一種新型棉花不育系海A的發(fā)現(xiàn)及研究進(jìn)展

彭 延 黃順禮 劉素華 彭小峰 李克福 李海平 邵青龍

（1新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，圖木舒克 843900；2西南大學(xué)，重慶 400715；3湖南省岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，岳陽 414000）

雜種優(yōu)勢利用是世界公認(rèn)提高棉花單位面積產(chǎn)量、改善原棉品質(zhì)的最有效途徑之一[1]，也是控制棉花種子質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)種子產(chǎn)業(yè)化的主要途徑。利用細(xì)胞質(zhì)雄性不育系配制三系雜交棉是棉花雜種優(yōu)勢利用最經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一。Meyer育成棉花哈克尼西棉細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及相應(yīng)的原始恢復(fù)系[2]，該不育系不育性穩(wěn)定，保持系廣泛，但恢復(fù)面狹窄，由于其恢復(fù)基因?qū)Σ挥档挠曰謴?fù)力不夠強(qiáng)，雜種優(yōu)勢不明顯且很難在生產(chǎn)上利用，至今無大面積示范推廣。王學(xué)德等培育出的“浙大強(qiáng)恢”在生產(chǎn)中也沒得到大面積推廣應(yīng)用[2]。李海平[3]利用瑟伯氏棉成功研制出棉花三系不育系6001A品種，該棉花新品種于湖南省種植獲得成功。2016年、2017年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所引進(jìn)種植雜交棉13個(gè)，果枝薹數(shù)較中棉49平均多1.6薹，恢復(fù)度在90%以上的有11個(gè)。其中較好的三A2、三A5、三A8籽棉產(chǎn)量較中棉49分別增產(chǎn)2.2%、5.3%和15.1%。2008年從引進(jìn)品種NH255中發(fā)現(xiàn)了無限生長海島棉型（也可能為陸海或海陸雜交類型）不育株1株，經(jīng)過多年的研究和培育，通過雜交和多次回交獲得了不育度100%、不育株率100%，且穩(wěn)定遺傳的不育系，其遺傳規(guī)律完全符合核質(zhì)互作的遺傳學(xué)理論，簡稱為新型棉花不育系海A。2016年在李海平研究員指導(dǎo)下引進(jìn)恢復(fù)系初步實(shí)現(xiàn)三系配套。

1 新型棉花不育系海A的發(fā)現(xiàn)

新疆南疆10月上中旬，大田生產(chǎn)上的棉花大量成熟吐絮，絕大多數(shù)棉株表現(xiàn)為正常結(jié)鈴?fù)滦酢⒅仓晁ダ?、葉片枯黃，但有極個(gè)別的棉株卻表現(xiàn)為青枝綠葉，結(jié)鈴極少，檢查棉花的花藥，發(fā)現(xiàn)花藥不開裂、無花粉散出。這就是人們常稱之為“公棉花”的棉株——棉花雄性不育株。

2008年8月5日在第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)地?cái)U(kuò)繁的陸地棉品種NH255中發(fā)現(xiàn)13株棉花雄性不育株，經(jīng)連續(xù)觀察，確認(rèn)為完全雄性不育株（不育度100%），其中12株為陸地棉型，1株海島棉型（株高95cm，Ⅱ式果枝）。當(dāng)年用陸地棉NH255的花粉與各不育株授粉，陸地棉型不育株不能結(jié)實(shí)，海島棉型不育株正常結(jié)鈴15個(gè)，單鈴重3.2g，衣分31.1%，絨長28.1mm，強(qiáng)力25.3cN/tex，馬克隆值4.0，整齊度 82.3，深綠毛籽，籽指 13.2g。

2009年將采收到的棉種進(jìn)行種植，植株表現(xiàn)為陸海雜交類型；正常散粉結(jié)鈴；花藥黃色，少量為紅色；花瓣黃色，花瓣基部有紅斑，直徑3～5mm；Ⅲ型果枝。株高84cm，果枝始節(jié)4.1節(jié)，果枝11.2薹，單株結(jié)鈴23.1個(gè)，單鈴重3.6g，折成籽棉單產(chǎn)608.5kg/667m2，衣分33.4%，淺綠毛籽，籽指12.2g；皮輥軋花取得皮棉樣品，送農(nóng)業(yè)部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（烏魯木齊）檢測：絨長32.2mm，強(qiáng)力32.1cN/tex，馬克隆值4.0，整齊度84.3。

2010年將收到的棉種再種植，植株表現(xiàn)為瘋狂分離。共種植626株，陸地棉類型507株，占81%，表現(xiàn)為完全不育，花藥表現(xiàn)為白色、瘦小、無花粉，花瓣白色，用NH255授粉正常結(jié)鈴；海島棉類型119株，占19%，葉片多茸毛，表現(xiàn)為部分可育或完全可育，植株瘦弱，果枝5～9薹，散粉結(jié)鈴少，花藥黃色，花瓣黃色，花瓣基部有淺小紅斑，此類型當(dāng)年淘汰，再沒研究。

2011年將收到的不育株棉種繼續(xù)種植，表現(xiàn)為開花正常，花朵略小，花藥發(fā)育不正常，干癟、瘦小，無花粉；人工授粉后正常結(jié)鈴，結(jié)實(shí)率與常規(guī)陸地棉品種無差異，不育度和不育株率均為100%，表現(xiàn)出穩(wěn)定的不育特性。形成早代不育性穩(wěn)定且能遺傳的帶海島棉血緣的陸地棉不育系，簡稱為新型棉花不育系海A。其不育性由海島棉與普通陸地棉天然雜交產(chǎn)生，經(jīng)回交定向選育而來，具有典型的核質(zhì)互作不育特性。生育期135d，株型塔型，掌狀葉，上半部主莖葉平均寬13.5cm，抗枯耐黃，抗蟲。通過保持系雜交單株結(jié)鈴6.5個(gè)，鈴重6.1g，衣分42.3%；上半部平均纖維絨長29.5mm，比強(qiáng)度30.2cN/tex，馬克隆值4.3，整齊度85.1。

2 為新型棉花不育系海A尋找恢復(fù)系

2.1 與陸地棉測恢及陸地棉不育系的轉(zhuǎn)育2011年以來先后用中棉35、中棉41、中棉49、新陸中42、新陸中 46、新陸中 73、3120087、3120075、419、C9等100份以上陸地棉品種（系）和海A雜交，雜交正常成鈴，F(xiàn)1性狀偏于父本陸地棉，不育株率和不育度均為100%，沒有1個(gè)材料能恢復(fù)育性。用40份品種（系）進(jìn)行3代以上回交，獲得了農(nóng)藝性狀一致、不育株率和不育度均達(dá)到100%的陸地棉新不育系。

2.2 與海島棉測恢及海島棉不育系的轉(zhuǎn)育2011-2013年用零式果枝海島棉新海21、新海24、新海27、新海28、新海31、長預(yù)1號、長預(yù)5號等近40份品種（系）與不育系海A雜交，雜交正常成鈴，F(xiàn)1表現(xiàn)為陸海雜種F1的典型特征，類似于無限生長型海島棉，葉片近海島棉類型掌狀葉，較海島棉略小，花黃色，花瓣基部有紅斑，花藥黃色，不育株率和不育度均達(dá)到100%，仍沒有1個(gè)材料能恢復(fù)育性。用10份品種（系）進(jìn)行回交3代，轉(zhuǎn)育成無限生長型海島棉不育系。

2.3 與半野生棉測恢2013年從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所國家種質(zhì)三亞野生棉圃引進(jìn)半野生棉瑪利加朗特棉60、莫利爾棉19、尤卡坦棉1、闊葉棉96A、雷奇蒙地棉6、帕默爾棉9、尖斑棉5等7份材料種于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田，后3份材料不能開花，前4份材料能開花，但花期晚，與不育系海A雜交，可雜交成鈴，F(xiàn)1表現(xiàn)為類似父本植株，發(fā)育晚，長勢強(qiáng)，不育株率和不育度均為100%，仍沒有1個(gè)材料能恢復(fù)育性。

2.4 恢復(fù)系引進(jìn)2012年引進(jìn)哈克尼西細(xì)胞質(zhì)雄性不育系的恢復(fù)系Des-Hams277進(jìn)行雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)為花粉少或不育，沒有1個(gè)正常結(jié)鈴，不育株率12%，不育度85%，每鈴1～10個(gè)棉籽，平均棉籽3.8個(gè)，占正常結(jié)鈴棉籽的11.9%。

2016年在湖南省岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所李海平研究員的指導(dǎo)下，引進(jìn)陸地棉類型恢1、恢2、恢 3、恢 4、恢 5、恢 6，與不育系海 A 雜交，可以雜交成鈴。同年10月18日于三亞市崖城鎮(zhèn)南濱農(nóng)場種植，每雜交組合種植5m2。2017年3月15日收獲時(shí)，6個(gè)雜交組合F1恢復(fù)度和恢復(fù)株率均為100%，單株結(jié)鈴 12.5～15.3 個(gè)，單鈴重 5.1～5.5g，衣分 39.5%～41.3%，籽棉產(chǎn)量 3190～4620kg/hm2，其各性狀見表1。

表1 不同雜交組合于三亞種植性狀調(diào)查表

2017年度在第三師農(nóng)科所試驗(yàn)田用2016年度雜交組合種植，以中棉49為對照，因雜交制種量少，未設(shè)重復(fù)，每雜交組合種植4行，行長7.0m，小區(qū)面積10m2；種植模式采用大小行種植（大行56cm，小行20cm），株距 12.2cm，種植理論密度 215713株 /hm2。4月18日播種，5月1日出苗，6月8日現(xiàn)蕾，7月4日開花，7月9日打頂，9月6日吐絮，各雜交組合生育期與此前后相差1～2d。各雜交組合植株塔型，葉掌狀，中等大小，葉色深綠，鈴長卵圓形，無限生長II型果枝。除雜交組合海A×恢2有8%不育株外，其他組合F1恢復(fù)度和恢復(fù)株率均為100%；單株結(jié)鈴 6.2～8.5個(gè)，單鈴重 5.9～6.7g，衣分 39.2%～41.9%，籽棉產(chǎn)量6750～7720kg/hm2，雜交組合較對照中棉49增產(chǎn)2.1%～16.8%。各性狀綜合表現(xiàn)海A×恢1和海A×恢4較好。各性狀調(diào)查見表2，皮棉品質(zhì)正在進(jìn)行檢測中。

表2 不同雜交組合于三師農(nóng)科所種植性狀調(diào)查表

2017年4月16日將南繁海A×恢1和海A×恢4雜交組合F2種子在第三師農(nóng)科所試驗(yàn)田每穴種植1粒，出苗后不間苗、不定苗，對恢復(fù)基因?qū)?shù)進(jìn)行分析。7月18日所有植株開花，對可育株和不育株進(jìn)行鑒定，運(yùn)用公式=[|A-3a|-2]2/（3n）計(jì)算。其中，A和a分別為顯性組和隱性組的實(shí)際觀察次數(shù)；n為總次數(shù)。海A×恢1可育株與不育株分別為159株和57株，共計(jì)216株，代入公式算得=0.463＜=3.84；海A×恢4可育株與不育株分別為167株和53株，共計(jì)220株，代入公式算得=0.055＜=3.84，兩雜交組合可育與不育比例符合3∶1的比例，以此推斷恢復(fù)基因?yàn)?對顯性基因所控制。

綜上所述，普通陸地棉、普通海島棉、半野生棉對不育系海A的育性均沒有恢復(fù)能力，絕大多數(shù)陸地棉和海島棉均是其完全保持系，通過回交轉(zhuǎn)育3～4代即可成為新型不育系；測恢結(jié)果顯示恢復(fù)基因狹窄。引進(jìn)恢復(fù)系經(jīng)檢驗(yàn)初步確定為1對顯性基因。

3 新型棉花不育系海A的研究進(jìn)展

3.1 回交轉(zhuǎn)育新不育系，篩選保持系新型棉花不育系海A與陸地棉和海島棉品種雜交，經(jīng)3～4代回交，即可獲得近似于回交品種特性的不育系，而回交品種則為其完全保持系。目前已育成陸地棉型不育系38份，無限生長海島棉型不育系10份。

3.2 恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育通過引進(jìn)湖南省岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所陸地棉類型恢復(fù)系與不育系海A雜交，基本上實(shí)現(xiàn)了三系配套，獲得了三系雜交種F1。同樣以這些恢復(fù)系與通過海A不育系轉(zhuǎn)育的其他具有保持系特征特性的不育系雜交，獲得三系雜交種F1。通過對三系雜交種F1加代定向選育、測恢，獲得新的恢復(fù)系，這便是采取的恢復(fù)系轉(zhuǎn)育途徑之一?；謴?fù)系轉(zhuǎn)育途徑之二是選取綜合性狀好，集高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗蟲、抗逆、抗除草劑于一體的品種（系）與已知具有恢復(fù)基因的恢復(fù)系材料進(jìn)行雜交、定向選育、測恢，獲得新的恢復(fù)系?；謴?fù)系轉(zhuǎn)育途徑之三是通過DMPC育種系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)多親本復(fù)合雜交系統(tǒng)）構(gòu)建恢復(fù)系選育群體，通過選擇、比較鑒定、測恢，獲得新的恢復(fù)系。目前在三系雜交種F1加代定向轉(zhuǎn)育恢復(fù)基因方向上做了一些工作，取得了一些進(jìn)展。

3.3 優(yōu)勢組合的測配棉花三系配套技術(shù)是棉花雜種優(yōu)勢利用的途徑之一。較之棉花兩系法拔除可育株導(dǎo)致缺苗斷壟，制種產(chǎn)量低；人工去雄法制種費(fèi)工費(fèi)時(shí)、成本高、種子質(zhì)量難以保證、不能大面積應(yīng)用；化學(xué)殺雄法技術(shù)難度大，難于掌握；棉花三系法具有種子生產(chǎn)成本低，種子經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)小，經(jīng)濟(jì)效益高，能有效保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的明顯優(yōu)勢。其終極目標(biāo)是通過測配獲得在生產(chǎn)上具有顯著競爭優(yōu)勢的雜交組合。目前，用新型棉花不育系海A及其轉(zhuǎn)育不育系與引進(jìn)恢復(fù)系測配，篩選出了一些在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性上具有顯著雜種優(yōu)勢的三系雜交組合?，F(xiàn)初步篩選出海A×恢1和海A×恢4組合，隨著不育系和恢復(fù)系的轉(zhuǎn)育，篩選強(qiáng)優(yōu)勢組合進(jìn)行人工制種，并在生產(chǎn)中推廣雜交種。

4 討論

新型棉花不育系海A是第三師農(nóng)科所在研究不育系棉花材料的過程中發(fā)現(xiàn)并育成的。不育系海A具有不育性穩(wěn)定徹底；能夠穩(wěn)定遺傳；性狀整齊一致，與它的保持系相似；雌性器官發(fā)育正常，有易于轉(zhuǎn)育的特點(diǎn)。不育系海A由相同倍性的種間雜交變異而來，血緣關(guān)系較遠(yuǎn)，異質(zhì)性強(qiáng)，同時(shí)具有早代穩(wěn)定特性，它為三系雜種優(yōu)勢利用提供了一個(gè)新材料。有別于哈克尼西棉細(xì)胞質(zhì)不育系，雜交組合細(xì)胞核為四倍體，細(xì)胞質(zhì)為二倍體，哈克尼西棉細(xì)胞質(zhì)不育系存在致命缺陷，難選出具有顯著競爭優(yōu)勢的雜交組合[4]。

以三系配套培育棉花雜交種，同步實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性的改良是棉花雜種優(yōu)勢利用的有效途徑[5]。優(yōu)良的不育系、保持系和恢復(fù)系是基礎(chǔ)，新型棉花不育系海A是一個(gè)帶海島棉血緣的兼具多種優(yōu)異特性的新不育材料，目前對它的研究還處于初始階段，在棉花雜種優(yōu)勢利用中的價(jià)值和作用還有待進(jìn)一步發(fā)掘和研究。

[1] 張昭偉，王學(xué)德．三系雜交棉親本花粉和柱頭的生活力[J]．浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，1（6）：669-671

[2] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所．中國棉花遺傳育種學(xué)[M]．濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003：302-305

[3] 李海平．甘藍(lán)型油菜波里馬不育細(xì)胞質(zhì)的遺傳效應(yīng)研究[J]．作物研究，2005（4）：221-222

[4] 陳立昶，何金龍．優(yōu)質(zhì)棉育種研究與應(yīng)用[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010：129-130

[5] 童旭宏，秦利，孔廣超，等．新型陸地棉細(xì)胞質(zhì)雄性不育系花器形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)觀察 [J]．棉花學(xué)報(bào)，2009，21（2）：83-88