9個轉(zhuǎn)基因雜交棉組合的優(yōu)勢比較研究

周德桂 梅正鼎

摘要：以轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉9個（代號為B1～B9）新組合和 湘雜棉7號（對照）為材料，進行生育性狀、光合特性、產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀等方面進行系統(tǒng)的比較分析。研究結(jié)果表明：各組合與對照在生育期、株高、果枝數(shù)方面無顯著差異；B3的早熟性、結(jié)鈴性、葉綠素含量、籽棉產(chǎn)量和纖維品質(zhì)均優(yōu)于對照；B5、B6、B9的籽棉產(chǎn)量與對照無顯著差異，B1、B2、B4、B7、B8葉綠素含量偏低、皮棉減產(chǎn)，品質(zhì)也略差。綜合各方面的因素，B3葉綠素含量高，有利于光合產(chǎn)物生產(chǎn)和供應(yīng)，且鈴大，結(jié)鈴性強、產(chǎn)量高，纖維品質(zhì)優(yōu)，符合湖南省棉花新品種審定的產(chǎn)量及品質(zhì)要求。

關(guān)鍵詞：湖南；雜種優(yōu)勢；雜交棉；光合特性；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號：S562.037. 文獻標志碼： A 文章編號：2095-3143（2015）01-0027-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2015.01.006

0引言

棉花作為重要的民用和戰(zhàn)略物資，其生產(chǎn)一直受到國家的高度重視。20世紀90年代，棉花重大害蟲棉鈴蟲的連年爆發(fā)為害，造成了棉花產(chǎn)量的嚴重損失。轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉的誕生是人類利用遺傳工程技術(shù)征服棉花害蟲的一大突破性進展[1-4]。國內(nèi)外轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)主要集中于抗蟲、耐除草劑、抗病、纖維改良、抗旱和耐鹽堿等性狀，但只有抗蟲、耐除草劑棉花注冊應(yīng)用。自1996年商業(yè)化種植以來，年種植面積逐年上升，到2010年止，全世界轉(zhuǎn)基因棉花的種植面積已達21000000 hm2。轉(zhuǎn)基因棉花的大規(guī)模種植，對有效控制棉花害蟲與雜草的發(fā)生為害發(fā)揮了重要作用，顯著降低了生產(chǎn)成本，提高了棉花產(chǎn)量[5]。

轉(zhuǎn)基因棉花種植的面積在中國的逐年增加，顯著提高了植棉的經(jīng)濟效益和社會效益，但是由于轉(zhuǎn)基因棉花在國內(nèi)缺乏品質(zhì)優(yōu)良的品種以及抗性的單一化、市場監(jiān)管混亂等問題，阻礙了其健康發(fā)展，因此，必須加快轉(zhuǎn)基因棉花育種，改善轉(zhuǎn)基因棉花品質(zhì)[6]。湖南是全國主產(chǎn)棉省份之一，其中轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉種植面積達90%以上[7-9]。為篩選出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉新品種，作者以湖南省棉花科學(xué)研究所抗病課題組選育的轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉新組合為材料，通過對其產(chǎn)量、品質(zhì)、光合特性、農(nóng)藝性狀等進行研究，為湖南省棉花新品種審定提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、湘雜棉7號（ck），由湖南省棉花科學(xué)研究所抗病課題組提供。

1.2試驗方案

試驗于2013年在湖南省棉花科學(xué)研究所茅灣基地進行，試驗地為旱土，土壤肥力中等偏上。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)面積為20 m2，4行區(qū)，種植密度為24012株/hm2，每小區(qū)48株，每行12株。試驗采用營養(yǎng)缽育苗移栽，于4月12日播種，5月10日移栽。大田管理參照DB43/T286—2006棉花栽培技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

1.3測定項目與方法

1.3.1 株高、果枝數(shù)、鈴數(shù) 固定小區(qū)中的第二行連續(xù)調(diào)查10株，于7月20日、8月20日和9月20日調(diào)查株高、果枝數(shù)和成鈴數(shù)。

1.3.2 產(chǎn)量和衣分 分小區(qū)單獨收花、保存，并稱重，計算小區(qū)的總產(chǎn)量和衣分。

1.3.3 品質(zhì)測定 分小區(qū)收花、保存，軋花后每小區(qū)取25 g皮棉送農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督測試中心進行纖維品質(zhì)檢測（HVICC標準）。

1.3.4 鈴重 每小區(qū)收取100個吐絮鈴，計算各組合的單鈴重。

1.3.5 葉綠素含量測定 固定小區(qū)中的第二行連續(xù)10株，在開花初期（7月4日）、盛花期（8月16）和吐絮期（9月15日），于9：00～11：00用SPAD-502Plus便攜式葉綠素儀測定棉株主莖上的倒四葉（打頂后測倒二葉）的葉綠素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，使用統(tǒng)計軟件DPS進行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1生育性狀分析

2.1.1生育進程分析 現(xiàn)蕾期、開花期和吐絮初期以第一果枝第一果節(jié)10%現(xiàn)蕾、開花和吐絮為標準，盛期以第四果枝第一果節(jié)50%的棉株為標準。從生育期調(diào)查結(jié)果來看（表1），各組合與對照生育期雖有所不同，但差別很小，相差1天左右，說明各組合間生育進程無明顯差別。

2.1.2早熟性 從棉花“三桃”的分布來看（表5），伏前桃的多少排序是B3>B5>B6>ck>B9>B2>B7>B1>B8>B4 ，以B3和B5較多，分別占總鈴數(shù)的28.69%、28.47%；伏桃的的多少排序是B3>B2>B5>B1>B7>B6>ck>B4>B8>B9 ，以B3和B2較多，分別占總鈴數(shù)的28.75%、28.63%；秋桃的的多少排序是B8>B4>ck>B7>B6>B2>B1>B5>B3>B9，以B3和B9較多，分別占總鈴數(shù)的7.86%、7.05%。

試驗第一次收花為9月3日，從第一次收花的量來看（表2），各組合收花量不同，占總量的比例也不同，以B3最高，比ck高0.4306 kg，差異達顯著水平。以10月30日之前所收的籽棉為霜前花。從霜前花比率看，以B3、B9和B5較高，分別比ck高1.51、1.35和0.45個百分點，但差異不顯著；其他組合均比對照低。表明B3、B5、B9的早熟性較好。

2.1.3株高 于7月20日、8月20日和9月20日分別調(diào)查各組合的株高，由表3可以看出，最終株高表現(xiàn)依次為B9>B7>B3>CK>B6>B4>B2>B5>B1>B8，以B9、B7、B3的平均株高較高，分別比ck高7.56 cm、6.01 cm、1.99 cm。其他組合比對照矮?？傊?，各組合之間株高雖然存在一定差異，但經(jīng)方差分析差異不顯著。

2.1.4果枝數(shù) 于7月20日、8月20日和9月20日對雜交棉不同組合的果枝數(shù)進行調(diào)查，其結(jié)果見表3。各材料前期棉株生長發(fā)育比較整齊，從7月20日調(diào)查結(jié)果看，果枝數(shù)都在13層以上，最多的是B3，為14.83層，最少的是B4，為13.28層，兩者相差1.55層。從9月20日調(diào)查結(jié)果看，以B9、B1、B3、B8、B2較多，分別比ck多1.4、1.06、0.93、0.66、0.06層，經(jīng)方差分析，B9與B2、B4、B5、B6、B7和ck之間達到顯著差異，B9與B1、B3、B8之間，其它組合與ck之間均差異不顯著。

2.1.5結(jié)鈴性 結(jié)鈴性是影響產(chǎn)量的重要因素，由表4可以看出，各組合單株成鈴數(shù)的多少依次為B3>ck>B8>B5>B4>B2>B6>B7>B1>B9，以B3單株平均成鈴51.34個最多，比ck多2.13個，但差異不顯著； B9、B1分別比ck少9.32個、8.55個，差異達顯著水平，其他組合與對照間差異不顯著。

2.2葉綠素分析

棉花葉片中的葉綠素是重要的光合器官，葉片中葉綠素含量的多少反映棉株光合作用的強弱，是棉花營養(yǎng)生長的重要表現(xiàn)。

由表5可以看出，7月4日測定，B5的SPAD值比ck多3.78%，達到顯著水平；其他處理與ck間無顯著差異。

8月16日測定，B3、B9、B5、B1的SPAD值比ck分別多4.44%、2.31%、1.64%、1.04%，但差異均不顯著，其他處理的值均低于ck。

9月15日測定，B3、B9、B8的SPAD值均高于ck，B3比ck多5.27%，達顯著水平；B4、B8、B9比ck分別多1.48%、1.48%、1.34%，差異沒達到顯著水平；其他處理的SPAD值均低于ck。

2.3產(chǎn)量性狀分析

2.3.1 子棉產(chǎn)量分析 從表6中可以看出，各組合的籽棉產(chǎn)量差異較大，其排序為B9>B3>B5>B6>B7>ck>B4>B2>B8>B1，以B9、B3的籽棉產(chǎn)量較高，分別比對照增產(chǎn)7.67%和7.04%，無達到顯著水平；B5、B6、B7分別比對照增產(chǎn)6.55%、4.02%、0.52%，均沒達到顯著水平；B4、B2、B8、B1分別比對照減產(chǎn)18.92%、29.46%、31.81%、40.86%，其減產(chǎn)均達到顯著水平。

2.3.2 皮棉產(chǎn)量分析 從表6中還可以看出，各組合皮棉產(chǎn)量差異也較大，其排序為B3>B9>B5>B6>ck>B7>B4>B8>B2>B1，以B3最高，比對照增產(chǎn)6.29%，差異達顯著水平；B9、B5分別比對照增產(chǎn)4.15%、3.57%、3.29%，但差異不顯著；B7比對照減產(chǎn)1.83%，差異不顯著；B4、B8、B2、B1分別比對照減產(chǎn)19.3%、33.72%、34.90%、41.27%，差異均達顯著水平。

2.4纖維品質(zhì)分析

棉花纖維品質(zhì)對照GB1103—2007《棉花細絨棉》和GB/T20392—2006《HVI棉纖維物理性能試驗方法》國家標準。從表7中可知，B3和B5的上半部平均長度屬于中長絨級（31.0～33.9 mm），ck與其他組合均屬中絨級（28.0～30.9 mm）；整齊度指數(shù)均屬于高級（>85）；馬克隆值B3和B5屬于B2級（4.3～4.9），其他組合屬于C2級（4.9以上）；斷裂比強度是B5、B1、B3、B8、B2、B4均高于對照，其中B5、B1、B3均屬于較高級（30～33）。綜合評定，B3和B5纖維品質(zhì)明顯優(yōu)于對照，符合湖南省棉花新品種審定的品質(zhì)要求。

3結(jié)論與討論

前人在轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉的競爭優(yōu)勢研究方面，一般只進行農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀相關(guān)性研究，或只進行單一生理特性與產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀相關(guān)性研究，本試驗將轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉生物學(xué)特性、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀等方面進行系統(tǒng)的比較分析，明確各組合生育期、主要農(nóng)藝性狀、生理特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的差異，對新品種審定具有較全面參考價值。

前人對棉花葉綠素含量方面的研究較多，但大多集中對常規(guī)棉和雜交棉的研究，關(guān)于轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉葉綠素含量，特別是葉綠素含量對產(chǎn)量影響方面的研究甚少。本研究表明B3、B9和B5在花鈴期表現(xiàn)葉綠素含量較高，棉株光合作用較強，有利于棉花進行光合作用，提高光合速率，產(chǎn)生比較多的光合產(chǎn)物，可以滿足棉花旺盛的生殖生長對營養(yǎng)的需求，為棉花的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供保障。吐絮期B5的葉綠素含量相對比較低，而且從花鈴期至吐絮期，B5的葉綠素含量下降的較快，這種表現(xiàn)不利于B5后期的光合作用，容易造成早衰，影響后期棉鈴的正常成熟吐絮，應(yīng)在實際生產(chǎn)中加強B5的后期管理，保持它能夠生產(chǎn)出一定的營養(yǎng)物質(zhì)供給后期棉鈴的發(fā)育。B3和B9后期的葉綠素含量較高，有利于后期的光合作用，可以積累比較多的光合產(chǎn)物，但是要防止后期營養(yǎng)生長過旺，出現(xiàn)貪青晚熟的現(xiàn)象，影響棉花的生殖生長造成減產(chǎn)。在實際生產(chǎn)中應(yīng)協(xié)調(diào)好營養(yǎng)生長和生殖生長的關(guān)系，合理施肥，加強肥水管理，使棉花從營養(yǎng)生長及時過渡到生殖生長，確保早開花、早結(jié)鈴、結(jié)大鈴，為高產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。

國內(nèi)外專家對棉花雜種優(yōu)勢利用進行了大量的研究，盡管所利用的親本材料多種多樣，但一致表明，棉花雜種具有一定的產(chǎn)量優(yōu)勢，這種優(yōu)勢具有生產(chǎn)利用價值[10-12]。本試驗研究認為，不同的親本所配制的雜交組合，在生育性狀、光合特性、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)方面存在較大的差異。因此選用優(yōu)良親本配組，有可能從中篩選出具有較大產(chǎn)量優(yōu)勢、理想株型、纖維品質(zhì)較好的雜種應(yīng)用于棉花生產(chǎn)。對9個轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交組合進行農(nóng)藝性狀、光合特性、產(chǎn)量、品質(zhì)性狀比較研究表明，B3組合符合湖南省棉花新品種審定的產(chǎn)量和品質(zhì)要求。

參考文獻

[1] 梅正鼎，賀云新，張志剛，等. 轉(zhuǎn)基因雜交棉不同組合農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2014（9）：202-206.

[2]秦永華，喬志新，劉進元，等.轉(zhuǎn)基因技術(shù)在棉花育種上的應(yīng)用[J].棉花學(xué)報，2007，19（6）：482-488.

[3]李伶俐，馬宗斌，房衛(wèi)平，等.稀植留葉枝棉花的光合特性和產(chǎn)量品質(zhì)研究[J].棉花學(xué)報，2007，19（1）：8-12.

[4]王娟，劉麗，王旭文，等.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉篩選與抗性鑒定[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2012（5）：1950-1953.

[5]劉晨曦，吳孔明. 轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展策略[J]. 植物保護，2011（6）：11-17+26.

[6]楊前俊. 轉(zhuǎn)基因棉花的研究現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2014（1）：22.

[7]李景龍，張志剛，鮑光時.湖南棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J].中國棉花，2008，35（4）：2-4.

[8]張志剛，盧翰，楊曉萍，等.洞庭湖棉區(qū)棉花生產(chǎn)中存在的問題與應(yīng)對措施[J].中國棉花，2010，38（1）：38-39.

[9]張志剛，賀云新，梅正鼎，等.環(huán)洞庭湖地區(qū)棉花育種趨勢的探討[C].安陽：中國棉花學(xué)會2010 年年會論文匯編，2010：59-60.

[10]張桂寅，劉立峰，馬峙英.轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉雜種優(yōu)勢利用研究[J].棉花學(xué)報，2001，13（5）：264-267.

[11]李瑞蓮，陳金湘，劉愛玉，等.轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉不同世代產(chǎn)量優(yōu)勢比較[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，32（3）：237-240.

[12]李瑞蓮，陳金湘，劉愛玉，等.轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉F1纖維品質(zhì)優(yōu)勢比較[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26（8）：108-114.

收稿日期：2014-11-18

基金項目：轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項（2011ZX08005-001）。

作者簡介：周德桂（1979-），男，湖南常德人，研究實習(xí)員，主要從事棉花栽培與育種研究。

E-mail：739017796@qq.com

通訊作者：梅正鼎，男，（1981-），湖南沅江人，助理研究員，碩士，主要從事棉花栽培與育種研究。Tel：0736-7387806，E-mail：739017796@qq.com。