棉花階梯式復交育種方法的建立與應用

摘要：介紹了一種棉花育種新方法——階梯式復交育種法。通過該方法獲得了一批高產、抗病、抗蟲、纖維品質優良的棉花親本材料，拓寬了陸地棉的種質遺傳基礎，實現了多種性狀的同步改良或多種優良性狀基因的同步累加；育成了鄂棉２３、ＥＫ２８８、Ｃ１１１、ＫＢ０２等一系列綜合性狀優良的棉花新品種并在生產中得到廣泛的推廣應用，取得了顯著的經濟和社會效益。

關鍵詞：棉花；階梯式復交育種；建立；應用

中圖分類號：Ｓ５６２．３５４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）24－5032-03

Establishment ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｐ－ｓｈａｐｅｄ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ

Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｃｏｔｔｏｎ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ

ＺＨＡＮ Ｘｉａｎ－ｊｉｎ，ＬＡＮ Ｊｉａ－ｙａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｑｕａｎ－ｑｉｕ，ＨＵＡＮＧ Ｙｕｎ，ＦＵ Ｊｉａ－ｐｉｎｇ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｒｏｐｓ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｃｏｔｔｏｎ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｓｔｅｐ－ｓｈａｐｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ， ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ａ ｂａｔｃｈ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｐａｒｅｎｔ ｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｙｉｅｌｄ， ｄｉｓｅａｓｅ ａｎｄ ｐｅｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｕｐｌａｎｄ ｃｏｔｔｏｎ ｇｅｒｍｐｌａｓｍ ｇｅｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗａｓ ｗｉｄｅｎｅｄ． Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｇｅｎｅｓ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｎｅｗ ｃｏｔｔｏｎ ｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｔｈａｔ ｗａｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ， ｓｕｃｈ ａｓ Ｅｍｉａｎ２３， ＥＤ２８８， Ｃ１１１， ＫＢ０２， ｗａｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｔａｂｌｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｔｔｏｎ； ｓｔｅｐ－ｓｈａｐｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ； establishment； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

棉花是世界性經濟作物，我國是世界上最大的產棉國和消費國［１］。促進棉花生產可持續發展是保障我國棉花產業安全的客觀和現實要求。我國原棉供需矛盾突出，常年缺口達４００萬ｔ，已是僅次于大豆的第二大進口農產品。人多地少和必須確保糧食安全的基本國情，決定了棉花產業可持續發展的策略必須是在提高棉花纖維品質的同時，注重挖掘單產潛力，走內涵擴大再生產的道路。

在諸多影響棉花產量的因素中，品種是主導因素，對單產增加的貢獻率近４０％［２］。因此，棉花品種改良一直受到國內外的高度重視，品種改良技術不斷得到創新。就棉花而言，單性狀品種改良技術不斷得到發展，由系統選育發展到雜交育種，由常規技術發展到轉基因育種和分子標記、生化輔助育種，等等。

１ 棉花階梯式復交育種的理論基礎

１．１ 棉花主要經濟性狀的遺傳研究

在棉花性狀遺傳研究方面，對棉花的早熟性、豐產性、纖維品質、種子品質、抗病性、抗蟲性等２０多個性狀進行了遺傳分析，對這些性狀的配合力、遺傳力、遺傳進度、基因效應、遺傳相關、選擇指數等遺傳參數進行了估測。初步摸清了這些性狀的遺傳特點和相互關系；同時對上述性狀進行了通徑分析、主成分分析、聚類分析、典型相關分析及灰色關聯度分析，旨在為多性狀選擇和親本分類提供依據。

１．２ 棉花數量性狀育種程序的建立與應用

以上述遺傳育種基礎研究的成果為理論基礎，吸收植物育種學、生物統計遺傳學、系統工程學的部分原理和方法，結合育種實踐建立了一套棉花數量性狀育種程序，直接解答了棉花育種中一系列關鍵技術問題。

２ 棉花階梯式復交育種方法的創立

在棉花主要經濟性狀遺傳及其在育種中的應用以及棉花數量性狀育種程序的建立與應用等研究中，摸索出了一種新的棉花育種方法——棉花階梯式復交育種法。

２．１ 棉花階梯式復交育種方法的模式

棉花階梯式復交育種方法是一個連續雜交和連續選擇的育種模式（圖1），連續雜交不斷輸入新的種質，使有利基因連續積累，不斷豐富雜交群體的遺傳基礎，再經過連續選擇，在不同世代的雜交群體中不斷選出優良的單株、株系和育種中間材料或品種。

在育種過程中，采用連續雜交和連續選擇的育種模式，根據育種目標選擇親本，應用不同親本不同性狀互補的原理，采用豐產、優質、抗病等不同類型的品種逐步進行雜交，使各親本的豐產、優質、抗病蟲（逆境）等多個性狀聚合到雜交后代中。在雜交過程中，應把綜合性狀好的優良親本放在后面雜交。在后面的復交Ｆ１代中，盡量選擇綜合性狀好的優勢植株和親本雜交，同時可以選擇雜交后代的優勢單株與親本雜交。在后代選擇中，根據育種目標，可在Ｆ２代就開始選單株，Ｆ２就實行群體、單株的選擇模式。

２．２ 棉花階梯式復交育種技術的改良效果

２．２．１ 對產量及其組分的改良效果 利用階梯式復交育種技術，三交群體的子棉、皮棉產量比單交群體的分別增加８．２５％和１４．８５％，四交群體的比三交群體的又增長３．５８％和５．７８％；三交群體的衣分比單交群體的增加６．３６％，四交群體的比三交群體的增加２．１９％；單株鈴數和單鈴重也有同樣的增加趨勢。

２．２．２ 對纖維品質的改良效果 隨著親本和雜交次數的增加，該育種方法的各個雜交組合的纖維長度和比強度都有明顯的增長趨勢。三交組合的平均２．５％跨長和比強度分別比單交組合增長１．４４％和３．１５％，四交組合Ⅰ的比單交組合的分別增長３．９０％和４．２１％，四交組合Ⅱ的比單交組合的分別增長９．２０％和８．８２％，四交組合的比三交組合的又有不同程度的增長。由于馬克隆值越小，纖維越細，四交組合群體的馬克隆值較單交、三交都有明顯下降，表明隨著親本數量和雜交次數的增加，纖維細度也得到了較好的改良。

２．２．３ 對產量和纖維品質的綜合改良效果 四交群體在高產、優質的結合上有明顯進展。四交組合的皮棉產量比單交組合的增長１７．１６％，比三交組合增長２．４０％；纖維長度比單交組合增長４．２０％，比三交組合增長３．４７％；比強度比單交增長６．３０％，比三交增長３．４５％；馬克隆值與單交相近，比三交下降８．３３％。說明該育種體系不僅在豐產、優質的結合上有明顯效果，而且對纖維品質的長、強、細都有明顯改進。

２．２．４ 對雜交群體的選擇效果 研究結果指出，三交、四交組合的選系在豐產、優質、抗病、抗蟲的結合上有明顯進展。隨著雜交次數的增加，按照育種目標選擇的入選率也有明顯提高。如在２８０個株行中，單交后代的入選率占８．５７％，三交后代的占１６．０７％，四交后代的占３５．３６％。

從棉花階梯式復交育種方法提出到現在，我們一邊對該方法進行不斷完善，一邊在棉花育種工作中加以應用。棉花階梯式復交育種的方法步驟是：①引進和創造親本；②分級分階梯逐步雜交；③進行不同世代的選擇；④對有價值的株系進行利用。

對中選的株系，根據其纖維品質、豐產性、抗病性、抗蟲性、抗逆性等表現，分門別類加以利用，或直接參加區試，選育出常規棉品種，或作為雜交棉親本，選育出新的雜交棉組合。

３ 棉花階梯式復交育種方法的應用

３．１ 通過階梯式復交育種體系選育大批的優良親本材料

借助于階梯式復交育種方法，通過“雜交—選擇—再雜交—再選擇”的育種程序，既對歷史上多年穩定的優良材料連續不斷地長期繼承，又能根據時代要求注入新的“目的基因”，不斷發展提高，大量優良基因重組聚合的速度明顯加快，“滾雪球”式地向前發展，創造了龐大的變異群體，形成了完整的棉花育種技術體系，人們可以根據育種目標，在該體系內自由地選取所需要的各種材料，大大加快了棉花新品種選育的進程。

３．２ 通過階梯式復交育種體系選育出棉花新品種

自“八五”初期正式提出階梯式復交育種方法以來，近２０年來我們一直圍繞這一方法進行系統研究，逐步形成了棉花階梯式復交育種體系，同時將該體系應用于棉花育種實踐，培育了大量的遺傳基礎豐富，綜合性狀優良的育種材料（表1），大大提高了育種效率，加速了育種進程，培育出一系列棉花新品種。

３．２．１ “九五”期間選育出棉花品種１個 “九五”期間利用階梯式復交育種方法選育出雜交棉新品種鄂雜棉３號，于２０００年通過湖北省品種審定。該品種是由棉花階梯式復交育種體系的株系中選取的兩個優系“６７００８”和“３８”雜交而成。

３．２．２ “十五”期間選育出棉花品種１個 “十五”期間選育出棉花品種鄂棉２３。鄂棉２３是根據階梯式復交育種方法從｛［（３２０８×邢臺６８７１）×荊棉４號］×４６４３｝×３２４７五交組合中選育出３０２１株系，該株系于１９８９年開始配組；到１９９２年形成五交組合；１９９５年進行單株選擇；１９９６年進入鑒定圃；１９９７年和１９９８年進入品比試驗；１９９９年參加本所聯合品比試驗；２０００年參加湖北省棉花區試預試；２００１年和２００２年參加湖北省區試，２００３年通過湖北省品種審定，命名為“鄂棉２３”［３］。

３．２．３ “十一五”期間選育出棉花新品種３個 轉基因抗蟲雜交棉新品種ＥＫ２８８是于２００１年用“７９０４９”作母本、“６０６８”作父本配組而成，２００８年通過湖北省審定［４］。

母本“７９０４９”：１９９８年引進ＧＫ１９（后定名為鄂抗棉１號）作為親本進入到階梯式復交育種體系，因抗蟲Ｂｔ基因屬顯性基因，可利用卡那霉素進行鑒定，故從Ｆ２代起即開始定向選擇，于２００１年選出優良株系“７９０４９”作為雜交組合的母本。父本“６０６８”：１９９２年利用階梯式復交育種方法配置五交組合｛［（３２０８×邢臺６８７１）×荊棉４號］×４６４３｝×３２４７，通過系譜選擇方法于１９９６年選育出“３０２１”（后定名為鄂棉２３），再經連續定向系統選育于２００１年選出優良株系“６０６８”，作為雜交組合的父本。

國審棉花新品種Ｃ１１１是于２００３年用“９７０４９”作母本、４１系作父本配組而成，２００９年通過國家品種審定。其中父本４１系是ＥＫ２８８母本“７９０４９”后代的選系材料［５］。

轉基因抗蟲雜交棉新品種ＫＢ０２的父本“５７１２”的選育也采用了階梯式復交育種方法，于２００３配組，２００４年參加品比試驗，２００５、２００６、２００７年連續３年進行多點品比，２００８、２００９年通過湖北省棉花區試和生產試驗，２０１０年通過湖北省品種審定并命名。

３．３ 選育的棉花品種在生產上的推廣應用

由于應用了棉花階梯式復交育種方法，所選育的品種綜合性狀表現突出，適應性好，符合生產需要，得到大面積推廣應用。

１）鄂雜棉３號２０００年審定，２００２、２００３年連續兩年被列為湖北省主推棉花品種，其中２００２年省內推廣面積達７．２７萬ｈｍ２，總推廣面積超過４０萬ｈｍ２，共創造社會效益２．６億元，２００２年獲湖北省科技成果推廣二等獎。

２）超高產專用棉新品種鄂棉２３，２００３～２００６年累計推廣應用面積８．４１萬ｈｍ２，增收節支總額１．８９億元，經濟社會效益顯著。２００７年獲湖北省科技進步三等獎。

３）新品種ＥＫ２８８、Ｃ１１１、ＫＢ０２，２００８～２０１０年在江漢平原的潛江、天門、荊州和鄂北的棗陽以及鄂東的武穴等縣（市）建立了棉花新品種示范基地５個，輻射推廣ＥＫ２８８、Ｃ１１１等新品種及配套栽培技術面積達１１萬ｈｍ２左右。在２００９年農業部組織的棉花高產創建活動中，種植ＥＫ２８８的一個高產農戶和一個百畝示范片通過了專家組驗收，得到了湖北省農業廳的表彰。２００９年湖北省農業廳組織７個棉花新品種在６個縣市進行示范種植，ＥＫ２８８產量居第一位。２００９年在農業部組織的品質抽樣檢測中，ＥＫ２８８纖維品質居湖北省抽樣品種第一名。由于ＥＫ２８８在生產示范中的突出表現，該品種被列為２０１０年湖北省棉花主導品種，２０１１年推廣面積達３萬多公頃，估計２０１２年推廣面積會突破６萬ｈｍ２。

參考文獻：

［１］ 毛樹春，喻樹迅．ＷＴＯ與中國棉花［Ｍ］．北京：中國農業出版社，２００２.１１－２４．

［２］ 喻樹迅，范術麗．我國棉花遺傳育種進展與展望［Ｊ］．棉花學報，２００３，１５（２）：１２０－１２４．

［３］ 余隆新，詹先進，藍家樣，等．鄂棉２３高產關鍵栽培技術研究［Ｊ］．湖北農業科學，２００７，46（2）：２０６－２０7．

［４］ 詹先進，藍家樣，張興中，等． 雜交棉花新品種ＥＫ２８８的選育與應用［Ｊ］．湖北農業科學，２００８，４７（７）：７７０－７７1．

［５］ 詹先進，藍家樣，陳全求，等．雜交棉花新品種Ｃ１１１的選育與應用［Ｊ］．中國棉花，２０１０，37（３）：２４．