湘遠A雜交棉花三系配套研究及應用

朱春生，周德桂，吳佶膛，李 庠，彭凡嘉，鞏養倉，周世象

（湖南省棉花科學研究所，湖南 常德415101）

棉花雜交種的制種方法的問題是目前棉花雜種優勢的廣泛運用的瓶頸[1-3]。目前推廣的雜交棉品種大多采取人工去雄雜交制種方法生產雜交種子，其勞動強度大，效率低，難于管理，制種產量低，雜交種子成本高，是阻礙雜交棉F1代大面積推廣及產業化的瓶頸難題。隨著人們生活水平的提高與農村勞動力的減少，人工去雄雜交制種方式已不能滿足雜交棉產業化的需求[4-6]。因此，尋求簡便高效的雜交制種方法，降低雜交制種的人工投入，是當前棉花雜種優勢利用的重要課題之一，為解決這項難題，湖南省棉花科學研究所經過多年來的攻關，選育出抗蟲、高產胞質不育系“湘遠A”，并進行了三系配套研究。

1 不育系的選育及特征

1.1 胞質不育系材料的創造

棉花胞質不育系“湘遠A”的選育共經歷3個階段，即胞質不育系材料的創造（1973～1980年）、胞質不育系材料的改良與穩定（1980～1996年）、胞質不育系材料的改造與創新（1997～至今）。

湖南省棉花科學研究所1973年由彭仕齊副研究員利用吉扎海島棉與洞庭一號雜交，從后代中分離獲取不育株，選育出不育系材料，與岱紅岱、洞庭一號回交3～5代，代換海島棉的不利性狀，并對轉育的不育系進行田間觀察與鑒定，從中篩選出不育度高、敗育徹底的單株約50個。隨后繼續對不育系進行改造。

1.2 胞質不育系材料的改良與穩定

陸海雜交后代有營養優勢，但沒有產量優勢，不育系基礎較差，難于選育出強優勢組合。因此，從1980年開始，用篩選出的陸海雜交后代與瑟伯氏野生棉雜交，再用洞庭一號、中棉所12號進行多代回交，選育出不育株率穩定、敗育徹底的不育系。

1.3 胞質不育系材料的改造與創新

從1997年起，周世象研究員選擇抗蟲棉國抗棉1號、抗病材料湘V101，以及高產、優質材料湘V14作為保持系進行回交轉育，經過10 a以上的選擇與鑒定，篩選出了抗蟲、抗病、豐產的胞質不育系系列。經田間觀察與鑒定，該不育系不育株率100%，敗育徹底，不育株率穩定，屬細胞質雄性不育類型，暫定名為“湘遠A”不育系。

1.4 “湘遠A”不育系的主要特征特性

“湘遠A”胞質不育系主要農藝性狀：株形較緊湊，株型為塔形，葉色較淺，葉片中等大小，葉裂較淺，莖稈粗壯，株高125 cm左右，果枝數19個左右，生育期123 d，早熟性較好；棉鈴卵圓，大鈴，單鈴重5.5～6.2 g，衣分40%左右；吐絮暢而集中，好撿花；在田間表現出較好的抗枯萎病和耐黃萎病性能。“湘遠A”胞質不育系棉花經農業部纖維檢測中心測定，纖維品質平均2.5%，跨長31.7 mm，比強度30.9 cN/tex，馬克隆值4.93，表現出長、細、強，綜合品質較優的特點。

2 保持系的選育

20世紀70年代發現棉花胞質不育系，為了尋找好的棉花新品系作為保持系來對不育系進行保種，首先選擇了岱紅岱、洞庭一號來替換不育系中的不利性狀，從中篩選出敗育程度高的單株；20世紀80年代，選擇洞庭一號、中棉所12號作為保持系來改良棉花不育系的豐產性，選育出了敗育徹底、不育性穩定的株系。20世紀90年代末，隨著轉基因抗蟲雜交棉的選育成功，開始篩選轉基因抗蟲棉國抗棉1號、湘V101、湘V14特優異性狀的品系對不育系進行轉育，篩選出了一批轉基因抗蟲、優質、豐產性能好的保持系材料。為了獲得理想的不育系，湖南省棉花科學研究所一直在對篩選出的保持系進行改造，現已篩選了一批優良性狀的材料作為“湘遠A”胞質不育系的保持系材料。

3 恢復系的選育

選育棉花三系強優勢組合，最關鍵的技術是選育出綜合性狀優良、恢復度高的恢復系；選育出理想的恢復系，在胞質雄性不育系研究中有著極為重要的意義。

3.1 應用遺傳過濾技術篩選恢復系

恢復系最初是從遠緣雜交后代的可育株中篩選的，從中篩選出與胞質雄性不育系具相同遺傳背景的單株，這些可育株后代中含有育性恢復的因子[7]。當選擇的可育株后代種質純合時，能成為恢復力強的恢復系；而當選擇的后代種質不純時，與不育系雜交則不能恢復育性。通過這種多代篩選的遺傳過濾技術能消除原材料種質中的不育因子，使可育因子純化增強，提高選擇的可育種質資源對不育系育性的恢復能力。具體做法：在胞質雄性不育系遺傳背景相同的可育種質中篩選多個可育單株，與不育系測交；收獲時各代都選測交表現最好的單株留種；通過多代的選擇，直至株行中再無不育株分離，且能使F1育性恢復率達100%，選留優異單株作為恢復系。通過約10 a的選育，湖南省棉花科學研究所篩選出恢復系湘R-1、湘R-2。

3.2 通過雜交轉育篩選恢復系

用恢復系湘R-1、湘R-2系列，與高產、優質、抗病蟲的種質資源雜交、回交轉育，多株測交，選留優秀株作為恢復系。其優點是增加選育恢復系獲得優良性狀的可能性，針對現有恢復系的主要缺點來進行改造，能夠獲得理想的特征特性。但是缺點也同樣突出，就是工作量大，恢復基因容易丟失，不容易獲得新的恢復系。

3.3 結合SSR技術篩選恢復系

通過常規的育種方法來選育恢復系，需要多代的雜交和測交，選育過程中恢復基因還容易丟失，并且需要大量的勞動力和時間，還不能選育出強恢復系。近年來，隨著農村勞動力的減少和植物分子育種技術日新月異，利用SSR技術篩選與恢復基因緊密連鎖的分子標記，研究獲得了多個SSR標記，并對恢復基因進行了初步定位，從而縮短恢復系選育的周期[8-9]。通過SSR技術，篩選出湘R-3、湘R-4和湘R-5等系列恢復系。

4 三系配套的應用

2000年，在篩選“湘遠A”胞質不育系的同時，也篩選出了恢復系，并初步實現了三系配套，但由于不育系與恢復系的遺傳背景近似，恢復系的恢復譜比較窄，利用程度不高。隨著分子育種技術的發展，通過引進種質資源，對不育系和恢復系進行了進一步的改造與篩選。2005～2012年，利用新選育的恢復系與不育系廣泛雜交，每年選配了100個以上的組合進行株行比較試驗，從中篩選出強優勢的組合。通過8 a的研究，篩選出5個強優勢組合，其中組合湘Z7與大面積推廣的對照湘雜棉8號產量相當。

強優勢胞質不育系組合湘Z7的特征特性：植株塔形，株型松散；生育期125 d，莖稈和葉片茸毛較少，恢復株率100%；田間表現整齊，田間通透性較好，植株前期長勢旺且整齊度好，后期長勢減弱；棉鈴卵圓形，單株成鈴35個，單鈴重6.2 g，比大面積對照增產1.01%，衣分43.5%，纖維長度30.69、馬克隆值4.71、比強30.5 cN/tex。

5 結論與討論

5.1 初步實現了三系配套

通過近40 a的研究，選育出棉花胞質不育系“湘遠A”系列，同時篩選出優異的種質資源做為保持系，并通過遺傳過濾技術、雜交轉育和分子育種技術篩選出一批恢復系，實現了三系配套，育成的組合已開始在生產上試種，2013年進行了小面積的高產示范，邀請專家進行了現場評議，產量達到了大面積推廣的要求。

5.2 利用分子技術選育恢復系

恢復系的選育是棉花三系研究中最關鍵的一環，如何將不同優良性狀的基因通過雜交、回交、復合雜交等基因聚合手段轉入到恢復系中，以創造具有多種性狀的優良恢復系種質材料。選育時，為獲得優良的恢復系，利用回交轉育技術是篩選恢復系最常用方法。在研究中，為了在回交過程中省略每次測交，保證恢復基因不掉失，對恢復基因進行SSR分子標記輔助選擇，只保留含有恢復基因的單株，淘汰其余的單株，再在當選的單株中選擇具有目的性狀的單株，這些淘汰工作可在試驗室提前完成，可減少田間試驗工作量，提高工作效率，從而大大提高恢復系的選擇效率，縮短優良恢復系培育進程。

5.3 環境因素對三系雜交棉的影響

在三系配制雜交組合進行優系比較試驗和強優勢組合的高產示范過程中，同一組合在多年的表現不一致，有的年份產量高，有的年份產量低。近年觀察發現，三系雜交棉的花粉育性易受溫度、光周期、土溫、空氣濕度等環境影響，其中氣溫的影響最大，表現在高溫不育，結鈴性較差，產量降低，這與國內外大量研究結果一致[10-12]。在多年的的保種和制種的過程中還發現，在海南的環境條件下三系不育系的保種和制種的產量比在湖南條件下要高；然而這些研究還不系統、不深入，下一步將加大有關環境因素對胞質不育系三系影響的研究。

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