棉花海A胞質(zhì)不育系中1-2A的特點及應用

彭延，彭小峰，黃順禮，劉素華，張選 龔舉武，李海平，黎蓉，艾尼玩爾·黑里力，魏傳井

(1.新疆生產(chǎn)建設兵團第三師農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆 圖木舒克 843900；2.中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所棉花生物學國家重點實驗室，河南 安陽 455000；3.西南大學，重慶 北培 400715；4.湖南省岳陽市農(nóng)業(yè)科學研究所，湖南 岳陽 414000)

棉花生長具有十分明顯的雜種優(yōu)勢，雜交棉通常能比常規(guī)棉增產(chǎn)15%左右。但對于棉花雜種優(yōu)勢基因開發(fā)利用主要采用人工去雄授粉法和核不育株系“一系兩用”法，隨著棉花產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，人工成本不斷上升，制種面積越來越小，推廣應用難度加大。利用棉花細胞質(zhì)雄性不育系和恢復株系能迅速突破我國傳統(tǒng)的人工去雄性雜交育種方法的育種瓶頸，為實現(xiàn)棉花雜交種的商業(yè)化發(fā)展提供重大便利。彭延，等選育出海A胞質(zhì)不育系，該系與其他栽培的陸地棉系和哈克尼西的雄性不育系相比具有不育性穩(wěn)定、陸地棉和海島棉均可作為保持系、制種與管理更簡便有效等特點，且規(guī)避了哈克尼西雄性不育系野生胞質(zhì)導致的雜種減產(chǎn)率5%～8%。施尚澤，等培育出陸地棉高品質(zhì)核不育系33A。王志剛，等培育出胞質(zhì)不育系母本1038A。

目前研究雄性不育利用的有效途徑集中于雜種優(yōu)勢、細胞學觀察等有關(guān)方面。童旭宏，等研究表明：不育系花瓣均小，花絲短，柱頭明顯外露，敗育徹底，無花粉。左志丹，等研究表明，不育胞質(zhì)恢復系在高溫脅迫下花藥育性均顯著低于可育胞質(zhì)恢復系，花粉量明顯減少、花粉活性和活力顯著降低。王宗文，等研究表明2℃低溫保存可有效延長恢復系花粉活力的保持時間，不育系開花次日上午柱頭活力顯著下降，但仍有10%左右的成鈴率。鄔飛波，等利用“三系”雜交棉浙雜166對生育與生理特性的比較研究，浙雜166株高、光合作用強度顯著高于對照?；谏砩笜嗽谧魑镞x育品種中的應用，本研究對“三系”配套的不育系和雜交種的農(nóng)藝、產(chǎn)量、品質(zhì)性狀和恢復性進行測試，并對30天棉鈴的生理生化指標進行了測試，旨在實現(xiàn)高效雜交種，從而實現(xiàn)“三系”高效利用。

1 材料方法

1.1 試驗材料

自育海A胞質(zhì)不育系和中1-2(保持系)為新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供，11R(恢復系)是由新疆生產(chǎn)建設兵團第三師農(nóng)業(yè)科學研究所在雜交種后代中選育而成。

1.2 試驗方法

2012—2014年在第三師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地(39°52′15"N，79°4′10"E)和海南三亞以海A胞質(zhì)不育系作為母本、中1-2作保持系，進行回交轉(zhuǎn)育，選育出新的優(yōu)質(zhì)胞質(zhì)不育系中1-2A。

2015年在第三師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地種植中1-2A，行長5 m，地膜寬度1.25 m，行距為0.12 cm和0.64 cm相間排列的寬窄行距，3次重復，在盛花期觀察和鑒定每個系的育性。

2018年在第三師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地，一是種植中1-2A和中1-2，種植方式同2015年，調(diào)查生育期、子葉節(jié)莖粗、株高、果枝節(jié)位、始果節(jié)位高度、平均果枝數(shù)、平均單株結(jié)數(shù)、單鈴重、衣分以及測定棉花纖維品質(zhì)性狀；二是以中1-2A為母本、恢復系11R為父本，配制雜交種并命名為三師棉12，播種期4月10日，種植密度16.5萬株/hm左右。

2019—2020年在第三師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地，種植中1-2A，種植方式同2015年，進行農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀測試。

2021年在第三師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗地，種植中1-2、中1-2A、11R和三師棉12，以中棉49為對照，種植方式同2015年。以棉花生長發(fā)育中開花當天的花標記為0天，在棉鈴發(fā)育的30天時取各處理棉鈴，由通標標準技術(shù)服務(青島)有限公司測試其總纖維、不溶性纖維、可溶性纖維、還原糖、天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸及總氨基酸。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2010軟件統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不育系中1-2A的表現(xiàn)

田間調(diào)查表明：中1-2A株型較松散呈塔形，莖稈粗壯，Ⅱ類果枝；早熟性較好，葉片中等大小、葉色較淺、葉裂較深；鈴卵圓較大，吐絮暢且集中，易機采。由表1可知，生育期為130天，株高75 cm，子葉節(jié)莖粗9.8 mm；始果枝位5.1節(jié)、高度23.1 cm，果枝數(shù)10.2個；單株結(jié)鈴7.5個，單鈴重6.3 g，衣分42%，霜前花率98%。2020年第三師農(nóng)業(yè)科學研究所病圃試驗地田間調(diào)查結(jié)果表明，該品種枯萎病發(fā)病為率1.2%，病情指數(shù)為1.0；黃萎病發(fā)病率為23%，病情指數(shù)為20.1，表現(xiàn)為高抗枯萎耐黃萎。2019—2020年經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(烏魯木齊)對纖維品質(zhì)測定，2年平均的纖維長度為30.9 mm，斷裂比強度為30.5cN/tex，馬克隆值為4.2。

表1 不育系中1-2A和保持系中1-2的性狀比較

綜合表明：中1-2A表現(xiàn)出較高的不育性，生育期比保持系早2～4天，農(nóng)藝性狀與保持系高度一致，不育系的制種籽棉產(chǎn)量是保持系的70%，表現(xiàn)出鈴中等大、衣分較高，纖維品質(zhì)優(yōu)良的特性。

2.2 雜交種三師棉12的表現(xiàn)

三師棉12植株較松散呈塔形，Ⅱ類果枝，莖稈較硬茸毛較少，葉片中等大小、葉裂深茸毛較少；前期長勢平穩(wěn)且整齊度好，后期長勢較好不早衰；棉鈴卵圓形略尖，吐絮暢，含絮中等，豐產(chǎn)性較好。由表2可以看出，三師棉12生育期為129天，比對照中棉49早熟2 天，株高75 cm，始果枝位5.1節(jié)，果枝數(shù)10.2個/株，結(jié)鈴數(shù)9.6個/株，單鈴重6.8 g，籽指11.1g，霜前花率98.1%，衣分45.4%。

表2 雜交種三師棉12與中棉所49的性狀比較

2020—2021年在第三師南疆早中熟組陸地棉品種比較試驗中結(jié)果平均為：籽棉和皮棉產(chǎn)量分別為7920.0 kg/hm和3527.36 kg/hm，分別比對照品種中棉所49增產(chǎn)22.5%和42.02%；纖維上半部平均長度為29.2 mm，斷裂比強度為28.3 cN/tex，馬克隆值為4.7。

2020年棉花病圃抗病鑒定結(jié)果表明，三師棉12枯萎病相對病指為0，黃萎病相對病指為20.3，屬于高抗枯萎病耐黃萎病品種。

2.3 各材料的棉鈴生理特征分析

在棉花生長過程中對30 天d的棉鈴內(nèi)部分物質(zhì)進行測試(表3)。結(jié)果表明：不育系、保持系、恢復系、雜交種及對照同時期測試成分區(qū)別明顯。總纖維含量、不溶性纖維含量以中1-2A最高、，中1-2最低；不溶性纖維含量與總纖維含量相關(guān)系數(shù)為0.9587，高度正相關(guān)；可溶性纖維含量以11R最高、中棉49最低；還原糖含量以中1-2最高、中1-2A最低，且兩者相差達1倍。

表3 各材料棉鈴的生理特征含量(%)

各材料棉鈴的天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸含量差異較大，前3種為極性氨基酸，亮氨酸為非極性氨基酸并且?guī)Ъ谆?，對棉纖維發(fā)育及高品質(zhì)形成有何作用機理尚不明，三師棉12天冬氨酸含最高，中1-2A天冬氨酸最低，兩者相差0.15個單位；中1-2A的蘇氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、總氨酸含量最高，中棉所49的谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、總氨酸含量最低。

3 結(jié)論與討論

在水肥、化學調(diào)控相同條件下，不育系的制種籽棉產(chǎn)量是保持系的70%以上。轉(zhuǎn)育6代后，中1-2A其農(nóng)藝性狀與保持系中1-2高度一致,且纖維品質(zhì)性狀有不同程度提高(可能與不育系含海島棉基因有關(guān))，是目前棉花胞質(zhì)雄性不育系綜合指標表現(xiàn)突出的不育系，“三系”雜交三師棉12品種平均單鈴重6.8g，衣分45.4%，實現(xiàn)了鈴大、衣分高、產(chǎn)量高的育種目標。不育系的不育度高，不育株率達100%，人工授粉制種成鈴率達55%以上，可生產(chǎn)棉種1650 kg/hm。三師棉12品種在棉花生長周期中30d棉鈴總纖維、不溶性纖維、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、總氨酸含量最高，轉(zhuǎn)育不育系棉鈴最大體積期生理生化指標研究鮮有專家報道。

雜交種三師棉12品種的農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀與親本相差較大，生育期提前，植株變高，果枝數(shù)增加，較對照品種中棉所49生長發(fā)育優(yōu)，避免了哈克尼西棉“三系”配套雜交棉產(chǎn)生的“鴨嘴”鈴；在產(chǎn)量性狀上，結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量等比親本高，其產(chǎn)量也明顯高于對照，霜前皮棉產(chǎn)量較對照增產(chǎn)40%以上；枯萎病和黃萎病抗性均較好，但品質(zhì)性狀較不育系略有所下降。棉鈴測試結(jié)果表明，不育系、保持系、恢復系、雜交種及對照的成分區(qū)別明顯，谷氨酸在不育系和雜交種中含量相對較高，天冬氨酸在雜交種中含量最高。因而依據(jù)大田綜合表現(xiàn)和棉鈴最大體積期生理生化指標進行選擇，較容易選育出早熟、鈴大、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和抗逆的優(yōu)勢材料。