河北省棉花品種冀棉25的育種利用效果分析

崔淑芳，王廣恩，錢玉源，張海娜，劉 祎，金衛(wèi)平，田海燕，李俊蘭

（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051）

棉鈴蟲是為害棉花蕾鈴的第一大害蟲。特別是進(jìn)入90年代，棉鈴蟲連年暴發(fā)，而且還普遍出現(xiàn)了第5代棉鈴蟲為害，其發(fā)生數(shù)量之大、為害范圍之廣以及棉花受害程度之重均為歷史罕見。棉鈴蟲為害后，一般棉田減產(chǎn)50.0%以上，部分棉田絕收，棉農(nóng)談蟲色變，國家出現(xiàn)“棉荒”，紡織業(yè)幾乎崩潰[1～4]。加上棉花枯萎病和黃萎病常常大發(fā)生，如1995年和1996年病情嚴(yán)重的棉田病株率高達(dá)100%，棉株落葉成光桿、枯死絕收。因此，培育抗病蟲棉花品種，對(duì)棉花生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展具有重要意義[5～15]。

1993年底崔洪志等[3]將抗蟲基因?qū)朊藁ㄆ贩N泗棉3號(hào)，獲得一批轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲材料，為培育抗蟲棉帶來了希望。棉花四大栽培種中，亞洲棉（俗稱“中棉”）抗枯萎病，海島棉抗黃萎病，野生棉抗枯萎病和黃萎病。河北省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所和河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所等單位從20世紀(jì)70年代即致力于陸地棉與野生棉、亞洲棉和海島棉的雜交，成功將抗枯黃萎病等特性轉(zhuǎn)育到陸地棉中，先后育成了冀棉3號(hào)、冀棉7號(hào)、冀棉14、冀棉15、冀棉20、冀棉24和冀棉25等抗枯黃萎病較好的品種[13～20]，為培育抗病棉花新品種奠定了基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以冀棉25為親本材料共育出24個(gè)不同類型的棉花品種[4～10]（圖1），其中，通過河北省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定的棉花品種20個(gè)，且除冀棉298、冀668、邯4849和豐抗棉1號(hào)為非抗蟲棉品種外，其他16個(gè)品種均為抗蟲棉品種，占河北省審定抗蟲棉品種數(shù)量（截至2016年河北省共審定抗蟲棉品種137個(gè)）的11.7%；國家審定的抗蟲棉品種5個(gè)，分別是冀228、冀棉169、創(chuàng)雜棉20、冀豐914和邯8266；通過天津市和新疆維吾爾自治區(qū)審定的抗蟲棉品種各1個(gè)，分別是創(chuàng)優(yōu)棉168和冀豐107。通過分析以冀棉25為親本育成的16個(gè)抗蟲棉品種的特征特性及其對(duì)親本的改良效果，以期為棉花育種工作提供有效借鑒。

1 材料與方法

研究材料為利用冀棉25育成、1997～2016年通過河北省審定的16個(gè)抗蟲棉品種，分別是冀豐106、冀雜3268、冀228、冀雜6268、冀棉169、冀1316、冀1516、冀雜708、希普6、希普3、冀H170、冀中棉608、冀豐4號(hào)、冀豐914、冀豐1982和冀2658（圖1）。其主要性狀值分別來源于1995～2016年的河北省棉花品種區(qū)域試驗(yàn)匯總結(jié)果，其中，抗病性由河北省農(nóng)林科院植物保護(hù)研究所測定，纖維品質(zhì)由農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心檢測。將產(chǎn)量性狀指標(biāo)（單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、子指）、皮棉產(chǎn)量、抗病性（枯萎病病情指數(shù)、黃萎病相對(duì)病情指數(shù)）、纖維品質(zhì)指標(biāo)（上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值）進(jìn)行分類匯總，與親本冀棉25進(jìn)行比較，分析育成抗蟲棉品種的特征特性。

圖1 利用冀棉25育成品種的系譜Fig.1 The pedigree of the varieties bred with Jimian 25* ①～25○為品種培育單位，其中，①～11○：河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所；12○：河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，河北冀豐棉花科技有限公司；13○～17○：河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所，河北冀豐棉花科技有限公司；18○：河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，河北冀豐棉花科技有限公司，創(chuàng)世紀(jì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)有限公司；19○：保定市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院；20○和21○：石家莊希普天苑中也種業(yè)有限公司；22○和23○：邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院；24○和25○：石家莊市民豐種子有限公司。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)良親本冀棉25

1955～1998年河北省共培育出棉花品種33個(gè)，其中，適宜冀中南棉區(qū)種植的品種有26個(gè)。這其中，11個(gè)品種抗枯萎病、耐黃萎病，分別為冀棉3號(hào)、冀棉7號(hào)、冀棉14、冀棉15、冀棉18（F1）、冀棉19、冀棉20、冀棉21、冀棉22、冀棉24和冀棉25，其遺傳基礎(chǔ)主要來源于斯字棉、岱字棉和烏干達(dá)棉，其中，冀棉18為雜交種，冀棉19和冀棉21為低酚棉，冀棉22為中長絨棉（表1）。冀棉20導(dǎo)入了海島棉和野生棉，冀棉24導(dǎo)入了野生瑟伯氏棉的遺傳物質(zhì)，冀棉25導(dǎo)入了中棉和野生瑟伯氏棉，大大拓寬了品種的遺傳基礎(chǔ)。資料顯示，以冀棉20和冀棉25為親本材料選育的棉花品種較多[4，10]。

冀棉25在1994～1995年河北省棉花品種區(qū)域試驗(yàn)和1995年河北省棉花品種生產(chǎn)試驗(yàn)中，霜前皮棉產(chǎn)量均居第1位，分別較對(duì)照中棉所12增產(chǎn)23.3%和19.5%。在1995～1996年國家黃河流域棉花品種區(qū)域試驗(yàn)和1997年國家黃河流域棉花品種生產(chǎn)試驗(yàn)中，霜前皮棉產(chǎn)量分別居第3位和第2位，分別較對(duì)照中棉所12增產(chǎn)7.9%和8.5%；在1995～1996年國家黃河流域棉花品種區(qū)域試驗(yàn)中，平均枯萎病病情指數(shù)為17.3，黃萎病相對(duì)病情指數(shù)為16.4，是黃河流域棉花區(qū)域試驗(yàn)9個(gè)參試品種中唯一達(dá)到抗黃萎病水平的品種，也是穩(wěn)定性最好的品種，在黃河流域具有廣泛的適應(yīng)性[11，12]，是我國棉花育種工作者優(yōu)先選用的親本材料之一。

表1 冀棉25與同類品種來源及主要性狀的比較Table 1 Comparison of source and main characters of Jimian 25 with other same type varieties

2.2 利用冀棉25育成抗蟲棉品種的性狀分析

2.2.1 產(chǎn)量性狀及皮棉產(chǎn)量

2.2.1.1 單株鈴數(shù)。冀棉25單株鈴數(shù)為12.8個(gè)[10～13]。16個(gè)育成抗蟲棉品種的單株鈴數(shù)為13.4～19.0個(gè)，均較冀棉25增多，提高幅度為0.6～6.2個(gè)；單株鈴數(shù)順序?yàn)榧?2658＞冀豐 914＞冀 H170＞冀豐 1982＞希普 3＞冀1516＞（希普6=冀228）＞（冀棉169=冀1316）＞冀中棉 608＞冀雜 3268＞冀豐 106＞冀雜 6268＞冀雜 708＞冀豐4號(hào)（表2）。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種單株鈴數(shù)均較親本增多，其中，冀2658提高幅度最大，增多了6.2個(gè)。

2.2.1.2 鈴重。冀棉25鈴重為5.2 g。16個(gè)育成抗蟲棉品種的鈴重為5.8～6.9 g，均較冀棉25提高，增加幅度為0.6～1.7 g；鈴重順序?yàn)榧截S1982＞冀雜708＞冀雜6268、冀豐914、希普3＞冀1516＞（冀豐4號(hào)=希普6=冀H170）＞（冀1316=冀雜3268）＞（冀豐106=冀中棉 608=冀 2658） ＞冀棉 169＞冀 228。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種鈴重均較親本提高，其中，冀豐1982增加幅度最大，提高了1.7 g。

2.2.1.3 衣分。冀棉25衣分為38.9%。16個(gè)育成抗蟲棉品種的衣分為38.6%～41.9%，與冀棉25相比除冀2658衣分略有降低外，其他15個(gè)品種衣分均提高，增加幅度為0.2個(gè)百分點(diǎn)～3.0個(gè)百分點(diǎn)；衣分順序?yàn)橄Ｆ?3＞冀雜 3268＞冀豐 106＞冀豐 914＞希普 6＞冀H170＞（冀1316=冀雜6268）＞冀豐4號(hào)＞冀雜708＞冀228＞冀 1516＞冀棉 169＞冀中棉 608＞冀 2658。表明利用冀棉25育成的多數(shù)抗蟲棉品種衣分較親本提高，其中，希普3增加幅度最大，提高了3.0個(gè)百分點(diǎn)。

2.2.1.4 子指。冀棉25子指為10.4 g。16個(gè)育成抗蟲棉品種的子指為10.4～12.0 g，均較冀棉25提高，增加幅度為0.0～1.6 g；子指順序?yàn)榧截S1982＞冀1516＞冀雜6268＞（冀雜708=冀雜3268）＞希普6＞（冀豐4號(hào)=冀豐106）＞（冀1316=冀228）＞（冀中棉608=冀棉169） ＞（希普 3=冀 2658） ＞（冀豐 914=冀 H170）。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種子指均較親本提高，其中，冀豐1982增加幅度最大，提高了1.6 g。

2.2.1.5 皮棉產(chǎn)量。冀棉25皮棉產(chǎn)量為913.5 kg/hm2。16個(gè)育成抗蟲棉品種的皮棉產(chǎn)量為1 390.5～1 771.5 kg/hm2，均較冀棉25提高，提高幅度為477.0～858.0 kg/hm2；皮棉產(chǎn)量順序?yàn)橄Ｆ?＞冀H170＞希普6＞冀豐914＞冀豐 1982＞冀雜 708＞冀雜 3268＞冀 1516＞冀 228＞冀1316＞冀棉169＞ （冀雜 6268=冀 2658） ＞冀中棉608＞冀豐106＞冀豐4號(hào)。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種皮棉產(chǎn)量均較親本提高，其中，希普3增加幅度最大，提高了858.0 kg/hm2。

表2 利用冀棉25育成抗蟲棉品種的皮棉產(chǎn)量及其產(chǎn)量性狀Table 2 Lint yield and yield traits of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

2.2.2 抗病性

2.2.2.1 枯萎病。冀棉25枯萎病病情指數(shù)為11.4，抗枯萎病。16個(gè)育成抗蟲棉品種的枯萎病病情指數(shù)為0.3～9.8，均較冀棉25降低，指標(biāo)值順序?yàn)榧截S1982＜冀中棉608＜冀豐4號(hào)＜冀 H170＜冀雜708＜冀豐914＜冀雜 3268＜希普 6＜冀豐 106＜冀 228＜冀 1316＜（冀棉169=冀雜6268=希普3）＜冀1516＜冀2658。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種的枯萎病發(fā)病程度均較親本降低，其中，冀豐106、冀雜3268、冀雜708、希普6、冀H170、冀中棉608、冀豐4號(hào)、冀豐914和冀豐1982對(duì)枯萎病的抗性較冀棉25顯著提高，達(dá)到了高抗水平。

2.2.2.2 黃萎病。冀棉25黃萎病相對(duì)病情指數(shù)為68.6，耐黃萎病。16個(gè)育成抗蟲棉品種的黃萎病相對(duì)病情指數(shù)為24.9～63.0，均較冀棉25降低，指標(biāo)值順序?yàn)榧截S914＜希普3＜冀豐4號(hào)＜冀1516＜冀豐1982＜冀棉 169＜希普 6＜冀 1316＜冀2658＜冀 H170＜冀雜 708＜冀中棉 608＜冀雜 6268＜冀豐 106＜冀 228＜冀雜3268，但對(duì)黃萎病的抗性均為耐，與親本冀棉25相當(dāng)。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種雖然黃萎病抗性均為耐，但黃萎病發(fā)病程度均較親本降低。

2.2.3 纖維品質(zhì)

2.2.3.1 上半部平均長度。冀棉25纖維上半部平均長度為30.4 mm。16個(gè)育成抗蟲棉品種的上半部平均長度為28.9～32.6 mm，其中，冀228、冀雜6268、冀雜708和冀棉169的纖維長度較冀棉25增長，幅度為0.1～2.2mm；冀1316和希普6的纖維長度與冀棉25相同；其他品種的纖維長度均縮短。表明利用冀棉25育成的抗蟲棉品種中，有4個(gè)品種纖維長度增大，2個(gè)品種纖維長度未發(fā)生改變，其中，冀228上半部平均長度增長最多。

表3 利用冀棉25育成抗蟲棉品種的抗病性及纖維品質(zhì)Table 3 Disease resistance and fiber quality of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

2.2.3.2 斷裂比強(qiáng)度。冀棉25斷裂比強(qiáng)度為25.4cN/tex。16個(gè)育成抗蟲棉品種的斷裂比強(qiáng)度為28.5～32.4 cN/tex，均較冀棉25提高，斷裂比強(qiáng)度順序?yàn)榧?28＞冀豐1982＞冀雜708＞冀豐106＞（冀中棉608=冀豐4號(hào)）＞冀2658＞冀雜 6268＞冀豐 914＞冀雜 3268＞冀 1316＞希普3＞希普6＞冀棉169＞（冀1516=冀H170）。表明利用冀棉25育成的所有抗蟲棉品種斷裂比強(qiáng)度均較親本增大，其中，冀228增加幅度最大，提高了7.0cN/tex。

2.2.3.3 馬克隆值。冀棉25馬克隆值為4.3。16個(gè)育成抗蟲棉品種的馬克隆值為3.8～5.4，其中，冀228和冀雜6268較冀棉25降低，其他14個(gè)品種均較冀棉25增高。表明利用冀棉25育成的抗蟲棉品種中只有冀228和冀雜6268對(duì)親本的馬克隆值有所改良，多數(shù)品種對(duì)馬克隆值沒有改良。這是棉花育種工作者需要注意的問題。

2.3 利用冀棉25育成抗蟲棉品種的改良成效

2.3.1 育成的優(yōu)良品種多 至2016年，河北省共審定抗蟲棉品種137個(gè)，依據(jù)河北省審定棉花新品種試行標(biāo)準(zhǔn)（Ⅰ型品種上半部平均長度≥31 mm，斷裂比強(qiáng)度≥32 cN/tex，馬克隆值3.7～4.2；Ⅱ型品種上半部平均長度≥29 mm，斷裂比強(qiáng)度≥30 cN/tex，馬克隆值3.5～5.0；Ⅲ型品種上半部平均長度≥27 mm，斷裂比強(qiáng)度≥28 cN/tex，馬克隆值3.5～5.5），其中有Ⅰ型品種2個(gè)、Ⅱ型品種38個(gè)，分別占河北省抗蟲棉品種數(shù)量的1.5%和27.7%；國家審定的適宜黃河流域種植的抗蟲棉品種（雜交種）119個(gè)，其中有Ⅰ型品種1個(gè)、Ⅱ型品種45個(gè)，分別占黃河流域抗蟲棉品種數(shù)量的0.8%和37.8%。而利用冀棉25培育、河北省審定的16個(gè)抗蟲棉品種中，纖維品質(zhì)Ⅰ型品種1個(gè)、Ⅱ型品種3個(gè)，分別占育成品種數(shù)量的6.3%和18.8%。

2.3.2 產(chǎn)量性狀、抗病性和纖維品質(zhì)等性狀均得到改良 性狀改良分為育成品種性狀與親本對(duì)應(yīng)性狀值的差值。我們采用性狀改良分來衡量育成品種對(duì)親本性狀的改良程度。通常情況下，單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、子指、皮棉產(chǎn)量、上半部平均長度和斷裂比強(qiáng)度的性狀值越高，表示該性狀越優(yōu)良，因此，這7個(gè)性狀的改良分用育成品種的性狀值減去親本對(duì)應(yīng)的性狀值表示；而枯萎病病情指數(shù)、黃萎病相對(duì)病情指數(shù)和馬克隆值＞3.4范圍內(nèi)，性狀值越低，表示該性狀越優(yōu)異，因此，這3個(gè)性狀的改良分用親本性狀值減去育成品種對(duì)應(yīng)的性狀值表示。對(duì)某個(gè)品種來說，其所有性狀的改良分之和即為改良總分。

利用冀棉25育成的16個(gè)抗蟲棉品種，單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、子指、皮棉產(chǎn)量、枯萎病病情指數(shù)、黃萎病相對(duì)病情指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度的改良分均為正值，說明這些性狀均得到了不同程度的改良；10個(gè)品種的纖維上半部平均長度改良分為負(fù)值，14個(gè)品種的馬克隆值改良分為負(fù)值（表4），說明此類性狀未得到較好改良。這為棉花育種工作者指出了在品種選育和改良中需要注意與重視的問題。16個(gè)育成抗蟲棉品種的改良總分順序?yàn)橄Ｆ?＞冀H170＞希普6＞冀豐914＞冀豐 1982＞冀 1516＞冀 228＞冀雜 6268＞冀 2658＞冀雜708＞冀豐4號(hào)＞冀豐106＞冀中棉608＞冀棉169＞冀雜 3268＞冀 1316。

表4 16個(gè)育成抗蟲棉品種對(duì)冀棉25的主要性狀改良分Table 4 Trait improvement score of Bt cotton varieties bred with Jimian 25

3 結(jié)論與分析

3.1 親本遺傳基礎(chǔ)豐富、性狀優(yōu)良，選育優(yōu)良品種多

冀棉25具有中棉和野生瑟伯氏棉豐富的遺傳基礎(chǔ)，且具有產(chǎn)量高、抗病性好、纖維品質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性良好等優(yōu)良特性，以其為親本共培育出不同類型的棉花新品種24個(gè)。

3.2 親本遺傳基礎(chǔ)豐富，結(jié)合逐步改良，可實(shí)現(xiàn)性狀突破

通常情況下，親緣關(guān)系及遺傳基礎(chǔ)類同[4～6]，則很難培育出突破性品種。本研究的16個(gè)抗蟲棉品種均來源于冀棉25和GK-12及其選系，但卻選育出了纖維品質(zhì)Ⅰ型品種（冀228）和Ⅱ型品種（冀雜708、冀中棉608、冀豐4號(hào)），在纖維品質(zhì)性狀上實(shí)現(xiàn)了突破。以冀豐4號(hào)和冀雜708選育過程為例，2個(gè)品種均是以冀棉25為母本，以纖維優(yōu)質(zhì)、抗逆品系231系為父本進(jìn)行雜交，通過連續(xù)定向選擇培育出冀668，冀668既繼承了母本冀棉25的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能，又吸收了父本231系的纖維優(yōu)質(zhì)和抗逆性，實(shí)現(xiàn)了雙親優(yōu)異性狀的互補(bǔ)，與母本冀棉25相比，冀668產(chǎn)量大幅度提高、纖維長度增加、斷裂比強(qiáng)度提高[14]；在此基礎(chǔ)上，又以冀668為母本，以抗蟲棉GK12選系為父本雜交進(jìn)行再改良選育而成，由“不抗蟲”轉(zhuǎn)育成“抗蟲”，同時(shí)斷裂比強(qiáng)度得到較大幅度提高，達(dá)到纖維品質(zhì)Ⅱ型品種。說明親本具有不同棉種遠(yuǎn)緣的遺傳物質(zhì)，后代類型很豐富，結(jié)合逐步改良與連續(xù)選擇，可以實(shí)現(xiàn)性狀指標(biāo)的突破。

3.3 產(chǎn)量性狀、抗病性、纖維品質(zhì)性狀可實(shí)現(xiàn)協(xié)同提高

冀228和冀雜6268對(duì)產(chǎn)量、抗病性和纖維品質(zhì)等主要性狀的改良分均為正值，說明這2個(gè)棉花品種的各主要性狀均得到了改良，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量性狀、抗病性和纖維品質(zhì)性狀的協(xié)同提高。其中，常規(guī)品種冀228是通過連續(xù)雜交和同步選擇來實(shí)現(xiàn)的，而雜交種冀雜6268則是通過父母本性狀互補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)的。

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