為了那片“花?！薄浿袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所袁有祿研究員

本刊記者 游小葉

為了那片“花海”
——記中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所袁有祿研究員

本刊記者 游小葉

專家檔案：

袁有祿，1967年10月生，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，博士，研究員，博士研究生導(dǎo)師，安陽(yáng)市市管優(yōu)秀專家，安陽(yáng)市勞動(dòng)模范，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)研究室主任，棉花分子育種課題組組長(zhǎng)。負(fù)責(zé)的分子育種課題被安陽(yáng)市團(tuán)委授予青年文明號(hào)。1990年于北京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種專業(yè)本科畢業(yè)，2000年獲得南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種專業(yè)博士學(xué)位。

“叫它莊稼，五谷中沒有它；叫它花，萬花叢中沒有它。但它實(shí)在比所有的花朵都更溫暖，更深情?！睗嵃椎拿藁槿藗兯腿チ藴嘏?，也贏得了人們最衷心的贊美。

作為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)研究室主任、棉花分子育種課題組組長(zhǎng)，袁有祿博士對(duì)棉花情有獨(dú)鐘。他愛棉花的樸實(shí)無華，更愛棉花的溫暖裹挾，他要把這份溫暖傳給全天下。

20年來，袁有祿將自己的大部分時(shí)間都放在了棉花育種研究工作上，為他鐘愛的棉花事業(yè)貢獻(xiàn)了一份力量。

棉花育種 意義重大

作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉花是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要物資。我國(guó)已有兩千多年的植棉歷史，是世界棉花生產(chǎn)、消費(fèi)和貿(mào)易大國(guó)。

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，棉花優(yōu)良品種的推廣對(duì)棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。近半個(gè)世紀(jì)以來，棉花育種新技術(shù)使我國(guó)棉花品種實(shí)現(xiàn)了從無到有、從低水平到躋身世界先進(jìn)行列的跨越式發(fā)展。自20世紀(jì)50年代以來，我國(guó)先后進(jìn)行了6次品種更換，每次更換使棉花單產(chǎn)提高10%左右，纖維品質(zhì)、抗病性和早熟性持續(xù)提高，為我國(guó)棉花生產(chǎn)作出了巨大貢獻(xiàn)。

然而，現(xiàn)實(shí)的問題是，盡管我國(guó)棉花生產(chǎn)取得了一定的成績(jī)，但是要滿足我國(guó)紡織工業(yè)快速發(fā)展的需求，解決棉花生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問題，并參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)棉花育種領(lǐng)域仍然存在著諸多需要攻克的難題。

大膽實(shí)踐 創(chuàng)新育種

袁有祿對(duì)棉花育種事業(yè)懷著一腔深沉的愛。從棉苗出土、放苗到定苗、收獲，在棉花育種試驗(yàn)地，人們總能見到他的身影。他查看棉花的長(zhǎng)勢(shì)，細(xì)數(shù)每一株棉花有幾個(gè)蕾、結(jié)幾個(gè)桃，觀察棉花的吐絮情況，然后在記錄本上詳細(xì)地做著記錄。他利用棉花分子育種技術(shù)，在海島棉優(yōu)異基因的漸滲轉(zhuǎn)育，陸地棉優(yōu)質(zhì)基因的QTL定位及分子設(shè)計(jì)聚合育種等方面均取得了開拓性成果。

挖掘海島棉優(yōu)異性狀基因

海島棉具有纖維品質(zhì)好，纖維長(zhǎng)、強(qiáng)、細(xì)，抗黃萎病等優(yōu)點(diǎn)，如何有效地將存在于海島棉中的優(yōu)異性狀基因轉(zhuǎn)移到高產(chǎn)的陸地棉中，是一項(xiàng)具有重要意義的工作。因此，袁有祿主持的課題研究得到了國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)的支持。

實(shí)際上，棉花等農(nóng)作物的重要性狀大多數(shù)是數(shù)量性狀，對(duì)數(shù)量性狀的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。傳統(tǒng)的遺傳學(xué)通常把數(shù)量性狀作為一個(gè)整體來進(jìn)行研究，難以鑒定單個(gè)數(shù)量性狀基因座位(QTL)。分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展為研究QTL提供了新的工具,利用高密度的分子標(biāo)記連鎖圖可以把控制數(shù)量性狀的多基因系統(tǒng)分解為單個(gè)孟德爾因子,并確定其在染色體上的位置和效應(yīng)。QTL定位通常通過分離群體進(jìn)行,目前常用的分離群體有F2/F2：3、BC1、DH和RIL等。利用這些群體進(jìn)行QTL定位時(shí),由于數(shù)量性狀的復(fù)雜性以及分離群體遺傳背景的復(fù)雜性,QTL定位往往難以取得令人滿意的結(jié)果。

首先，企業(yè)的資金結(jié)構(gòu)不合理，地方性債務(wù)較為嚴(yán)重。目前，我國(guó)很多國(guó)有企業(yè)在經(jīng)營(yíng)過程中市場(chǎng)變化能力較弱，并且很多產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)鏈的中低區(qū)段，經(jīng)營(yíng)模式過于粗糙。并且大型國(guó)有企業(yè)在進(jìn)行投資時(shí)，多數(shù)偏重于大規(guī)模的投資，主要依靠銀行貸款來進(jìn)行融資，這就容易導(dǎo)致企業(yè)的資產(chǎn)負(fù)債杠桿率較大[2]。

染色體片段代換系(Chromosome Segment Substitution Lines, CSSLs)又叫導(dǎo)入系(Introgression lines,ILs),是在相同的遺傳背景中導(dǎo)入供體親本的染色體片段。染色體片段代換系與其受體親本之間只有代換片段的差異,如果代換系中只含有一個(gè)來自供體親本的染色體片段則稱為單片段代換系(Single Segment Substitution Lines, SSSLs)。單片段代換系與其受體親本之間只存在一個(gè)已知代換片段的差異,其它遺傳背景與受體親本完全一致，消除了遺傳背景的干擾,有利于QTL的分析。

不少學(xué)者利用單片段代換系材料對(duì)水稻的許多QTL進(jìn)行了鑒定和精細(xì)定位，并克隆了一些重要性狀的QTL，因此，單片段代換系是進(jìn)行基因分析，特別是QTL分析的理想材料，建立一套單片段代換系,不僅可以挖掘和利用新的基因資源,大大提高QTL定位的準(zhǔn)確性和精確性,而且使基因鑒定、基因定位、克隆、分子標(biāo)記輔助選擇和育種這些不連續(xù)的環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起,還可以實(shí)現(xiàn)植物分子育種從個(gè)別基因利用到基因組的綜合開發(fā)利用的跨越式發(fā)展,同時(shí)為基因聚合育種工程積累豐富的基因資源。

當(dāng)時(shí)，通過高代回交Q T L（Advanced Backcross QTL, AB-QTL）分析法漸滲海島棉基因入陸地棉的研究已有報(bào)道(Lacape 等，2005）。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培育棉花染色體單片段代換系材料尚未見報(bào)道。為此，袁有祿帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同陸海高代回交群體中中棉所36×海1的BC5F32660個(gè)單株和中棉所45×海1BC4F32320個(gè)單株進(jìn)行了產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等性狀的綜合評(píng)價(jià)，按照每個(gè)家系從中選擇5個(gè)單株，各選擇出665個(gè)和580個(gè)單株，把入選的單株種植成株行，調(diào)查產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等表型性狀，并進(jìn)行了評(píng)價(jià)；完成了140個(gè)漸滲有多個(gè)片段的代換系的回交和101個(gè)漸滲1-2個(gè)片段的代換系的自交。對(duì)2010年從（中棉所36×海1）BC5F3、(中棉所45×海1)BC4F3回交群體獲得的140個(gè)代換片段數(shù)>3的代換系進(jìn)行進(jìn)一步回交，以期獲得更多的片段數(shù)更少、片段更小的染色體片段代換系。這些材料為進(jìn)一步海島棉優(yōu)異纖維品質(zhì)性狀的穩(wěn)定的QTL或基因的挖掘、海島棉纖維品質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)的深入剖析、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種的創(chuàng)制理論的研究準(zhǔn)備了豐富的基礎(chǔ)材料。

探索陸地棉優(yōu)質(zhì)纖維品質(zhì)性狀基因

棉纖維是重要的紡織工業(yè)原料。我國(guó)自育棉花品種的纖維品質(zhì)比較適合紡40支以下的中、低檔棉紗，纖維品質(zhì)中等，基本能滿足當(dāng)前紡織工業(yè)的要求，但由于絨長(zhǎng)類型單一，纖維強(qiáng)度偏低，纖維較粗，缺少紡40支以上的高檔紗的棉花，尤其缺少紡60支以上高檔紗及多種檔次的需求。隨著紡織部門引入噴氣紡、氣流紡等高效快速的紡紗技術(shù)，以及人民群眾對(duì)衣著要求的普遍提高，進(jìn)入WTO以后，我國(guó)的棉花市場(chǎng)將更加開放，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈，對(duì)棉花品質(zhì)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

赴印度棉花考察（右一）

在保證現(xiàn)有品種的產(chǎn)量并有所提高的前提下，對(duì)纖維品質(zhì)的選擇應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：（1）重點(diǎn)選育纖維比強(qiáng)度高于現(xiàn)有品種2cN/tex，達(dá)到28 30c N/t e x，纖維長(zhǎng)度27~29m m，馬克隆值3.7~4.5的新品種。（2）重點(diǎn)選育纖維長(zhǎng)度31~33mm，比強(qiáng)度31~ 34cN/tex，馬克隆值3.7~4.2，纖維

可紡中高支紗（60~80支）的新品種。（3）產(chǎn)量較高，纖維長(zhǎng)度25~27mm，

袁有祿帶領(lǐng)課題組深入挖掘來自優(yōu)異纖維品質(zhì)材料0-153（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)培育）及新陸早24（新疆康地公司培育）中與品質(zhì)性狀有關(guān)的QTL(數(shù)量性狀位點(diǎn))。以大面積推廣的陸地棉品種中棉所41選系SGK9708和具有高比強(qiáng)纖維基因的陸地棉優(yōu)異品系0-153為親本構(gòu)建了196個(gè)家系的陸地棉重組自交系（F6:8），進(jìn)行了4年6試點(diǎn)10環(huán)境的田間試驗(yàn)，并對(duì)3個(gè)產(chǎn)量性狀和5個(gè)纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行了測(cè)定。利用400個(gè)SSR標(biāo)記位點(diǎn)構(gòu)建了一個(gè)包括54個(gè)連鎖群，總長(zhǎng)1260.68cM，約占棉花總基因組的28.33%，標(biāo)記間的平均距離為3.15cM的陸地棉種內(nèi)遺傳連鎖圖譜。利用復(fù)合區(qū)間作圖法分別對(duì)10個(gè)環(huán)境下的產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL作圖，共得到78個(gè)能在至少3個(gè)環(huán)境下檢測(cè)到的QTL，其中2個(gè)位于Chr13的衣分性狀主效QTL（qLP-2-2, qLP-2-3），1個(gè)位于Chr7的子指性狀QTL（qSI-9-1），2個(gè)分別位于Chr7和Chr25的纖維長(zhǎng)度主效QTL（qFL-1-1和qFL-9-2）和3個(gè)分別位于Chr7和Chr25上的纖維強(qiáng)度QTL（qFS-1-2, qFS-1-4和qFS-9-5）在8個(gè)以上的環(huán)境表現(xiàn)穩(wěn)定且可以解釋較大的表型變異（>10%），這些Q T L可在棉花分子輔助育種中顯著提高相關(guān)產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的選擇效率。

為挖掘高比強(qiáng)材料新陸早24優(yōu)異纖維品質(zhì)基因，袁有祿與課題組以高品質(zhì)中長(zhǎng)絨棉品種新陸早24號(hào)為父本，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉常規(guī)品種魯棉研28號(hào)(群體Ⅰ)和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)棉花新品種冀棉516為母本(群體Ⅱ)，構(gòu)建兩個(gè)F2和F2：3分離群體，以魯棉研28號(hào)和新路早24群體構(gòu)建適合的遺傳連鎖圖譜，利用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行QTL定位，并將纖維強(qiáng)度的主效QTL在另一個(gè)群體中進(jìn)行驗(yàn)證，該研究為分子標(biāo)記輔助選擇育種奠定了基礎(chǔ)。利用7638對(duì)SSR引物篩選魯棉研28號(hào)×新路早24間多態(tài)性，共獲得225對(duì)多態(tài)性引物，對(duì)F2單株DNA進(jìn)行擴(kuò)增，獲得238個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，利用Joinmap3.0構(gòu)建遺傳連鎖圖譜（LOD值7.0），185個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)構(gòu)建了包含44個(gè)連鎖群，總長(zhǎng)為1509.38c M的遺傳圖譜。利用WinQTLCartographer2.5的復(fù)合區(qū)間作圖法，定位纖維品質(zhì)相關(guān)性狀QTL，共檢測(cè)到14個(gè)纖維品質(zhì)性狀QTLs，纖維強(qiáng)度的1個(gè)主效QTL（qFS-6-2）在群體Ⅰ和Ⅱ中得到驗(yàn)證，在兩個(gè)世代均穩(wěn)定檢測(cè)到，為分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

袁有祿（左一）在中棉所60示范田

中棉所70成功紡60支紗

中棉所70成功紡80支紗

此外，他們還大力開展優(yōu)異纖維品質(zhì)材料的主效Q T L位點(diǎn)的聚合研究，以2個(gè)品種（系）T G41和s G K156以及3個(gè)纖維品質(zhì)優(yōu)異的種質(zhì)系7235、HS427-10和0-153為親本，配制了(s G K156×H S427-10)×(0-1 5 3×7 2 3 5)、(T G 4 1×H S 4 2 7-10)×(0-153×7235)和(sGK156×0-153)×(sGK156×HS427-10)3套組合的雙交F1及F2群體，并利用纖維強(qiáng)度相關(guān)的4個(gè)不同QTLs的SSR標(biāo)記進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇。證實(shí)了此項(xiàng)研究所配制的群體材料世代低，遺傳背景復(fù)雜，大多QTLs處于雜合狀態(tài)，仍然檢測(cè)出了單個(gè)QTL位點(diǎn)及QTL位點(diǎn)聚合的顯著遺傳效應(yīng)，明確了育種低世代基因型大多雜合的群體在基因效應(yīng)研究中仍然可以利用。表明有必要培育多個(gè)基因聚合并純合的高代重組自交系材料，進(jìn)一步研究多基因聚合的遺傳效應(yīng)。

棉花纖維品質(zhì)相關(guān)功能基因的克隆與驗(yàn)證也是袁有祿研究的重點(diǎn)，其研究結(jié)果是，高強(qiáng)和低強(qiáng)材料在相鄰時(shí)間點(diǎn)之間的差異表達(dá)基因分別為3712個(gè)和6114個(gè)，主要分布在15-20DPA，占總差異表達(dá)基因的51.51%和77.76%。兩個(gè)材料的纖維發(fā)育過程是不同步的，高強(qiáng)材料的伸長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，次生壁合成開始較晚；調(diào)節(jié)氧化還原相關(guān)基因可能會(huì)影響纖維細(xì)胞的伸長(zhǎng)，其表達(dá)較低時(shí)會(huì)導(dǎo)致纖維伸長(zhǎng)停止并開始次生壁合成；一些次生代謝途徑如類苯基丙烷、類黃酮、谷氨酸鹽等的合成可能對(duì)棉纖維次生壁的合成和纖維強(qiáng)度影響較大；棉纖維強(qiáng)度的差異是多基因共同調(diào)控的結(jié)果，除了已發(fā)現(xiàn)的與細(xì)胞壁合成、次生代謝轉(zhuǎn)錄調(diào)控等基因外，其他調(diào)控因子如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等因素都有可能影響纖維強(qiáng)度的形成。分子設(shè)計(jì)聚合育種

袁有祿（前排右三）與研究團(tuán)隊(duì)在一起

袁有祿所帶領(lǐng)的課題組還深入開展了分子標(biāo)記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因新材料快速轉(zhuǎn)育利用研究，通過將分子標(biāo)記技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，探索了棉花分子標(biāo)記輔助聚合育種新方法，在國(guó)內(nèi)達(dá)到領(lǐng)先水平。在轉(zhuǎn)基因抗蟲優(yōu)質(zhì)雜交棉新材料創(chuàng)制方面取得了較大的突破；培育了高產(chǎn)抗蟲棉中棉所60新品種，優(yōu)質(zhì)抗蟲轉(zhuǎn)基因雜交棉中棉所70和中棉所78。

中棉所60（審定原代號(hào)：s G K中156）屬轉(zhuǎn)基因抗蟲常規(guī)棉品種，是以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉sGK9708（中棉所41）優(yōu)系為母本，與優(yōu)質(zhì)材料53選系為父本雜交，F(xiàn)1再與中棉所12輻射高代材料雜交，后經(jīng)單株選擇測(cè)定品質(zhì)，培育出遺傳穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品系sGK中156。其綜合表現(xiàn)為：莖桿粗壯、葉大、葉色深，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，抗逆性好，不早衰；果枝較長(zhǎng)、果節(jié)短，株型好，結(jié)鈴性強(qiáng)，成鈴集中；鈴大、衣分高，纖維品質(zhì)好，增產(chǎn)潛力大。2006~2007年冀中南春播棉組區(qū)域試驗(yàn)兩年平均皮棉、霜前皮棉產(chǎn)量分別為1587、1507.5公斤／公頃，分別比對(duì)照增產(chǎn)18.3%和21.65%，2010年在河北永年、冀州、吳橋、山東武城、山西臨猗、天津?qū)幒?、陜西大荔等地試種示范表現(xiàn)突出，產(chǎn)量高。

中棉所70（原代號(hào)：MB4608）以雙價(jià)轉(zhuǎn)基因（Bt+CpTI）抗蟲棉新品系sGK中156為母本，陸地棉常規(guī)優(yōu)質(zhì)系901-001為父本配制成的F1雜交種，在不同生態(tài)區(qū)都表現(xiàn)出纖維品質(zhì)突出、早熟、抗病、高產(chǎn)、適應(yīng)性廣，2007年獲得農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書（生產(chǎn)應(yīng)用）》[農(nóng)基安證字（2007）第119號(hào)]。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)首次開展中棉所自育優(yōu)質(zhì)棉品種的大規(guī)模紡紗試驗(yàn)，中棉所70纖維品質(zhì)突出，顯著優(yōu)于對(duì)照229，同時(shí)還具有紡高支紗潛力，其強(qiáng)力最小值也明顯高于229。6試點(diǎn)棉樣都可紡40、60、80支紗，且生產(chǎn)出的40、60、80支紗的紗強(qiáng)力都比229紗要高。說明中棉所70具有紡高支紗潛力，這為提高其原棉的附加值提供了理論基礎(chǔ)。目前，該品種已經(jīng)成功轉(zhuǎn)讓湖南隆平高科亞華棉油種業(yè)有限公司，并由該公司獨(dú)家經(jīng)營(yíng)。

此外，他們培育的中棉所78不但在抗蟲抗病方面表現(xiàn)良好，其纖維品質(zhì)也非常優(yōu)異。2007、2008、2009年，經(jīng)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)定(HVICC)：纖維上半部平均長(zhǎng)度31.6/31.4/32.8m m，斷裂比強(qiáng)度31.2/32.2/32.2c N/ t e x，馬克隆值 4.7/5.1/3.9，伸長(zhǎng)率6.1/6.6/4.9%，反射率7 3.6/7 3.9/7 7.7%，黃度7.6/6.7/7.8，整齊度指數(shù)85.8/86.4/85.6%，紡紗均勻性指數(shù)155.6/158.0/166.3。

那白色的“花?！?，是希望所在，也是追求所在。如今的袁有祿依然在精心培育屬于他的那片“花?！?！

為了那片“花?！?/p>

作為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)研究室主任、棉花分子育種課題組組長(zhǎng)，袁有祿博士對(duì)棉花情有獨(dú)鐘。他愛棉花的樸實(shí)無華，更愛棉花的溫暖裹挾，他要把這份溫暖傳給全天下。

袁有祿——中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研究員

袁有祿，1967年10月生，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，博士，研究員，博士研究生導(dǎo)師，安陽(yáng)市市管優(yōu)秀專家，安陽(yáng)市勞動(dòng)模范，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)研究室主任，棉花分子育種課題組組長(zhǎng)。負(fù)責(zé)的分子育種課題被安陽(yáng)市團(tuán)委授予青年文明號(hào)。1990年于北京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種專業(yè)本科畢業(yè)，2000年獲得南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種專業(yè)博士學(xué)位。