棉花特异种质材料的选育研究

冀丽霞，郭宝德，雷伟，杨芬

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

棉花特异种质材料的选育研究

冀丽霞，郭宝德，雷伟，杨芬

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

棉花野生种、半野生种具有多种多样的特异性状，可以直接改良陆地棉品种。通过棉花远缘杂交将野生种的优质基因导入栽培种陆地棉中，从其后代中筛选出目标性状的远缘杂交后代，并运用棉花半配合生殖技术，快速稳定这些后代材料，以克服远杂后代的疯狂分离，进而选育出综合性状优良的新种质材料。

野生种；远缘杂交；半配合；种质材料

种质资源是育种的物质基础，充分应用种质资源的各种优良性状进行重新组合，选育综合性状优异的目标品种，是育种家追求的目的[1]。棉花野生种、半野生种具有多种多样的特异性状，如抗干旱、耐盐碱、抗病虫、抗寒、种子无酚、细胞质雄性不育以及纤维细强等潜在特性，可以直接改良陆地棉品种[2]。通过远缘杂交有可能把不同种所固有的有益性状进行重新组合，创造出近缘杂交所无法得到的优异特性，为选育具有突破性的新品种和新种质开创了新途径[3]。

利用远缘杂交技术将蕴藏于棉属野生种中的有益性状转移到陆地棉等栽培品种中，是丰富棉花育种材料遗传基础的重要途径。山西省农业科学院作物科学研究所通过棉花远缘杂交将野生棉种的优质基因导入栽培种陆地棉中，从其后代中筛选鉴定出目标性状的远缘杂交后代，并运用棉花半配合生殖技术，快速稳定这些后代材料，以克服远杂后代的疯狂分离，进而选育出综合性状优良的新种质材料。

1 试验方法

1.1 通过组织培养和染色体加倍获得远缘杂交后代

（1）杂交花的去雄授粉及隔离方法：与品种间杂交相同，注意母本株保持健壮，通风透光好，只用中部果枝的花授粉，并除去多余蕾，使营养集中供应杂交铃。

（2）对杂交铃施用植物激素：分别用GA3（50mg／L）、NAA（40mg／L）的水溶液滴（喷）入杂交铃的苞叶内侧，每天1次，每次用1种药，交替使用，先用GA3，各滴5次，1 mL药液用于5个杂交铃。

（3）从授粉当天下午开始，幼胚离体培养及试管内染色体加倍：采用修改后的white培养基（1934），将pH值从5.6改为7，可以改善试管苗的发育状况并避免其根系变黑；将培养基内加入秋水仙碱，浓度为10 mg／L，同时进行染色体加倍。授粉后40～45 d采铃，在无菌条件下剖开铃皮剥出幼胚，接入试管内培养基上，在28～30℃附加照明条件的培养间内培养。

（4）试管苗移栽：培养20 d左右试管苗长出2～3片真叶时即可移栽。

（5）F1植株的培育条件：移栽成活后，供试的绝大多数组合即可获得可育的开花成株，可育株率可达25%～100%。少数种间杂交组合采用上述技术仍难恢复育性时，可采用辅助措施，将F1枝条嫁接到陆地棉上进行调养，并给予短日凉夜条件，嫁接株的育性可以达到一定程度的恢复。

1.2 运用半配合育种方法快速稳定远缘杂交后代

棉花远缘杂交后代具有疯狂分离的特性。为尽快获得稳定的棉花新品系，用半配合材料vsg作母本，用远缘杂交可育低代材料作父本进行杂交，由于VSG具有半配合生殖（Semigamy）特性，F1一般出现10%左右的单倍体，其中有父本型单倍体、母本型单倍体和父母型嵌合的嵌合体[4]。

单倍体一般都生长缓慢、瘦弱，因此，在生长过程中要加强水肥管理，改善生长发育条件，为了扩大单倍体的群体和改善单倍体的营养状况，可采用嫁接的方法，用转基因抗虫棉作亲本的杂交一代植株作砧木，用单倍体的幼芽作接穗进行嫁接，由于F1具有明显的杂种优势，水分及营养物质丰富，生理代谢也较旺盛，嫁接后的单倍体可以得到比原来单倍体母体植株上更为充足的水分和营养物质，生长健壮，有利于染色体的加倍。

选择父本型的单倍体，进行染色体加倍，可获得父本型纯合二倍体，染色体加倍方法有两种：幼苗加倍和枝条加倍。幼苗加倍：将单倍体幼苗的顶尖浸入0.03～0.05秋水仙碱溶液6 h，环境温度23～26℃。枝条加倍：将单倍体幼嫩枝条的生长点浸0.03%～0.05%秋水仙碱加5%二甲基亚砜溶液12～24 h，环境温度28～30℃。

1.3 杂交育种技术

为了进一步提高远缘杂交后代的育性及改善后代的主要经济性状，采用成对杂交、复合杂交、修饰回交、自交等杂交方式，以抗蚜虫、抗枯萎、抗黄萎、早熟、长绒、高衣分、优质等为育种目标，根据目标性状连续对杂交后代进行定向选择、鉴定[5]。为提高远缘杂种后代育性、扩大杂种群体规模、增加选择机会和控制杂种的变异趋势，1999年起我们用父本连续2次回交转育，F4和F5是种间杂交种分离最强烈的世代，各种性状都可能表现出来，自F4连续11代定向选择与鉴定。为加快育种进程，冬季海南加代。

2 研究结果

棉属野生种由于在长期不利条件下的自然选择，都带有陆地棉所没有的优异性状[6]，如抗病虫性、抗旱性、抗寒性以及优质性等，这些棉种在生产上不能直接利用，但将这些特异性状导入到陆地棉中，可能会选育出对育种有作用的育种材料[7]。

2.1 新种质材料的选育

我们主要以棉属野生种作父本与陆地棉杂交的6个组合为原始材料开展研究，经过连续多年的杂交—培育—选择—鉴定—繁殖，已选育出87份各具不同优异性状的新种质材料。各种性状经连续多年的测定，统计分析基本稳定，已被省内外部分科研育种单位引用。见表1。

表1 以棉属野生种作父本与陆地棉杂交的6个组合

2.1.1 抗病种质材料

从陆地棉×瑟伯氏棉、陆地棉×墨西哥半野生棉、陆地棉×亚洲棉的杂种后代中选出抗黄萎病种质系12份（BZ101-BZ112），抗枯萎病种质系7份（BZ202-BZ208）。这些材料经山西省农科院植保所以及本所病圃鉴定，枯萎病指在3.7～7.6，黄萎病指7.8～13.4，同时产量及其他经济性状表现均较好。

2.1.2 抗虫种质材料

经连续多年定向选择，从陆地棉×亚洲棉、陆地棉×异常棉、陆地棉×瑟伯氏棉等的杂交后代中选出了抗棉铃虫材料14个(BZ301～BZ314)，抗棉蚜材料11份(BZ401～BZ411)，抗级均在Ⅰ～Ⅱ级，其中部分种质系兼有抗病、纤维品质优良的特点。

2.1.3 高衣分种质材料

衣分是形成皮棉产量的重要因素之一，经连续选择，从陆地棉与瑟伯氏棉、异常棉、比克氏棉、墨西哥半野生棉的杂种后代中选出高衣分材料15份(BZ801～BZ815)，衣分达到45%～48.7%，其中BZ801、BZ806、BZ808、BZ809等新种质系兼有较强的抗枯黄萎病性，综合性状较好。

2.1.4 高比强度种质材料

从陆地棉×瑟伯氏棉、陆地棉×异常棉、陆地棉×比克氏棉的杂交后代中筛选出种质系18个(BZ601～BZ618)，比强度24.0～29.6 cN·tex-1，不仅纤维强度和细度显著优于目前生产推广种，而且在早熟性、丰产性等方面也接近或超过生产推广品种，

2.1.5 长绒种质材料

从陆地棉×瑟伯氏棉、陆地棉×异常棉、陆地棉×斯托提棉的杂交后代中筛选出2.5%跨长35.0～38.5 mm、比强度19.1～23.1 cN·tex-1的长绒种质系25份（BZ701-BZ725）。这些新种质系不仅有较长的纤维，而且铃重、衣分、早熟性均超过了目前我国生产上推广的海岛棉型长绒棉。

2.1.6 抗旱种质材料

从陆地棉×亚洲棉、陆地棉×瑟伯氏棉、陆地棉×异常棉、陆地棉×墨西哥半野生棉的114份杂交后代中，在人工气候室、旱棚、人工控制灌水的试验田，省旱塬地区连续定向选择鉴定，结合室内生理、生化分析，筛选出抗旱新种质系5份(BZ501～BZ505)，抗旱性均超过了抗旱对照品种。

2.1.7 特早熟种质材料

早熟性是我国棉花复播棉区和北方特早熟棉区获得高产、优质的主要性状，我们从陆地棉与亚洲棉、瑟伯氏棉的杂种后代中经连续选择，创造出特早熟种质系BZ901、BZ902、BZ903和BZ903，生育期100～115 d (榆次地区)。

2.2 新种质材料的利用

我们选育出的部分新种质材料已通过过山西省品种审定委员会审定，目前正在生产中推广应用。

2.2.1 晋棉21号

该品种为陆地棉、异常棉、色伯氏棉的杂种后代，主要特征特性为早熟、丰产、抗逆性强、生长健壮。生育期在太原地区130 d左右，平均产皮棉904.5 kg/hm2，比对照晋棉6号增产11.3%。经农业部棉花品质监督检验测试中心测定结果∶平均2.5%跨长31.03 mm，整齐度52.86%，比强度25.35 cN·tex-1，伸长率7.83%，麦克隆值4.22。经国家指定单位中国农科院植保所鉴定∶抗棉铃虫2级，抗蚜虫2～3级。经省指定单位山西农科院棉花所鉴定∶抗棉苗根病病指12.7，反应型(R)属抗。抗枯萎病病指7.9，反应型(R)属抗，抗黄萎病病指4.0，反应型(HR)属高抗。

2.2.2 晋棉27号

该品种为陆地棉、比克氏棉、色伯氏的杂种后代，具有早熟、抗病、优质、高产等特点。经农业部棉花品质测试中心测定，2.5%跨长29.1 mm，整齐度51.0%，比强度25.7 g/tex，伸长率8.3%，马克隆值4.5，生育期在太原为120～130 d。抗枯萎病指2.3，抗黄萎病指4.6，抗棉苗根病指18.1。平均产皮棉928.5 kg/hm2，比对照晋棉10号增产13.4%。

2.2.3 晋棉34号

该品种是陆地棉、异常棉、色伯氏棉的杂种后代，是一个抗虫棉品种。棉铃虫发生高峰期分别对13个点进行调查，晋棉34号二代棉铃虫百株幼虫平均11头，对照晋棉21号(非转基因抗虫棉)为40头，比对照减少71.3%。百株被害蕾晋棉34号为460个，对照晋棉21号为240个，比对照减少72.4%，达到高抗水平。

2.2.4 DH966长绒棉

该品种为栽培种陆地棉和色伯氏棉的杂种后代。经农业部棉花品质测试中心测定结果平均：纤维长度34.2 mm，整齐度85.7%，比强度34.25 CN/tex，伸长率7.2%，马克隆值3.9。抗病鉴定结果：枯萎病病指8.1，反应型为“抗”。黄萎病病指30.4，反应型“耐”。抗性及品质指标均达到或超过国家中长绒育种指标。

2.2.5 晋棉51号

该抗蚜虫棉花新品种是陆地棉和异常棉的杂种后代。全身具有密集的灰白色茸毛，因此具有突出的抗蚜效果，晋棉51号苗蚜期蚜害指数26.25，比对照减少30.14，抗级为Ⅰ级；恢复期蚜害指数为15.6，比对照减少67.84，抗级为Ⅰ级；伏蚜期蚜害指数26.1，比对照减少41.22，抗级为Ⅰ级。

3 讨论与结论

随着社会生产力的发展及生活水平的提高，我国对棉纤维的数量和质量有较高的需求，遗传基础的狭窄已成为限制育种突破和发展的主要因素[8]。为选育某些具有特殊性状并有突破性的优良品种，必须拓宽种质资源的来源，棉花远缘杂交可以将野生棉或半野生棉的优质纤维、抗病虫或抗逆性等优良性状转移到高产常规陆地棉中，可有效地促进种及属间的基因交流，与种内杂交相比，它可以产生更不寻常的变异，甚至创造出自然界前所未有的新种质。

通过近年来的研究，我们发现棉属野生种质具有的有益基因或性状同时并存好多种。如我们对瑟伯氏棉的研究，除证明其具有能改善纤维品质的潜在基因外，还发现具有抗枯、抗黄萎病和抗棉铃虫的潜在基因。又如我们发现异常棉，不但具有如前人揭示的具有抗旱的基因，而且还有抗棉铃虫、抗蚜虫和高衣分、长绒基因，以及亚洲棉不但具有抗旱的基因，而且还有一定的抗蚜虫、抗枯萎病、特早熟的基因。国内外对棉属不同种的生理、生化及各种特征特性遗传规律的研究还较少，可能还有许多可利用的性状未被发现，有待研究者进一步去开拓和发现。

陆地棉与野生棉杂交的后代材料往往伴随出现陆地棉的不利性状，如晚熟、结铃性差、铃小、衣分低、产量不高等，需要和陆地棉的优良品种进行复合杂交、回交、自交等，并进行定向选择，虽然不利性状能得到改善，但真正具有野生棉的抗虫、抗病、抗旱和纤维优质等特性的变异类型概率是很小的。只有经过细心的选择和较全面的鉴定筛选才能获得所需的材料。

[1]潘家驹.棉花育种学[M].北京：中国农业出版社，1998：5-7.

[2]梁正兰.棉花远缘杂交的遗传与育种[M].北京：科学技术出版社，1999：16-18.

[3]王坤波，黎绍惠.陆地棉野生种系引种简报[J].作物品种资源，1995（2）：40-42.

[4]马惠尔·甘利切克著，李贤柱等译.野生棉与栽培棉[M].农业出版社，1985.

[5]胡绍安.野生棉种质培育在育种中的应用[J].棉花学报，1989，1（1）：9-11.

[6]王坤波译.棉花半配特性及其应用研究[J].国外农学—棉花，1987（1）：1-7.

[7]胡绍安.棉属野生种与栽培种杂交杂种F遗传性状及细胞学研究[J].棉花学报，1991，3(1)：21-26.

[8]胡绍安.棉属野生种质的利用研究[J].作物品种资源，1994(3):22-23.

1005-2690（2017）08-0136-03

S562

B

2017-05-23）

冀丽霞（1975-），女，山西平遥人，硕士，助理研究员，主要从事棉花遗传育种工作。