河北省棉花品种冀棉25的育种利用效果分析

2017-03-19崔淑芳王广恩钱玉源张海娜金卫平田海燕李俊兰

河北农业科学 2017年4期

崔淑芳，王广恩，钱玉源，张海娜，刘祎，金卫平，田海燕，李俊兰

（河北省农林科学院棉花研究所，农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北石家庄 050051）

棉铃虫是为害棉花蕾铃的第一大害虫。特别是进入90年代，棉铃虫连年暴发，而且还普遍出现了第5代棉铃虫为害，其发生数量之大、为害范围之广以及棉花受害程度之重均为历史罕见。棉铃虫为害后，一般棉田减产50.0%以上，部分棉田绝收，棉农谈虫色变，国家出现“棉荒”，纺织业几乎崩溃[1～4]。加上棉花枯萎病和黄萎病常常大发生，如1995年和1996年病情严重的棉田病株率高达100%，棉株落叶成光杆、枯死绝收。因此，培育抗病虫棉花品种，对棉花生产持续发展具有重要意义[5～15]。

1993年底崔洪志等[3]将抗虫基因导入棉花品种泗棉3号，获得一批转Bt基因抗虫材料，为培育抗虫棉带来了希望。棉花四大栽培种中，亚洲棉（俗称“中棉”）抗枯萎病，海岛棉抗黄萎病，野生棉抗枯萎病和黄萎病。河北省农林科学院植物保护研究所和河北省农林科学院棉花研究所等单位从20世纪70年代即致力于陆地棉与野生棉、亚洲棉和海岛棉的杂交，成功将抗枯黄萎病等特性转育到陆地棉中，先后育成了冀棉3号、冀棉7号、冀棉14、冀棉15、冀棉20、冀棉24和冀棉25等抗枯黄萎病较好的品种[13～20]，为培育抗病棉花新品种奠定了基础。据统计，以冀棉25为亲本材料共育出24个不同类型的棉花品种[4～10]（图1），其中，通过河北省农作物品种审定委员会审定的棉花品种20个，且除冀棉298、冀668、邯4849和丰抗棉1号为非抗虫棉品种外，其他16个品种均为抗虫棉品种，占河北省审定抗虫棉品种数量（截至2016年河北省共审定抗虫棉品种137个）的11.7%；国家审定的抗虫棉品种5个，分别是冀228、冀棉169、创杂棉20、冀丰914和邯8266；通过天津市和新疆维吾尔自治区审定的抗虫棉品种各1个，分别是创优棉168和冀丰107。通过分析以冀棉25为亲本育成的16个抗虫棉品种的特征特性及其对亲本的改良效果，以期为棉花育种工作提供有效借鉴。

1 材料与方法

研究材料为利用冀棉25育成、1997～2016年通过河北省审定的16个抗虫棉品种，分别是冀丰106、冀杂3268、冀228、冀杂6268、冀棉169、冀1316、冀1516、冀杂708、希普6、希普3、冀H170、冀中棉608、冀丰4号、冀丰914、冀丰1982和冀2658（图1）。其主要性状值分别来源于1995～2016年的河北省棉花品种区域试验汇总结果，其中，抗病性由河北省农林科院植物保护研究所测定，纤维品质由农业部棉花品质监督检验测试中心检测。将产量性状指标（单株铃数、铃重、衣分、子指）、皮棉产量、抗病性（枯萎病病情指数、黄萎病相对病情指数）、纤维品质指标（上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值）进行分类汇总，与亲本冀棉25进行比较，分析育成抗虫棉品种的特征特性。

图1 利用冀棉25育成品种的系谱Fig.1 The pedigree of the varieties bred with Jimian 25* ①～25○为品种培育单位，其中，①～11○：河北省农林科学院棉花研究所；12○：河北省农林科学院棉花研究所，河北冀丰棉花科技有限公司；13○～17○：河北省农林科学院粮油作物研究所，河北冀丰棉花科技有限公司；18○：河北省农林科学院棉花研究所，河北冀丰棉花科技有限公司，创世纪转基因技术有限公司；19○：保定市农业科学研究院；20○和21○：石家庄希普天苑中也种业有限公司；22○和23○：邯郸市农业科学院；24○和25○：石家庄市民丰种子有限公司。

2 结果与分析

2.1 优良亲本冀棉25

1955～1998年河北省共培育出棉花品种33个，其中，适宜冀中南棉区种植的品种有26个。这其中，11个品种抗枯萎病、耐黄萎病，分别为冀棉3号、冀棉7号、冀棉14、冀棉15、冀棉18（F1）、冀棉19、冀棉20、冀棉21、冀棉22、冀棉24和冀棉25，其遗传基础主要来源于斯字棉、岱字棉和乌干达棉，其中，冀棉18为杂交种，冀棉19和冀棉21为低酚棉，冀棉22为中长绒棉（表1）。冀棉20导入了海岛棉和野生棉，冀棉24导入了野生瑟伯氏棉的遗传物质，冀棉25导入了中棉和野生瑟伯氏棉，大大拓宽了品种的遗传基础。资料显示，以冀棉20和冀棉25为亲本材料选育的棉花品种较多[4，10]。

冀棉25在1994～1995年河北省棉花品种区域试验和1995年河北省棉花品种生产试验中，霜前皮棉产量均居第1位，分别较对照中棉所12增产23.3%和19.5%。在1995～1996年国家黄河流域棉花品种区域试验和1997年国家黄河流域棉花品种生产试验中，霜前皮棉产量分别居第3位和第2位，分别较对照中棉所12增产7.9%和8.5%；在1995～1996年国家黄河流域棉花品种区域试验中，平均枯萎病病情指数为17.3，黄萎病相对病情指数为16.4，是黄河流域棉花区域试验9个参试品种中唯一达到抗黄萎病水平的品种，也是稳定性最好的品种，在黄河流域具有广泛的适应性[11，12]，是我国棉花育种工作者优先选用的亲本材料之一。

表1 冀棉25与同类品种来源及主要性状的比较Table 1 Comparison of source and main characters of Jimian 25 with other same type varieties

2.2 利用冀棉25育成抗虫棉品种的性状分析

2.2.1 产量性状及皮棉产量

2.2.1.1 单株铃数。冀棉25单株铃数为12.8个[10～13]。16个育成抗虫棉品种的单株铃数为13.4～19.0个，均较冀棉25增多，提高幅度为0.6～6.2个；单株铃数顺序为冀 2658＞冀丰 914＞冀 H170＞冀丰 1982＞希普 3＞冀1516＞（希普6=冀228）＞（冀棉169=冀1316）＞冀中棉 608＞冀杂 3268＞冀丰 106＞冀杂 6268＞冀杂 708＞冀丰4号（表2）。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种单株铃数均较亲本增多，其中，冀2658提高幅度最大，增多了6.2个。

2.2.1.2 铃重。冀棉25铃重为5.2 g。16个育成抗虫棉品种的铃重为5.8～6.9 g，均较冀棉25提高，增加幅度为0.6～1.7 g；铃重顺序为冀丰1982＞冀杂708＞冀杂6268、冀丰914、希普3＞冀1516＞（冀丰4号=希普6=冀H170）＞（冀1316=冀杂3268）＞（冀丰106=冀中棉 608=冀 2658）＞冀棉 169＞冀 228。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种铃重均较亲本提高，其中，冀丰1982增加幅度最大，提高了1.7 g。

2.2.1.3 衣分。冀棉25衣分为38.9%。16个育成抗虫棉品种的衣分为38.6%～41.9%，与冀棉25相比除冀2658衣分略有降低外，其他15个品种衣分均提高，增加幅度为0.2个百分点～3.0个百分点；衣分顺序为希普 3＞冀杂 3268＞冀丰 106＞冀丰 914＞希普 6＞冀H170＞（冀1316=冀杂6268）＞冀丰4号＞冀杂708＞冀228＞冀 1516＞冀棉 169＞冀中棉 608＞冀 2658。表明利用冀棉25育成的多数抗虫棉品种衣分较亲本提高，其中，希普3增加幅度最大，提高了3.0个百分点。

2.2.1.4 子指。冀棉25子指为10.4 g。16个育成抗虫棉品种的子指为10.4～12.0 g，均较冀棉25提高，增加幅度为0.0～1.6 g；子指顺序为冀丰1982＞冀1516＞冀杂6268＞（冀杂708=冀杂3268）＞希普6＞（冀丰4号=冀丰106）＞（冀1316=冀228）＞（冀中棉608=冀棉169）＞（希普 3=冀 2658）＞（冀丰 914=冀 H170）。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种子指均较亲本提高，其中，冀丰1982增加幅度最大，提高了1.6 g。

2.2.1.5 皮棉产量。冀棉25皮棉产量为913.5 kg/hm2。16个育成抗虫棉品种的皮棉产量为1 390.5～1 771.5 kg/hm2，均较冀棉25提高，提高幅度为477.0～858.0 kg/hm2；皮棉产量顺序为希普3＞冀H170＞希普6＞冀丰914＞冀丰 1982＞冀杂 708＞冀杂 3268＞冀 1516＞冀 228＞冀1316＞冀棉169＞（冀杂 6268=冀 2658）＞冀中棉608＞冀丰106＞冀丰4号。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种皮棉产量均较亲本提高，其中，希普3增加幅度最大，提高了858.0 kg/hm2。

表2 利用冀棉25育成抗虫棉品种的皮棉产量及其产量性状Table 2 Lint yield and yield traits of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

2.2.2 抗病性

2.2.2.1 枯萎病。冀棉25枯萎病病情指数为11.4，抗枯萎病。16个育成抗虫棉品种的枯萎病病情指数为0.3～9.8，均较冀棉25降低，指标值顺序为冀丰1982＜冀中棉608＜冀丰4号＜冀 H170＜冀杂708＜冀丰914＜冀杂 3268＜希普 6＜冀丰 106＜冀 228＜冀 1316＜（冀棉169=冀杂6268=希普3）＜冀1516＜冀2658。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种的枯萎病发病程度均较亲本降低，其中，冀丰106、冀杂3268、冀杂708、希普6、冀H170、冀中棉608、冀丰4号、冀丰914和冀丰1982对枯萎病的抗性较冀棉25显著提高，达到了高抗水平。

2.2.2.2 黄萎病。冀棉25黄萎病相对病情指数为68.6，耐黄萎病。16个育成抗虫棉品种的黄萎病相对病情指数为24.9～63.0，均较冀棉25降低，指标值顺序为冀丰914＜希普3＜冀丰4号＜冀1516＜冀丰1982＜冀棉 169＜希普 6＜冀 1316＜冀2658＜冀 H170＜冀杂 708＜冀中棉 608＜冀杂 6268＜冀丰 106＜冀 228＜冀杂3268，但对黄萎病的抗性均为耐，与亲本冀棉25相当。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种虽然黄萎病抗性均为耐，但黄萎病发病程度均较亲本降低。

2.2.3 纤维品质

2.2.3.1 上半部平均长度。冀棉25纤维上半部平均长度为30.4 mm。16个育成抗虫棉品种的上半部平均长度为28.9～32.6 mm，其中，冀228、冀杂6268、冀杂708和冀棉169的纤维长度较冀棉25增长，幅度为0.1～2.2mm；冀1316和希普6的纤维长度与冀棉25相同；其他品种的纤维长度均缩短。表明利用冀棉25育成的抗虫棉品种中，有4个品种纤维长度增大，2个品种纤维长度未发生改变，其中，冀228上半部平均长度增长最多。

表3 利用冀棉25育成抗虫棉品种的抗病性及纤维品质Table 3 Disease resistance and fiber quality of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

2.2.3.2 断裂比强度。冀棉25断裂比强度为25.4cN/tex。16个育成抗虫棉品种的断裂比强度为28.5～32.4 cN/tex，均较冀棉25提高，断裂比强度顺序为冀228＞冀丰1982＞冀杂708＞冀丰106＞（冀中棉608=冀丰4号）＞冀2658＞冀杂 6268＞冀丰 914＞冀杂 3268＞冀 1316＞希普3＞希普6＞冀棉169＞（冀1516=冀H170）。表明利用冀棉25育成的所有抗虫棉品种断裂比强度均较亲本增大，其中，冀228增加幅度最大，提高了7.0cN/tex。

2.2.3.3 马克隆值。冀棉25马克隆值为4.3。16个育成抗虫棉品种的马克隆值为3.8～5.4，其中，冀228和冀杂6268较冀棉25降低，其他14个品种均较冀棉25增高。表明利用冀棉25育成的抗虫棉品种中只有冀228和冀杂6268对亲本的马克隆值有所改良，多数品种对马克隆值没有改良。这是棉花育种工作者需要注意的问题。

2.3 利用冀棉25育成抗虫棉品种的改良成效

2.3.1 育成的优良品种多至2016年，河北省共审定抗虫棉品种137个，依据河北省审定棉花新品种试行标准（Ⅰ型品种上半部平均长度≥31 mm，断裂比强度≥32 cN/tex，马克隆值3.7～4.2；Ⅱ型品种上半部平均长度≥29 mm，断裂比强度≥30 cN/tex，马克隆值3.5～5.0；Ⅲ型品种上半部平均长度≥27 mm，断裂比强度≥28 cN/tex，马克隆值3.5～5.5），其中有Ⅰ型品种2个、Ⅱ型品种38个，分别占河北省抗虫棉品种数量的1.5%和27.7%；国家审定的适宜黄河流域种植的抗虫棉品种（杂交种）119个，其中有Ⅰ型品种1个、Ⅱ型品种45个，分别占黄河流域抗虫棉品种数量的0.8%和37.8%。而利用冀棉25培育、河北省审定的16个抗虫棉品种中，纤维品质Ⅰ型品种1个、Ⅱ型品种3个，分别占育成品种数量的6.3%和18.8%。

2.3.2 产量性状、抗病性和纤维品质等性状均得到改良性状改良分为育成品种性状与亲本对应性状值的差值。我们采用性状改良分来衡量育成品种对亲本性状的改良程度。通常情况下，单株铃数、铃重、衣分、子指、皮棉产量、上半部平均长度和断裂比强度的性状值越高，表示该性状越优良，因此，这7个性状的改良分用育成品种的性状值减去亲本对应的性状值表示；而枯萎病病情指数、黄萎病相对病情指数和马克隆值＞3.4范围内，性状值越低，表示该性状越优异，因此，这3个性状的改良分用亲本性状值减去育成品种对应的性状值表示。对某个品种来说，其所有性状的改良分之和即为改良总分。

利用冀棉25育成的16个抗虫棉品种，单株铃数、铃重、衣分、子指、皮棉产量、枯萎病病情指数、黄萎病相对病情指数和断裂比强度的改良分均为正值，说明这些性状均得到了不同程度的改良；10个品种的纤维上半部平均长度改良分为负值，14个品种的马克隆值改良分为负值（表4），说明此类性状未得到较好改良。这为棉花育种工作者指出了在品种选育和改良中需要注意与重视的问题。16个育成抗虫棉品种的改良总分顺序为希普3＞冀H170＞希普6＞冀丰914＞冀丰 1982＞冀 1516＞冀 228＞冀杂 6268＞冀 2658＞冀杂708＞冀丰4号＞冀丰106＞冀中棉608＞冀棉169＞冀杂 3268＞冀 1316。

表4 16个育成抗虫棉品种对冀棉25的主要性状改良分Table 4 Trait improvement score of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

3 结论与分析

3.1 亲本遗传基础丰富、性状优良，选育优良品种多

冀棉25具有中棉和野生瑟伯氏棉丰富的遗传基础，且具有产量高、抗病性好、纤维品质优良、适应性良好等优良特性，以其为亲本共培育出不同类型的棉花新品种24个。

3.2 亲本遗传基础丰富，结合逐步改良，可实现性状突破

通常情况下，亲缘关系及遗传基础类同[4～6]，则很难培育出突破性品种。本研究的16个抗虫棉品种均来源于冀棉25和GK-12及其选系，但却选育出了纤维品质Ⅰ型品种（冀228）和Ⅱ型品种（冀杂708、冀中棉608、冀丰4号），在纤维品质性状上实现了突破。以冀丰4号和冀杂708选育过程为例，2个品种均是以冀棉25为母本，以纤维优质、抗逆品系231系为父本进行杂交，通过连续定向选择培育出冀668，冀668既继承了母本冀棉25的丰产稳产性能，又吸收了父本231系的纤维优质和抗逆性，实现了双亲优异性状的互补，与母本冀棉25相比，冀668产量大幅度提高、纤维长度增加、断裂比强度提高[14]；在此基础上，又以冀668为母本，以抗虫棉GK12选系为父本杂交进行再改良选育而成，由“不抗虫”转育成“抗虫”，同时断裂比强度得到较大幅度提高，达到纤维品质Ⅱ型品种。说明亲本具有不同棉种远缘的遗传物质，后代类型很丰富，结合逐步改良与连续选择，可以实现性状指标的突破。