为了那片“花海”——记中国农业科学院棉花研究所袁有禄研究员

本刊记者 游小叶

为了那片“花海”
——记中国农业科学院棉花研究所袁有禄研究员

本刊记者 游小叶

专家档案：

袁有禄，1967年10月生，四川简阳人，博士，研究员，博士研究生导师，安阳市市管优秀专家，安阳市劳动模范，中国农业科学院棉花研究所生物技术研究室主任，棉花分子育种课题组组长。负责的分子育种课题被安阳市团委授予青年文明号。1990年于北京农业大学作物遗传育种专业本科毕业，2000年获得南京农业大学作物遗传育种专业博士学位。

“叫它庄稼，五谷中没有它；叫它花，万花丛中没有它。但它实在比所有的花朵都更温暖，更深情。”洁白的棉花为人们送去了温暖，也赢得了人们最衷心的赞美。

作为中国农业科学院棉花研究所生物技术研究室主任、棉花分子育种课题组组长，袁有禄博士对棉花情有独钟。他爱棉花的朴实无华，更爱棉花的温暖裹挟，他要把这份温暖传给全天下。

20年来，袁有禄将自己的大部分时间都放在了棉花育种研究工作上，为他钟爱的棉花事业贡献了一份力量。

棉花育种 意义重大

作为我国重要的经济作物，棉花是关系到国计民生的重要物资。我国已有两千多年的植棉历史，是世界棉花生产、消费和贸易大国。

在长期的生产实践中，棉花优良品种的推广对棉花生产的可持续发展发挥了重要作用。近半个世纪以来，棉花育种新技术使我国棉花品种实现了从无到有、从低水平到跻身世界先进行列的跨越式发展。自20世纪50年代以来，我国先后进行了6次品种更换，每次更换使棉花单产提高10%左右，纤维品质、抗病性和早熟性持续提高，为我国棉花生产作出了巨大贡献。

然而，现实的问题是，尽管我国棉花生产取得了一定的成绩，但是要满足我国纺织工业快速发展的需求，解决棉花生产中出现的新问题，并参与国际竞争，我国棉花育种领域仍然存在着诸多需要攻克的难题。

大胆实践 创新育种

袁有禄对棉花育种事业怀着一腔深沉的爱。从棉苗出土、放苗到定苗、收获，在棉花育种试验地，人们总能见到他的身影。他查看棉花的长势，细数每一株棉花有几个蕾、结几个桃，观察棉花的吐絮情况，然后在记录本上详细地做着记录。他利用棉花分子育种技术，在海岛棉优异基因的渐渗转育，陆地棉优质基因的QTL定位及分子设计聚合育种等方面均取得了开拓性成果。

挖掘海岛棉优异性状基因

海岛棉具有纤维品质好，纤维长、强、细，抗黄萎病等优点，如何有效地将存在于海岛棉中的优异性状基因转移到高产的陆地棉中，是一项具有重要意义的工作。因此，袁有禄主持的课题研究得到了国家“973”计划项目、中央级公益性科研院所基本科研业务专项的支持。

实际上，棉花等农作物的重要性状大多数是数量性状，对数量性状的遗传基础进行研究具有重要的理论和实践意义。传统的遗传学通常把数量性状作为一个整体来进行研究，难以鉴定单个数量性状基因座位(QTL)。分子标记技术的发展为研究QTL提供了新的工具,利用高密度的分子标记连锁图可以把控制数量性状的多基因系统分解为单个孟德尔因子,并确定其在染色体上的位置和效应。QTL定位通常通过分离群体进行,目前常用的分离群体有F2/F2：3、BC1、DH和RIL等。利用这些群体进行QTL定位时,由于数量性状的复杂性以及分离群体遗传背景的复杂性,QTL定位往往难以取得令人满意的结果。

首先，企业的资金结构不合理，地方性债务较为严重。目前，我国很多国有企业在经营过程中市场变化能力较弱，并且很多产品处于产业链的中低区段，经营模式过于粗糙。并且大型国有企业在进行投资时，多数偏重于大规模的投资，主要依靠银行贷款来进行融资，这就容易导致企业的资产负债杠杆率较大[2]。

染色体片段代换系(Chromosome Segment Substitution Lines, CSSLs)又叫导入系(Introgression lines,ILs),是在相同的遗传背景中导入供体亲本的染色体片段。染色体片段代换系与其受体亲本之间只有代换片段的差异,如果代换系中只含有一个来自供体亲本的染色体片段则称为单片段代换系(Single Segment Substitution Lines, SSSLs)。单片段代换系与其受体亲本之间只存在一个已知代换片段的差异,其它遗传背景与受体亲本完全一致，消除了遗传背景的干扰,有利于QTL的分析。

不少学者利用单片段代换系材料对水稻的许多QTL进行了鉴定和精细定位，并克隆了一些重要性状的QTL，因此，单片段代换系是进行基因分析，特别是QTL分析的理想材料，建立一套单片段代换系,不仅可以挖掘和利用新的基因资源,大大提高QTL定位的准确性和精确性,而且使基因鉴定、基因定位、克隆、分子标记辅助选择和育种这些不连续的环节紧密联系在一起,还可以实现植物分子育种从个别基因利用到基因组的综合开发利用的跨越式发展,同时为基因聚合育种工程积累丰富的基因资源。

当时，通过高代回交Q T L（Advanced Backcross QTL, AB-QTL）分析法渐渗海岛棉基因入陆地棉的研究已有报道(Lacape 等，2005）。在此基础上，进一步培育棉花染色体单片段代换系材料尚未见报道。为此，袁有禄带领研究团队对不同陆海高代回交群体中中棉所36×海1的BC5F32660个单株和中棉所45×海1BC4F32320个单株进行了产量、纤维品质等性状的综合评价，按照每个家系从中选择5个单株，各选择出665个和580个单株，把入选的单株种植成株行，调查产量、纤维品质等表型性状，并进行了评价；完成了140个渐渗有多个片段的代换系的回交和101个渐渗1-2个片段的代换系的自交。对2010年从（中棉所36×海1）BC5F3、(中棉所45×海1)BC4F3回交群体获得的140个代换片段数>3的代换系进行进一步回交，以期获得更多的片段数更少、片段更小的染色体片段代换系。这些材料为进一步海岛棉优异纤维品质性状的稳定的QTL或基因的挖掘、海岛棉纤维品质的遗传基础的深入剖析、优质高产品种的创制理论的研究准备了丰富的基础材料。

探索陆地棉优质纤维品质性状基因

棉纤维是重要的纺织工业原料。我国自育棉花品种的纤维品质比较适合纺40支以下的中、低档棉纱，纤维品质中等，基本能满足当前纺织工业的要求，但由于绒长类型单一，纤维强度偏低，纤维较粗，缺少纺40支以上的高档纱的棉花，尤其缺少纺60支以上高档纱及多种档次的需求。随着纺织部门引入喷气纺、气流纺等高效快速的纺纱技术，以及人民群众对衣着要求的普遍提高，进入WTO以后，我国的棉花市场将更加开放，国际竞争趋于激烈，对棉花品质结构提出了更高的要求。

赴印度棉花考察（右一）

在保证现有品种的产量并有所提高的前提下，对纤维品质的选择应从以下几个方面考虑：（1）重点选育纤维比强度高于现有品种2cN/tex，达到28 30c N/t e x，纤维长度27~29m m，马克隆值3.7~4.5的新品种。（2）重点选育纤维长度31~33mm，比强度31~ 34cN/tex，马克隆值3.7~4.2，纤维

可纺中高支纱（60~80支）的新品种。（3）产量较高，纤维长度25~27mm，

袁有禄带领课题组深入挖掘来自优异纤维品质材料0-153（四川农业大学培育）及新陆早24（新疆康地公司培育）中与品质性状有关的QTL(数量性状位点)。以大面积推广的陆地棉品种中棉所41选系SGK9708和具有高比强纤维基因的陆地棉优异品系0-153为亲本构建了196个家系的陆地棉重组自交系（F6:8），进行了4年6试点10环境的田间试验，并对3个产量性状和5个纤维品质性状进行了测定。利用400个SSR标记位点构建了一个包括54个连锁群，总长1260.68cM，约占棉花总基因组的28.33%，标记间的平均距离为3.15cM的陆地棉种内遗传连锁图谱。利用复合区间作图法分别对10个环境下的产量与纤维品质性状进行QTL作图，共得到78个能在至少3个环境下检测到的QTL，其中2个位于Chr13的衣分性状主效QTL（qLP-2-2, qLP-2-3），1个位于Chr7的子指性状QTL（qSI-9-1），2个分别位于Chr7和Chr25的纤维长度主效QTL（qFL-1-1和qFL-9-2）和3个分别位于Chr7和Chr25上的纤维强度QTL（qFS-1-2, qFS-1-4和qFS-9-5）在8个以上的环境表现稳定且可以解释较大的表型变异（>10%），这些Q T L可在棉花分子辅助育种中显著提高相关产量与品质性状的选择效率。

为挖掘高比强材料新陆早24优异纤维品质基因，袁有禄与课题组以高品质中长绒棉品种新陆早24号为父本，转基因抗虫棉常规品种鲁棉研28号(群体Ⅰ)和高产、优质棉花新品种冀棉516为母本(群体Ⅱ)，构建两个F2和F2：3分离群体，以鲁棉研28号和新路早24群体构建适合的遗传连锁图谱，利用复合区间作图法进行QTL定位，并将纤维强度的主效QTL在另一个群体中进行验证，该研究为分子标记辅助选择育种奠定了基础。利用7638对SSR引物筛选鲁棉研28号×新路早24间多态性，共获得225对多态性引物，对F2单株DNA进行扩增，获得238个标记位点，利用Joinmap3.0构建遗传连锁图谱（LOD值7.0），185个标记位点构建了包含44个连锁群，总长为1509.38c M的遗传图谱。利用WinQTLCartographer2.5的复合区间作图法，定位纤维品质相关性状QTL，共检测到14个纤维品质性状QTLs，纤维强度的1个主效QTL（qFS-6-2）在群体Ⅰ和Ⅱ中得到验证，在两个世代均稳定检测到，为分子标记辅助育种奠定了基础。

袁有禄（左一）在中棉所60示范田

中棉所70成功纺60支纱

中棉所70成功纺80支纱

此外，他们还大力开展优异纤维品质材料的主效Q T L位点的聚合研究，以2个品种（系）T G41和s G K156以及3个纤维品质优异的种质系7235、HS427-10和0-153为亲本，配制了(s G K156×H S427-10)×(0-1 5 3×7 2 3 5)、(T G 4 1×H S 4 2 7-10)×(0-153×7235)和(sGK156×0-153)×(sGK156×HS427-10)3套组合的双交F1及F2群体，并利用纤维强度相关的4个不同QTLs的SSR标记进行分子标记辅助选择。证实了此项研究所配制的群体材料世代低，遗传背景复杂，大多QTLs处于杂合状态，仍然检测出了单个QTL位点及QTL位点聚合的显著遗传效应，明确了育种低世代基因型大多杂合的群体在基因效应研究中仍然可以利用。表明有必要培育多个基因聚合并纯合的高代重组自交系材料，进一步研究多基因聚合的遗传效应。

棉花纤维品质相关功能基因的克隆与验证也是袁有禄研究的重点，其研究结果是，高强和低强材料在相邻时间点之间的差异表达基因分别为3712个和6114个，主要分布在15-20DPA，占总差异表达基因的51.51%和77.76%。两个材料的纤维发育过程是不同步的，高强材料的伸长时间较长，次生壁合成开始较晚；调节氧化还原相关基因可能会影响纤维细胞的伸长，其表达较低时会导致纤维伸长停止并开始次生壁合成；一些次生代谢途径如类苯基丙烷、类黄酮、谷氨酸盐等的合成可能对棉纤维次生壁的合成和纤维强度影响较大；棉纤维强度的差异是多基因共同调控的结果，除了已发现的与细胞壁合成、次生代谢转录调控等基因外，其他调控因子如信号转导途径、转录后调控等因素都有可能影响纤维强度的形成。分子设计聚合育种

袁有禄（前排右三）与研究团队在一起

袁有禄所带领的课题组还深入开展了分子标记辅助选择、转基因新材料快速转育利用研究，通过将分子标记技术和转基因技术与常规育种技术有机结合，探索了棉花分子标记辅助聚合育种新方法，在国内达到领先水平。在转基因抗虫优质杂交棉新材料创制方面取得了较大的突破；培育了高产抗虫棉中棉所60新品种，优质抗虫转基因杂交棉中棉所70和中棉所78。

中棉所60（审定原代号：s G K中156）属转基因抗虫常规棉品种，是以转基因抗虫棉sGK9708（中棉所41）优系为母本，与优质材料53选系为父本杂交，F1再与中棉所12辐射高代材料杂交，后经单株选择测定品质，培育出遗传稳定的转基因抗虫棉新品系sGK中156。其综合表现为：茎杆粗壮、叶大、叶色深，生长势强，抗逆性好，不早衰；果枝较长、果节短，株型好，结铃性强，成铃集中；铃大、衣分高，纤维品质好，增产潜力大。2006~2007年冀中南春播棉组区域试验两年平均皮棉、霜前皮棉产量分别为1587、1507.5公斤／公顷，分别比对照增产18.3%和21.65%，2010年在河北永年、冀州、吴桥、山东武城、山西临猗、天津宁河、陕西大荔等地试种示范表现突出，产量高。

中棉所70（原代号：MB4608）以双价转基因（Bt+CpTI）抗虫棉新品系sGK中156为母本，陆地棉常规优质系901-001为父本配制成的F1杂交种，在不同生态区都表现出纤维品质突出、早熟、抗病、高产、适应性广，2007年获得农业部颁发的《农业转基因生物安全证书（生产应用）》[农基安证字（2007）第119号]。同时，研究团队首次开展中棉所自育优质棉品种的大规模纺纱试验，中棉所70纤维品质突出，显著优于对照229，同时还具有纺高支纱潜力，其强力最小值也明显高于229。6试点棉样都可纺40、60、80支纱，且生产出的40、60、80支纱的纱强力都比229纱要高。说明中棉所70具有纺高支纱潜力，这为提高其原棉的附加值提供了理论基础。目前，该品种已经成功转让湖南隆平高科亚华棉油种业有限公司，并由该公司独家经营。

此外，他们培育的中棉所78不但在抗虫抗病方面表现良好，其纤维品质也非常优异。2007、2008、2009年，经农业部棉花品质监督检验测试中心测定(HVICC)：纤维上半部平均长度31.6/31.4/32.8m m，断裂比强度31.2/32.2/32.2c N/ t e x，马克隆值 4.7/5.1/3.9，伸长率6.1/6.6/4.9%，反射率7 3.6/7 3.9/7 7.7%，黄度7.6/6.7/7.8，整齐度指数85.8/86.4/85.6%，纺纱均匀性指数155.6/158.0/166.3。

那白色的“花海”，是希望所在，也是追求所在。如今的袁有禄依然在精心培育属于他的那片“花海”！

为了那片“花海”

作为中国农业科学院棉花研究所生物技术研究室主任、棉花分子育种课题组组长，袁有禄博士对棉花情有独钟。他爱棉花的朴实无华，更爱棉花的温暖裹挟，他要把这份温暖传给全天下。

袁有禄——中国农业科学院棉花研究所研究员

袁有禄，1967年10月生，四川简阳人，博士，研究员，博士研究生导师，安阳市市管优秀专家，安阳市劳动模范，中国农业科学院棉花研究所生物技术研究室主任，棉花分子育种课题组组长。负责的分子育种课题被安阳市团委授予青年文明号。1990年于北京农业大学作物遗传育种专业本科毕业，2000年获得南京农业大学作物遗传育种专业博士学位。