抗蟲棉兼抗枯抗黃萎病新品種的選育

崔淑芳，金衛平，王廣恩，錢玉源，張海娜，劉祎，車亮，李俊蘭

（河北省農林科學院棉花研究所/農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，石家莊050051）

抗蟲棉兼抗枯抗黃萎病新品種的選育

崔淑芳，金衛平，王廣恩，錢玉源，張海娜，劉祎，車亮，李俊蘭

（河北省農林科學院棉花研究所/農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，石家莊050051）

為解決棉花生產上枯、黃萎病嚴重的問題，選擇遺傳基礎豐富、綜合性狀優良的品種為母本，選用性狀互補的父本進行改良，期間利用姊妹交增加各優良性狀基因的累加和重組幾率，在枯、黃萎病混生重病圃，對豐產性進行嚴格選擇；對抗病性進行全生育期鑒定，注重選擇低病級、低病株率材料；對纖維品質性狀依據農業部棉花品質監督檢驗測試中心檢測結果，按國家棉花品種審定標準篩選；選育出集兼抗枯、黃萎病、高產、優質于一身的棉花新品種‘冀棉616’和‘冀棉315’。

棉花；品種；兼抗枯、黃萎病；高產；優質；選育

0 引言

枯萎病和黃萎病是棉花最主要的病害，在世界各產棉國均有發生。棉花枯萎病和黃萎病最早于1914年在美國弗吉尼亞州的陸地棉上發現[1]。1935年中國從美國引入‘斯字4號’棉種，由于當時只用二硫化碳熏蒸種子以殺蟲，而未做任何殺菌處理，即將棉種推廣于陜西、河北的南苑縣、定縣等地，使以后凡種過該棉種的棉田，均有不同程度的枯、黃萎病發生；到1952年河北唐山、陜西關中以及東北遼陽棉區發展為嚴重發病地區，枯萎病、黃萎病對棉花生產已造成嚴重威脅。1955、1957、1963、1965年河北省受災，曾多次調入國外引進棉種‘岱字棉45A’等，使枯、黃萎病進一步加重并在較大范圍內傳播擴撒；1980、1981年又從山東省調入帶有棉花枯、黃萎病的‘魯棉1號’棉種，種植面積1950多萬hm2，更加重了棉花枯、黃萎病的危害。據統計，20世紀60年代中期河北省40多個縣棉田發生枯、黃萎病，80年代初達到100多個縣，到1993年棉花枯、黃萎病大發生，河北省90%以上的棉田受到枯、黃萎病的危害，1995、1996年病情嚴重的棉田病株率達到100%，造成棉株落葉光桿、枯死絕收。1997年河北省推廣種植美國轉基因抗蟲棉‘新棉33B’，雖然有效解決了棉鈴蟲危害，但抗病性較差，使得棉花枯萎病、黃萎病又復加重。隨著枯、黃萎病的發生、發展至大發生，不同階段采取了不同措施：病情普查、嚴格劃分疫區和保護區、封鎖疫區、保護無病區、消滅病株、鏟除病土、棉花停種或輪作、建立無病繁種田、播前種子處理、藥劑防治、培育種植抗病品種以及綜合防治等，均起到不同程度的防病效果。同時對其發病規律進行了研究，棉花的枯、黃萎病在不同的生育時期均可發病。枯萎病真葉期開始發病，造成缺苗斷壟，甚至毀種，現蕾期達到高峰，結鈴期再次表現癥狀，蕾鈴大量脫落，造成減產30%以上；黃萎病現蕾期開始發病，果枝減少，造成減產70%～80%；盛花期蕾鈴大量脫落，造成減產40%～50%。棉花枯、黃萎病為土壤傳播維管束病害，棉花莖稈、種子、斷根、土壤、肥料、水流、工具等均可成為枯、黃萎病的傳播源，蔓延迅速、逐年加重，被專家、棉農稱之為棉花的“癌癥”。改變遺傳物質，轉育抗性基因，培育和種植抗病品種，是最根本、有效的防治措施[1-5]。

棉花有四大栽培種（陸地棉、海島棉、中棉和野生棉），中棉抗枯萎病，野生棉抗枯、黃萎病，海島棉抗黃萎病。生產上栽培的主要是陸地棉，其枯萎病抗性次于中棉和野生棉，對黃萎病無抗性。要加強陸地棉對枯萎病的抗性和獲得對黃萎病的抗性，須與海島棉、中棉和野生棉進行遠緣雜交[6-12]。前蘇聯用墨西哥半野生棉與陸地棉雜交回交，育成了抗黃萎病小種1號的塔什干系列和抗小種2號的C-6524；中國農業科學院棉花研究所、陜西省棉花研究所和河南省農業科學院經濟作物研究所等單位，育成了抗枯、黃萎病棉花品種[1]，據統計，1937—2001年通過國審、適宜黃河流域種植的非抗蟲棉花品種98個，其中7個品種[‘中3474’、‘陜棉9號’、‘GS豫棉22號’、‘豫棉15號’、‘豫棉21號’（豫2067）、‘冀668’、‘GS豫棉19號’（春矮早）]為抗枯萎病、抗黃萎病品種[13-14]。河北省農林科學院植保所、棉花研究所，河北省抗病育種組等單位，從20世紀70年代開始致力于陸地棉和野生棉、海島棉的雜交，并成功地將抗黃萎病等特性轉育到了陸地棉中，并先后育成了‘冀棉3號’、‘冀棉7號’、‘冀棉14號’、‘冀棉15號’、‘冀棉20號’、‘冀棉24號’、‘冀棉25號’等抗枯、黃萎病較好的品種[1,15-16]，為培育抗枯、黃萎病棉花新品種奠定了基礎；1975—2004年河北省共審定67個棉花品種，其中有7個抗蟲棉品種（‘新棉33B’、‘DP20B’、‘中棉所31’、‘DP99B’、‘SGK321’、‘GK-12’、‘晉棉26’[15-16]），為培育抗蟲棉品種奠定了基礎。

筆者旨在以高產、優質為目的，抗枯、黃萎病為主攻目標，選用綜合性狀優良的抗病親本為母本，采用雜交育種方法，轉育抗蟲基因，利用姊妹交，促進各優良農藝性狀基因的重組和穩定；在病圃中對各世代材料的枯、黃萎病抗性進行全程鑒定和產量比較，培育出抗枯萎病、抗黃萎病的兼抗病、高產、優質、抗蟲棉新品種，并總結出選育抗枯、黃萎病棉花品種的關鍵方法，以期為棉花抗病品種選育提供有效借鑒。

1 試驗材料

以高產、抗病品種‘冀棉20號’為母本，含有海島棉、陸地棉、野生棉豐富的遺傳基礎；以抗蟲棉優質品系596系為父本，進行雜交選育。

2 方法與效果

2.1 明確育種目標

生產上枯萎病、黃萎病嚴重持續發生，國內具有自主知識產權的轉基因抗蟲棉品種誕生[10-11,13-16]。因此，制訂育種目標為“抗枯萎病、抗黃萎病，產量高，纖維品質優良，抗棉鈴蟲”（表1，表2）。

表1 國家棉花品種抗病性劃分標準

2.2 篩選綜合性狀優良的抗病母本‘冀棉20號’

‘冀棉20號’是利用海島棉、陸地棉、野生棉種間雜交后代與‘冀棉10號’雜交選育而成，它融合了海島棉的優質性、野生棉的抗逆性及陸地棉的豐產性和適應性[17]。1996年通過河北省農作物品種審定委員會審定，結鈴性強，豐產性好，鈴重5.4 g，衣分39.4%，高抗枯萎病、耐黃萎病。先后被列入“九五”國家重大科技成果推廣計劃，河北省第八次品種更新換代主推棉花品種，河北省棉花區域試驗對照品種[5,17]；在當時河北省審定的24個品種中，產量最高，抗病性最好，高抗枯萎病、耐黃萎病，是理想的抗病親本[5,16,18]。

表2 國家棉花品種審定量化指標

2.3 創造轉育抗蟲棉基因，培育抗蟲棉父本596系

以國內自育抗蟲棉品種‘GK-12’等為父本，選用具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉遺傳基礎的‘新陸中8號’等為母本，配制雜交組合。經過南繁北育、連續定向選擇，選育出優質抗蟲棉品系596系等。596系產量高，抗棉鈴蟲，抗枯萎病、抗黃萎病，枯萎病病情指數1.7，黃萎病相對病情指數18.9；纖維上半部平均長度30.1 mm，斷裂比強度30.8 cN/tex，馬克隆值3.8，是綜合性狀較好的抗蟲棉親本，且與‘冀棉20號’性狀互補。

2.4 篩選優勢組合

1998年以‘冀棉20號’為母本，與抗蟲棉品系596系等材料共配制雜交組合11個，后代材料多表現生長穩健、葉功能好、抗枯黃萎病性、抗棉鈴蟲。其中（冀棉20號×596系）組合優勢突出，枯、黃萎病病情指數最低，分別為2.1和17.9；鈴重6.7 g，衣分42.5%，產量最高。

2.5 培育優良品系

將優勢組合（冀棉20號×596系）F1在棉花所小安舍試驗站多年培養的枯、黃萎病混生重病圃種植，混收優良單株獲得F2代種子；F2代根據單株抗病性、結鈴性、葉功能、手扯纖維品質等性狀表現，選擇優良單株混收；F3代在開花期在群體中選擇優良單株進行姊妹株間雜交，最大限度地使產量、抗病性及纖維品質等主要經濟性狀聚合在一起；姊妹株間雜交種種植為F4代，F4～F6連續單株選擇，株系整齊一致，表現優良為新品系，通過品系比較試驗、多點適應性鑒定試驗、抗病性鑒定和纖維品質測試等，選出最優品系，推薦區域試驗。

2.5.1 采用姊妹交促進優良性狀純合棉花的許多經濟性狀為數量性狀，通過一次雜交將2個親本不同位點上的有利基因聚集到一起，使早代就帶有全部或大部分相互適應的基因，成功概率較小。因此，在雜交后代F2～F4選擇優良單株進行姊妹交，可促使有利基因和遺傳變異成分的積累。

2.5.2 明確豐產性狀指標高產是育種的最終目的，產量性狀是第一選擇目標，始終要嚴格進行選擇。入選單株結鈴多且上中下分布均勻，單株成鈴≥15個，吐絮肥暢，后期葉功能好；入選株系和品系同時還要考慮群體整齊度好、長勢穩健，子棉、皮棉產量超過對照品種≥10%，鈴重≥5.8 g，衣分≥40.0%。

2.5.3 全程鑒定抗病性，注重低病級、低病株率材料選擇棉花枯、黃萎病是一個逐漸發展的全生育期病害[19-20]，枯、黃萎病發生后，病級提高，產量損失越大[1]。棉花枯、黃萎病發生受溫度和濕度的變化影響，條件合適時棉苗4～5片真葉即開始發病，而且每個時期都有可能嚴重發生。因此，本研究對棉花抗枯、黃萎病進行生育期全程觀察鑒定；以棉株病級和群體病株率為選擇依據。具體為：（1）篩選F1優勢組合，淘汰群體中有4級及3級病株率達到5%以上的組合；（2）F2～F4代選擇枯、黃萎病＜2級的優良單株混收；（3）F5及以后世代選擇黃萎病＜2級優良單株。

2.5.4 以量化指標篩選纖維品質性狀F1～F3世代在田間選擇棉花植株中部吐絮正常棉鈴，采用田間手扯初步判斷纖維長度、強力和細度，F4以后世代，在田間手扯鑒定的基礎上，由農業部棉花品質監督檢驗測試中心檢測，依據國家棉花品種審定量化指標進行決選。

2.5.5 申請農業轉基因生物生產應用安全證書優良品系向農業部指定的單位提供種子，對外源抗蟲基因表達Bt殺蟲蛋白定量檢測及靶標害蟲進行抗蟲性生物測定，申請農業轉基因生物生產應用安全證書。

3 選育結果

3.1 選育出抗枯萎病、抗黃萎病的兼抗病、高產、優質、抗蟲棉花新品種‘冀棉616’[15-16,21]

3.1.1 特征特性生育期133天，株高中等，植株塔型，葉片中等，長勢穩健，結鈴性強，吐絮肥暢；鈴重6.4 g，衣分40%，子指10.7 g。

3.1.2 抗枯萎病、抗黃萎病河北省農林科學院植物保護研究所抗病性鑒定，2003年枯萎病病情指數2.8，黃萎病相對病情指數18.9，為高抗枯萎病、抗黃萎病；2004年枯萎病病情指數6.9，黃萎病相對病情指數17.3，為抗枯萎病、抗黃萎病。

3.1.3 高產穩產2004—2006年冀中南春播棉花品種區域試驗和生產試驗共計21點次，全部增產。2004—2005年區域試驗共計15點次，平均子棉、霜前子棉、皮棉和霜前皮棉產量分別較對照‘DP99B’增產15.3%、14.3%、22.7%和21.8%。其中，2004年子棉產量居參試品種第1位；2005年子棉、霜前子棉、皮棉和霜前皮棉產量均居參試品種第1位（表3，表4）。

3.1.4 抗蟲性‘冀棉616’抗棉鈴蟲等鱗翅目害蟲，2008年取得農業轉基因生物生產應用安全證書：農基安證字(2008)第085號。

3.1.5 纖維品質優良配套2006年農業部棉花品質監督檢驗測試中心檢測：上半部平均長度31.2 mm，整齊度指數84.9，馬克隆值4.9，比強度29.5 cN/tex，伸長率6.1%，反射率73.4%，黃度7.9，紡紗均勻指數144。

3.2 選育出高抗枯萎病、抗黃萎病的兼抗病、高產、優質棉花新品種‘冀棉315’[15]

‘冀棉616’抗枯、黃萎病，高產，纖維品質等綜合性合性狀優良，在穩定抗病性和高產穩產基礎上進一步提高其品質，2002年以‘冀棉616’為母本，遠緣雜交后代優質系N53系為父本，通過雜交、后代連續定向選擇，選育出高抗枯萎病、抗黃萎病、高產、優質棉花新品種‘冀棉315’，2016年通過河北省預審定。

3.2.1 特征特性生育期130天左右，植株塔型，株高中等，葉片中等大小，第一果枝節位6～7，鈴重6.5 g，子指10.8 g，衣分42.0%。

3.2.2 高抗枯萎病、抗黃萎病河北省農林科學院植保所抗病鑒定：2013年枯萎病病情指數3.23，黃萎病相對病情指數15.64，屬于高抗枯萎病抗黃萎病品種；2014年枯萎病病情指數1.38，黃萎病相對病情指數19.41，屬于高抗枯萎病抗黃萎病品種。平均枯萎病病情指數3.15，黃萎病相對病情指數15.64，屬于高抗枯萎病、抗黃萎病。

3.2.3 高產穩產冀中南春播常規組區域試驗，2013年11個試點全部增產，平均子棉、霜前子棉、皮棉、霜前皮棉產量分別較對照‘冀棉958’增產7.21%、11.43%、6.46%、9.41%，分別居13個參試品種第1位、第1位、第2位、第1位（表5）。2014年14個試點全部增產，平均子棉、霜前子棉、皮棉、霜前皮棉產量分別較對照‘冀棉958’增產8.21%、11.66%、8.26%、11.66%，均居11個參試品種第1位（表6）。

表3 2004年冀中南棉花區試產量結果

表4 2005年冀中南棉花區試產量結果

表5 2013年冀中南棉花區試產量結果

表6 2014年冀中南棉花區試產量結果

3.2.4 抗蟲性‘冀棉315’抗棉鈴蟲等鱗翅目害蟲，2008年取得農業轉基因生物生產應用安全證書：農基安證字(2008)第137號。

3.2.5 纖維品質優良，斷裂比強度高農業部棉花品質監督檢驗測試中心檢測：2013年纖維上半部平均長度29.46 mm，斷裂比強度33.87 cN/tex，馬克隆值5.18，紡紗均勻指數150.8；2014年纖維上半部平均長度30.46mm，斷裂比強度33.2 cN/tex，馬克隆值5.56，紡紗均勻指數148.0。2年平均纖維上半部平均長度29.96 mm，斷裂比強度33.54cN/tex，馬克隆值5.37，紡紗均勻指數149.4。

4 結果分析與討論

4.1 ‘冀棉315’、‘冀棉616’兼抗枯、黃萎病

據統計，2005—2016年河北省共審定137個抗蟲棉品種，有4個品種（‘冀棉616’、‘冀棉315’、‘農大601’和‘冀122’）為兼抗枯、黃萎病品種。其中，‘農大601’（冀審棉2012001號），枯萎病病情指數0.39，黃萎病相對病情指數18.44；‘冀122’（冀審棉2006020號），為冀東早熟棉品種，枯萎病病情指數5.75，黃萎病相對病情指數28.9[15-16]。2002—2016年通過國家審定的適宜黃河流域種植的抗蟲棉品種（雜交種）119個，有3個品種（‘冀雜1號’、‘邯5158’、‘石抗126’）為兼抗枯、黃萎病品種。其中，‘冀雜1號’（國審棉2006010號），枯萎病病情指數3.4，黃萎病相對病情指數16.3；‘邯5158’（國審棉2006006）枯萎病病情指數2.34，黃萎病相對病情指數19.66；‘石抗126’（國審棉2008002）枯萎病病情指數7.50，黃萎病相對病情指數17.60[13-14]。綜上所述，目前通過審定的適宜黃河流域棉區種植的兼抗枯、黃萎病抗蟲棉品種共7個，即‘冀棉616’、‘冀棉315’、‘農大601’、‘冀122’、‘冀雜1號’、‘邯5158’和‘石抗126’。其中，‘冀棉616’枯萎病病情指數和黃萎病相對病情指數在7個兼抗枯、黃萎病品種中分別居第4位和第3位，‘冀棉315’枯萎病病情指數稍高于‘農大601’居第2位，黃萎病相對病情指數，稍高于雜交種‘冀雜1號’，在常規棉品種中最低（表7）。

4.2 ‘冀棉315’、‘冀棉616’產量性狀優良

在7個兼抗枯、黃萎病品種中，‘冀棉315’鈴重、衣分最高，子棉、皮棉及霜前皮棉產量均最高；‘冀棉616’鈴重稍低于‘冀棉315’居第2位，子棉、皮棉及霜前皮棉產量均居第2位（表8）。

4.3 ‘冀棉315’、‘冀棉616’纖維品質優良

7個兼抗枯、黃萎病品種的纖維品質類型多為Ⅱ型。其中，‘冀棉616’上半部平均長度最長為31.2 mm，‘冀棉315’斷裂比強度最高為33.5 cN/tex（表2，表7）。

4.4 低病級、低病株率是選育棉花品種高抗病性和穩定表現的基礎

表7 ‘冀棉315’、‘冀棉616’與當前兼抗枯、黃萎病棉花品種抗病及品質性狀比較

以往篩選抗病品種時，單株選擇基于10月中下旬吐絮期棉株的田間表現，棉株病級經過了發生、發展、恢復過程，加上老葉、病葉脫落，病情已不能準確判斷，而病情較重的單株往往表現早熟、鈴多，很容易被入選；而株系和品系抗病性選擇則基于發病高峰期的枯、黃萎病病情指數，如果早代沒有嚴格的棉株病級篩選，亦或早期或遭遇陰雨天氣過程之后沒有進行棉株病級篩選，選出的材料會存在一定數量的高病級單株，易為病害大發生埋下隱患，病株率高亦然。棉田枯萎、黃病發生后，病級提高，產量損失增大，病指越高，產量損失越大[1,3-4]。2013年河北省農林科學院棉花研究所石家莊市小安舍試驗站枯、黃萎病大發生，選用1個大面積種植發病重的材料，生育期逐棵觀察標記棉株最終發病病級，0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ每個病級棉株標記90株，Ⅳ級棉株標記60株，并隨機分成3個組作為3個重復，9月10～15日調查株高、果枝數、單株鈴數，計算鈴重、衣分，分別計產不同病級棉株單株子棉和皮棉產量，最后進行顯著性統計分析，結果表明0～2病級棉株各性狀間差異不顯著。具體結果為：不同病級棉株間，衣分差異不顯著；Ⅲ級、Ⅳ級棉株子棉、皮棉產量均顯著低于0級健康植株，子棉產量分別降低19.7%和48.9%，皮棉產量分別降低14.7%和48.8%；單株成鈴數分別減少15.7%和36.8%；單鈴重分別減少5.9%和17.6%（表9），與前人的研究結果趨勢一致[1]。選育棉花抗病品種關注棉花抗病性直接表現——棉株病級、群體病株率，是選育棉花抗病品種高抗病性和穩定表現的基礎。

表8 ‘冀棉315’、‘冀棉616’與當前兼抗枯、黃萎病棉花品種產量及產量性狀比較

表9 不同級別棉株產量性狀差異顯著性比較

5 結論

低病級、低病株率是選育抗枯、黃萎病棉花品種的基礎。‘冀棉315’、‘冀棉616’抗枯萎病、抗黃萎病，在目前審定的適宜黃河流域棉區種植的7個抗病品種，表現高產、穩產，纖維品質優良。‘冀棉315’、‘冀棉616’、‘冀122’和‘冀雜1號’為河北省農林科學院棉花研究所培育，‘農大601’為河北農業大學培育，‘邯5158’為邯鄲市農業科學院培育，‘石抗126’為石家莊市農業科學院培育。研究結果說明河北省的棉花抗病育種工作在黃河流域棉區居領先地位。

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Cotton Variety Breeding With Fusarium Wilt and Verticillium Wilt Resistance

Cui Shufang,Jin Weiping,Wang Guang'en,Qian Yuyuan,Zhang Haina,Liu Yi,Che Liang,Li Junlan

(Institute of Cotton,Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Cotton Biology and Genetic Breeding in Huanghuaihai Semiarid Area,Ministry of Agriculture,Shijiazhuang 050051,Hebei,China)

To solve the serious problem of Fusarium wilt and Verticillium wilt disease in cotton production,the varieties with rich genetic diversity and good comprehensive characters were selected as the female parent and the different resources with complementary properties were selected to cross with the female parent in every generation to improve the defect of the female parent.During the whole breeding progress,sister crossing was applied to increase the good genes accumulation rate and recombination rate.In the serious Fusarium wilt and Verticillium wilt disease nursery,the selection of high-yield was carried out.Through the identification of disease resistance in whole breeding progress,plants with low disease level and incidence were selected; according to the cotton quality supervision standard of MOA test center,the cotton variety was selected by national variety certification level;high-yield,high fiber quality cotton varieties with Fusarium wilt and Verticillium wilt resistance were bred such as‘Jimian616’and‘Jimian315’.

Cotton;Variety;Fusarium Wilt and Verticillium Wilt Resistance;High-yield;High Fiber Quality; Breeding

S562

A論文編號：cjas16070026

國家重點研發計劃項目“主要經濟作物種質資源精準鑒定與創新利用”(2016YFD0100200)子課題“棉花優異種質資源精準鑒定（黃河流域）”(2016YFD0100203-15)；河北省現代農業產業技術體系棉花產業創新團隊建設項目“棉花種質資源創新與評價”(HBCT2013030207)。

崔淑芳，女，1965年出生，河北平山人，研究員，本科，主要從事棉花種質資源評價創新與優質棉遺傳育種研究。通信地址：050051石家莊市和平西路598號河北省農林科學院棉花研究所，Tel：0311-87652079，E-mail：cshf2011@163.com。

李俊蘭，女，1963年出生，河北清河人，研究員，碩士，主要從事棉花種質資源鑒定評價創新與優質棉遺傳育種研究。通信地址：050051石家莊市和平西路598號河北省農林科學院棉花研究所，Tel：0311-87652079，E-mail：li-junlan@sohu.com。

2016-07-30，

2016-10-05。