不同类型抗虫棉花种质资源培育与利用分析
2017-03-20眭书祥朱青竹赵丽芬李增书张艳丽董章辉
眭书祥，朱青竹，赵丽芬，李增书，张艳丽，王 虎，董章辉
（石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041）
从20世纪90年代开始，我国黄河流域棉区棉铃虫连年暴发为害，给棉花生产造成了重大损失，棉花生产上迫切需要抗虫品种。抗虫种质资源是培育抗虫棉花品种的重要物质基础，因此，抗虫种质资源的培育越来越受到重视。20世纪90年代以前，我国利用形态、生理和生化抗虫育种方法育成了一些对棉铃虫、红铃虫以及叶螨具有一定抗性的棉花种质资源[1]，但这些抗虫种质资源因为综合性状差或配合力不高而很少得到利用。20世纪70～90年代，国内一些学者利用棉花远缘杂交的方法筛选出一批抗棉铃虫的种质资源[2～5]，鉴定出了一批高抗棉蚜、高抗棉铃虫和既抗棉蚜又抗棉铃虫的种质[6～8]。1996年我国从美国引进了转Bt基因抗虫棉品种，但由于品种单一、衣分低、长势弱，因此，难以适应我国棉区复杂多变的气候及不同耕作制度的需求[9]。
石家庄市农林科学研究院从20世纪80年代初开始利用远缘杂交的手段培育具有生理抗虫性的种质资源[10]；90年代初先后开展了转Bt和Bt+CpTi抗虫基因的抗虫种质资源研究[11～12]；90年代末开始从形态抗虫着手，确立了培育抗棉铃虫兼抗盲蝽象新种质的育种目标[13]，以期培育出更为优良的棉花抗虫种质资源，解决日益严重的棉花虫害问题。
1 材料与方法
1.1 育种材料
棉属远缘材料有海岛棉吉扎45和野生瑟伯氏棉。棉属陆地棉材料有ASJ-2、86-1、中381、晋棉7号、泗棉3号和石远321。外源抗虫基因为Bt和Bt＋CpTi。
1.2 育种方法
1.2.1 远缘杂交法 采用棉花远缘杂交技术，将棉属陆地棉以外其他棉种的抗虫性导入陆地棉，培育出抗虫棉花种质资源。
1.2.2 外源基因导入法 利用花粉管通道法和农杆菌介导法将外源抗虫基因导入到受体棉花品种。
1.2.3 形态抗虫育种法 选择植株绒毛稀少、叶色深绿、表面蜡质较多的材料，提高其抗盲蝽象的性能。
2 结果与分析
2.1 不同类型抗虫棉花种质的选育
2.1.1 远缘杂交种质石远321的选育 以埃及海岛棉吉扎45做母本与野生瑟伯氏棉进行杂交，杂种胚经过离体培养和染色体加倍恢复育性，再用陆地棉品种ASJ-2做父本进行杂交育成三元杂交种。进一步用86-1回交进行性状改良，最后用中381进行杂交，选育出远缘杂交抗虫棉花种质石远321。1997年通过河北省和国家品种审定，1999年通过新疆自治区品种审定。
由山东棉花研究中心进行的棉花抗棉铃虫鉴定结果显示，石远321对棉铃虫具有形态和生理抗性，抗性达Ⅱ级。中国农业科学院植物保护研究所对石远321进行了抗棉蚜特性鉴定，结果显示，该品种对棉蚜的抗性为Ⅱ级。
2.1.2 转Bt抗虫基因种质GK12的选育 将Bt抗虫基因导入泗棉3号育成GK12，2004年通过河北省审定。2.1.3 转Bt＋CpTi双价基因种质SGK321的选育 将Bt＋CpTi双价基因导入石远321，育成双价转基因抗虫棉SGK321，2001年通过河北省审定，2002年通过国家审定。
在国家区试试验中，SGK321三代棉铃虫3龄以上幼虫存活率及三代棉铃虫3龄以上幼虫株率均明显低于CK，分别下降了22个百分点和50个百分点；且对棉铃虫抗性种群2～5龄幼虫的死亡率、存活幼虫体重、化蛹率和成虫羽化率等指标的影响均显著优于Bt棉。
SGK321叶片对棉铃虫的杀虫活性高于同期测定的Bt棉的杀虫活性。用SGK321棉叶连续饲养不同龄期的棉铃虫，5龄以下幼虫均不能化蛹和羽化；而用Bt棉叶连续饲养的棉铃虫，2龄幼虫可部分化蛹和羽化。表明SGK321对棉铃虫具有较强的抗性，尤其是对大龄幼虫的正常生育阻碍作用明显，对棉铃虫幼虫致死快且致死率高。研究表明，SGK321还可延缓棉铃虫抗性的产生[14]。
2.1.4 抗盲蝽象种质晋棉-26的选育 将Bt基因导入晋棉7号中获得转Bt基因抗虫材料，利用形态育种法从中选育出具有形态抗盲蝽象特性的材料晋棉-26，2007年通过河北省审定。
室内鉴定结果显示，晋棉-26棉苗接种绿盲蝽后，绿盲蝽的校正死亡率高于CK。其中，接种绿盲蝽4 d后的绿盲蝽校正死亡率较CK高103%，差异达显著水平。晋棉-26蕾和铃的被害率、被害指数以及整个生育期的百株脱落数均显著低于CK[13]。
2.2 不同类型抗虫棉花种质资源的利用情况
2.2.1 石远321的利用情况 利用石远321做亲本，2005～2013年7家育种单位共育成通过审定的棉花品种8个，其中，3个品种通过了国家审定（表1）。
表1 利用石远321做亲本育成的棉花品种Table 1 The cotton varieties bred by using Shiyuan 321 as parent
2.2.2 GK12的利用情况 利用GK12做亲本，2004～2014年55家育种单位共育成通过审定的棉花品种101个，其中，25个品种通过了国家审定（表2）。
2.2.3 SGK321的利用情况 利用SGK321做亲本，2005～2014年28家育种单位共育成通过审定的棉花品种41个，其中，9个品种通过了国家审定（表3）。
2.2.4 晋棉-26的利用情况 利用晋棉-26做亲本，2006年2家育种单位共育成通过审定的棉花品种2个（表4）。
表2 利用GK12做亲本育成的棉花品种Table 2 The cotton varieties bred by using GK12 as parent
（续表）
（续表）
表3 利用SGK321做亲本育成的棉花品种Table 3 The cotton varieties bred by using SGK321 as parent
（续表）
表4 利用晋棉-26做亲本育成的棉花品种Table 4 The cotton varieties bred by using Jinmian-26 as parent
3 结论与讨论
石远321虽然具有一定的抗虫性，但与其他转基因抗虫棉相比抗虫能力仍显不足，因此，用其做亲本育成的棉花品种较少，2005～2013年通过审定的品种仅8个，且多作为非抗虫亲本利用。GK12是以泗棉3号为受体育成的转基因抗虫棉材料，由于受体丰产性好、适应性强，因此，其配合力较好，用其做亲本育成的棉花品种较多，2004～2014年通过审定的品种共计101个，亲本利用效率较高。SGK321与GK12品种特性相似，且抗虫能力突出，用其做亲本2005～2014年通过审定的品种共计41个。晋棉-26以晋棉7号为受体育成，由于受体品种的适宜种植区域较小，致使其配合力不高，利用率较低，以晋棉-26为亲本育成的棉花品种仅2个。
随着转基因技术的兴起，棉花抗虫育种已经进入了较高水平，传统的远缘杂交方法已经不能满足生产对棉花品种抗虫性的需求。转基因育种目前仅在抗棉铃虫领域取得了较大成功，并且随着转基因抗虫棉的推广应用，棉花非靶标害虫为害越来越重，因此，应重视兼抗多种害虫棉花品种的培育。在该方面，通过形态育种与转基因技术相结合的方法，培育既抗棉铃虫又抗盲蝽象的晋棉-26的育种实践具有一定的借鉴意义。
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