河北省优质棉育种70 年回顾与展望

张曦，钱玉源，刘祎，田海燕，王广恩，崔淑芳，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/国家棉花改良中心河北分中心，石家庄050051）

棉花是我国最主要的天然纤维作物，不仅为广大农民提供重要经济来源，也为纺织工业提供重要原料。 中国是世界上最大的棉花消费国，根据国际棉花咨询委员会数据， 我国2014―2018 年年均棉花消费量为773.8 万t， 占世界年均棉花消费总量的31.2%[1]。 尽管近年来纺织纤维加工总量中棉花纤维的比重有所下降，但国内外82%以上的消费者更青睐棉布或混纺棉布制成的服装[2]。 棉纤维的长度、细度、整齐度、成熟度、断裂强力等品质指标对织物的成纱强力、条干均匀度、纺纱支数高低、断头和疵点多少、染色均匀度以及纺纱工艺流程等都有直接影响[3-4]。棉花纤维品质关系到产、供、需产业链各方利益，对发展国民经济和提高人民生活水平都起重要作用。 而我国棉花品种品质单一，95%为中绒棉类型，缺乏适纺高支纱的长纤维品种和适纺牛仔布、纱布、地毯等的粗短纤维品种[5-6]，不能满足棉纺企业优质产品开发、技术设备升级及降低生产成本的需求。 选育优质棉花品种，生产符合纺织工业需求的原棉，对于促进纺织工业发展、优化纺织工艺、提高纺织品质量、增加棉纺企业利润和增加棉农收入具有重要意义。

1 优质棉的概念及评价标准

由于人们对棉花品质的要求和认知不断变化，棉纤维品质检测技术和评价指标也不断发展，优质棉的概念及评价标准在较长一段时间内都存在争议。 1972 年，我国发布了首版棉花国家标准《棉花细绒棉》（GB 1103―1972），检测的品质指标包括品级和长度。 品级指标采用感官检验方式，依据成熟程度、色泽特征、轧工质量等的综合水平将棉花分为7 个品级，七级以下为级外棉；依据手扯长度值将棉花分为6 个长度级 （23～33 mm， 级距为2 mm）[7]。GB 1103―1972 中的品质指标较少，且采用感官检验方式， 很难为优质棉的界定提供合理依据。 1978 年，全国棉花科研会议上确定陆地棉纤维品质育种指标：纤维主体长度不低于29 mm、断裂强力不低于4 g、断裂长度约24 km、细度6 000 m·g－1左右[8]。 长绒棉的品质要求是长度大于33 mm，细度7 000 m·g－1， 断裂强力大于4.5 g （断裂长度31.5 km 以上），成熟度良好[8-9]。但也有育种家认为，优质棉是个相对概念。王忠义于1986 年提出，纺织工业对优质棉的要求因商品性、区域性、时间性的不同而不同。 凡符合国内纺织工业需要、国外适销对路的原棉均可称为优质棉， 可分为基础优质型（纤维符合多种纺织要求）、专用优质型（纤维某些性状符合特殊棉织品的要求）和单一优质型（纤维某一项物理指标特优而其他性状一般）3 种类型[10]。还有育种家认为，优质棉不仅要满足生产不同类型棉织品的需要（表1），还要有利于棉农增产、增收，为纺织厂提供最大利润[11-12]。 2000 年，原农业部棉花品质监督检验测试中心对优质棉的定义及其质量要求进行了深入的探讨。 通过广泛调研归纳出3点共识：（1） 棉花最重要的用途是作纺织工业的原料，因此棉花的各项纤维品质指标应满足纺织工业的需要；（2）纺织工业对棉花品质的需求多样，因而优质棉的类型也应多样；（3） 各项纤维品质指标之间应相互协调、科学匹配，不能只强调某一项或几项指标而忽视其他指标。 经过反复论证和专家评议，2007 年，原农业部发布农业行业标准《棉花纤维品质评价方法》（NY/T 1426―2007），将优质棉定义为“符合纺织工业需要，各纤维品质指标匹配合理的棉花”，并将优质棉分为5 档（表2），为优质棉育种提供了明确、具体的品质指标[13-14]。高品质棉是优质棉的一个特殊类型，是适纺中高支纱的重要原料。目前一般认为，高品质棉纤维长度大于30 mm，断裂比强度大于33.0 cN·tex－1，马克隆值3.8～4.5，适合纺40～60 支纱[15-16]。

表1 各类原棉品质指标及其需求

表2 优质棉纤维品质分档

棉花国家标准在GB 1103―1972 的基础上，历经GB 1103―1999、GB 1103―2007 和GB 1103―2012 几版的修订，逐步增加了马克隆值、断裂比强度、长度整齐度指数、颜色级、成包皮棉异性纤维含量、轧工质量等品质考核指标，并对指标的分级分档不断进行优化，检验方式也逐渐过渡到仪器检验与感官检验相结合，以仪器检验为主[7]。 棉花国家标准的发布及修订， 体现出人们对纤维品质本质认识的不断深入以及棉花纤维品质检测技术设备的不断进步，也为优质棉育种目标的细化提供了参考依据。

2 河北省优质棉育种回顾与进展

2.1 优质棉种质资源的鉴定与创新

河北省20 世纪50 年代初期开始棉花品种资源收集、引进、整理、鉴定工作，至20 世纪60―70年代，种质资源逐渐丰富，筛选出长绒（33 mm 及以上）、高断裂强力（4.50 g 及以上）、细绒（6 000～7 200 m·g－1）、优质（纤维主体长度＞29.0 mm，断裂强力＞4.0 g，细度＞6 000 m·g－1，断裂长度＞24 km，成熟度系数＞1.70）等类型的优异种质如中陆长绒棉、永年小双桃、石短5 号、冀海陆2 等。 20 世纪70 年代开始，河北省农林科学院棉花研究所、邯郸地区农业科学研究所、石家庄地区农业科学研究所等单位先后利用棉属种间杂交创制了一批优异种质，如强纤维种质正瑟F5（断裂强力7.46 g）、特长纤维资源577 系（陆地棉×索马里棉后代，纤维长度40.65 mm）、 中长绒低酚棉邯57 （纤维长度33～35 mm，断裂比强度25.2 g·tex－1（1 g·tex－1≈0.98 cN·tex－1），马克隆值3.1）等[17]。 这些品质性状突出的优良种质，为河北省优质棉育种提供了丰富的基因资源和优良亲本。

2.2 优质棉品种选育

河北省地处黄河流域棉区，气候适中，是全国最适宜植棉的生态区之一[18-19]。河北省1938 年起在石家庄开始棉花育种试验研究。 据统计，1949―2019 年，河北省共育成品种291 个，其中河北省审定171 个，国家审定53 个，其他省审定39 个。不同时期棉花纤维品质检测技术、检测指标不同，衡量优质棉纤维品质的指标也不同。本文依据棉花纤维品质检测指标（苏制标准测试指标、HVI 系列ICC校准和HVICC 校准）的不同[20-21]，将品种审定时间大致划分为3 个时段，分时段对优质棉育种的进展进行阐述。 纤维检测指标相同的品种，选育年份接近，检测指标与同期审定品种不一致的品种，依检测指标划入相应的时段进行统计分析。

2.2.1 1949―1996 年选育品种。 1949―1996 年河北省选育棉花品种32 个 （含1 个1998 年审定品种，品质采用苏制标准测试指标），其中5 个品种还通过了国家农作物品种审定委员会审定。 这32 个品种的纤维主体长度27.4～32.8 mm， 断裂长度20.4～26.2 km，单纤维断裂强力3.4～4.3 g，纤维细度5 382～6 400 m·g－1，成熟度系数1.5～1.8。 依据各类原棉品质指标 （表1），12.5%的品种适纺细号纱，28.1%的品种适纺中号纱，31.3%的品种适纺粗号纱。 考虑单个品质指标，1949―1996 年河北省选育品种的纤维长度和纤维细度表现突出。所有育成品种的纤维长度均达到了纺中号纱及以上的标准。纤维长度大于等于29 mm 的品种占71.9%， 大于等于31 mm 的品种占15.6%， 达到了纺细号纱的长度要求。 而同时期我国棉花纤维长度在29 mm左右[22]。 78.1%品种的纤维细度达到纺中号纱及以上的标准，其中50.0%的品种达到细号纱的细度要求。单纤维断裂强力和断裂长度均达纺中号纱及以上（断裂长度≥22 km，断裂强力＞3.8 g）标准的品种占53.1%。 同时期黄河流域棉区纤维断裂长度为21～22 km，断裂强力3.4～3.6 g[23]。 虽然育成品种的纤维强度大多达到了黄河流域棉区的平均水平，但与新疆、长江中游棉区相比，仍存在很大提升空间。 1991―1992 年度，世界棉花市场将棉花定价依据由原来的纤维长度改为纤维强力[24]。 选育高断裂强力棉花品种的重要性凸显，纤维断裂强力与其他纤维指标的匹配亟待提高。这一时期育成品种中纤维品质表现最优的为适纺50～60 支纱的石短5号、冀棉22 号和适纺30～42 支纱的冀棉15、冀棉18。 石短5 号纤维长度31～33 mm，细度6 180 m·g－1，断裂强力4.2 g，断裂长度26.2 km。其纤维品质优异， 深受纺织企业欢迎， 产量亦高于对照品种，1961 年被原农业部定为全国棉花区域化良种，在生产上种植长达22 年，1978 年获得全国科学大会奖。 冀棉22 纤维长度32.8 mm，细度6 302 m·g－1，断裂强力4.0 g，断裂长度24.4 km，经试纺表明适合纺60～80 支纱[25]。 冀棉15 纤维长度29.3 mm，细度5 882 m·g－1，断裂强力4.0 g，断裂长度23.1 km。冀棉18 纤维主体长度30.7 mm，细度5 883 m·g－1，断裂强力4.0 g， 断裂长度23.2 km，1994 年获河北省科技进步二等奖，1998 年获河北省优秀发明奖。适纺中号纱的国审品种冀棉1 号1987 年获国家发明二等奖。冀棉5 号1978 年获得全国科学大会奖，冀棉7 号1984 年获河北省科技进步二等奖， 适纺中号纱。 适纺粗号纱的冀棉8 号于1984 年和1987年分别获河北省科技进步一等奖和国家科技进步二等奖； 冀棉2 号1982 年获河北省科技成果二等奖；冀棉9 号1985 年获河北省科技进步二等奖；国审棉冀棉11 号1990 年和1992 年分别获得河北省科技进步二等奖和国家科技进步三等奖。 此外，邯郸地区农业科学研究所选育出高品质棉品系邯208，1985―1986 年冀中南品种区域试验纤维品质检测结果，主体长度31.1 mm、断裂强力4.1 g、细度6 043 m·g－1、断裂长度24.5 km、成熟度系数1.7。中长绒棉品系邯208 的选育为优质棉乃至高品质棉育种提供了优良的育种材料。

2.2.2 1997―2002 年选育品种。 1997―2002 年河北省选育品种25 个 （含1 个2004 年、2 个2005年、1 个2006 年审定品种，品质采用HVI 系列测试指标，ICC 校准）， 其中5 个品种通过国家审定，3个品种通过其他省审定。 1997―2002 年选育品种的2.5%跨距长度为26.7～32.7 mm，断裂比强度为19.0～24.3 g·tex－1， 马克隆值为3.8～5.2。 参考HVI-900 系列测试指标 （ICC 校准）（表3），2 个品种 （8.0%） 的纤维品质达到Ⅰ类标准，1 个品种（4.0%） 达到Ⅱ类标准，28.0%的品种达到Ⅲ类标准，56.0%的品种达Ⅳ类标准。 1996―1997 年我国10 个主要产棉省（区）平均纤维长度29.3 mm，平均断裂比强度21.0 g·tex－1，平均马克隆值3.7[26]。与全国平均水平相比，该时期河北省选育的品质突出的品种较少。 达到Ⅰ类标准的2 个品种为冀棉26 和新陆中8 号。 冀棉26 的2.5%跨距长度31.1 mm，断裂比强度22.0 g·tex－1，马克隆值3.9，以其高产、抗病、优质的特性与农大94-7 在2004 年获教育部科技进步二等奖。 新陆中8 号2.5%跨距长度32.7 mm，断裂比强度21.9 g·tex－1，马克隆值3.8，纤维品质在新疆南疆推广品种中表现最好[25]。 达Ⅱ类标准的保188，2.5%跨距长度29.7 mm， 断裂比强度20.4 g·tex－1，马克隆值4.1。Ⅲ类品质低酚棉品种冀棉27，1999 年获河北省科技进步三等奖。国审品种中除sGK321 外均为Ⅳ类品质，主要问题是马克隆值偏高。 冀棉24（石远321）在1999 年、2001 年和2002 年分别获得原农业部科技进步二等奖、 国家科技进步二等奖和河北省省长特别奖；“双价抗虫棉sGK321” 示范推广获2006 年河北省科技进步二等奖；冀668 的选育和推广在2004 年和2006 年分别获河北省科技进步一等奖和三等奖；邯郸284在2005 年获河北省科技进步一等奖。 邯郸109 在2008 年获河北省科技进步二等奖。 表明纤维品质与产量、 抗性等性状配套对于优质棉选育非常重要，降低马克隆值是优质棉育种最需攻克的难题。

表3 陆地棉育种品质指标国际通用标准（ICC 校准）[20]

2.2.3 2003―2019 年选育品种。 2003―2019 年河北省选育品种234 个，其中国家审定品种45 个，其他省审定品种36 个（品质检验采用HVICC 校准）。各年审定品种棉纤维的平均长度在28.9～30.6 mm波动， 呈先升高再降低趋势，17 年的平均长度为29.7 mm； 各年平均断裂比强度为27.5～31.5 cN·tex－1，近年呈升高趋势；各年平均马克隆值为4.3～5.4，平稳中略显升高趋势（图1）。我国“十五”至“十二五” 审定品种的纤维长度分布在27～32 mm，以29 mm 和30 mm 为主，占约60%。断裂比强度分布在25～31 cN·tex－1，以28～29 cN·tex－1为主，有逐年增加的趋势。多数品种的棉纤维马克隆值分布在4.3～4.9， 而黄河流域参试品种趋向分布在5.0 以上，三大棉区（黄河流域、长江流域、西北内陆棉区）的马克隆值均有升高趋势[27]。2003―2019 年河北省选育品种的品质特征与黄河流域区域试验品种表现基本一致。

图1 2003―2019 年河北省育成品种的纤维品质指标变化趋势

根据《棉花纤维品质评价方法》（NY/T 1426－2007）对优质棉的规定（表2），对单个纤维指标进行评价。 所有2003―2019 年选育品种的纤维长度均达到优质标准，其中86.4%品种的纤维长度集中在AA 档；83.7%品种的断裂比强度达到AA 或A档标准；91.5%品种的马克隆值集中在C2 和B2 档（表4）。 表明这些品种的单个品质指标比较集中，缺乏特殊类型品种。 综合各纤维品质指标， 达到AA 或A 档标准的品种为85.0%，低于单个品质指标优质的比例，表明各品质指标间的协调、匹配还有待提高。 此外，近年育成品种的长度整齐度指数均能达标。 从表5 看，不同档次优质棉品种比例在年际间波动较大，严重缺乏高品质棉，影响纤维品质的主要因素是断裂比强度和马克隆值。我国育种家对河北省不同年份、不同类型棉花品种纤维品质进行分析，也得到相似的结论：河北省棉花纤维品质分布范围窄，纤维品质不配套，个别性状突出的品种常归入低一级的品质类型，高品质棉花品种较少；断裂比强度是影响纤维品质的主要因素，马克隆值有升高趋势[28-32]。

表4 2003―2019 年河北省选育品种中各品质指标分布（占比）情况 %

表5 2003―2019 年河北省选育品种中各等级优质棉品种所占比例

2003―2019 年选育品种中， 冀228 和农大棉13 号为AAA 档高品质棉。冀228 携带海岛棉基因片段，纤维上半部平均长度32.6 mm，断裂比强度32.4 cN·tex－1，马克隆值3.9，2013 年获河北省科技进步二等奖。 农大棉13 号纤维上半部平均长度32.4 mm， 断裂比强度33.2 cN·tex－1， 马克隆值4.2，2018 年获河北省科技进步一等奖。 AA 档优质棉邯棉802、 邯郸885 和农大棉8 号分别于2011年、2011 年和2013 年获河北省科技进步一等奖；石早98 和国审品种冀杂1 号、邯棉559、邯棉646分别于2014 年、2013 年、2017 年、2017 年获河北省科技进步二等奖； 冀优01 和国审品种石抗126分别于2009 年、2013 年获河北省科技进步三等奖。 石抗126 在2015―2018 年还曾作为黄河流域区域试验对照品种。 A 档优质棉国审品种邯杂98-1、邯杂429、冀棉169 分别在2010 年、2010 年、2015 年获河北省科技进步一等奖； 冀棉616 于2011 年和2013 年分别获河北省科技进步二等奖和全国农牧渔业丰收奖二等奖；邯5158、冀丰554、冀1316 和国审品种石杂101、 冀杂999 分别于2010 年、2014 年、2016 年和2014 年、2016 年获河北省科技进步二等奖。这些优质棉花品种的选育成果，为河北省优质棉育种提供了参考。

3 河北省优质棉育种展望

3.1 河北省优质棉育种面临的挑战

与我国优质棉育种的整体境况[24,33]相似，河北省选育品种的纤维品质类型也比较单一，大多适纺中支纱，缺乏适纺高支纱的高品质棉，不能满足棉纺织企业产品升级的需要；也缺乏粗短纤维，不利于棉纺企业降低成本。 同时，由于近年来植棉收益下降，棉农的种植意愿不强，棉花生产面积持续下滑。 因此，选育不同档次的棉花品种，特别是“双30”（纤维长度30 mm 以上、 断裂比强度30 cN·tex－1以上）或AAA 档次的高品质棉，以满足纺织工业、人民生活的不同需求和增加植棉效益，将成为未来棉纤维品质改良的重点[34-35]。 棉花加工过程中的机械作用容易导致棉纤维长度变短、断裂比强度降低[36]；因此，制定的优质棉育种目标，要高于纺织企业对原棉的要求，这就对优质棉育种提出了更大的挑战。此外，河北省所处的黄河流域棉区，马克隆值整体偏高，且有逐年增大趋势[27,37]。克服环境因素对纤维细度的不利影响，也是河北省优质棉育种亟待解决的重要问题。

3.2 河北省优质棉育种的发展方向

河北省今后的优质棉育种应合理调整品质结构，既要保持适纺中支纱品种选育的优势，又要重视发展市场急需的中长绒新品种的选育。这就需要在开展优质棉育种时，打破陈规，优化和创新各育种环节：深入研究优质棉品质形成的遗传规律和分子机制，为优质棉育种提供理论依据；征集和创新种质资源，创造新的变异；改良和创新育种方法、选择标准，提高育种效率和育种精度；发掘优异标记、基因，利用新的技术手段，开展分子育种。为了使品种的优良品质在生产中充分体现，还需良种良法配套，改善品质的一致性，同时大力推进供给侧改革，实现科研、生产、贮藏、流通、加工、纺织等全产业链控制原棉质量。