棉花油分含量與耐鹽性協(xié)同改良技術(shù)研究

郭寶生，劉素恩，趙存鵬，王兆曉，王凱輝，李丹，劉建民，吳世元，韓玉紅，耿軍義*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室/ 國家棉花改良中心河北分中心，河北 石家莊 050051；2.石家莊市民豐種子有限公司，河北 石家莊 050031；3.河北澳金種業(yè)有限公司，河北 故城 253800；4.邯鄲市農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理站，河北 邯鄲 056002）

陸地棉（Gossypium hirsutum）既是重要的經(jīng)濟作物，又是耐鹽的先鋒作物，具有較強的耐鹽能力，是開發(fā)和生物改良鹽堿地的主選作物之一。充分利用和發(fā)揮棉花的抗旱、耐鹽、耐瘠薄能力，推廣鹽堿地和瘠薄地植棉，是解決糧棉爭地矛盾、保障棉花有效供給的現(xiàn)實途徑。棉花雖然較耐鹽堿，但不同品種的耐鹽性差異較大，因此，通過培育強耐鹽性棉花品種，有效開發(fā)利用濱海鹽堿地資源植棉潛力巨大[1～3]。

棉子是重要的植物油來源。2019 年國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國常年生產(chǎn)皮棉約600 萬t，棉子產(chǎn)量達(dá)1 000 萬t，可生產(chǎn)植物油180 萬t 以上，棉花是僅次于花生（種植面積438 萬hm2，總產(chǎn)1 752 萬t，可生產(chǎn)油脂910 萬t）、油菜（種植面積658 萬hm2，總產(chǎn)1 348 萬t，可生產(chǎn)油脂560 萬t）和大豆（種植面積933 萬hm2，總產(chǎn)1 810 萬t，可生產(chǎn)油脂300 萬t）的第四大油料作物。在保證棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高棉子油分含量是棉花提質(zhì)增效新的增長點，但截至目前，有關(guān)棉花高油育種的報道較少[4]。郭寶生等[5]研究顯示，棉花的種仁油分含量與皮棉產(chǎn)量、單株成鈴數(shù)、單鈴重和衣分均相關(guān)不顯著，與纖維整齊度指數(shù)和伸長率呈顯著正相關(guān)，與纖維上半部平均長度呈不顯著正相關(guān)，因此認(rèn)為，陸地棉育種中提高種仁油分含量不會顯著影響其皮棉產(chǎn)量，但是對提高纖維品質(zhì)具有一定的促進(jìn)作用，選育高油分含量的棉花新品種切實可行。

本研究以棉花生產(chǎn)重大技術(shù)需求為導(dǎo)向，在穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)前提下，以高油、耐鹽為育種目標(biāo)，提升品種綜合生產(chǎn)潛力。利用遺傳基礎(chǔ)豐富的遠(yuǎn)緣雜交后代做親本，采用復(fù)式雜交等手段促進(jìn)棉花高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高油分、抗逆等性狀的優(yōu)異基因聚合，創(chuàng)制特異骨干親本，培育高油、耐鹽、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)棉花新品種。

1 材料與方法

1.1 親本材料

基礎(chǔ)親本為具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145 和M306，以及具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）冀1125 和冀N82；互補親本為冀棉958 和GK12 等。

陸中瑟血緣品系的突出特點是對枯萎病和黃萎病抗性好，油分含量高。M145 系譜為［〔冀棉8 號×（4086×石瑟）〕×（182×中陸85-2-1）］；322 系譜為｛［〔冀棉8 號×（4086×石瑟）〕×（182×中陸85-2-1）］×GK12｝。

陸海瑟血緣品系的突出特點是鈴重大，衣分高，纖維品質(zhì)好。冀1125 單鈴重6.4 g，衣分41.3%，抗枯萎病和黃萎病，纖維2.5%跨距長度30.5 mm，比強度30.9 cN/tex，馬克隆值4.4。GK12 為國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，含有Cry1Ab/Ac 基因，抗棉鈴蟲等鱗翅目害蟲。

1.2 方法路線

1.2.1 親本選配 按照育種目標(biāo)，根據(jù)系譜來源、目標(biāo)性狀極值遴選親本材料，確立骨干親本，采用多次復(fù)合雜交促進(jìn)優(yōu)異基因聚合[6]。

1.2.2 油分含量測定 利用波通DA7200 型近紅外分析儀對棉花種子油分含量進(jìn)行無損檢測初篩，入選的高油分材料再采用索氏抽提法檢測，最終篩選到高油品系[5]。

1.2.3 耐鹽性鑒定 利用植物抗旱耐鹽鑒定專用培養(yǎng)箱對育種材料進(jìn)行大批量精準(zhǔn)耐鹽性鑒定[7]，與鹽堿地大田鑒定交叉梯次篩選，有效提升抗逆性篩選效率。

1.2.4 群體規(guī)?？刂坪途襁x模型以及綜合性狀評估參數(shù) 從F2代開始進(jìn)行系統(tǒng)選育和鹽旱脅迫交替選擇。各世代脅迫過程：先將種子在1%的NaCl 水溶液脅迫下發(fā)芽，達(dá)到出苗標(biāo)準(zhǔn)后移栽到含鹽量0.1%的鹽堿土小區(qū)種植。收獲時選擇優(yōu)良單株混收，單株綜合性狀評估參數(shù)為衣分≥38%、鈴重≥5 g、纖維長度≥29 mm、比強度≥29 cN/tex、馬克隆值≤5.5。按照基因重組發(fā)生頻率理論，根據(jù)我們自己摸索的公式安排各世代群體規(guī)模（群體規(guī)模N=5m×2n，m為世代值，n為選擇指標(biāo)數(shù)）和世代抉選株數(shù)（S=5mn，m為世代值，n為選擇指標(biāo)數(shù)）。第1 代群體數(shù)量為5×1×25=160 株，抉選株數(shù)為5×1×5=25 株；第2 代群體數(shù)量為320 株，抉選株數(shù)為50 株；以下世代依此類推，均以5 項指標(biāo)選擇，第9 代種植1 440 株，抉選225 株，作為品種原原種，進(jìn)入品系比較試驗和各級各類區(qū)域試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 育成新品種的系譜和特征特性

2.1.1 系譜關(guān)系 按照育種目標(biāo)，根據(jù)系譜來源、目標(biāo)性狀極值遴選親本材料，確立了具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145和M306 以及具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）冀1125 和冀N82 為基礎(chǔ)親本，冀棉958 和GK12 等為互補親本，采用多次復(fù)合雜交促進(jìn)優(yōu)異基因聚合。經(jīng)過多世代復(fù)合雜交和定向選擇，培育出冀中棉608（國審棉2015004）、冀2658（冀審棉2015002）、冀968 （冀審棉20170009） 和創(chuàng)優(yōu)棉168（津?qū)徝?008002、冀審棉2010005） 等高油耐鹽棉花新品種。其選育系譜圖見圖1。

圖1 棉花新品種冀中棉608、冀2658、冀968 和創(chuàng)優(yōu)棉168 的系譜關(guān)系Fig.1 Pedigree of new cotton varieties Jizhongmian 608，Ji 2658，Ji 968 and Chuangyoumian 168

2.1.2 特征特性

2.1.2.1 冀中棉608。生育期120 d。株高97.5 cm，第一果枝節(jié)位6.8 節(jié)，單株成鈴18.6 個，單鈴重6.9 g，衣分39.5%左右，霜前花率88.6%，子指11.5 g?？菸〔≈?.1，黃萎病相對病指26.8，高抗枯萎病，耐黃萎??；抗棉鈴蟲。HVICC 纖維上半部平均長度28.9mm，斷裂比強度31.9 cN/tex，馬克隆值5.3，斷裂伸長率5.0%，反射率76.9%，黃度7.9，整齊度指數(shù)84.1%，紡紗均勻性指數(shù)138。2012～2013 年黃河流域棉區(qū)中熟常規(guī)品種區(qū)域試驗，子棉產(chǎn)量為3 969 kg/hm2，皮棉產(chǎn)量為1 494 kg/hm2，霜前皮棉產(chǎn)量為1 341 kg/hm2，分別較對照中植棉2 號增產(chǎn)9.7%、6.6%、4.9%。

2.1.2.2 冀2658。生育期128 d。株高100.8 cm，第一果枝節(jié)位6.2 節(jié)，單株成鈴19.0 個，單鈴重6.1 g，衣分38.6%，霜前花率82.3%，子指10.7 g?？菸〔≈?.68，黃萎病相對病指12.84，高抗枯萎病，抗黃萎病；抗棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲。HVICC 纖維上半部平均長度29.2 mm，斷裂比強度31.9 cN/tex，馬克隆值5.2，整齊度指數(shù)84.67%，伸長率5.77%，反射率75.19%，黃度8.2，紡紗均勻指數(shù)140.8。2014年生產(chǎn)試驗，子棉產(chǎn)量為4 515 kg/hm2，皮棉產(chǎn)量為1 924.5 kg/hm2，分別較對照冀棉958 增產(chǎn)4.08%和9.32%，均居5 個參試品種第1 位。

2.1.2.3 冀968。生育期127 d。株高91.6 cm，第一果枝節(jié)位6.2 節(jié)，單株成鈴16.3 個，單鈴重6.4 g，衣分40.8%，霜前花率96.7%，子指10.8 g?？菸〔≈?.48，黃萎病相對病指24.28，高抗枯萎病，耐黃萎病。HVICC 纖維上半部平均長度30.1 mm，斷裂比強度31.8 cN/tex，馬克隆值5.2，整齊度指數(shù)84.5%，紡紗均勻指數(shù)144。2014 年河北省中南部春播常規(guī)棉組區(qū)域試驗，皮棉產(chǎn)量為1 735.5 kg/hm2，霜前皮棉產(chǎn)量為1 684.5 kg/hm2；2015 年同組區(qū)域試驗，皮棉產(chǎn)量為1 773 kg/hm2，霜前皮棉產(chǎn)量為1 711.5 kg/hm2。2016 年生產(chǎn)試驗，皮棉產(chǎn)量為1 623 kg/hm2，霜前皮棉產(chǎn)量為1 581 kg/hm2。

2.1.2.4 創(chuàng)優(yōu)棉168。生育期127 d 左右。株高101.2 cm，第一果枝節(jié)位6.7 節(jié)，單株成鈴15.5 個，單鈴重6.7 g，衣分40.5%，霜前花率90.2%，子指10.9 g?？菸〔≈?.7，黃萎病相對病指29.28，高抗枯萎病，耐黃萎病；抗棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲。HVICC 纖維上半部平均長度29.6 mm，斷裂比強度29.1 cN/tex，馬克隆值4.7，整齊度指數(shù)84.0%，伸長率6.70%，反射率78.0%，黃度7.0，紡紗均勻指數(shù)140.0。2007 年、2008 年冀中南春播棉組區(qū)域試驗，皮棉產(chǎn)量分別為1 732.5 和1 800 kg/hm2，霜前皮棉產(chǎn)量分別為1 603.5 和1 585.5 kg/hm2。2007 年天津市春棉區(qū)域試驗，5 個試點全部增產(chǎn)，霜前皮棉產(chǎn)量為1 860.9 kg/hm2，較對照魯棉研21 號（1 639.8 kg/hm2）增產(chǎn)7.77%，居12 個參試品種第1 位。

2.2 育成新品種的耐鹽性

河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所以耐鹽品種中棉所35 為對照，依照“棉花耐鹽性鑒定評價技術(shù)規(guī)范”（DB 13/T 1339—2010）對各育成新品種進(jìn)行發(fā)芽期、苗期、全生育期耐鹽性鑒定，結(jié)果表明，冀2658、冀968、創(chuàng)優(yōu)棉168 和冀中棉608 發(fā)芽期相對鹽害率為15.4%～18.3%，均高耐鹽；苗期鹽害指數(shù)為23.5%～26.4%，全生育期耐鹽指數(shù)為1.15%～1.27%，耐鹽性均強（表1）。

表1 育成新品種的耐鹽性Table 1 Salt tolerance of new cotton varieties

2.3 育成新品種的油分含量及綜合性狀

種仁含油率由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所和河北省農(nóng)作物品種品質(zhì)檢測中心（石家莊）檢測。4 個新育成品種的種仁含油率高達(dá)33.60%～35.00%，較國內(nèi)推廣面積較大的冀棉958（CK） 提高6.57 百分點～7.97 百分點；鈴重為6.1～6.9 g，均較CK 增加較多；冀968、冀2658 和創(chuàng)優(yōu)棉168 的纖維長度與CK 相當(dāng)；冀中棉608、冀968 和冀2658 的纖維斷裂比強度與CK 相當(dāng)；創(chuàng)優(yōu)棉168 的馬克隆值與CK 相當(dāng)，冀中棉608、冀968 和冀2658 的馬克隆值高于CK（表2），說明創(chuàng)優(yōu)棉168 與CK 纖維細(xì)度接近，冀中棉608、冀968 和冀2658 的纖維粗于CK；冀968、創(chuàng)優(yōu)棉168 的衣分與CK 相當(dāng)，冀中棉608 和冀2658 的衣分略低于CK。

表2 育成新品種的種仁含油率及綜合性狀Table 2 Kernel oil content and comprehensive characters of new cotton varieties

3 結(jié)論與討論

3.1 創(chuàng)建棉花油分含量與耐鹽性協(xié)同改良技術(shù)，促進(jìn)目標(biāo)性狀基因的快速聚合

依據(jù)棉花油分含量與耐鹽性的遺傳特點和表型特征，創(chuàng)建了以目標(biāo)性狀為主導(dǎo)、多次復(fù)合雜交、低代混選、波通DA7200 型近紅外分析儀種子油分無損快速檢測、抗旱耐鹽鑒定專用培養(yǎng)箱大批量精準(zhǔn)鑒定、世代梯次交叉選擇、群體規(guī)?？刂坪途襁x模型以綜合性狀評估參數(shù)的棉花油分含量與耐鹽性協(xié)同改良技術(shù)，促進(jìn)目標(biāo)性狀基因的快速聚合。以前期建立的育種基因庫為基礎(chǔ)，采用棉花遠(yuǎn)緣雜交后代低代混選法[6]，依據(jù)基因重組概率和育種實踐經(jīng)驗，我們提出了適用于不同世代群體規(guī)?？刂频挠嬎愎剑∟=5m×2n，m為世代值，n為選擇指標(biāo)數(shù)）和株數(shù)抉選的計算公式（S=5mn，m為世代值，n為選擇指標(biāo)數(shù)）。通過概率事件發(fā)生頻率發(fā)明的群體規(guī)?？刂乒?，可以有目的、有效地提高育種效率，避免了由于分離世代群體過小造成的后代優(yōu)良基因丟失，也避免了盲目擴大群體造成的大量試驗地浪費和大量勞動力浪費，能夠節(jié)約育種成本。但本公式也有局限性，不適合打破緊密連鎖基因的群體規(guī)模計算。

3.2 遠(yuǎn)緣雜交種質(zhì)多次復(fù)交，為特異性狀改良提供了物質(zhì)基礎(chǔ)

本研究采用具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145、M306 和具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系） 冀1125、冀N82為基礎(chǔ)親本，冀棉958、GK12 等為互補親本，采用多次復(fù)合雜交選育出油分含量與耐鹽性協(xié)同提高的目標(biāo)性狀品種4 個，豐富了棉花品種類型。河北棉花遠(yuǎn)緣雜交育種研究和利用起步較早[8～10]，利用陸地棉與海島棉或陸地棉與海島野生棉種間雜交，育成了冀棉20 號等多個具有陸海血統(tǒng)的棉花品種，其中，本研究采用的主要原始親本冀棉20 號豐產(chǎn)性和抗病性比較突出。利用陸地棉與中棉和瑟伯氏棉（HAT）三元雜種后代，選育出本研究采用的主要原始親本冀棉25（冀資123），其突出特點是黃萎病抗性大幅提高，實現(xiàn)了抗病與豐產(chǎn)的協(xié)調(diào)改良。創(chuàng)新的優(yōu)異遠(yuǎn)緣雜交種質(zhì)多次復(fù)合雜交，可促進(jìn)優(yōu)異基因聚合，創(chuàng)造豐富的變異類型，為高油抗逆品種選育奠定材料基礎(chǔ)。

3.3 育成品種目標(biāo)性狀突出，實現(xiàn)了油分含量與耐鹽性協(xié)同提高

利用棉花油分含量與耐鹽性協(xié)同改良技術(shù)，最終選育出油分含量與耐鹽性協(xié)同提高的棉花新品種冀中棉608、冀2658、冀968 和創(chuàng)優(yōu)棉168。其中，冀中棉608 種仁含油率最高，達(dá)到35.00%；創(chuàng)優(yōu)棉168 種仁含油率為4 個品種最低，但也達(dá)到了33.6%，遠(yuǎn)超對照品種冀棉958（種仁含油率27.03%）。4 個育成棉花新品種的耐鹽性，冀中棉608 全生育期耐鹽指數(shù)與耐鹽品種中棉所35 相當(dāng)，冀2658、冀968、創(chuàng)優(yōu)棉168 全生育期耐鹽指數(shù)均高于耐鹽品種中棉所35。這4 個新品種除具有高油、耐鹽特點外，在其他綜合性狀方面又各具特色。冀中棉608 早熟、適播期長，適宜黃河流域多類型棉田種植；冀2658 抗病能力突出，適宜黑龍港旱薄鹽堿連作棉田種植；冀968 出苗快，前期長勢強、中后期穩(wěn)健，適宜濱海鹽堿地種植；創(chuàng)優(yōu)棉168 單株結(jié)鈴性強，增產(chǎn)潛力大，適于間作套種高效棉田種植?？梢钥闯?，育成的4 個高油耐鹽品種能夠滿足河北省及其周邊棉區(qū)對不同類型品種的生產(chǎn)需求。本研究結(jié)果表明，創(chuàng)立的棉花高油耐鹽協(xié)同改良技術(shù)效果明顯，為同類作物高油耐鹽性狀改良提供了技術(shù)參考。