研发轻简化生产技术使棉农有尊严快乐植棉，降低生产成本，解决谁来种地的问题，掌控棉花产业链条的主动权。文中从棉花产业链的供求角度出发，阐述了中国棉花种植面积和总产量大幅减少、产业布局上新疆一枝独秀、国内消费有所降低但供求形势有所好转、进口量长期大于出口量和纺织业优势递减的发展现状，分析了中国棉花产业在生产环节、产业布局、组织管理、平台建设等方面存在的问题，借鉴美国和澳大利亚在棉花品种、生产技术、机械化和国家政策的种植经验和发展优势，结合中国供给侧结构改革的政策背景，从培育棉花新品种、研发轻简化和机械化新技术、投入农机设备、优化品种品质和区域布局、科学防治病虫害提高棉花质量、制定棉花目标价格制度、提高棉花生产保险额度、加大对棉农、棉商、农机制造商、纺织企业、出口商等的补贴力度和政策保障力度、发挥产学研优势和棉花协会功能、构建产供销一体化平台、完善棉花供需调控体系、建设现代植棉业服务体系、借助“一带一路”契机带动棉花和纺织业走出国门等多个层面提出相应的对策建议，从而刺激国内有效供给，尽快实现中国棉花产业供需平衡。最后，对中国棉花产业进行展望，将“三去一降一补”应用于棉花产业，并顺应全球棉花去库存的格局，未来两年棉价将有所上涨。
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杨涛, 黄雅婕, 李生梅, 等. 海岛棉种质资源表型性状的遗传多样性分析及综合评价[J]. 中国农业科学, 2021, 54(12):2499-2509.
【目的】研究海岛棉种质表型性状的遗传多样性关系及筛选优异性状的海岛棉种质,为海岛棉优异性状深入研究提供理论基础。【方法】以175份海岛棉12个表型性状进行遗传多样性分析;主成分分析、权重和利用隶属函数产生综合评价值D进行海岛棉种质资源综合评价。【结果】表型性状变异范围在6.40%—28.10%,海岛棉类型较丰富;海岛棉资源遗传多样性指数为1.97—2.05,各性状间遗传多样性指数差异较小,国内外海岛棉资源遗传多样性无显著性差异（P＞0.05）,在国内,新疆与疆外海岛棉资源遗传多样性存在显著差异（P＜0.05）。主成分分析将12个表型性状转换为3个综合因子,贡献率分别为49.34%、18.03%和10.63%,累计贡献率为78.00%,第一主成分荷载较大为株高、始节数、始节高、有效果枝数、铃数、有效铃数、单株籽棉重和单株皮棉重,代表生长及有效产量因子;第二主成分荷载较大为衣分、单铃籽棉重和单铃皮棉重,代表单铃产量因子;第三主成分荷载较大为蕾铃脱落数,代表蕾铃脱落因子;海岛棉资源统计分析发现国内外极端种质差异不大,表现中等的海岛棉资源材料国内较多,在国内,疆外极端种质所占比例较高,新疆与疆外中间型种质差异较小;通过聚类分析将175份海岛棉资源分为4个类群,Ⅰ类群是矮秆、低产的较差种质;Ⅱ类群是高衣分、单株皮棉重较高的潜在增产种质;Ⅲ类群是综合性状较好的优异种质;Ⅳ类群低重心、衣分较高的极端特殊种质,综合评价筛选到综合性状较优的2个品种：XH30和270;利用逐步回归筛选到海岛棉种质评价的5个关键性指标（株高、始节高、果枝数、单铃皮棉重和单株籽棉重）。【结论】参试海岛棉种质资源类型较丰富但遗传多样性较差;株高、果枝数、衣分和单株皮棉重在各基因型中呈正态分布,其余性状呈偏态分布;参试种质分为4个类群;株高、始节高、果枝数、单铃皮棉重和单株籽棉重5个指标可作为海岛棉种质评价的关键性指标。
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赵春江. 植物表型组学大数据及其研究进展[J]. 农业大数据学报, 2019, 1(2):5-18.
植物表型组学通过集成自动化平台装备和信息化技术手段,获取多尺度、多生境、多源异构植物表型海量数据,形成植物表型组学大数据,从组学高度系统深入地挖掘“基因型-表型-环境型”内在关系、全面揭示特定生物性状的形成机制,将极大地促进功能基因组学、作物分子育种与高效栽培的进程。本文概括了植物表型组学大数据的发展背景、含义、产生过程和特点,系统综述了植物表型组学大数据研究进展,包括植物表型数据获取与解析、植物表型组大数据管理及建库技术、表型性状预测和基于表型组的多重组学分析的进展;从植物表型数据采集标准、多样化表型配套设施和低成本表型设备研发、开放共享植物表型组大数据平台构建、表型大数据融合与挖掘理论方法、植物表型组学协同共享和互作机制五个方面探讨了当前植物表型组学大数据研究与应用中面临的问题和挑战;最后从加强植物表型组技术体系设计与标准研究、植物表型-环境感知机理研究和智能化设备研发、植物表型组大数据建设以及人才队伍和协作网络建设四个方面提出具体建议。
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周济,
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江川, 朱业宝, 陈立喆, 等. 新引进140份粳稻资源表型性状的多样性分析及综合评价[J]. 福建农业学报, 2024, 39(10):1130-1139.
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唐雪文, 张书宁, 邓杰, 等. 糯玉米自交系种质资源遗传多样性分析及综合评价[J]. 种子, 2025, 44(2):177-183.
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姚祝芳, 张雄坚, 杨义伶, 等. 177份甘薯地方资源表型性状的遗传多样性分析[J]. 作物学报, 2022, 48(9):2228-2241.
种质资源的遗传多样性是新品种选育的基础。甘薯地方品种具有很多优异的基因, 但是很多性状未能得到利用。为有效利用我国甘薯地方资源的遗传多样性, 分析不同时期收集的甘薯地方资源表型上的差异。本研究分析了177份甘薯地方品种资源。结果表明, 11个表型性状的多样性指数(H')在0.42~2.08之间, 3个数量性状的变异系数(CV)在18.40%~46.83%之间, 大部分性状表现出丰富的遗传多样性。以11个性状为基础的聚类分析将177份甘薯地方资源分为2个类群。主成分分析结果表明, 2000—2009年和2010—2019年收集的甘薯资源主要分布在Cluster 3和Cluster 4, 另外3个时期收集的资源则分布相对分散。相关性分析的结果表明, 各性状之间并不是相互独立的, 而是彼此相互关联。不同时期收集的甘薯地方资源在表型上具有显著差异。在不同的收集时期, “薯皮色、薯肉色、茎直径、最长蔓长、基部分枝”在11个性状中变化最大。在描述型性状上, 5个阶段收集的占比最多的资源的薯肉色以“白肉、黄肉、淡黄肉、桔黄肉、淡黄肉”在变化。在数量性状上, 2010—2019年阶段的茎直径显著缩小, 基部分枝性状在5个时期呈增加趋势, 最长蔓长在2000年后显著变短。本研究为甘薯种质资源的保护和利用提供了重要的参考依据。
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王朝欢, 游宇, 张珍珍, 等. 120份花生种质资源农艺性状及晚斑病抗性鉴定与评价[J]. 植物遗传资源学报, 2024, 25(12):2149-2159.
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于沐, 杨海棠, 胡延岭, 等. 基于主成分分析和聚类分析的花生主要表型性状综合评价[J]. 作物研究, 2024, 38(3):183-192.
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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.
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周泽, 伍壮生, 高芳华, 等. 海南地方小米椒种质资源表型多样性分析[J]. 种子, 2025, 44(4):197-203.
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杨延龙, 马志刚, 吾买尔江·库尔班, 等. 189份引进棉花种质资源农艺性状与品质性状的遗传多样性分析[J]. 新疆农业科学, 2022, 59(12):2870-2878.
【目的】 分析研究189份引进棉花种质资源农艺性状与品质性状的遗传多样性,为新疆棉花育种及创新种质资源提供资源基础。 【方法】 选取引进的189份棉花种质资源的6个农艺性状和5个纤维品质性状,进行遗传多样性、相关性、主成分和聚类分析,鉴定、筛选优良性状的棉花种质资源材料。【结果】 189份棉花种质在农艺性状与品质性状上均表现出丰富的遗传多样性,6个农艺性状的变异系数在4.669%~11.877%,平均为8.712 %;5个品质性状的变异系数在1.369%~9.311%,平均为6.136%。各性状间表现出较为复杂的相关关系,同步改良棉花关键性状指标有难度;主成分分析将11个性状简化为4个主成分,累计贡献率达72.740%,各主成分反映生育期、株高等生物学特征与单铃重、衣分、上半部平均长度、马克隆值等经济性状之间的相互关系,各性状协同配合有利于各性状的同步提高。将189份棉花种质资源进行系统聚类,在遗传距离为10.0时所有材料被划分为 7个类群,各类群性状特征差异明显。【结果】 189份棉花种质资源第Ⅲ类群、第Ⅵ类群和第Ⅶ类群中马克隆值的均值分别为4.17、4.03和4.08,均达到A级标准。
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李航, 刘丽, 黄乾, 等. 棉花种质资源萌发期耐盐性鉴定及筛选[J]. 作物学报, 2024, 50(5):1147-1157.
种子萌发期是对盐分较敏感的时期, 测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L<sup>-1 </sup>NaCl处理, 对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析, 结果显示盐胁迫下各个性状较对照均存在显著差异; 使用主成分分析、隶属函数分析对棉花种质耐盐性进行综合评价; 对综合评价值D值进行聚类分析, 根据D值的大小将629份种质资源分成5类: 188份耐盐中间型材料、376份耐盐型材料、36份高耐盐型材料、28份盐敏感型材料、1份高盐敏感型材料; 通过逐步回归分析建立棉花萌发期耐盐性评价预测模型: D = 0.277RFW+0.29RGP+0.189RPL+0.387RGR-0.32 (R<sup>2</sup>=0.992), 筛选出鲜重、下胚轴长、发芽势和发芽率4个指标可作为棉花萌发期耐盐性鉴定的指标。本研究建立了一套精准、高效的耐盐性鉴定体系, 筛选到36份高耐盐材料和1份高敏感材料, 为棉花耐盐机制研究和培育耐盐新品种提供参考。
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董承光, 王娟, 周小凤, 等. 基于表型性状的陆地棉种质资源遗传多样性分析[J]. 植物遗传资源学报, 2016, 17(3):438-446.
通过田间性状观测，室内考种分析及纤维品质检测，对来自我国各棉区及国外各类型的429份陆地棉优异种质进行连续2年2点15个表型性状的鉴定及综合评价。结果表明：15个表型性状中始节高、单株铃数和果枝始节位的变异系数最大；各性状的平均遗传多样性指数较高为2.02；主成分分析确立了3类影响因子，表明陆地棉品种选育应集中在纤维品质优良（尤其纤维长度和比强度要高）、高衣分和株铃数多的品种；聚类分析将所有材料分为十类群，其中第一大类群占供试材料总数的76.9%，各类群间性状差异明显，聚类结果与材料的地理来源之间没有直接的关系。
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尚红燕, 普静, 柯会锋, 等. 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.
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。
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王秀秀, 邢爱双, 杨茹, 等. 陆地棉种质资源表型性状综合评价[J]. 中国农业科学, 2022, 55(6):1082-1094.
【目的】鉴定分析陆地棉种质的纤维品质、产量和早熟等性状,筛选综合评价指标,建立可靠的综合评价模型,为陆地棉品种选育提供理论支撑。【方法】以来源广泛的630份陆地棉种质为材料,在中国3个主要植棉区的8个环境下,对17个表型性状进行鉴定,使用R包“lme4”对表型性状数据进行最佳线性无偏估计（best linear unbiased prediction,BLUP）,并用于后续分析。综合运用相关分析、主成分分析、隶属函数法、聚类分析和逐步回归等方法对陆地棉种质进行综合评价。【结果】陆地棉种质群体具有较高的遗传多样性,不同性状的多样性指数为1.961—2.084,并且存在明显的区域特异性。该群体的铃数、伸长率、纺纱均匀性指数和短绒率具有较大变异,纤维长度、纤维强度和生育期性状的变异较小。相关分析表明,多数性状间存在显著或极显著相关性,部分纤维品质性状之间存在极强相关性。通过主成分分析,将17个性状转换为6个独立的综合指标,其贡献率为5.860%—31.044%,累积贡献率达到82.642%。主成分分析可以很好地将该陆地棉群体的纤维品质性状、产量性状和农艺性状进行分类。利用隶属函数法计算表型综合值（F值）,17个性状的表型值与F值均显著相关。发现F值高的材料（均值为0.668）的产量性状（铃数、单铃重、衣分和子指）和纤维品质性状（纤维长度、纤维整齐度、纤维强度、纺纱均匀性指数、短绒率和马克隆值）显著优于F值低的材料（均值为0.396）,并且具有植株较高和生育期较长的特点。通过逐步回归建立了8个性状（铃数、吐絮期、单铃重、开花期、衣分、株高、果枝始节和纺纱均匀性指数）作为自变量的回归方程。基于F值进行系统聚类,将630份陆地棉种质划分为4类,第Ⅰ类为纤维品质优质型,包含118份材料;第Ⅱ类丰产型包含250份材料;第Ⅲ类为早熟型,包含51份材料;第Ⅳ类材料的表型介于第Ⅱ类和第Ⅲ类之间。最终筛选出23份纤维品质优良材料和135份高产材料,可提供育种和生产应用。【结论】陆地棉表型性状存在地理来源特异性;采用多元统计分析方法综合评价陆地棉种质是可行的;630份陆地棉种质可被分划为4种类型（优质型、丰产型、早熟型和其他型）。
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李玉姗, 肖菁, 马越, 等. 169份番茄种质资源表型性状遗传多样性分析及综合评价[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18):3671-3687.
【目的】分析来自世界各地的栽培番茄和野生种质资源表型遗传多样性，并进行聚类分析和口感表现综合评价，筛选特异、优质的番茄资源，为番茄优异基因挖掘及番茄育种提供种质和理论支撑。【方法】以国内外收集的169份番茄资源为研究对象，测定全生育期38个表型性状，通过遗传多样性指数、主成分分析、权重、系统聚类、隶属函数等多元统计分析方法，对番茄种质表型进行遗传多样性分析、聚类分析及口感综合评价。【结果】169份番茄表型性状变异系数在18%—368%、遗传多样性指数在0.036—2.302，遗传多样性指数>1的性状有26个，其中成熟果色的遗传多样性指数最高（2.302），说明本研究中的169份番茄类型多样、遗传多样性丰富。相关性分析表明株高较高、单花序花数多、果实小的番茄糖酸比更高。主成分分析表明16个表型性状（单果重、心室数、果肩形状、果肩棱沟、商品果纵横径、糖酸比、可溶性固形物、木栓化大小、生长习性、株高、第二花序节位、花序类型、成熟果色、花序花数、株型）对资源变异的贡献率比较大，可作为聚类分析的主要指标；聚类分析结果表明：169 份番茄资源在欧氏距离5.0处划分为10大类群，第Ⅰ、Ⅱ类群为奇斯曼尼番茄，第Ⅲ、Ⅹ类群为不同果实大小的直立番茄，第Ⅳ、Ⅴ类群为无限生长的普通大果型番茄，第Ⅵ类群是直立型的大果番茄，第Ⅶ、Ⅷ类群多为樱桃番茄、少部分醋栗番茄，第Ⅸ类群为有限生长型的大果番茄。利用隶属函数法和权重对番茄果实口感风味进行综合评价，根据综合评价D值排名筛选了10份风味甜酸、口感好的醋栗番茄、樱桃番茄，5份口感甜、肉质沙软的大果番茄资源。【结论】研究结果明确了169份番茄种质资源表型特异性和丰富的遗传多样性，聚类分析筛选出各类群特异的番茄资源，利用果实口感相关指标筛选了表现较好的樱桃番茄和普通大果番茄资源，可为优异番茄资源的遗传改良提供参考，并为新品种选育提供物质基础。
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【目的】探究新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性,发掘特异种质资源和与纤维品质相关的优异等位变异。【方法】以219份新疆早熟陆地棉种质资源为材料,在3个环境下对此群体的15个农艺性状进行鉴定,用128对简单序列重复（Simple sequence repeat,SSR）引物对该群体进行基因型鉴定,使用NTsys-pc2.1进行遗传多样性分析,用Structure 2.3.1和Tassel 5.0对此群体纤维品质性状进行关联分析, 依据表型效应值挖掘携带优异等位变异的典型材料。【结果】128对标记在219份资源材料群体中共扩增出244个位点,平均每个标记扩增出1.91个位点;多态信息含量范围为0.13~0.86,平均为0.63;此群体材料间遗传相似性系数分布范围为0.42~0.99,平均为0.61,遗传相似系数在0.5~0.7的占90.19%。通过关联分析检测到11个与纤维品质性状显著关联的标记（P<0.01）,发掘出7个携带特异等位变异的典型材料。【结论】219份新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性低,基于SSR关联分析发掘了一些与纤维品质性状相关的优异等位变异及典型材料。
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