新疆棉花多親本混交優(yōu)選育種技術(shù)研究及應(yīng)用*

陳麗君，孔杰，王為然，寧新民，朱家輝，孔繁陽，阿里甫·艾爾西

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091;2.烏魯木齊市高新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

新疆作為我國植棉最大和平均單產(chǎn)最高的植棉區(qū)，2017年全疆棉花總產(chǎn)約占全國的70%左右[1]，也是我國唯一的海島棉（G.barbadense L.）產(chǎn)區(qū)[2]，新疆棉花生產(chǎn)保障了我國加工紡織企業(yè)原料的有效供給。支撐棉花產(chǎn)量穩(wěn)步提高的核心要素之一是優(yōu)良的棉花品種。從育種實踐看，棉花品種的培育過程較為復(fù)雜，突出反映在涉及到的性狀多，且經(jīng)濟性狀多為數(shù)量性狀，并且主要目標(biāo)性狀間有一定的不利連鎖關(guān)系[3]，在田間育種過程中，很難實現(xiàn)多指標(biāo)的有效聚合。盡管目前棉花分子生物學(xué)領(lǐng)域取得了很大進展，研究人員也利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了一些具有單項性狀突破的新品種[4]，但如何實現(xiàn)品種優(yōu)良基因的有效整合，仍然十分困難。在經(jīng)典的棉花育種實踐中，通過親本之間雜交后進行系選是一種有效的資源創(chuàng)新手段，被廣泛應(yīng)用[5]。從新疆的棉花育種來看，通過單交方式進行品種培育是一種主要方式，如何獲得遺傳背景更為豐富的品種、提高品種競爭力是育種家們不斷追求的目標(biāo)。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，通過多年實踐，構(gòu)建了一套針對新疆高密度種植模式下棉花育種技術(shù)策略，并最終培育出了符合目標(biāo)性狀的新材料，為新疆棉花種質(zhì)創(chuàng)新提供了良好借鑒。

1 棉花多親本混交優(yōu)選技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1.1 棉花主目標(biāo)性狀的遺傳研究

從當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)需求看，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)是棉花育種的主目標(biāo)，而熟性、抗性、適宜機采性等是實現(xiàn)主目標(biāo)的保障[6-7]。從產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的構(gòu)成因素看，衣分、纖維強度和強力的遺傳力較高，鈴重其次，馬克隆值和單株鈴數(shù)受環(huán)境影響較大，主要產(chǎn)量和品質(zhì)性狀間存在一定的負(fù)相關(guān)性。因此，從單項性狀看，衣分、纖維強度和強力改良起來相對較容易。但如何打破性狀間的連鎖是一個技術(shù)難題。

1.2 多親本混交優(yōu)選穿梭育種建立的理論基礎(chǔ)

多親本混交的目的在于使群體內(nèi)的基因有更多的重組機會，有可能聚合到更多的優(yōu)異目標(biāo)基因，豐富材料的遺傳基礎(chǔ)，而不是像單交使基因型快速純合。

以已有的主目標(biāo)性狀遺傳規(guī)律為基礎(chǔ)，利用棉花數(shù)量遺傳學(xué)、育種學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生物統(tǒng)計學(xué)、棉花栽培學(xué)、生態(tài)學(xué)等部分理論為指導(dǎo)，結(jié)合新疆特殊氣候與栽培模式下的群體特征，建立了一套棉花主目標(biāo)性狀育種程序。

2 多親本混交優(yōu)選穿梭育種技術(shù)體系的構(gòu)建

2.1 不同生態(tài)條件下的種質(zhì)資源穿梭鑒定

2006～2007年，共對國內(nèi)外1203份早熟、早中熟、長絨棉種質(zhì)資源棉花資源材料進行了多點鑒定。其中早熟棉321份、早中熟陸地棉436份，長絨棉346份。早熟陸地棉在博樂、精河、烏蘇、瑪納斯4縣進行鑒定；早中熟陸地棉和長絨棉分別在庫爾勒、尉犁縣、庫車縣、阿瓦提縣、麥蓋提縣和吐魯番、庫爾勒、阿瓦提縣進行了多點鑒定。重點考察產(chǎn)量和品質(zhì)性狀，以及抗性和區(qū)域適應(yīng)性。

2.2 優(yōu)勢資源的確立

經(jīng)兩年多點試驗，在首先滿足不同地區(qū)熟性的基礎(chǔ)上，依據(jù)產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀、抗病抗逆性等性狀表現(xiàn)，對資源進行了梳理和分類，確立了各性狀優(yōu)勢資源模塊，篩選出了單項和綜合性狀優(yōu)異的資源。獲得具有重要利用價值的優(yōu)良材料26份，其中早熟陸地棉8份、早中熟陸地棉11份、長絨棉7份。

2.3 優(yōu)勢骨干親本的確立

2008～2010年，圍繞26份優(yōu)勢資源對其進行了配合力測定，確定了優(yōu)勢骨干親本。明確了親本豐產(chǎn)性、優(yōu)質(zhì)性、熟性、脫葉催熟性、適應(yīng)性的“五性”目標(biāo)，要求所選母本至少“2～3個性狀”較優(yōu)。共獲得12份配合力好的資源。其中早熟陸地棉早13、Y605、吉1共3份；早中熟陸地棉K3159、K3160、K1286等共5份；早熟長絨棉K128、K136、S03等共4份。

2.4 多親本混交優(yōu)選育種技術(shù)建立

2.4.1 變異群體的建立

針對早熟陸地棉、早中熟陸地棉、長絨棉育種目標(biāo)，以不同類型綜合性狀優(yōu)良、配合力好的材料為母本，采用多個優(yōu)勢互補親本對其主要性狀短板進行雜交，逐步建立中低層級的中間材料（組合）群。要求父本除目標(biāo)性狀外，其植株表型和母本差異盡量小。一般可挑選父本4～6個，和母本進行單交，以便從雜交后代中獲得較好的組合。

2.4.2 后代育種群體建立與選擇技術(shù)

以優(yōu)質(zhì)機采早中熟陸地棉新陸中83號為例，其母本新陸中21號綜合性狀較好，特別是產(chǎn)量性狀突出，但經(jīng)過多年推廣，其纖維品質(zhì)相對不足，用軍棉1號、豫棉15號、新陸中9號、K1286進行了如下實驗設(shè)計。

單交F1，送海南加代，剔除差的植株，選優(yōu)株混收。

單交F2，重點對低代分離群體的表現(xiàn)進行觀察，確定優(yōu)勢組合，并進行優(yōu)選。首先將群體材料進行病圃種植，盡量擴大低代群體的種植規(guī)?；蛟O(shè)置重復(fù)。注意觀察生育期間苗、蕾、花期的群體生長勢，對優(yōu)勢單株（組合）進行標(biāo)記。吐絮期根據(jù)目測和手扯，對熟性、豐產(chǎn)性、優(yōu)質(zhì)性和抗?。妫┬赃M行綜合考量，淘汰表現(xiàn)明顯差的組合，確定中選組合3個，然后分兩個層次進行處理。a：首先進行單株優(yōu)選，單株選4～5株；b：然后對優(yōu)勢群體進行混收，每個組合混收5～8株。收獲后的材料進行晾曬充分后，分別對收獲材料用同一臺軋花機考種，重點考察鈴重、衣分、纖維品質(zhì)。對于單株來講，把品質(zhì)作為優(yōu)先考察的性狀，將最終表現(xiàn)好的單株，3～4株進行海南加代。

單交F3，混交優(yōu)選體系建立。將上一年度混選的F2群體進行種植。在開花期間，對表現(xiàn)突出的3個優(yōu)勢群體，進行群體內(nèi)優(yōu)勢單株的花粉收集，并進行混合。c：對群體組合優(yōu)勢單株當(dāng)天開的花進行去雄混交，授完粉的鈴系上色彩鮮艷的毛線，成的鈴為混交鈴，吐絮期將混交鈴分組合混收、軋花后南繁，下一年代種植，形成一輪混交體系；d：將南繁的單株種成株系F4，盡量設(shè)置重復(fù)，對優(yōu)勢組合株系首先采用c步驟進行系間混交，形成又一輪混交體系，收獲同c步驟。e：將混交鈴進行南繁。

混交F1～F4，處理同單交后代的a、b步驟，對混交后的F5～F6代優(yōu)異株系或單株進行姊妹系互交，進一步加快了優(yōu)良基因重組，并逐步加大后代群體的種植規(guī)模和試驗點次。

2.4.3 高代材料的適應(yīng)性鑒定與選擇技術(shù)

在注重品質(zhì)及產(chǎn)量選擇的同時，在吐魯番（耐高溫）、巴州庫爾勒（抗病、耐鹽性）、尉犁縣（耐旱性）、阿克蘇阿瓦提縣（耐瘠?。?、喀什麥蓋提縣（耐瘠薄、耐旱）進行適應(yīng)性篩選和比較試驗。明確不同品種適應(yīng)范圍，挑選出適合各地的優(yōu)勢品種（組合），為品種大面積推廣提供支撐。

2.5 多親本混交優(yōu)選育種技術(shù)實施效果

利用多親本混交優(yōu)選育種技術(shù)在新疆棉花品種培育過程中發(fā)揮了重要作用。

在北疆早熟陸地棉育種區(qū)，育成了新陸早50號、新陸早57號，南疆植棉區(qū)育成了新陸中54號、新陸中73號、新陸中83號，新海35號、新海43號等多類型棉花新品種。其中，新陸早50號、新陸中54號、新海35號均為區(qū)域主栽品種，創(chuàng)制了多個具有重要利用價值的新品系、新材料，為新疆棉花育種技術(shù)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

3 討論和結(jié)論

新疆棉花育種經(jīng)歷了系統(tǒng)選育、雜交育種、誘變育種、轉(zhuǎn)基因育種共四個階段，各種技術(shù)并沒有隨著時間的推移和新技術(shù)的出現(xiàn)被完全淘汰，其中雜交選育始終貫徹育種的全過程，它也是棉花分子改良的物質(zhì)基礎(chǔ)。

棉花育種是一個系統(tǒng)工程，涉及到的育種環(huán)節(jié)多、難點多，造成重演性較差。但從遺傳角度來講，利用多親本進行改良品種性狀，在拓寬后代遺傳基礎(chǔ)的同時，更能收獲比單交更多的優(yōu)勢變異，有利于突破性品種的獲得。本研究在對資源系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)上，確立了骨干親本，并提出了“互補親本中低代優(yōu)勢群體系間混交和高代株系系內(nèi)姊妹交”的多親本混交優(yōu)選種質(zhì)創(chuàng)新策略。從育種實踐看，當(dāng)前新疆棉花主栽品種新陸早50號、新陸早57號、新陸中54號、新海35號、新海43號均是采用了多親本混交育種技術(shù)，也證明了該技術(shù)具有較好的重演性。