優質抗病棉花品種泗棉686的選育比較試驗

劉曉飛，崔小平，孫寶林，王衛軍*

（1.宿遷市農業科學研究院，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇省現代作物生產協同創新中心，江蘇 南京 210095）

中國是棉花生產大國，棉花是中國重要的經濟作物，是紡織工業的重要原料，棉花產業是中國國民經濟的重要組成部分［1-2］。優質棉的長度、比強度、細度等主要指標均優于普通棉，適紡高支紗、精梳紗，其附加值明顯高于普通原棉［3］。棉紡企業主要以較強、較細和纖維更整齊的棉纖維作為紡織原料［4］。近幾年來，國產棉花因轉基因抗蟲棉的全面推廣，品種考核只重視產量，不重視纖維品質，包括新疆棉花在內的纖維基本品質均有所惡化，纖維細度變粗，纖維長度變短，纖維強度下降，纖維馬克隆值增大，導致收獲的棉花纖維不能用于生產纖細、精美的棉紗和棉紡織品［5］。長期以來，我國高端優質棉花無論是在成本上，還是在質量上都受制于美國、澳大利亞等產棉強國，國內棉花市場上高品質棉花普遍短缺［6］。因此，中國棉花產業在近幾年步入了低谷期，棉花種植面積大幅度下滑，糧棉爭地是制約中國棉花產業發展的重要限制因子之一［7］；同時，受中美貿易摩擦的影響，國內中低品質棉花市場的競爭日趨激烈，價格持續下跌且銷售量大幅下滑［6］。有關調查數據表明：1998—2011年我國生產的棉纖維上半部平均長度以中絨28.0~30.9 mm為主，占77.10%；斷裂比強度主要分布在中等檔次26.0~28.9 cN/tex，占44.51%；麥克隆值主要分布在4.3~4.9檔次，占49.34%；棉花的綜合品質呈逐年改善的趨勢，西北內陸棉區棉花纖維品質也逐步優于黃河流域和長江流域棉區的［8］。

棉花品種改良是棉花生產的基礎。自1900年以來，中國棉花品種的更替歷經了6次重大變化，每次都伴隨豐產性、品質或者抗性的顯著改良［9-10］。長期的育種實踐表明，棉花育種的目標多為高產、優質和抗病蟲性［11］；通過豐產、優質等優異性狀的有效聚合，實現棉花產量、品質等協同改良提高［1］。棉花纖維的長度、強度、馬克隆值等是評價棉花品質的重要指標，提高棉纖維品質尤其是纖維強度，是當前棉花育種專家的工作重點。傳統的育種方法在改良棉纖維品質方面起到了重要作用［12］。相關研究表明，在反映纖維品質的眾因子中，比強度和絨長的載荷為正值，麥克隆值的載荷為負值，表明比強度與絨長呈正相關，與麥克隆值呈負相關［13］。在當前的棉花生產中，枯萎病、黃萎病和棉鈴蟲是影響棉花優質高產的主要限制因子，而且還存在纖維品質指標不配套、紡高檔紗原棉缺乏等問題，因而培育多抗、優質、高產棉花新品種是棉花產業發展的重大需求［14］。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參加2018年區域試驗的棉花品種有蘇顯無158、中MBC31776、泗棉686、鹽豐39、南農977、南農991、GB521、鹽1129，其中蘇顯無158、中MBC 31776為第二年區試品種；參加2019年區域試驗的棉花品種有泗棉686、鹽豐39、南農991、鹽1129、湘FZ031、慶棉1號，其中湘FZ031、慶棉1號為第一年區試品種。對照棉花品種為泗抗1號，是由泗陽棉花原種場與中國農業科學院生物技術研究所合作育成的早熟、高產、優質、抗病、抗棉鈴蟲棉花品種，2005年通過了江蘇省品種審定。

1.2 泗棉686的選育經過

2012年以高產、抗病、優質品種泗棉6821為母本，以優質抗病蟲品系泗陽518為父本配制雜交組合，經多年連續病圃選擇與南繁加代鑒定，于F9代選育而成了優質、高產、多抗棉花新品種泗棉686，具體選育經過見表1。

表1 棉花新品種泗棉686的選育經過

1.3 項目調查與方法

2018—2020年，全省試驗布點7~9個，進行隨機區組試驗，其中區域試驗3次重復，小區面積20 m2；生產試驗2次重復，小區面積150 m2。播種后記錄下各生育期、生長發育及病蟲害發生情況；于吐絮期每小區選取連續單株20株，測定株高、果枝始節位、果枝數、單株鈴數等；在收獲期測定單鈴重、小區籽棉產量、皮棉產量等。

抗枯萎病、黃萎病性的鑒定由江蘇省農業科學院植物保護研究所在病圃進行，采用溫室苗期菌土法在溫室進行抗枯萎病性鑒定，采用成株期鑒定法在人工接種誘發的水泥池病圃進行抗黃萎病性的鑒定。此外，抗黃萎病田間自然病圃鑒定由徐州農科所進行，采用原病圃棉秸稈粉碎拋撒大田誘發病法。抗棉鈴蟲的生物學鑒定由江蘇省農業科學院植物保護研究所進行，采用室內棉葉接蟲測定法。中國農業科學院生物技術研究所進行Bt抗蟲蛋白檢測，在間苗前使用Bt膠體金試紙條免疫檢測法進行檢測。

1.4 纖維品質的測定

棉花纖維品質由農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心使用HVI900系統進行測試。各試點提供50鈴考種皮棉樣品，測試及棉樣調濕在標準大氣（溫度20 ℃±2 ℃，相對濕度65%±3%）條件下進行。主要測定指標有上半部纖維長度、比強度、馬克隆值、伸長率、整齊度及紡紗指數等。

2 結果與分析

2.1 產量表現

2.1.1 多年多點品種試驗 各參試棉花品種的產量表現如表2所示。在2018年區域試驗中，籽棉產量最高的品種是南農977，達到了4219.5 kg/hm2，比CK增產7.6%；除了蘇顯無158、中MBC31776較CK減產外，其余品種均較CK增產，其中泗棉686、鹽豐39的增產幅度也達到了4%以上。2018年的皮棉產量以鹽豐39最高，為1689.0 kg/hm2，比CK增產5.6%；泗棉686、南農997、南農991、鹽1129也較CK增產，其中南農997的皮棉產量僅較CK增產2.1%，說明該品種的衣分偏低；其余品種均比CK減產，尤其是中MBC31776，減產15.0%以上。泗棉686、蘇顯無158、鹽豐39、南農991、鹽1129的衣分均在40.0%以上。除了南農991外，其余品種的霜前花率均在85%以上。根據區域試驗的規定，GB521、中MBC31776皮棉產量相對于CK的減產幅度較大，不能進入下一年區域試驗；另外，南農997放棄參加下一年的區域試驗。

表2 2018—2020年不同棉花品種在試驗中的產量表現

在2019年區域試驗中，鹽豐39的籽棉產量最高，達4227.0 kg/hm2，較CK增產9.4%；泗棉686較CK增產7.9%；其余品種的增產率均在5.0%以內。皮棉產量以泗棉686最高，比CK增產8.6%；鹽豐39的增產率也達到了8.4%；南農991、鹽1129的增產幅度較小。根據區試規定，泗棉686、鹽豐39進入下一年生產試驗。

在2020年生產試驗中，泗棉686的籽棉產量、皮棉產量及霜前花率分別比CK高5.5%、4.2%、1.9個百分點，衣分較CK低0.7個百分點；鹽豐39的籽棉產量、皮棉產量及霜前花率分別比CK高6.0%、3.2%、0.6個百分點，衣分較CK低1.0個百分點。這2個品種同時通過了江蘇省品種委員會審定。

2.1.2 2018—2019年區域試驗不同品種皮棉產量差異 表3列出了各品種間小區皮棉產量差異顯著性的測驗結果。2018年，在0.05顯著水平下，鹽豐39、泗棉686、南農991、南農997、鹽1129的皮棉產量顯著高于CK的，蘇顯無158、GB521、中MBC31776的皮棉產量顯著低于CK的；在0.01顯著水平下，鹽豐39、泗棉686、南農991、南農997的皮棉產量極顯著高于CK的，蘇顯無158、GB521、中MBC31776的皮棉產量極顯著低于CK的。2019年，泗棉686、鹽豐39、慶棉1號、南農991的皮棉產量極顯著高于CK的，鹽1129、湘FZ031的皮棉產量與CK差異不顯著。

表3 2018—2019年區域試驗各品種間皮棉產量差異測驗結果

2.2 纖維品質的表現

在2018年區域試驗纖維品質測定中，泗棉686、中MBC31776和南農977的纖維長度均在31 mm以上，達到了高品質Ⅰ型標準；其余均在29 mm以上，達到了普通優質Ⅱ標準。泗棉686、蘇顯無158、中MBC31776、南農977及南農991的比強度在32 cN/tex以上，達到了普通優質Ⅰ標準；鹽豐39、鹽1129及CK的比強度在30 cN/tex以上，達到了Ⅱ型標準；GB521的比強度達到了Ⅲ型標準。蘇顯無158、中MBC31776及CK的馬克隆值均達到了普通優質Ⅱ標準；GB521、鹽1129的馬克隆值未達到Ⅲ型標準；其余品種的馬克隆值達到了Ⅲ型標準。所有品種的整齊度在83%以上，達到了審定要求（表4）。

表4 2018—2020年不同棉花品種在試驗中纖維品質的表現

在2019年區域試驗纖維品質測定中，慶棉1號的纖維長度在31 mm以上，達到了高品質Ⅰ型標準；除鹽1129外，其余品種及CK的纖維長度均達到了普通優質Ⅱ標準。泗棉686、南農991的比強度在32 cN/tex以上，達到了高品質Ⅰ型標準；鹽豐39、鹽1129及CK的比強度在30 cN/tex以上，達到了普通優質Ⅱ標準；湘FZ031、慶棉1號的比強度達到了Ⅲ型標準。湘FZ031的馬克隆值為4.6，達到了普通優質Ⅱ標準；其余品種及CK的馬克隆值均在5.0~5.5之間，達到了普通Ⅲ標準。所有品種的整齊度在83%以上，達到了紡織及審定要求。

在2020年生產試驗纖維品質測定中，泗棉686的比強度達到了高品質Ⅰ型標準，纖維長度達到了普通優質Ⅱ標準，馬克隆值達到了Ⅲ型標準。綜合來看，在3年試驗中，所有品種的馬克隆值均比較高，這可能與棉花生長后期的氣候密切相關；泗棉686的纖維長度及強度表現較為突出，符合優質棉品種要求。

2.3 主要特征特性

2.3.1 生育期、整齊度及生長勢表現 由表5可知：在3年試驗中，泗棉686在出苗期、開花期及吐絮期上與CK相當，生育期基本一致；泗棉686的整齊度和生長勢也與CK相當，但2019、2020年的表現好于2018年。

表5 泗棉686在試驗中生育期、整齊度及生長勢的表現

2.3.2 基本農藝和經濟性狀 如表6所示，在區域試驗和生產試驗中，泗棉686和CK的果枝始節位基本一致，均在6.7~7.4之間；泗棉686的株高在2018、2020年較CK高6.0 cm左右，在2019年較CK低0.6 cm；2個品種的果枝數基本上在17~18臺/株，相差不大；泗棉686的單株結鈴數和群體結鈴數在2018年低于CK，而在2019和2020年高于CK；在3年試驗中，泗棉686的鈴重和子指均高于CK的。

表6 泗棉686在試驗中基本農藝和經濟性狀的表現

2.4 抗病性、抗蟲性鑒定

2.4.1 抗病性鑒定 由表7可以看出，區域試驗中所有品種的抗病性鑒定結果均達到試驗要求。2018年接種鑒定結果表明，泗棉686、中MBC31776、南農997、南農991、鹽1129抗枯萎病、耐黃萎病；蘇顯無158、鹽豐39、CK抗枯萎病、抗黃萎病；GB521耐黃萎病、抗枯萎病。在2018年自然病圃鑒定中，GB521抗黃萎病；中MBC31776、鹽豐39、鹽1129、CK耐黃萎病；泗棉686、蘇顯無158、南農997、南農991感黃萎病。

表7 各棉花品種在區域試驗中的抗病性表現

在2019年接種鑒定中，泗棉686、南農991、湘FZ031、慶棉1號、CK均抗枯萎病、耐黃萎病；鹽豐39抗枯萎病、抗黃萎病；鹽1129耐枯萎病、耐黃萎病。在徐州自然病圃鑒定中，南農991耐黃萎病，其余品種均感黃萎病。

2.4.2 抗棉鈴蟲鑒定 抗棉鈴蟲鑒定結果如表8所示。在2018年區域試驗中，南農997表現為高抗棉鈴蟲，其余品種均表現為抗棉鈴蟲。Bt抗蟲毒蛋白檢測結果顯示，中MBC31776、南農997、南農991、GB521、鹽1129、CK的抗蟲株率均達100%，其余品種的抗蟲株率均在90%以上，但仍混有少量不抗蟲株。在2019年區域試驗中，7個品種均表現為抗棉鈴蟲，其中南農991、鹽1129、CK的抗蟲株率達100%，其余品種均在95%以上。

表8 區域試驗中各棉花品種抗棉鈴蟲的鑒定結果

3 小結與討論

3.1 泗棉686在試驗中表現良好

泗棉686在區域試驗中，平均籽棉產量為4139.3 kg/hm2，比CK增產6.3%；皮棉產量達1707.0kg/hm2，比CK增產6.0%；衣分達41.3%；纖維長度達30.9 mm，達到了普通優質棉Ⅱ標準；比強度為34.0 cN/tex，達到了高品質Ⅰ型標準；馬克隆值為5.3，達到了普通優質棉Ⅲ標準；抗枯萎病、耐黃萎病，Bt抗蟲毒蛋白檢測的抗蟲株率達到94%，抗棉鈴蟲；全生育期126 d。該品種于2019年12月獲得了農業農村部農業轉基因生物安全證書［農基安證字（2019）第237號］，于2021年4月通過了江蘇省農作物品種審定委員會審定，并定名為泗棉686，審定編號為蘇審棉20210002。

3.2 優質棉發展需求及研究現狀

棉花產業在我國國民經濟中占有十分重要的地位。然而，國內棉花產業大而不強，高品質棉花嚴重缺乏。隨著紡織工業的發展和棉紡企業的轉型升級，對原棉品質的要求越來越高，當前棉花品質與紡織企業的需求仍存在一定差距，不能滿足紡織企業生產高端產品的需求［15-16］。2016、2017、2018年，我國高品質原棉需求量所占比例分別為23.5%、20.3%和34.9%，而平均供給率只有41.6%，平均短缺量為165.7萬t，平均短缺率高達58.5%［17］。我國對高品質原棉的需求大，供給量小，產小于需的矛盾尖銳［18］。究其原因，一是地域差異明顯，生態類型多樣，環境條件復雜，導致黃河流域棉區中熟棉的纖維品質優于長江流域棉區；西北內陸棉區早熟棉的綜合品質性狀表現最佳，其次是黃河流域和長江流域棉區中熟棉［19］。二是棉花品種“多、亂、雜”，缺乏大規模種植的主栽品種或主導品種，影響了棉花纖維整齊度和綜合品質的穩步提高［16，20］。三是棉花收購混等混級，生產和加工環節多、程序繁瑣［21］。研究發現棉花產量性狀與纖維品質性狀呈高度負相關，產量在一定范圍內的提高必然會導致品質性狀的變劣，這啟示我們在培育和選擇高產棉花品種時，一定要注意與纖維品質性狀進行同步改良［22-24］。在長江流域棉區、黃河流域棉區，近幾年棉花的纖維長度和比強度有增強的趨勢，說明在纖維長度和比強度方面的品質改進成效顯著［19］。此外，近年來棉花纖維品質性狀的QTL定位研究是當前棉花分子育種的熱點之一，為纖維品質性狀的改良提供了有力的技術支持［25］。交叉利用分子數量遺傳學、功能基因組學和分子育種學等研究手段，有助于陸地棉和海島棉優良品質及抗性基因的挖掘［26］。另外，開展棉花品種熟性與品質區劃調查及相關基礎性研究工作，明確適宜的棉花種植區，有利于降低生產風險，減少“劣質棉”數量。今后應研制推廣“無膜棉”或生物降解地膜，減少白色污染，降低“三絲”含量［16］。另外，改進籽棉的初級加工水平，可有效減輕軋花對纖維長度的損害［18］。

3.3 棉花黃萎病的發生及防治方法

黃萎病是為害棉花生長和發育的一種土傳病害，是由大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)侵染引起的真菌性維管束病害，一般造成棉花減產5%~ 10%，嚴重的高達20%~30%，甚至絕收。棉花黃萎病在我國主要植棉區均有發生，病原菌主要以休眠結構微菌核的形式在土壤中越冬，可以存活幾年甚至十幾年，成為棉花黃萎病重要的初侵染源。該病菌侵染棉花后造成植株萎蔫、葉片枯死、蕾鈴脫落，導致棉花產量和品質下降。李巖等［27-28］研究發現，棉田土壤中棉花黃萎病菌微菌核數量與棉花黃萎病的發生、發展及危害程度密切相關。王明江等［29］在不同生長期對黃萎病不同抗性棉花品種的植株根部內生菌數量進行了調查，發現抗病品種的內生菌數量少于感病品種，但是其拮抗內生細菌比例高于感病品種。趙衛松等［30］的研究結果表明，感病品種黃萎病的發生程度與土壤中病原菌大麗輪枝菌的數量呈正相關，而抗病品種在盛花期、開花后期和結鈴期土壤的細菌群落結構優于感病品種。李巖等［27］研究發現適量施用鉀肥可以增強棉花品種對黃萎病的抗性，減輕黃萎病的發生程度。另外，不同抗病性棉花品種根際土壤微生物的多樣性能夠揭示棉花品種抗病性與土壤微生物的相互關系，可以為棉花黃萎病的生物防治和農業防治提供理論依據［30］；趙衛松等［31］研究發現西蘭花殘體還田能夠有效抑制棉花黃萎病的發生，改變土壤的細菌群落結構，增加有益微生物的相對豐度。

迄今，還沒有特效的藥劑防治棉花黃萎病，因此只能采取種植抗耐病品種結合生物防治等的綜合防治措施［29］。因此，改善棉花品質、提高棉花抗病性的主要途徑還是選育優質、抗病棉花品種，將豐產、優質、抗病等優異性狀有效聚合，實現產量、品質、抗病的協同改良提高。種質資源在棉花新品種的選育中尤為關鍵，要發揮科研院所在優質、抗病育種上的優勢，廣泛利用各種優良種質資源，通過技術突破、方法創新等途徑育成高產、優質、抗病棉花新品種。