河北省優(yōu)質棉育種70 年回顧與展望

張曦，錢玉源，劉祎，田海燕，王廣恩，崔淑芳，李俊蘭

（河北省農(nóng)林科學院棉花研究所/ 農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/國家棉花改良中心河北分中心，石家莊050051）

棉花是我國最主要的天然纖維作物，不僅為廣大農(nóng)民提供重要經(jīng)濟來源，也為紡織工業(yè)提供重要原料。 中國是世界上最大的棉花消費國，根據(jù)國際棉花咨詢委員會數(shù)據(jù)， 我國2014―2018 年年均棉花消費量為773.8 萬t， 占世界年均棉花消費總量的31.2%[1]。 盡管近年來紡織纖維加工總量中棉花纖維的比重有所下降，但國內(nèi)外82%以上的消費者更青睞棉布或混紡棉布制成的服裝[2]。 棉纖維的長度、細度、整齊度、成熟度、斷裂強力等品質指標對織物的成紗強力、條干均勻度、紡紗支數(shù)高低、斷頭和疵點多少、染色均勻度以及紡紗工藝流程等都有直接影響[3-4]。棉花纖維品質關系到產(chǎn)、供、需產(chǎn)業(yè)鏈各方利益，對發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平都起重要作用。 而我國棉花品種品質單一，95%為中絨棉類型，缺乏適紡高支紗的長纖維品種和適紡牛仔布、紗布、地毯等的粗短纖維品種[5-6]，不能滿足棉紡企業(yè)優(yōu)質產(chǎn)品開發(fā)、技術設備升級及降低生產(chǎn)成本的需求。 選育優(yōu)質棉花品種，生產(chǎn)符合紡織工業(yè)需求的原棉，對于促進紡織工業(yè)發(fā)展、優(yōu)化紡織工藝、提高紡織品質量、增加棉紡企業(yè)利潤和增加棉農(nóng)收入具有重要意義。

1 優(yōu)質棉的概念及評價標準

由于人們對棉花品質的要求和認知不斷變化，棉纖維品質檢測技術和評價指標也不斷發(fā)展，優(yōu)質棉的概念及評價標準在較長一段時間內(nèi)都存在爭議。 1972 年，我國發(fā)布了首版棉花國家標準《棉花細絨棉》（GB 1103―1972），檢測的品質指標包括品級和長度。 品級指標采用感官檢驗方式，依據(jù)成熟程度、色澤特征、軋工質量等的綜合水平將棉花分為7 個品級，七級以下為級外棉；依據(jù)手扯長度值將棉花分為6 個長度級 （23～33 mm， 級距為2 mm）[7]。GB 1103―1972 中的品質指標較少，且采用感官檢驗方式， 很難為優(yōu)質棉的界定提供合理依據(jù)。 1978 年，全國棉花科研會議上確定陸地棉纖維品質育種指標：纖維主體長度不低于29 mm、斷裂強力不低于4 g、斷裂長度約24 km、細度6 000 m·g－1左右[8]。 長絨棉的品質要求是長度大于33 mm，細度7 000 m·g－1， 斷裂強力大于4.5 g （斷裂長度31.5 km 以上），成熟度良好[8-9]。但也有育種家認為，優(yōu)質棉是個相對概念。王忠義于1986 年提出，紡織工業(yè)對優(yōu)質棉的要求因商品性、區(qū)域性、時間性的不同而不同。 凡符合國內(nèi)紡織工業(yè)需要、國外適銷對路的原棉均可稱為優(yōu)質棉， 可分為基礎優(yōu)質型（纖維符合多種紡織要求）、專用優(yōu)質型（纖維某些性狀符合特殊棉織品的要求）和單一優(yōu)質型（纖維某一項物理指標特優(yōu)而其他性狀一般）3 種類型[10]。還有育種家認為，優(yōu)質棉不僅要滿足生產(chǎn)不同類型棉織品的需要（表1），還要有利于棉農(nóng)增產(chǎn)、增收，為紡織廠提供最大利潤[11-12]。 2000 年，原農(nóng)業(yè)部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心對優(yōu)質棉的定義及其質量要求進行了深入的探討。 通過廣泛調(diào)研歸納出3點共識：（1） 棉花最重要的用途是作紡織工業(yè)的原料，因此棉花的各項纖維品質指標應滿足紡織工業(yè)的需要；（2）紡織工業(yè)對棉花品質的需求多樣，因而優(yōu)質棉的類型也應多樣；（3） 各項纖維品質指標之間應相互協(xié)調(diào)、科學匹配，不能只強調(diào)某一項或幾項指標而忽視其他指標。 經(jīng)過反復論證和專家評議，2007 年，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《棉花纖維品質評價方法》（NY/T 1426―2007），將優(yōu)質棉定義為“符合紡織工業(yè)需要，各纖維品質指標匹配合理的棉花”，并將優(yōu)質棉分為5 檔（表2），為優(yōu)質棉育種提供了明確、具體的品質指標[13-14]。高品質棉是優(yōu)質棉的一個特殊類型，是適紡中高支紗的重要原料。目前一般認為，高品質棉纖維長度大于30 mm，斷裂比強度大于33.0 cN·tex－1，馬克隆值3.8～4.5，適合紡40～60 支紗[15-16]。

表1 各類原棉品質指標及其需求

表2 優(yōu)質棉纖維品質分檔

棉花國家標準在GB 1103―1972 的基礎上，歷經(jīng)GB 1103―1999、GB 1103―2007 和GB 1103―2012 幾版的修訂，逐步增加了馬克隆值、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)、顏色級、成包皮棉異性纖維含量、軋工質量等品質考核指標，并對指標的分級分檔不斷進行優(yōu)化，檢驗方式也逐漸過渡到儀器檢驗與感官檢驗相結合，以儀器檢驗為主[7]。 棉花國家標準的發(fā)布及修訂， 體現(xiàn)出人們對纖維品質本質認識的不斷深入以及棉花纖維品質檢測技術設備的不斷進步，也為優(yōu)質棉育種目標的細化提供了參考依據(jù)。

2 河北省優(yōu)質棉育種回顧與進展

2.1 優(yōu)質棉種質資源的鑒定與創(chuàng)新

河北省20 世紀50 年代初期開始棉花品種資源收集、引進、整理、鑒定工作，至20 世紀60―70年代，種質資源逐漸豐富，篩選出長絨（33 mm 及以上）、高斷裂強力（4.50 g 及以上）、細絨（6 000～7 200 m·g－1）、優(yōu)質（纖維主體長度＞29.0 mm，斷裂強力＞4.0 g，細度＞6 000 m·g－1，斷裂長度＞24 km，成熟度系數(shù)＞1.70）等類型的優(yōu)異種質如中陸長絨棉、永年小雙桃、石短5 號、冀海陸2 等。 20 世紀70 年代開始，河北省農(nóng)林科學院棉花研究所、邯鄲地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所、石家莊地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所等單位先后利用棉屬種間雜交創(chuàng)制了一批優(yōu)異種質，如強纖維種質正瑟F5（斷裂強力7.46 g）、特長纖維資源577 系（陸地棉×索馬里棉后代，纖維長度40.65 mm）、 中長絨低酚棉邯57 （纖維長度33～35 mm，斷裂比強度25.2 g·tex－1（1 g·tex－1≈0.98 cN·tex－1），馬克隆值3.1）等[17]。 這些品質性狀突出的優(yōu)良種質，為河北省優(yōu)質棉育種提供了豐富的基因資源和優(yōu)良親本。

2.2 優(yōu)質棉品種選育

河北省地處黃河流域棉區(qū)，氣候適中，是全國最適宜植棉的生態(tài)區(qū)之一[18-19]。河北省1938 年起在石家莊開始棉花育種試驗研究。 據(jù)統(tǒng)計，1949―2019 年，河北省共育成品種291 個，其中河北省審定171 個，國家審定53 個，其他省審定39 個。不同時期棉花纖維品質檢測技術、檢測指標不同，衡量優(yōu)質棉纖維品質的指標也不同。本文依據(jù)棉花纖維品質檢測指標（蘇制標準測試指標、HVI 系列ICC校準和HVICC 校準）的不同[20-21]，將品種審定時間大致劃分為3 個時段，分時段對優(yōu)質棉育種的進展進行闡述。 纖維檢測指標相同的品種，選育年份接近，檢測指標與同期審定品種不一致的品種，依檢測指標劃入相應的時段進行統(tǒng)計分析。

2.2.1 1949―1996 年選育品種。 1949―1996 年河北省選育棉花品種32 個 （含1 個1998 年審定品種，品質采用蘇制標準測試指標），其中5 個品種還通過了國家農(nóng)作物品種審定委員會審定。 這32 個品種的纖維主體長度27.4～32.8 mm， 斷裂長度20.4～26.2 km，單纖維斷裂強力3.4～4.3 g，纖維細度5 382～6 400 m·g－1，成熟度系數(shù)1.5～1.8。 依據(jù)各類原棉品質指標 （表1），12.5%的品種適紡細號紗，28.1%的品種適紡中號紗，31.3%的品種適紡粗號紗。 考慮單個品質指標，1949―1996 年河北省選育品種的纖維長度和纖維細度表現(xiàn)突出。所有育成品種的纖維長度均達到了紡中號紗及以上的標準。纖維長度大于等于29 mm 的品種占71.9%， 大于等于31 mm 的品種占15.6%， 達到了紡細號紗的長度要求。 而同時期我國棉花纖維長度在29 mm左右[22]。 78.1%品種的纖維細度達到紡中號紗及以上的標準，其中50.0%的品種達到細號紗的細度要求。單纖維斷裂強力和斷裂長度均達紡中號紗及以上（斷裂長度≥22 km，斷裂強力＞3.8 g）標準的品種占53.1%。 同時期黃河流域棉區(qū)纖維斷裂長度為21～22 km，斷裂強力3.4～3.6 g[23]。 雖然育成品種的纖維強度大多達到了黃河流域棉區(qū)的平均水平，但與新疆、長江中游棉區(qū)相比，仍存在很大提升空間。 1991―1992 年度，世界棉花市場將棉花定價依據(jù)由原來的纖維長度改為纖維強力[24]。 選育高斷裂強力棉花品種的重要性凸顯，纖維斷裂強力與其他纖維指標的匹配亟待提高。這一時期育成品種中纖維品質表現(xiàn)最優(yōu)的為適紡50～60 支紗的石短5號、冀棉22 號和適紡30～42 支紗的冀棉15、冀棉18。 石短5 號纖維長度31～33 mm，細度6 180 m·g－1，斷裂強力4.2 g，斷裂長度26.2 km。其纖維品質優(yōu)異， 深受紡織企業(yè)歡迎， 產(chǎn)量亦高于對照品種，1961 年被原農(nóng)業(yè)部定為全國棉花區(qū)域化良種，在生產(chǎn)上種植長達22 年，1978 年獲得全國科學大會獎。 冀棉22 纖維長度32.8 mm，細度6 302 m·g－1，斷裂強力4.0 g，斷裂長度24.4 km，經(jīng)試紡表明適合紡60～80 支紗[25]。 冀棉15 纖維長度29.3 mm，細度5 882 m·g－1，斷裂強力4.0 g，斷裂長度23.1 km。冀棉18 纖維主體長度30.7 mm，細度5 883 m·g－1，斷裂強力4.0 g， 斷裂長度23.2 km，1994 年獲河北省科技進步二等獎，1998 年獲河北省優(yōu)秀發(fā)明獎。適紡中號紗的國審品種冀棉1 號1987 年獲國家發(fā)明二等獎。冀棉5 號1978 年獲得全國科學大會獎，冀棉7 號1984 年獲河北省科技進步二等獎， 適紡中號紗。 適紡粗號紗的冀棉8 號于1984 年和1987年分別獲河北省科技進步一等獎和國家科技進步二等獎； 冀棉2 號1982 年獲河北省科技成果二等獎；冀棉9 號1985 年獲河北省科技進步二等獎；國審棉冀棉11 號1990 年和1992 年分別獲得河北省科技進步二等獎和國家科技進步三等獎。 此外，邯鄲地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所選育出高品質棉品系邯208，1985―1986 年冀中南品種區(qū)域試驗纖維品質檢測結果，主體長度31.1 mm、斷裂強力4.1 g、細度6 043 m·g－1、斷裂長度24.5 km、成熟度系數(shù)1.7。中長絨棉品系邯208 的選育為優(yōu)質棉乃至高品質棉育種提供了優(yōu)良的育種材料。

2.2.2 1997―2002 年選育品種。 1997―2002 年河北省選育品種25 個 （含1 個2004 年、2 個2005年、1 個2006 年審定品種，品質采用HVI 系列測試指標，ICC 校準）， 其中5 個品種通過國家審定，3個品種通過其他省審定。 1997―2002 年選育品種的2.5%跨距長度為26.7～32.7 mm，斷裂比強度為19.0～24.3 g·tex－1， 馬克隆值為3.8～5.2。 參考HVI-900 系列測試指標 （ICC 校準）（表3），2 個品種 （8.0%） 的纖維品質達到Ⅰ類標準，1 個品種（4.0%） 達到Ⅱ類標準，28.0%的品種達到Ⅲ類標準，56.0%的品種達Ⅳ類標準。 1996―1997 年我國10 個主要產(chǎn)棉?。▍^(qū)）平均纖維長度29.3 mm，平均斷裂比強度21.0 g·tex－1，平均馬克隆值3.7[26]。與全國平均水平相比，該時期河北省選育的品質突出的品種較少。 達到Ⅰ類標準的2 個品種為冀棉26 和新陸中8 號。 冀棉26 的2.5%跨距長度31.1 mm，斷裂比強度22.0 g·tex－1，馬克隆值3.9，以其高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質的特性與農(nóng)大94-7 在2004 年獲教育部科技進步二等獎。 新陸中8 號2.5%跨距長度32.7 mm，斷裂比強度21.9 g·tex－1，馬克隆值3.8，纖維品質在新疆南疆推廣品種中表現(xiàn)最好[25]。 達Ⅱ類標準的保188，2.5%跨距長度29.7 mm， 斷裂比強度20.4 g·tex－1，馬克隆值4.1。Ⅲ類品質低酚棉品種冀棉27，1999 年獲河北省科技進步三等獎。國審品種中除sGK321 外均為Ⅳ類品質，主要問題是馬克隆值偏高。 冀棉24（石遠321）在1999 年、2001 年和2002 年分別獲得原農(nóng)業(yè)部科技進步二等獎、 國家科技進步二等獎和河北省省長特別獎；“雙價抗蟲棉sGK321” 示范推廣獲2006 年河北省科技進步二等獎；冀668 的選育和推廣在2004 年和2006 年分別獲河北省科技進步一等獎和三等獎；邯鄲284在2005 年獲河北省科技進步一等獎。 邯鄲109 在2008 年獲河北省科技進步二等獎。 表明纖維品質與產(chǎn)量、 抗性等性狀配套對于優(yōu)質棉選育非常重要，降低馬克隆值是優(yōu)質棉育種最需攻克的難題。

表3 陸地棉育種品質指標國際通用標準（ICC 校準）[20]

2.2.3 2003―2019 年選育品種。 2003―2019 年河北省選育品種234 個，其中國家審定品種45 個，其他省審定品種36 個（品質檢驗采用HVICC 校準）。各年審定品種棉纖維的平均長度在28.9～30.6 mm波動， 呈先升高再降低趨勢，17 年的平均長度為29.7 mm； 各年平均斷裂比強度為27.5～31.5 cN·tex－1，近年呈升高趨勢；各年平均馬克隆值為4.3～5.4，平穩(wěn)中略顯升高趨勢（圖1）。我國“十五”至“十二五” 審定品種的纖維長度分布在27～32 mm，以29 mm 和30 mm 為主，占約60%。斷裂比強度分布在25～31 cN·tex－1，以28～29 cN·tex－1為主，有逐年增加的趨勢。多數(shù)品種的棉纖維馬克隆值分布在4.3～4.9， 而黃河流域參試品種趨向分布在5.0 以上，三大棉區(qū)（黃河流域、長江流域、西北內(nèi)陸棉區(qū)）的馬克隆值均有升高趨勢[27]。2003―2019 年河北省選育品種的品質特征與黃河流域區(qū)域試驗品種表現(xiàn)基本一致。

圖1 2003―2019 年河北省育成品種的纖維品質指標變化趨勢

根據(jù)《棉花纖維品質評價方法》（NY/T 1426－2007）對優(yōu)質棉的規(guī)定（表2），對單個纖維指標進行評價。 所有2003―2019 年選育品種的纖維長度均達到優(yōu)質標準，其中86.4%品種的纖維長度集中在AA 檔；83.7%品種的斷裂比強度達到AA 或A檔標準；91.5%品種的馬克隆值集中在C2 和B2 檔（表4）。 表明這些品種的單個品質指標比較集中，缺乏特殊類型品種。 綜合各纖維品質指標， 達到AA 或A 檔標準的品種為85.0%，低于單個品質指標優(yōu)質的比例，表明各品質指標間的協(xié)調(diào)、匹配還有待提高。 此外，近年育成品種的長度整齊度指數(shù)均能達標。 從表5 看，不同檔次優(yōu)質棉品種比例在年際間波動較大，嚴重缺乏高品質棉，影響纖維品質的主要因素是斷裂比強度和馬克隆值。我國育種家對河北省不同年份、不同類型棉花品種纖維品質進行分析，也得到相似的結論：河北省棉花纖維品質分布范圍窄，纖維品質不配套，個別性狀突出的品種常歸入低一級的品質類型，高品質棉花品種較少；斷裂比強度是影響纖維品質的主要因素，馬克隆值有升高趨勢[28-32]。

表4 2003―2019 年河北省選育品種中各品質指標分布（占比）情況 %

表5 2003―2019 年河北省選育品種中各等級優(yōu)質棉品種所占比例

2003―2019 年選育品種中， 冀228 和農(nóng)大棉13 號為AAA 檔高品質棉。冀228 攜帶海島棉基因片段，纖維上半部平均長度32.6 mm，斷裂比強度32.4 cN·tex－1，馬克隆值3.9，2013 年獲河北省科技進步二等獎。 農(nóng)大棉13 號纖維上半部平均長度32.4 mm， 斷裂比強度33.2 cN·tex－1， 馬克隆值4.2，2018 年獲河北省科技進步一等獎。 AA 檔優(yōu)質棉邯棉802、 邯鄲885 和農(nóng)大棉8 號分別于2011年、2011 年和2013 年獲河北省科技進步一等獎；石早98 和國審品種冀雜1 號、邯棉559、邯棉646分別于2014 年、2013 年、2017 年、2017 年獲河北省科技進步二等獎； 冀優(yōu)01 和國審品種石抗126分別于2009 年、2013 年獲河北省科技進步三等獎。 石抗126 在2015―2018 年還曾作為黃河流域區(qū)域試驗對照品種。 A 檔優(yōu)質棉國審品種邯雜98-1、邯雜429、冀棉169 分別在2010 年、2010 年、2015 年獲河北省科技進步一等獎； 冀棉616 于2011 年和2013 年分別獲河北省科技進步二等獎和全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎二等獎；邯5158、冀豐554、冀1316 和國審品種石雜101、 冀雜999 分別于2010 年、2014 年、2016 年和2014 年、2016 年獲河北省科技進步二等獎。這些優(yōu)質棉花品種的選育成果，為河北省優(yōu)質棉育種提供了參考。

3 河北省優(yōu)質棉育種展望

3.1 河北省優(yōu)質棉育種面臨的挑戰(zhàn)

與我國優(yōu)質棉育種的整體境況[24,33]相似，河北省選育品種的纖維品質類型也比較單一，大多適紡中支紗，缺乏適紡高支紗的高品質棉，不能滿足棉紡織企業(yè)產(chǎn)品升級的需要；也缺乏粗短纖維，不利于棉紡企業(yè)降低成本。 同時，由于近年來植棉收益下降，棉農(nóng)的種植意愿不強，棉花生產(chǎn)面積持續(xù)下滑。 因此，選育不同檔次的棉花品種，特別是“雙30”（纖維長度30 mm 以上、 斷裂比強度30 cN·tex－1以上）或AAA 檔次的高品質棉，以滿足紡織工業(yè)、人民生活的不同需求和增加植棉效益，將成為未來棉纖維品質改良的重點[34-35]。 棉花加工過程中的機械作用容易導致棉纖維長度變短、斷裂比強度降低[36]；因此，制定的優(yōu)質棉育種目標，要高于紡織企業(yè)對原棉的要求，這就對優(yōu)質棉育種提出了更大的挑戰(zhàn)。此外，河北省所處的黃河流域棉區(qū)，馬克隆值整體偏高，且有逐年增大趨勢[27,37]?？朔h(huán)境因素對纖維細度的不利影響，也是河北省優(yōu)質棉育種亟待解決的重要問題。

3.2 河北省優(yōu)質棉育種的發(fā)展方向

河北省今后的優(yōu)質棉育種應合理調(diào)整品質結構，既要保持適紡中支紗品種選育的優(yōu)勢，又要重視發(fā)展市場急需的中長絨新品種的選育。這就需要在開展優(yōu)質棉育種時，打破陳規(guī)，優(yōu)化和創(chuàng)新各育種環(huán)節(jié)：深入研究優(yōu)質棉品質形成的遺傳規(guī)律和分子機制，為優(yōu)質棉育種提供理論依據(jù)；征集和創(chuàng)新種質資源，創(chuàng)造新的變異；改良和創(chuàng)新育種方法、選擇標準，提高育種效率和育種精度；發(fā)掘優(yōu)異標記、基因，利用新的技術手段，開展分子育種。為了使品種的優(yōu)良品質在生產(chǎn)中充分體現(xiàn)，還需良種良法配套，改善品質的一致性，同時大力推進供給側改革，實現(xiàn)科研、生產(chǎn)、貯藏、流通、加工、紡織等全產(chǎn)業(yè)鏈控制原棉質量。