2001—2020年山東省轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種纖維品質(zhì)評價分析

申貴芳，孔凡金，段冰，韓宗福，王宗文，王景會，高利英，王曉歌，鄧永勝，李汝忠

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所／農(nóng)業(yè)部黃淮海棉花遺傳改良與栽培生理重點實驗室，山東 濟(jì)南 250100）

棉花作為紡織工業(yè)的原料，其纖維長度、強(qiáng)力、細(xì)度等物理指標(biāo)直接決定著成紗的檔次和質(zhì)量，歷來是棉花育種的主要目標(biāo)之一，也為棉產(chǎn)業(yè)高度重視。隨著生活水平的不斷提高，人們對純棉紡織品的需求日益增長，紡織業(yè)對原棉品質(zhì)要求進(jìn)一步提高［1，2］。而且，隨著我國主產(chǎn)棉區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實現(xiàn)棉花機(jī)械采收是必然趨勢，但機(jī)采棉在采收、加工過程中對棉纖維品質(zhì)有一定損傷。為抵消機(jī)采、加工過程中對棉纖維品質(zhì)的不良影響，機(jī)采條件下棉花品種的內(nèi)在品質(zhì)（遺傳品質(zhì)）也應(yīng)優(yōu)于手采棉。

20世紀(jì)90年代初，棉鈴蟲在我國北方棉區(qū)持續(xù)特大爆發(fā)，給棉產(chǎn)業(yè)造成巨大損失［3，4］。為有效應(yīng)對棉鈴蟲危害，我國棉花科技工作者將高新技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合，開展轉(zhuǎn)基因抗蟲棉育種研究，使我國成為繼美國之后世界上第二個研制成功具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的國家，率先在黃河流域棉區(qū)大面積推廣應(yīng)用，迅速取代非抗蟲棉品種，實現(xiàn)了非抗蟲棉到轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的新一輪品種大更換［5－7］。作為產(chǎn)棉大省，山東是國內(nèi)較早開展轉(zhuǎn)基因抗蟲棉育種研究并大面積用于生產(chǎn)的省份之一［8－10］，成效顯著。關(guān)于全國［11－14］及部分主產(chǎn)棉?。?5－20］不同時期棉花品種纖維品質(zhì)狀況已有較多報道，而山東省還鮮有這方面的研究。本研究通過對“十五”至“十三五”期間山東省審定轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的主要纖維品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析比較，并與同期國審、冀審抗蟲棉品種相比對，系統(tǒng)評價山東省審抗蟲棉品種的纖維品質(zhì)狀況，以期為今后棉花育種提供借鑒和參考。

1 材料與方法

本研究數(shù)據(jù)均來自山東省及國家和河北省農(nóng)作物品種審定委員會2001—2020年棉花品種審定公告。纖維品質(zhì)評價分析指標(biāo)包括：纖維上半部平均長度（Len）、斷裂比強(qiáng)度（Str）和馬克隆值（Mic），由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心測試，HVICC校準(zhǔn)（2005年前審定品種由ICC校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為HVICC校準(zhǔn)）。依據(jù)國家農(nóng)作物品種審定委員會2014年7月發(fā)布的《主要農(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)（國家級）》，對山東省2001—2020年審定的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行評價分析，并與同期我國黃河流域國審和鄰省河北省審定轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行比對。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省轉(zhuǎn)基因抗蟲棉審定概況

1998年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉GK12通過山東審定，這是山東省審定的第一個國產(chǎn)基因抗蟲棉。此后在2001—2020年的20年間，山東省共審定不同類型轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種116個（表1），單年度以2019年審定最多，達(dá)13個。受國家農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價滯后等影響，“十五”“十二五”審定品種相對較少，其中有4年空缺，“十一五”“十三五”審定品種較多。在這116個魯審抗蟲棉品種中，29個同時通過國家審定（表2），占魯審抗蟲棉品種的25%。第一育種單位為省內(nèi)的共育成103個（未經(jīng)山東省審的省內(nèi)單位育成品種未統(tǒng)計在內(nèi)），占審定品種總數(shù)的88.8%。就品種育成單位屬性來看，科研院所育成70個、高等院校育成6個、種業(yè)企業(yè)育成40個，占比分別為60.3%、5.2%和34.5%，由此可見，科研院所一直是山東省育成抗蟲棉審定品種的主體。2010年前后種業(yè)企業(yè)審定品種數(shù)量處于高峰期，此后持續(xù)低落，這與山東棉花生產(chǎn)形勢及棉種企業(yè)自身發(fā)展?fàn)顩r相吻合。

表1 2001—2020年山東省抗蟲棉品種審定概況

表2 2001—2020年山東省審定抗蟲棉品種及纖維品質(zhì)

表2（續(xù)）

表2（續(xù)）

2.2 不同生產(chǎn)類型抗蟲棉品種纖維品質(zhì)分析

早熟棉（俗稱短季棉、夏棉）、中早熟棉（俗稱常規(guī)棉、春棉）和雜交棉是黃河流域棉區(qū)生產(chǎn)上普遍種植的三大棉花品種類型，國家和該區(qū)主產(chǎn)棉省份均設(shè)置三大類型棉花品種區(qū)域試驗，以進(jìn)行相應(yīng)品種選拔。中早熟棉品種一直占該區(qū)棉花生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，山東省審定的116個轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種中，中早熟抗蟲棉70個、雜交抗蟲棉35個、早熟抗蟲棉11個，分別占同期魯審抗蟲棉品種的60.34%、30.17%和9.48%（表1），基本反映出山東棉區(qū)不同生產(chǎn)條件和不同種植方式對三大類型棉花品種的需求狀況。

三大類型抗蟲棉品種纖維上半部平均長度（Len）、斷裂比強(qiáng)度（Str）和馬克隆值（Mic）見表3，以雜交抗蟲棉品種最好，纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度達(dá)“雙30”以上，馬克隆值匹配也較為合理。早熟棉品種稍差，主要表現(xiàn)在纖維上半部平均長度偏短，這種狀況“十二五”“十三五”審定早熟棉品種已有明顯改進(jìn)，有的纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度已達(dá)“雙30”以上。與同期黃河流域國審抗蟲棉品種相比，魯審雜交抗蟲棉品種三項指標(biāo)均略優(yōu)于國審抗蟲棉；中早熟抗蟲棉品種纖維上半部平均長度優(yōu)于國審抗蟲棉，馬克隆值相當(dāng)，斷裂比強(qiáng)度略低；早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值均不及國審抗蟲棉。

表3 不同類型抗蟲棉品種纖維品質(zhì)比較

2.3 不同品質(zhì)類型抗蟲棉品種占比分析

2007年國家農(nóng)作物品種審定委員會根據(jù)GB／T 20392—2006檢測的纖維主要物理指標(biāo)數(shù)據(jù)，以纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值三項指標(biāo)的綜合表現(xiàn)，將我國棉花新品種審定標(biāo)準(zhǔn)分為Ⅰ型品種、Ⅱ型品種、Ⅲ型品種［21］。2014年又對上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，提高了Ⅱ型和Ⅲ型品種的纖維長度標(biāo)準(zhǔn)，降低了Ⅰ型品種的斷裂比強(qiáng)度要求（表4）（國品審〔2014〕2號《關(guān)于印發(fā)主要農(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)的通知》）。

表4 2014年發(fā)布的國家棉花品種纖維品質(zhì)指標(biāo)審定標(biāo)準(zhǔn)

在2001—2020年山東省審定的116個抗蟲棉品種中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種分別為1、38、75個，占比分別為0.86%、32.76%、64.66%（表5），另有2個型外品種。同期國家黃河流域?qū)彾瓜x棉品種144個，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種分別為1、48、91個，占比分別為0.69%、33.33%、63.19%（表6），另有4個型外品種。由此可見，魯審抗蟲棉品種與同期黃河流域國審抗蟲棉品種各型占比基本相當(dāng)，總體表現(xiàn)為：可紡高支紗的Ⅰ型品種占比極少，不到1%，而Ⅲ型品種占比均達(dá)6成以上。

表5 2001—2020年魯審Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比

表6 2001—2020年國審（黃河流域）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比

從不同時期審定各型品種占比來看，魯審品種以“十五”期間Ⅱ型品種占比最高，達(dá)61.54%，“十二五”次之，但總體上呈Ⅱ型品種占比下降、Ⅲ型品種占比大幅上升趨勢，到“十三五”Ⅱ型品種占比下降為22.92%，Ⅲ型品種占比上升到高達(dá)77.08%。黃河流域國審抗蟲棉品種各型占比亦表現(xiàn)出同樣的變化趨勢，“十二五”“十三五”Ⅲ型品種占比均在七成以上，“十二五”占比已高達(dá)76.00%。

分解不同時期審定品種上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值三項指標(biāo)的各型達(dá)標(biāo)率，可以看出影響各型占比的主要限制指標(biāo)?！笆濉逼陂g，魯審抗蟲棉品種三項指標(biāo)Ⅱ型達(dá)標(biāo)率較為均衡，以馬克隆值達(dá)標(biāo)率最高，為92.31%?！笆晃濉薄笆濉逼陂g，斷裂比強(qiáng)度Ⅱ型達(dá)標(biāo)率分別為31.58%和58.82%，說明它是此期Ⅱ型品種占比降低的主要限制指標(biāo)。而到“十三五”，馬克隆值Ⅱ型達(dá)標(biāo)率下降到39.58%，變?yōu)橹饕拗浦笜?biāo)?！笆濉秉S河流域國審抗蟲棉Ⅱ型品種馬克隆值達(dá)標(biāo)率由“十五”的94.12%下降到“十三五”的26.47%，馬克隆值同樣是各型品種占比的主要決定因素。

2.4 不同時期抗蟲棉品種纖維品質(zhì)變化趨勢及與同期國審、冀審品種比較

2.4.1 上半部平均長度 魯審抗蟲棉品種上半部平均長度以“十五”最大，達(dá)30.46 mm，此后一直呈下降趨勢（圖1），“十三五”下降到29.69 mm，下降0.77 mm，但各期均高于同期國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種水平。國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種上半部平均長度則呈現(xiàn)出由低到高再到低的變化趨勢，尤其是國審抗蟲棉品種呈倒“V”字型。

圖1 魯審、冀審、國審抗蟲棉纖維上半部平均長度變化趨勢

2.4.2 斷裂比強(qiáng)度 從“十五”至“十三五”，魯審抗蟲棉品種斷裂比強(qiáng)度均值呈“V”字型變化趨勢（圖2），以“十三五”最高，達(dá)31.12 cN／tex，“十一五”最低，為29.41 cN／tex。魯審抗蟲棉品種斷裂比強(qiáng)度均高于同期冀審品種，但除“十五”外，“十一五”至“十三五”均略低于黃河流域國審品種。同期國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種斷裂比強(qiáng)度均呈上升趨勢，到“十三五”達(dá)最高值，前者均值達(dá)31.67 cN／Tex。

圖2 魯審、冀審、國審抗蟲棉斷裂比強(qiáng)度變化趨勢

2.4.3 馬克隆值 魯審抗蟲棉品種馬克隆值同國審（黃河流域）、冀審品種一樣，從“十五”到“十三五”增大趨勢明顯（圖3）。魯審品種前三個五年計劃增幅較?。▍^(qū)間4.71～4.84），“十三五”增幅加大，增至5.15，但“十二五”“十三五”審定品種的馬克隆值仍均低于同期國審（黃河流域）、冀審品種。同期黃河流域國審品種馬克隆值分別增高到5.13、5.28，冀審品種增高到4.98和5.24。

圖3 魯審、冀審、國審抗蟲棉馬克隆值變化趨勢

3 討論與結(jié)論

3.1 從“十五”至“十三五”的20年間，山東省共審定轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種116個，其中科研院所審定70個，占比60.3%，科研院所一直是山東省棉花育成審定品種的主體。

3.2 山東省審定早熟棉、中早熟棉、雜交棉三大類型抗蟲棉品種的纖維品質(zhì)以雜交抗蟲棉品質(zhì)最好，其纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值三項指標(biāo)均優(yōu)于國審品種，表現(xiàn)為纖維長度、強(qiáng)力、細(xì)度搭配較為均衡；中早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度優(yōu)于國審品種，馬克隆值相當(dāng)，但斷裂比強(qiáng)度略低；早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值稍差。

3.3 魯審抗蟲棉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比分別為0.86%、32.76%、64.66%，與同期黃河流域國審抗蟲棉各型品種占比基本相當(dāng)。總體表現(xiàn)為：可紡高支紗的Ⅰ型品種占比極少，Ⅲ型品種占比大幅上升。無論是魯審還是國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種，馬克隆值升高都是造成Ⅲ型品種占比大幅升高的主要因素。魯審抗蟲棉品種在纖維長度、強(qiáng)力、細(xì)度主要指標(biāo)協(xié)調(diào)性方面總體上優(yōu)于同期冀審品種，也比同期黃河流域國審品種略優(yōu)。

3.4 楊偉華等［12］研究表明，“十一五”期間國審棉花品種纖維長度、纖維長度整齊度和斷裂比強(qiáng)度三項指標(biāo)優(yōu)于美國同期推廣品種，但馬克隆值偏高。唐淑榮等［13］研究認(rèn)為，“十五”至“十二五”期間，我國黃河流域國審棉花品種纖維上半部平均長度提高明顯，斷裂比強(qiáng)度增強(qiáng)，馬克隆值則逐年增大，纖維變粗。眭書祥等［18］對2009—2013年河北省審定棉花品種纖維品質(zhì)的分析表明，與全國及其它省份棉花品種相比，纖維上半部平均長度和斷裂比強(qiáng)度偏低，馬克隆值偏高，纖維品質(zhì)改良效果不明顯。本研究結(jié)果表明，“十五”至“十三五”期間，魯審抗蟲棉品種纖維斷裂比強(qiáng)度提高，改良效果明顯，但纖維上半部平均長度下降、馬克隆值升高，纖維長度、強(qiáng)力、細(xì)度三項主要指標(biāo)匹配仍欠合理，與同期國審、冀審抗蟲棉品種纖維品質(zhì)變化趨勢基本一致，也與申貴芳等［22］對山東省抗蟲棉育種基礎(chǔ)材料纖維品質(zhì)測試數(shù)據(jù)分析結(jié)果相吻合。目前山東乃至黃河流域棉花品種纖維品質(zhì)狀況應(yīng)引起業(yè)界高度重視，應(yīng)進(jìn)一步加大棉花育種纖維品質(zhì)改良力度，更加注重纖維長度、強(qiáng)力和細(xì)度的協(xié)調(diào)、均衡、同步改良，把降低馬克隆值作為攻關(guān)重點，并進(jìn)一步提高纖維上半部平均長度和斷裂比強(qiáng)度，以大幅降低Ⅲ型品種占比，大幅提高Ⅰ型品種占比。