棉花海A胞质不育系中1-2A的特点及应用

彭延，彭小峰，黄顺礼，刘素华，张选 龚举武，李海平，黎蓉，艾尼玩尔·黑里力，魏传井

(1.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，新疆 图木舒克 843900；2.中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000；3.西南大学，重庆 北培 400715；4.湖南省岳阳市农业科学研究所，湖南 岳阳 414000)

棉花生长具有十分明显的杂种优势，杂交棉通常能比常规棉增产15%左右。但对于棉花杂种优势基因开发利用主要采用人工去雄授粉法和核不育株系“一系两用”法，随着棉花产业结构调整，人工成本不断上升，制种面积越来越小，推广应用难度加大。利用棉花细胞质雄性不育系和恢复株系能迅速突破我国传统的人工去雄性杂交育种方法的育种瓶颈，为实现棉花杂交种的商业化发展提供重大便利。彭延，等选育出海A胞质不育系，该系与其他栽培的陆地棉系和哈克尼西的雄性不育系相比具有不育性稳定、陆地棉和海岛棉均可作为保持系、制种与管理更简便有效等特点，且规避了哈克尼西雄性不育系野生胞质导致的杂种减产率5%～8%。施尚泽，等培育出陆地棉高品质核不育系33A。王志刚，等培育出胞质不育系母本1038A。

目前研究雄性不育利用的有效途径集中于杂种优势、细胞学观察等有关方面。童旭宏，等研究表明：不育系花瓣均小，花丝短，柱头明显外露，败育彻底，无花粉。左志丹，等研究表明，不育胞质恢复系在高温胁迫下花药育性均显著低于可育胞质恢复系，花粉量明显减少、花粉活性和活力显著降低。王宗文，等研究表明2℃低温保存可有效延长恢复系花粉活力的保持时间，不育系开花次日上午柱头活力显著下降，但仍有10%左右的成铃率。邬飞波，等利用“三系”杂交棉浙杂166对生育与生理特性的比较研究，浙杂166株高、光合作用强度显著高于对照。基于生理生化指标在作物选育品种中的应用，本研究对“三系”配套的不育系和杂交种的农艺、产量、品质性状和恢复性进行测试，并对30天棉铃的生理生化指标进行了测试，旨在实现高效杂交种，从而实现“三系”高效利用。

1 材料方法

1.1 试验材料

自育海A胞质不育系和中1-2(保持系)为新疆农业科学院经济作物研究所提供，11R(恢复系)是由新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所在杂交种后代中选育而成。

1.2 试验方法

2012—2014年在第三师农业科学研究所试验地(39°52′15"N，79°4′10"E)和海南三亚以海A胞质不育系作为母本、中1-2作保持系，进行回交转育，选育出新的优质胞质不育系中1-2A。

2015年在第三师农业科学研究所试验地种植中1-2A，行长5 m，地膜宽度1.25 m，行距为0.12 cm和0.64 cm相间排列的宽窄行距，3次重复，在盛花期观察和鉴定每个系的育性。

2018年在第三师农业科学研究所试验地，一是种植中1-2A和中1-2，种植方式同2015年，调查生育期、子叶节茎粗、株高、果枝节位、始果节位高度、平均果枝数、平均单株结数、单铃重、衣分以及测定棉花纤维品质性状；二是以中1-2A为母本、恢复系11R为父本，配制杂交种并命名为三师棉12，播种期4月10日，种植密度16.5万株/hm左右。

2019—2020年在第三师农业科学研究所试验地，种植中1-2A，种植方式同2015年，进行农艺性状、产量性状、品质性状测试。

2021年在第三师农业科学研究所试验地，种植中1-2、中1-2A、11R和三师棉12，以中棉49为对照，种植方式同2015年。以棉花生长发育中开花当天的花标记为0天，在棉铃发育的30天时取各处理棉铃，由通标标准技术服务(青岛)有限公司测试其总纤维、不溶性纤维、可溶性纤维、还原糖、天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸及总氨基酸。

1.3 数据处理

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2010软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 不育系中1-2A的表现

田间调查表明：中1-2A株型较松散呈塔形，茎秆粗壮，Ⅱ类果枝；早熟性较好，叶片中等大小、叶色较浅、叶裂较深；铃卵圆较大，吐絮畅且集中，易机采。由表1可知，生育期为130天，株高75 cm，子叶节茎粗9.8 mm；始果枝位5.1节、高度23.1 cm，果枝数10.2个；单株结铃7.5个，单铃重6.3 g，衣分42%，霜前花率98%。2020年第三师农业科学研究所病圃试验地田间调查结果表明，该品种枯萎病发病为率1.2%，病情指数为1.0；黄萎病发病率为23%，病情指数为20.1，表现为高抗枯萎耐黄萎。2019—2020年经农业农村部棉花质量监督检验测试中心(乌鲁木齐)对纤维品质测定，2年平均的纤维长度为30.9 mm，断裂比强度为30.5cN/tex，马克隆值为4.2。

表1 不育系中1-2A和保持系中1-2的性状比较

综合表明：中1-2A表现出较高的不育性，生育期比保持系早2～4天，农艺性状与保持系高度一致，不育系的制种籽棉产量是保持系的70%，表现出铃中等大、衣分较高，纤维品质优良的特性。

2.2 杂交种三师棉12的表现

三师棉12植株较松散呈塔形，Ⅱ类果枝，茎秆较硬茸毛较少，叶片中等大小、叶裂深茸毛较少；前期长势平稳且整齐度好，后期长势较好不早衰；棉铃卵圆形略尖，吐絮畅，含絮中等，丰产性较好。由表2可以看出，三师棉12生育期为129天，比对照中棉49早熟2 天，株高75 cm，始果枝位5.1节，果枝数10.2个/株，结铃数9.6个/株，单铃重6.8 g，籽指11.1g，霜前花率98.1%，衣分45.4%。

表2 杂交种三师棉12与中棉所49的性状比较

2020—2021年在第三师南疆早中熟组陆地棉品种比较试验中结果平均为：籽棉和皮棉产量分别为7920.0 kg/hm和3527.36 kg/hm，分别比对照品种中棉所49增产22.5%和42.02%；纤维上半部平均长度为29.2 mm，断裂比强度为28.3 cN/tex，马克隆值为4.7。

2020年棉花病圃抗病鉴定结果表明，三师棉12枯萎病相对病指为0，黄萎病相对病指为20.3，属于高抗枯萎病耐黄萎病品种。

2.3 各材料的棉铃生理特征分析

在棉花生长过程中对30 天d的棉铃内部分物质进行测试(表3)。结果表明：不育系、保持系、恢复系、杂交种及对照同时期测试成分区别明显。总纤维含量、不溶性纤维含量以中1-2A最高、，中1-2最低；不溶性纤维含量与总纤维含量相关系数为0.9587，高度正相关；可溶性纤维含量以11R最高、中棉49最低；还原糖含量以中1-2最高、中1-2A最低，且两者相差达1倍。

表3 各材料棉铃的生理特征含量(%)

各材料棉铃的天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸含量差异较大，前3种为极性氨基酸，亮氨酸为非极性氨基酸并且带甲基，对棉纤维发育及高品质形成有何作用机理尚不明，三师棉12天冬氨酸含最高，中1-2A天冬氨酸最低，两者相差0.15个单位；中1-2A的苏氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、总氨酸含量最高，中棉所49的谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、总氨酸含量最低。

3 结论与讨论

在水肥、化学调控相同条件下，不育系的制种籽棉产量是保持系的70%以上。转育6代后，中1-2A其农艺性状与保持系中1-2高度一致,且纤维品质性状有不同程度提高(可能与不育系含海岛棉基因有关)，是目前棉花胞质雄性不育系综合指标表现突出的不育系，“三系”杂交三师棉12品种平均单铃重6.8g，衣分45.4%，实现了铃大、衣分高、产量高的育种目标。不育系的不育度高，不育株率达100%，人工授粉制种成铃率达55%以上，可生产棉种1650 kg/hm。三师棉12品种在棉花生长周期中30d棉铃总纤维、不溶性纤维、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、总氨酸含量最高，转育不育系棉铃最大体积期生理生化指标研究鲜有专家报道。

杂交种三师棉12品种的农艺和产量性状与亲本相差较大，生育期提前，植株变高，果枝数增加，较对照品种中棉所49生长发育优，避免了哈克尼西棉“三系”配套杂交棉产生的“鸭嘴”铃；在产量性状上，结铃数、铃重、衣分、籽棉产量、皮棉产量等比亲本高，其产量也明显高于对照，霜前皮棉产量较对照增产40%以上；枯萎病和黄萎病抗性均较好，但品质性状较不育系略有所下降。棉铃测试结果表明，不育系、保持系、恢复系、杂交种及对照的成分区别明显，谷氨酸在不育系和杂交种中含量相对较高，天冬氨酸在杂交种中含量最高。因而依据大田综合表现和棉铃最大体积期生理生化指标进行选择，较容易选育出早熟、铃大、高产稳产、优质和抗逆的优势材料。