我国棉花品种改良的方向与策略

陈鹏云++张军

摘要：目前我国棉花品种遗传基础狭窄，品种遗传背景同质化现象突出，纤维品质较差且品质类型单一，枯、黄萎病对产量、品质的影响始终存在；粮棉争地矛盾越来越突出，棉花向盐碱地、瘠薄地转移的趋势不可逆转。由于劳动力和农资成本不断提高，植棉收益急剧下降，棉花种植面积连续下滑，棉花生产全程机械化的要求极为迫切。本文对当前我国棉花品种改良中存在的这些突出问题进行了综述，围绕品种的产量和品质构成、抗逆性和棉花全程机械化等方面，归纳提出了今后我国棉花品种改良的方向和策略。

关键词：棉花；品种改良；方向；策略

中图分类号：S562.033文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）02-0163-05

20世纪90年代末期，转Bt基因抗虫棉（Bt棉）培育成功并迅速应用于生产，实现了对棉铃虫和红铃虫的有效控制，给棉花生产带来一次巨大的技术变革。由于转基因抗虫棉有效解决了棉花生产中的棉铃虫危害问题，减少了化学农药的使用量，既节约了人力和物力，又有利于环境保护和生态平衡，因而在生产上迅速推广和应用[1]。随着转Bt基因抗虫棉的推广和普及，我国棉花品种遗传基础狭窄问题越来越严重，早期转基因抗虫棉品种遗传背景的同质化，导致纤维品质较差、品质类型单一，生产上棉花枯、黄萎病的发生有抬头趋势，尤其是落叶型黄萎病的发生，严重影响棉花产量，转基因抗虫棉的抗病性有待提高[2]。

进入21世纪，我国耕地面积逐年减少，粮棉争地矛盾越来越突出。棉花作为盐碱地上的先锋作物，逐渐向盐碱地、瘠薄地转移，提高转基因抗虫棉的抗逆性成为育种改良的重要目标。近年来，随着我国经济的迅速崛起，劳动力和农资成本不断提高，植棉收益急剧下降，挫伤了农民植棉的积极性，造成我国棉花种植面积连续下滑，棉花生产在农业中的弱势地位愈加突出[3-5]。本文对当前我国棉花品种改良中存在的突出问题进行综述，同时针对这些问题，并围绕品种的产量和品质构成、抗逆性和棉花全程机械化等方面，归纳提出今后我国棉花品种改良的方向和策略，以促进棉花育种的大力发展。

1我国棉花品种改良中存在的问题

1.1早熟性问题

棉花起源于热带和亚热带高温干旱地区。随着长期的种植驯化，棉花种植区域不断扩大，从北纬45°至南纬35°均有分布。在总活动积温低于4 500℃的地区，均面临棉花早熟性问题。在我国黄河流域棉区，为了提高复种指数和单位面积效益，一年一季劳动密集型的常规种植模式逐渐向间作套种和适宜机采的种植模式转变，这就对本生态区棉花的早熟性提出了更高要求。而在我国西北内陆棉区，由于无霜期短，有效积温偏低，早熟性一直是棉花育种最重要的目标[6]。只有早熟，才能保证棉花高产、稳产，实现机械化操作和轮作换茬。我国早熟短季棉品种生育期110～115天，中早熟品种生育期120～125天。霜前花率均在80%以上。早熟棉花生育期短，但易早衰，产量和品质容易受到影响[7]。

1.2纤维品质问题

我国原棉品质基本符合纺织工业的需求，但品质结构不够合理，基本上可以满足纺织工业纺中低档棉纱（32～40支纱）的要求，缺乏纺高支纱和低支纱的中长绒和短绒棉类型[2，8]。与国外品种相比，如美国的陆地棉品种纤维比强度比中国普遍高出1～2 cN/tex。我国棉花品种纤维强力较低、品质较差，而且棉花加工质量尤其是机采棉加工质量十分低下，既影响到国际市场的竞争能力，又浪费了大量的棉花资源[8]。

1.3高产、多抗、适应性问题

我国是全球最大的棉花生产、消费国，纺织品服装行业是我国出口创汇的传统支柱产业。棉花单产和总产均居于世界前列[9]。但是，近年來随着种植业结构调整，棉田面积不断萎缩，棉花总产不断下降；受气候条件的影响，棉花单产也起伏波动[5]。提高棉花单产始终是棉花育种的第一目标[10]，但是产量的形成受制于多种生物的和非生物的胁迫，因此，要通过品种遗传改良进一步提高品种的抗逆性和适应性，实现品种的高产和稳产[11]。

而通过不育系、恢复系的筛选及杂种优势机理的探讨，培育具有超强优势的棉花杂交种应用于棉花生产，打破棉花杂交制种用工多、成本高的瓶颈，提高制种效率，降低制种成本，也是当前维持棉花产业可持续发展的一个重要途径[10]。

1.4棉花全程机械化问题

我国棉花生产中，仅在耕地、播种、喷药等方面可用机械操作，机械化程度仅30%左右，而美国、乌兹别克斯坦基本全程机械化，机械化程度90%以上[2，12]。因多年追求高产，我国现有品种多是为充分利用光热资源而生育期较长的品种，现有耕作栽培制度也基本上是围绕最大限度发挥品种丰产潜力设计的，品种的纤维品质也不能适应机械采收[13]。适宜机采品种必须在早熟性、耐密性、纤维品质等各个方面有理念上的巨大变革。

1.5种子产业化体系问题

美国等国的棉花种子产业化水平较高，育种较规范，全部由种子公司进行，并同时进行产业化。此外，美国等发达国家品种的覆盖面大，使用周期长，如岱字棉公司培育并经营的岱字系列品种占全美总面积的60%以上，并在国外多个国家推广应用。另外，种子本身的技术含量较高，在推广种子的同时，积极开展配套的技术服务[12]。

2我国棉花品种改良的方向

我国棉花品种的每一次更换，都使棉花产量和纤维品质得到大幅度提高，对棉花生产起到很大的推动作用。面对21世纪现代棉业的发展，对未来棉花新品种又有了更高的要求。

2.1品种培育高产高效

我国人多地少，粮棉争地矛盾突出，单靠扩大植棉面积来提高总产，在工业占地逐渐增大的情况下是非常困难的，提高单产来增加总产是提高种植效益最根本的前提。棉花是一种增产潜力很大的作物，在国外有单产高达3 750 kg/hm2皮棉的例子，在我国新疆也有单产皮棉3 375 kg/hm2的示范田，在黄河流域也有单产皮棉超2 625 kg/hm2的丰产地块，可见对棉花来说大幅度提高单产是完全可能的[14]。

2.2综合纤维品质进一步改善

棉纤维是纺织工业的主要原料，纤维品质的高低直接影响着棉纺制品的质量，纤维的长、强、细是衡量棉花纤维品质的重要指标[15]。目前，我国推广的部分棉花品种普遍存在着长、强、细匹配不合理的现象，综合纤维品质低于先进国家的平均水平，这也是在国际棉纺市场上缺乏竞争力的主要原因之一。特别是目前新疆棉区的机械化采收对纤维品质的要求极为迫切，以提高棉花综合纤维品质为主的棉花优质育种显得尤为重要[16]。

2.3培育多抗性品种

目前，抗枯萎病和抗棉铃虫的棉花品种已经在棉花生产上发挥了很大作用。但是，棉花是一种病虫害较多的作物，农民用于防治蚜虫、红蜘蛛的药物仍很多，不仅破坏自然环境，而且也影响人们的生存质量[17]。黄萎病给棉花生产带来的危害也很严重，目前，真正抗黄萎病的棉花品种还非常缺乏；抗灾、抗逆性品种也有待于进一步研究[18，19]。因此，培育多抗性品种是棉花持续发展的一大战略。棉花是耐旱作物，轻度盐碱地可直接种植，为不与粮食争土地和进一步应对水资源匮乏的困境，需要进一步提高棉花的抗旱性和耐盐性。

2.4充分利用杂种优势

杂种优势利用在棉花生产上取得很大成功，我国已经培育成功多个抗虫杂交棉品种，产量和纤维品质的优势已经远远超过常规抗虫棉，给农民带来非常可观的经济效益。然而由于制种仍沿用人工去雄授粉方法，复杂且成本高，难于大面积推广。因此棉花杂交种的大规模利用还有待于强优势、高增产的组合选配和高效率、低投入制种方法的突破以及杂交种配套栽培技术的健全和完善[20]。

2.5品种培育适宜轻简化、机械化

棉花生产形势面临严峻挑战，机械化成为棉花生产发展的必然趋势[21]。因此培育适宜于轻简化栽培的品种，进而探讨选育适合在我国不同棉区气候条件下种植的机采棉品种成为棉花育种的新任务。农业生产中一些生育期偏短、成熟速度快、抗倒性好的品种才能够满足机械化收获的需求。虽然各种农作物生育期较短的品种在产量上没有优势，但是由于适合机械化操作，能够大大减少劳动强度，提高生产效率，给农民带来更高的收益，因此这样的品种被广泛接受和大面积种植，而传统的生育期长的品种则被逐步淘汰出局。因此，在机械化采摘品种培育方面要结合耕作栽培制度的变革，充分结合利用早熟性、抗逆性、品质、株型，寻求产量、品质构成最合理的遗传类型，实现棉花的机械化采摘，推动棉花种植的全程机械化，获得更高的生产效率和植棉收益，是棉花产业可持续发展和获得实际高产的关键[22-24]。

3未来我国棉花品种改良所采取的策略

伴随着经济社会的飞速发展，我国棉花品种改良经历了从无到有、从少到多、直到世界领先的一个漫长过程。通过一代又一代棉花科技工作者的不懈努力，使我国棉花品种改良及相关研究工作举世瞩目。自育棉花品种的产量、品质、抗性、综合利用价值等各个方面实现全面改良；品种改良技术由简单的选择育种发展到复交、回交、多系杂交、远缘杂交、不育系以及杂种优势利用；种质资源工作从无到有，发展成为自成体系并在国际上占据举足轻重的地位；尤其是从20世纪90年代开始，以基因工程和分子标记辅助育种为标志的棉花分子育种迅速发展，为棉花的品种改良带来崭新的活力[25]。展望未来，棉花品种改良应在以下几个方面有所突破。

3.1抗旱耐盐碱棉花新品种选育

利用转基因抗旱、耐盐碱新材料，与抗虫 （Cry1A、Cry2A）、抗除草剂（EPSPS）、早熟、优质等棉花材料组配杂交组合，通过常规育种结合基因分子鉴定和标记辅助选择技术，选育适于新疆棉区和黄淮海棉区种植的抗旱耐盐碱转基因棉花新品种[26，27]。要求品种综合抗逆性好，抗旱、耐盐碱、耐瘠薄、优质、高产，適于棉花向盐碱地、旱薄地的战略转移的需求。

3.2早熟棉花新品种选育

针对我国棉花轮/套作及机械采收对棉花早熟性的要求，利用金字棉、塔什干棉、前苏联品种等衍生的早熟棉品系或材料，以及辽棉系列、新陆早系列、短季棉系列棉花品种做亲本，与转Bt基因、转抗草甘膦基因（EPSPS）等棉花材料配置杂交或复交组合[28]，通过标记辅助选择结合系统选育，培育适宜于西北内陆棉区和黄河流域棉区直播或间套种的中早熟陆地棉品种，以及适宜于黄河流域棉区麦后直播的短季棉品种。

3.3高产棉花新品种选育

通过与棉花产量相关性状的QTL定位研究及杂种优势机理的探讨，挖掘与棉花产量相关的功能基因或标记；通过回交转育等途径，培育不育性稳定的质核互作雄性不育系（CMS）[29]；通过聚合胞质不育微效恢复基因，创新优良恢复系，提高恢复系育性恢复能力；通过大量组配杂交组合，选育出强优势胞质不育杂交棉新品种，打破棉花杂交制种用工多、成本高的瓶颈，提高制种效率，降低制种成本。

3.4优质棉花新品种选育

广泛搜集纤维品质优异的各类棉花种质资源，通过远缘杂交育种、分子标记辅助育种[30]等与常规育种途径相结合，进行优质基因渐渗，选育适宜不同棉区和不同栽培模式下种植的中长绒棉、中绒棉和短绒棉等各类优质棉花品种[31]；开展与品质相关的各类转基因研究，通过优良基因聚合，创制转基因优质纤维棉花新材料[32]；以转优质纤维材料为亲本，通过杂交、聚合杂交等途径，结合分子标记辅助选择，培育聚合多目标基因的高产、优质、抗逆棉花新品种[33]。

3.5特色专用棉新品种选育

广泛搜集低酚、天然彩色棉以及高油品质的突变体棉花品种或材料，通过常规育种途径选育适宜黄河流域、新疆棉区和长江流域棉区种植的低酚棉、彩色棉及高油品质棉花新品种[34，35]。通过转基因育种及常规育种途径，选育高硬脂酸或高油酸含量的转基因棉花新品系。

3.6机采棉新品种选育

广泛利用现有早熟、抗病、抗除草剂、抗虫等棉花种质资源，通过杂交、系统选择等途径，选育适宜于机械化采收的棉花新品种，在黄淮海棉区和新疆棉区推广种植，要求棉花新品种早熟、抗倒、株型较紧凑、果枝节位较高、赘芽少、含絮力适中，吐絮快而集中。针对新疆棉区和黄淮海棉区生态气候和棉花生产特点，研究机采棉高产高效农机农艺融合关键技术。

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收稿日期：2016-10-28

基金项目：山东省农业科学院农业科技创新工程项目“海水农业关键技術”（CXGC2016B10）

作者简介：范作卿（1977-），男，助理研究员，主要从事动植物资源综合开发利用研究。E-mail：fanzq77@126.com

通讯作者：王向誉（1978-），女，副研究员，主要从事海水农业关键技术研究。E-mail：747309894@qq.com