棉花特異種質(zhì)材料的選育研究

冀麗霞，郭寶德，雷偉，楊芬

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

棉花特異種質(zhì)材料的選育研究

冀麗霞，郭寶德，雷偉，楊芬

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

棉花野生種、半野生種具有多種多樣的特異性狀，可以直接改良陸地棉品種。通過棉花遠(yuǎn)緣雜交將野生種的優(yōu)質(zhì)基因?qū)朐耘喾N陸地棉中，從其后代中篩選出目標(biāo)性狀的遠(yuǎn)緣雜交后代，并運(yùn)用棉花半配合生殖技術(shù)，快速穩(wěn)定這些后代材料，以克服遠(yuǎn)雜后代的瘋狂分離，進(jìn)而選育出綜合性狀優(yōu)良的新種質(zhì)材料。

野生種；遠(yuǎn)緣雜交；半配合；種質(zhì)材料

種質(zhì)資源是育種的物質(zhì)基礎(chǔ)，充分應(yīng)用種質(zhì)資源的各種優(yōu)良性狀進(jìn)行重新組合，選育綜合性狀優(yōu)異的目標(biāo)品種，是育種家追求的目的[1]。棉花野生種、半野生種具有多種多樣的特異性狀，如抗干旱、耐鹽堿、抗病蟲、抗寒、種子無酚、細(xì)胞質(zhì)雄性不育以及纖維細(xì)強(qiáng)等潛在特性，可以直接改良陸地棉品種[2]。通過遠(yuǎn)緣雜交有可能把不同種所固有的有益性狀進(jìn)行重新組合，創(chuàng)造出近緣雜交所無法得到的優(yōu)異特性，為選育具有突破性的新品種和新種質(zhì)開創(chuàng)了新途徑[3]。

利用遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)將蘊(yùn)藏于棉屬野生種中的有益性狀轉(zhuǎn)移到陸地棉等栽培品種中，是豐富棉花育種材料遺傳基礎(chǔ)的重要途徑。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所通過棉花遠(yuǎn)緣雜交將野生棉種的優(yōu)質(zhì)基因?qū)朐耘喾N陸地棉中，從其后代中篩選鑒定出目標(biāo)性狀的遠(yuǎn)緣雜交后代，并運(yùn)用棉花半配合生殖技術(shù)，快速穩(wěn)定這些后代材料，以克服遠(yuǎn)雜后代的瘋狂分離，進(jìn)而選育出綜合性狀優(yōu)良的新種質(zhì)材料。

1 試驗(yàn)方法

1.1 通過組織培養(yǎng)和染色體加倍獲得遠(yuǎn)緣雜交后代

（1）雜交花的去雄授粉及隔離方法：與品種間雜交相同，注意母本株保持健壯，通風(fēng)透光好，只用中部果枝的花授粉，并除去多余蕾，使?fàn)I養(yǎng)集中供應(yīng)雜交鈴。

（2）對(duì)雜交鈴施用植物激素：分別用GA3（50mg／L）、NAA（40mg／L）的水溶液滴（噴）入雜交鈴的苞葉內(nèi)側(cè)，每天1次，每次用1種藥，交替使用，先用GA3，各滴5次，1 mL藥液用于5個(gè)雜交鈴。

（3）從授粉當(dāng)天下午開始，幼胚離體培養(yǎng)及試管內(nèi)染色體加倍：采用修改后的white培養(yǎng)基（1934），將pH值從5.6改為7，可以改善試管苗的發(fā)育狀況并避免其根系變黑；將培養(yǎng)基內(nèi)加入秋水仙堿，濃度為10 mg／L，同時(shí)進(jìn)行染色體加倍。授粉后40～45 d采鈴，在無菌條件下剖開鈴皮剝出幼胚，接入試管內(nèi)培養(yǎng)基上，在28～30℃附加照明條件的培養(yǎng)間內(nèi)培養(yǎng)。

（4）試管苗移栽：培養(yǎng)20 d左右試管苗長(zhǎng)出2～3片真葉時(shí)即可移栽。

（5）F1植株的培育條件：移栽成活后，供試的絕大多數(shù)組合即可獲得可育的開花成株，可育株率可達(dá)25%～100%。少數(shù)種間雜交組合采用上述技術(shù)仍難恢復(fù)育性時(shí)，可采用輔助措施，將F1枝條嫁接到陸地棉上進(jìn)行調(diào)養(yǎng)，并給予短日涼夜條件，嫁接株的育性可以達(dá)到一定程度的恢復(fù)。

1.2 運(yùn)用半配合育種方法快速穩(wěn)定遠(yuǎn)緣雜交后代

棉花遠(yuǎn)緣雜交后代具有瘋狂分離的特性。為盡快獲得穩(wěn)定的棉花新品系，用半配合材料vsg作母本，用遠(yuǎn)緣雜交可育低代材料作父本進(jìn)行雜交，由于VSG具有半配合生殖（Semigamy）特性，F(xiàn)1一般出現(xiàn)10%左右的單倍體，其中有父本型單倍體、母本型單倍體和父母型嵌合的嵌合體[4]。

單倍體一般都生長(zhǎng)緩慢、瘦弱，因此，在生長(zhǎng)過程中要加強(qiáng)水肥管理，改善生長(zhǎng)發(fā)育條件，為了擴(kuò)大單倍體的群體和改善單倍體的營(yíng)養(yǎng)狀況，可采用嫁接的方法，用轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作親本的雜交一代植株作砧木，用單倍體的幼芽作接穗進(jìn)行嫁接，由于F1具有明顯的雜種優(yōu)勢(shì)，水分及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，生理代謝也較旺盛，嫁接后的單倍體可以得到比原來單倍體母體植株上更為充足的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，生長(zhǎng)健壯，有利于染色體的加倍。

選擇父本型的單倍體，進(jìn)行染色體加倍，可獲得父本型純合二倍體，染色體加倍方法有兩種：幼苗加倍和枝條加倍。幼苗加倍：將單倍體幼苗的頂尖浸入0.03～0.05秋水仙堿溶液6 h，環(huán)境溫度23～26℃。枝條加倍：將單倍體幼嫩枝條的生長(zhǎng)點(diǎn)浸0.03%～0.05%秋水仙堿加5%二甲基亞砜溶液12～24 h，環(huán)境溫度28～30℃。

1.3 雜交育種技術(shù)

為了進(jìn)一步提高遠(yuǎn)緣雜交后代的育性及改善后代的主要經(jīng)濟(jì)性狀，采用成對(duì)雜交、復(fù)合雜交、修飾回交、自交等雜交方式，以抗蚜蟲、抗枯萎、抗黃萎、早熟、長(zhǎng)絨、高衣分、優(yōu)質(zhì)等為育種目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)性狀連續(xù)對(duì)雜交后代進(jìn)行定向選擇、鑒定[5]。為提高遠(yuǎn)緣雜種后代育性、擴(kuò)大雜種群體規(guī)模、增加選擇機(jī)會(huì)和控制雜種的變異趨勢(shì)，1999年起我們用父本連續(xù)2次回交轉(zhuǎn)育，F(xiàn)4和F5是種間雜交種分離最強(qiáng)烈的世代，各種性狀都可能表現(xiàn)出來，自F4連續(xù)11代定向選擇與鑒定。為加快育種進(jìn)程，冬季海南加代。

2 研究結(jié)果

棉屬野生種由于在長(zhǎng)期不利條件下的自然選擇，都帶有陸地棉所沒有的優(yōu)異性狀[6]，如抗病蟲性、抗旱性、抗寒性以及優(yōu)質(zhì)性等，這些棉種在生產(chǎn)上不能直接利用，但將這些特異性狀導(dǎo)入到陸地棉中，可能會(huì)選育出對(duì)育種有作用的育種材料[7]。

2.1 新種質(zhì)材料的選育

我們主要以棉屬野生種作父本與陸地棉雜交的6個(gè)組合為原始材料開展研究，經(jīng)過連續(xù)多年的雜交—培育—選擇—鑒定—繁殖，已選育出87份各具不同優(yōu)異性狀的新種質(zhì)材料。各種性狀經(jīng)連續(xù)多年的測(cè)定，統(tǒng)計(jì)分析基本穩(wěn)定，已被省內(nèi)外部分科研育種單位引用。見表1。

表1 以棉屬野生種作父本與陸地棉雜交的6個(gè)組合

2.1.1 抗病種質(zhì)材料

從陸地棉×瑟伯氏棉、陸地棉×墨西哥半野生棉、陸地棉×亞洲棉的雜種后代中選出抗黃萎病種質(zhì)系12份（BZ101-BZ112），抗枯萎病種質(zhì)系7份（BZ202-BZ208）。這些材料經(jīng)山西省農(nóng)科院植保所以及本所病圃鑒定，枯萎病指在3.7～7.6，黃萎病指7.8～13.4，同時(shí)產(chǎn)量及其他經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)均較好。

2.1.2 抗蟲種質(zhì)材料

經(jīng)連續(xù)多年定向選擇，從陸地棉×亞洲棉、陸地棉×異常棉、陸地棉×瑟伯氏棉等的雜交后代中選出了抗棉鈴蟲材料14個(gè)(BZ301～BZ314)，抗棉蚜材料11份(BZ401～BZ411)，抗級(jí)均在Ⅰ～Ⅱ級(jí)，其中部分種質(zhì)系兼有抗病、纖維品質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)。

2.1.3 高衣分種質(zhì)材料

衣分是形成皮棉產(chǎn)量的重要因素之一，經(jīng)連續(xù)選擇，從陸地棉與瑟伯氏棉、異常棉、比克氏棉、墨西哥半野生棉的雜種后代中選出高衣分材料15份(BZ801～BZ815)，衣分達(dá)到45%～48.7%，其中BZ801、BZ806、BZ808、BZ809等新種質(zhì)系兼有較強(qiáng)的抗枯黃萎病性，綜合性狀較好。

2.1.4 高比強(qiáng)度種質(zhì)材料

從陸地棉×瑟伯氏棉、陸地棉×異常棉、陸地棉×比克氏棉的雜交后代中篩選出種質(zhì)系18個(gè)(BZ601～BZ618)，比強(qiáng)度24.0～29.6 cN·tex-1，不僅纖維強(qiáng)度和細(xì)度顯著優(yōu)于目前生產(chǎn)推廣種，而且在早熟性、豐產(chǎn)性等方面也接近或超過生產(chǎn)推廣品種，

2.1.5 長(zhǎng)絨種質(zhì)材料

從陸地棉×瑟伯氏棉、陸地棉×異常棉、陸地棉×斯托提棉的雜交后代中篩選出2.5%跨長(zhǎng)35.0～38.5 mm、比強(qiáng)度19.1～23.1 cN·tex-1的長(zhǎng)絨種質(zhì)系25份（BZ701-BZ725）。這些新種質(zhì)系不僅有較長(zhǎng)的纖維，而且鈴重、衣分、早熟性均超過了目前我國(guó)生產(chǎn)上推廣的海島棉型長(zhǎng)絨棉。

2.1.6 抗旱種質(zhì)材料

從陸地棉×亞洲棉、陸地棉×瑟伯氏棉、陸地棉×異常棉、陸地棉×墨西哥半野生棉的114份雜交后代中，在人工氣候室、旱棚、人工控制灌水的試驗(yàn)田，省旱塬地區(qū)連續(xù)定向選擇鑒定，結(jié)合室內(nèi)生理、生化分析，篩選出抗旱新種質(zhì)系5份(BZ501～BZ505)，抗旱性均超過了抗旱對(duì)照品種。

2.1.7 特早熟種質(zhì)材料

早熟性是我國(guó)棉花復(fù)播棉區(qū)和北方特早熟棉區(qū)獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的主要性狀，我們從陸地棉與亞洲棉、瑟伯氏棉的雜種后代中經(jīng)連續(xù)選擇，創(chuàng)造出特早熟種質(zhì)系BZ901、BZ902、BZ903和BZ903，生育期100～115 d (榆次地區(qū))。

2.2 新種質(zhì)材料的利用

我們選育出的部分新種質(zhì)材料已通過過山西省品種審定委員會(huì)審定，目前正在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

2.2.1 晉棉21號(hào)

該品種為陸地棉、異常棉、色伯氏棉的雜種后代，主要特征特性為早熟、豐產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)健壯。生育期在太原地區(qū)130 d左右，平均產(chǎn)皮棉904.5 kg/hm2，比對(duì)照晉棉6號(hào)增產(chǎn)11.3%。經(jīng)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定結(jié)果∶平均2.5%跨長(zhǎng)31.03 mm，整齊度52.86%，比強(qiáng)度25.35 cN·tex-1，伸長(zhǎng)率7.83%，麥克隆值4.22。經(jīng)國(guó)家指定單位中國(guó)農(nóng)科院植保所鑒定∶抗棉鈴蟲2級(jí)，抗蚜蟲2～3級(jí)。經(jīng)省指定單位山西農(nóng)科院棉花所鑒定∶抗棉苗根病病指12.7，反應(yīng)型(R)屬抗?？箍菸〔≈?.9，反應(yīng)型(R)屬抗，抗黃萎病病指4.0，反應(yīng)型(HR)屬高抗。

2.2.2 晉棉27號(hào)

該品種為陸地棉、比克氏棉、色伯氏的雜種后代，具有早熟、抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等特點(diǎn)。經(jīng)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)測(cè)試中心測(cè)定，2.5%跨長(zhǎng)29.1 mm，整齊度51.0%，比強(qiáng)度25.7 g/tex，伸長(zhǎng)率8.3%，馬克隆值4.5，生育期在太原為120～130 d?？箍菸≈?.3，抗黃萎病指4.6，抗棉苗根病指18.1。平均產(chǎn)皮棉928.5 kg/hm2，比對(duì)照晉棉10號(hào)增產(chǎn)13.4%。

2.2.3 晉棉34號(hào)

該品種是陸地棉、異常棉、色伯氏棉的雜種后代，是一個(gè)抗蟲棉品種。棉鈴蟲發(fā)生高峰期分別對(duì)13個(gè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，晉棉34號(hào)二代棉鈴蟲百株幼蟲平均11頭，對(duì)照晉棉21號(hào)(非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉)為40頭，比對(duì)照減少71.3%。百株被害蕾晉棉34號(hào)為460個(gè)，對(duì)照晉棉21號(hào)為240個(gè)，比對(duì)照減少72.4%，達(dá)到高抗水平。

2.2.4 DH966長(zhǎng)絨棉

該品種為栽培種陸地棉和色伯氏棉的雜種后代。經(jīng)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)測(cè)試中心測(cè)定結(jié)果平均：纖維長(zhǎng)度34.2 mm，整齊度85.7%，比強(qiáng)度34.25 CN/tex，伸長(zhǎng)率7.2%，馬克隆值3.9?？共¤b定結(jié)果：枯萎病病指8.1，反應(yīng)型為“抗”。黃萎病病指30.4，反應(yīng)型“耐”?？剐约捌焚|(zhì)指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)家中長(zhǎng)絨育種指標(biāo)。

2.2.5 晉棉51號(hào)

該抗蚜蟲棉花新品種是陸地棉和異常棉的雜種后代。全身具有密集的灰白色茸毛，因此具有突出的抗蚜效果，晉棉51號(hào)苗蚜期蚜害指數(shù)26.25，比對(duì)照減少30.14，抗級(jí)為Ⅰ級(jí)；恢復(fù)期蚜害指數(shù)為15.6，比對(duì)照減少67.84，抗級(jí)為Ⅰ級(jí)；伏蚜期蚜害指數(shù)26.1，比對(duì)照減少41.22，抗級(jí)為Ⅰ級(jí)。

3 討論與結(jié)論

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展及生活水平的提高，我國(guó)對(duì)棉纖維的數(shù)量和質(zhì)量有較高的需求，遺傳基礎(chǔ)的狹窄已成為限制育種突破和發(fā)展的主要因素[8]。為選育某些具有特殊性狀并有突破性的優(yōu)良品種，必須拓寬種質(zhì)資源的來源，棉花遠(yuǎn)緣雜交可以將野生棉或半野生棉的優(yōu)質(zhì)纖維、抗病蟲或抗逆性等優(yōu)良性狀轉(zhuǎn)移到高產(chǎn)常規(guī)陸地棉中，可有效地促進(jìn)種及屬間的基因交流，與種內(nèi)雜交相比，它可以產(chǎn)生更不尋常的變異，甚至創(chuàng)造出自然界前所未有的新種質(zhì)。

通過近年來的研究，我們發(fā)現(xiàn)棉屬野生種質(zhì)具有的有益基因或性狀同時(shí)并存好多種。如我們對(duì)瑟伯氏棉的研究，除證明其具有能改善纖維品質(zhì)的潛在基因外，還發(fā)現(xiàn)具有抗枯、抗黃萎病和抗棉鈴蟲的潛在基因。又如我們發(fā)現(xiàn)異常棉，不但具有如前人揭示的具有抗旱的基因，而且還有抗棉鈴蟲、抗蚜蟲和高衣分、長(zhǎng)絨基因，以及亞洲棉不但具有抗旱的基因，而且還有一定的抗蚜蟲、抗枯萎病、特早熟的基因。國(guó)內(nèi)外對(duì)棉屬不同種的生理、生化及各種特征特性遺傳規(guī)律的研究還較少，可能還有許多可利用的性狀未被發(fā)現(xiàn)，有待研究者進(jìn)一步去開拓和發(fā)現(xiàn)。

陸地棉與野生棉雜交的后代材料往往伴隨出現(xiàn)陸地棉的不利性狀，如晚熟、結(jié)鈴性差、鈴小、衣分低、產(chǎn)量不高等，需要和陸地棉的優(yōu)良品種進(jìn)行復(fù)合雜交、回交、自交等，并進(jìn)行定向選擇，雖然不利性狀能得到改善，但真正具有野生棉的抗蟲、抗病、抗旱和纖維優(yōu)質(zhì)等特性的變異類型概率是很小的。只有經(jīng)過細(xì)心的選擇和較全面的鑒定篩選才能獲得所需的材料。

[1]潘家駒.棉花育種學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998：5-7.

[2]梁正蘭.棉花遠(yuǎn)緣雜交的遺傳與育種[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1999：16-18.

[3]王坤波，黎紹惠.陸地棉野生種系引種簡(jiǎn)報(bào)[J].作物品種資源，1995（2）：40-42.

[4]馬惠爾·甘利切克著，李賢柱等譯.野生棉與栽培棉[M].農(nóng)業(yè)出版社，1985.

[5]胡紹安.野生棉種質(zhì)培育在育種中的應(yīng)用[J].棉花學(xué)報(bào)，1989，1（1）：9-11.

[6]王坤波譯.棉花半配特性及其應(yīng)用研究[J].國(guó)外農(nóng)學(xué)—棉花，1987（1）：1-7.

[7]胡紹安.棉屬野生種與栽培種雜交雜種F遺傳性狀及細(xì)胞學(xué)研究[J].棉花學(xué)報(bào)，1991，3(1)：21-26.

[8]胡紹安.棉屬野生種質(zhì)的利用研究[J].作物品種資源，1994(3):22-23.

1005-2690（2017）08-0136-03

S562

B

2017-05-23）

冀麗霞（1975-），女，山西平遙人，碩士，助理研究員，主要從事棉花遺傳育種工作。