山西彩色棉的遺傳改良研究進(jìn)展

皇甫張龍，胡曉麗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

彩色棉（Colored cotton）又稱有色棉，是指棉纖維本身就帶有天然顏色的一種棉花[1]。隨著人民生活需求、環(huán)保意識(shí)和健康觀念的不斷提高，彩色棉因其具有天然的顏色，在紡織生產(chǎn)上可以不需要漂白、消毒、染色等過程，減輕了紡織過程對(duì)環(huán)境造成的污染，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，減小了對(duì)身體的危害，成為真正意義上的綠色產(chǎn)品。彩色棉具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的開發(fā)利用前景，必將成為一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)。并且隨著現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，為彩色棉育種的深入研究創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

1 天然彩色棉發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外彩色棉研究始于20 世紀(jì)60 年代末,涉及美國(guó)、蘇聯(lián)、秘魯、法國(guó)、墨西哥、埃及、巴基斯坦等20 多個(gè)國(guó)家。已經(jīng)培育出淡黃、淡紅、淺藍(lán)、深褐、淺灰、米、棕黃、棕、紅棕、紫紅及綠等顏色的棉花[2-3]。但絕大部分彩色棉由于遺傳不穩(wěn)定，變異大，色素不達(dá)標(biāo)，沒有形成登記的品種。目前，已知登記的彩色棉品種有美國(guó)的FOX、BC 和哈薩克斯坦的CPK-1、CPK-2[4]。

我國(guó)于20 世紀(jì)90 年代初開展彩色棉的育種研究，雖起步較晚，但發(fā)展迅速，目前已知我國(guó)培育的彩色棉品種有51 個(gè)（棕色棉33 個(gè)，綠色棉18 個(gè)），已經(jīng)成為彩色棉研究規(guī)模和生產(chǎn)利用量最大的國(guó)家[5]。雖然我國(guó)種植棉花的歷史悠久，但是彩色棉的研究發(fā)展歷程較短。目前在彩色棉研究領(lǐng)域中還存在著一些問題，如：棕絮和綠絮顏色越深，就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量越低、絨長(zhǎng)越短、衣分越低，并且綠色纖維色素遺傳不穩(wěn)定，影響了彩色棉的育種研究進(jìn)程。

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所自1998 年開始進(jìn)行天然彩色棉的遺傳研究，已培育出新的彩色棉品種4 個(gè)。由表1 可以看出，已經(jīng)育成棕色棉品種運(yùn)彩8283[6]、TC-03[7]和綠色棉品種運(yùn)彩3738[8]、運(yùn)彩綠-1[9]，彌補(bǔ)了省內(nèi)空白，同時(shí)也打下了良好的基礎(chǔ)。但是，衣分、絨長(zhǎng)、比強(qiáng)度還有待提高，綠色纖維的馬克隆值偏低，不能達(dá)到紡織工業(yè)要求。

表1 4 個(gè)彩色棉品種性狀比較

2 研究進(jìn)展

2.1 彩色棉種質(zhì)材料的引進(jìn)及創(chuàng)新

目前我國(guó)現(xiàn)有的天然彩色棉種質(zhì)資源一共有178 份，顏色只有棕色和綠色2 種[10-11]。在這178 份天然彩色棉種質(zhì)資源中，陸地棉保存有85 份（包括棕色棉58 份、綠色棉27 份）、海島棉保存有6 份（棕色）、亞洲棉保存有27 份（棕色）、非洲棉保存有2 份（棕色）、陸地棉半野生種（系）保存有58 份（棕色）。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所保存的種質(zhì)資源有2 126 份[12]，其中，天然彩色棉種質(zhì)資源有27 份（棕色棉18 份、綠色棉9 份），包含墨絮、綠絮、紅葉綠絮、雞腳紅葉綠絮、紅葉棕絮、蘇聯(lián)棕絮、棕絮花苞、紫褐陸地棉等。這些材料色澤較深、無亮度，中熟，野生性較強(qiáng)，單株成鈴數(shù)較低，為11.0～15.2 個(gè)；鈴質(zhì)量較小，為3.2～4.0 g；鈴殼厚，衣分較低，為20.9%～28.1%；色澤遺傳不穩(wěn)定，不夠鮮艷，纖維2.5%跨長(zhǎng)在19.2～23.4 mm，比強(qiáng)度為11.6～18.2 cN/tex，馬克隆值為2.4～3.4。

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所不斷征集和引進(jìn)各種新材料、新品種，在不斷研究、純化和改造的基礎(chǔ)上，進(jìn)行選擇和遺傳改良，創(chuàng)制出新的種質(zhì)材料。經(jīng)過改良的24 個(gè)優(yōu)良品系（棕色棉18 個(gè)、綠色棉6 個(gè)）連續(xù)參加2017—2019 年品系比較試驗(yàn)和品系鑒定試驗(yàn)，結(jié)果表明，18 個(gè)棕色棉中，有1 個(gè)品系（運(yùn)彩-17）比對(duì)照石抗126 增產(chǎn)6.2%，皮棉產(chǎn)量接近對(duì)照石抗126 的有9 個(gè)，纖維長(zhǎng)度28.0～29.0 mm，纖維比強(qiáng)度達(dá)到28 cN/tex 以上，馬克隆值偏高，抗枯萎病、耐黃萎病，對(duì)鱗翅目類害蟲達(dá)到抗的有14 個(gè)，纖維色澤遺傳穩(wěn)定，鮮艷美觀，表明棕色棉的遺傳改良獲得了較大的突破；而綠色棉則突破性較小，參加品系比較和品系鑒定試驗(yàn)的6 個(gè)品系，皮棉產(chǎn)量為對(duì)照石抗126 的60%以上，纖維長(zhǎng)度30 mm以上，比強(qiáng)度為25.0～27.0 cN/tex，馬克隆值2.6 以上，抗病蟲，纖維色澤遺傳不穩(wěn)定。

2.2 彩色棉雜種優(yōu)勢(shì)

研究并探索天然彩色棉纖維色澤遺傳的特點(diǎn)及對(duì)其他性狀的影響，有針對(duì)性地選取抗病、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的白色棉品種（系）與之進(jìn)行品種（系）間雜交、遠(yuǎn)緣雜交、復(fù)合雜交、回交轉(zhuǎn)育等。但培育的彩色棉雜交后代（尤其是F1代）分離嚴(yán)重，郭寶德等[13]研究表明，利用半配生殖法可以快速穩(wěn)定遺傳基礎(chǔ)不穩(wěn)定的彩色棉雜種后代。轉(zhuǎn)纖維色澤及其他有利的性狀，在雜交積累優(yōu)良變異的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)選育，針對(duì)目標(biāo)性狀，連續(xù)選擇鑒定、南繁加代，并在不同生態(tài)條件下多向、多點(diǎn)選擇鑒定，符合育種目標(biāo)的優(yōu)株、優(yōu)系送國(guó)家農(nóng)業(yè)部纖維品質(zhì)檢測(cè)中心測(cè)定。

經(jīng)過多年雜交選育出彩色棉新材料——運(yùn)彩雜-1（棕色），其組合來源是K-1×墾棕5 號(hào)，參加2017—2019 年品系比較試驗(yàn)，綜合3 a 調(diào)查結(jié)果，其生育期127 d，單株成鈴12.6 個(gè)，鈴質(zhì)量6.3 g，衣分41.3%，均高于對(duì)照石抗126（分別為12.5 個(gè)、6.2 g、39.9%），籽棉、皮棉產(chǎn)量分別是對(duì)照的112.9%和116.8%，抗棉鈴蟲、抗棉花枯黃萎病，纖維絨長(zhǎng)為27.6 mm，與對(duì)照相當(dāng)，比強(qiáng)度為27.8 cN/tex，高于對(duì)照，顯示出很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。

2.3 生物技術(shù)的應(yīng)用

在彩色棉育種研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改良的彩色棉材料性狀雖有提升，但棕色棉纖維過粗，綠色棉纖維過細(xì)，且成熟度差，強(qiáng)度更差，顯然常規(guī)的選育方法很難再改進(jìn)。

利用日益成熟的生物技術(shù)，將彩色棉中控制棉纖維色彩的基因標(biāo)記并定位，通過轉(zhuǎn)基因的方法，就有可能解決這些問題。目前，彩色棉育種家通過RFLP、RAPD 及SSR 等方法對(duì)彩色棉、彩色棉與親本白色棉之間的DNA 分子差異進(jìn)行了有目的、詳細(xì)的研究。郭江勇等[14]以新彩棉1 號(hào)、新彩棉2 號(hào)和70 多份彩色棉材料為基礎(chǔ)，采用RAPD 標(biāo)記對(duì)彩色棉品種之間分子標(biāo)記遺傳差異進(jìn)行研究。張美冬等[15]利用RAPD 對(duì)12 個(gè)來源不同的彩色棉資源進(jìn)行了多態(tài)性分析，結(jié)果表明，不同的彩色棉品種間有較大的遺傳差異，種質(zhì)間的差異與材料來源存在一定的相關(guān)性。馬軒等[16]利用SSR 技術(shù)建立了18 個(gè)彩色棉品系的DNA 指紋圖譜，并進(jìn)行了聚類分析，都在一定程度上分析了品種間的系譜，并推斷是否具有相同的血緣關(guān)系。吳立強(qiáng)等[17]采用SSR分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)62 份穩(wěn)定彩色棉新品系進(jìn)行了品系之間的變異分析，結(jié)果得出，一類是通過種質(zhì)資源間的系統(tǒng)選育所獲得，另一類是通過雜交選育獲得。凌磊等[18]和詹少華[19]利用SRAP 技術(shù)分析了彩色棉的遺傳多樣性，檢測(cè)其在分子水平上的差異，為培育彩色棉新品種提供了一定的依據(jù)。

3 結(jié)語

彩色棉育種不同于白棉品種選育，彩色棉纖維特別是綠色棉纖維色素在沉積形成過程中很不穩(wěn)定，要消耗大量的能量，必然對(duì)纖維產(chǎn)量和纖維品質(zhì)有所影響。因此，纖維的色度與產(chǎn)量和纖維品質(zhì)存在著遺傳負(fù)相關(guān)。李永山等[20-21]研究表明，彩色棉的纖維色澤（棕色和綠色）是受不完全顯性基因所控制與支配的。目前通過培育，纖維色澤越深，彩色棉的絨長(zhǎng)、衣分越趨向于彩色棉親本；反之,纖維色澤越淺，彩色棉的絨長(zhǎng)、衣分越趨向于白色棉親本。打破或降低這種負(fù)相關(guān)的可能性是存在的，關(guān)鍵是親本的選擇和選育技術(shù)的改進(jìn)。通過遺傳學(xué)方法研究棉花纖維遺傳變異原因，利用生物技術(shù)等手段進(jìn)行定點(diǎn)標(biāo)記，來穩(wěn)定纖維色素，并有可能找到除棕色和綠色之外的色素，期待培育出顏色豐富、色澤穩(wěn)定的彩色棉新品種（系）。