朱春生，周德桂，吳佶膛，李 庠，彭凡嘉，鞏養(yǎng)倉(cāng)，周世象

（湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南 常德415101）

棉花雜交種的制種方法的問(wèn)題是目前棉花雜種優(yōu)勢(shì)的廣泛運(yùn)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(chǎn)雜交種子，其勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，難于管理，制種產(chǎn)量低，雜交種子成本高，是阻礙雜交棉F1代大面積推廣及產(chǎn)業(yè)化的瓶頸難題。隨著人們生活水平的提高與農(nóng)村勞動(dòng)力的減少，人工去雄雜交制種方式已不能滿足雜交棉產(chǎn)業(yè)化的需求[4-6]。因此，尋求簡(jiǎn)便高效的雜交制種方法，降低雜交制種的人工投入，是當(dāng)前棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要課題之一，為解決這項(xiàng)難題，湖南省棉花科學(xué)研究所經(jīng)過(guò)多年來(lái)的攻關(guān)，選育出抗蟲、高產(chǎn)胞質(zhì)不育系“湘遠(yuǎn)A”，并進(jìn)行了三系配套研究。

1 不育系的選育及特征

1.1 胞質(zhì)不育系材料的創(chuàng)造

棉花胞質(zhì)不育系“湘遠(yuǎn)A”的選育共經(jīng)歷3個(gè)階段，即胞質(zhì)不育系材料的創(chuàng)造（1973～1980年）、胞質(zhì)不育系材料的改良與穩(wěn)定（1980～1996年）、胞質(zhì)不育系材料的改造與創(chuàng)新（1997～至今）。

湖南省棉花科學(xué)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(hào)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(hào)回交3～5代，代換海島棉的不利性狀，并對(duì)轉(zhuǎn)育的不育系進(jìn)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(gè)。隨后繼續(xù)對(duì)不育系進(jìn)行改造。

1.2 胞質(zhì)不育系材料的改良與穩(wěn)定

陸海雜交后代有營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，但沒(méi)有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，不育系基礎(chǔ)較差，難于選育出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)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(hào)、中棉所12號(hào)進(jìn)行多代回交，選育出不育株率穩(wěn)定、敗育徹底的不育系。

1.3 胞質(zhì)不育系材料的改造與創(chuàng)新

從1997年起，周世象研究員選擇抗蟲棉國(guó)抗棉1號(hào)、抗病材料湘V101，以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)材料湘V14作為保持系進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育，經(jīng)過(guò)10 a以上的選擇與鑒定，篩選出了抗蟲、抗病、豐產(chǎn)的胞質(zhì)不育系系列。經(jīng)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(wěn)定，屬細(xì)胞質(zhì)雄性不育類型，暫定名為“湘遠(yuǎn)A”不育系。

1.4 “湘遠(yuǎn)A”不育系的主要特征特性

“湘遠(yuǎn)A”胞質(zhì)不育系主要農(nóng)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(shù)19個(gè)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(xiàn)出較好的抗枯萎病和耐黃萎病性能?！跋孢h(yuǎn)A”胞質(zhì)不育系棉花經(jīng)農(nóng)業(yè)部纖維檢測(cè)中心測(cè)定，纖維品質(zhì)平均2.5%，跨長(zhǎng)31.7 mm，比強(qiáng)度30.9 cN/tex，馬克隆值4.93，表現(xiàn)出長(zhǎng)、細(xì)、強(qiáng)，綜合品質(zhì)較優(yōu)的特點(diǎn)。

2 保持系的選育

20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)棉花胞質(zhì)不育系，為了尋找好的棉花新品系作為保持系來(lái)對(duì)不育系進(jìn)行保種，首先選擇了岱紅岱、洞庭一號(hào)來(lái)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(jì)80年代，選擇洞庭一號(hào)、中棉所12號(hào)作為保持系來(lái)改良棉花不育系的豐產(chǎn)性，選育出了敗育徹底、不育性穩(wěn)定的株系。20世紀(jì)90年代末，隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉的選育成功，開始篩選轉(zhuǎn)基因抗蟲棉國(guó)抗棉1號(hào)、湘V101、湘V14特優(yōu)異性狀的品系對(duì)不育系進(jìn)行轉(zhuǎn)育，篩選出了一批轉(zhuǎn)基因抗蟲、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)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(xué)研究所一直在對(duì)篩選出的保持系進(jìn)行改造，現(xiàn)已篩選了一批優(yōu)良性狀的材料作為“湘遠(yuǎn)A”胞質(zhì)不育系的保持系材料。

3 恢復(fù)系的選育

選育棉花三系強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，最關(guān)鍵的技術(shù)是選育出綜合性狀優(yōu)良、恢復(fù)度高的恢復(fù)系；選育出理想的恢復(fù)系，在胞質(zhì)雄性不育系研究中有著極為重要的意義。

3.1 應(yīng)用遺傳過(guò)濾技術(shù)篩選恢復(fù)系

恢復(fù)系最初是從遠(yuǎn)緣雜交后代的可育株中篩選的，從中篩選出與胞質(zhì)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(fù)的因子[7]。當(dāng)選擇的可育株后代種質(zhì)純合時(shí)，能成為恢復(fù)力強(qiáng)的恢復(fù)系；而當(dāng)選擇的后代種質(zhì)不純時(shí)，與不育系雜交則不能恢復(fù)育性。通過(guò)這種多代篩選的遺傳過(guò)濾技術(shù)能消除原材料種質(zhì)中的不育因子，使可育因子純化增強(qiáng)，提高選擇的可育種質(zhì)資源對(duì)不育系育性的恢復(fù)能力。具體做法：在胞質(zhì)雄性不育系遺傳背景相同的可育種質(zhì)中篩選多個(gè)可育單株，與不育系測(cè)交；收獲時(shí)各代都選測(cè)交表現(xiàn)最好的單株留種；通過(guò)多代的選擇，直至株行中再無(wú)不育株分離，且能使F1育性恢復(fù)率達(dá)100%，選留優(yōu)異單株作為恢復(fù)系。通過(guò)約10 a的選育，湖南省棉花科學(xué)研究所篩選出恢復(fù)系湘R-1、湘R-2。

3.2 通過(guò)雜交轉(zhuǎn)育篩選恢復(fù)系

用恢復(fù)系湘R-1、湘R-2系列，與高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲的種質(zhì)資源雜交、回交轉(zhuǎn)育，多株測(cè)交，選留優(yōu)秀株作為恢復(fù)系。其優(yōu)點(diǎn)是增加選育恢復(fù)系獲得優(yōu)良性狀的可能性，針對(duì)現(xiàn)有恢復(fù)系的主要缺點(diǎn)來(lái)進(jìn)行改造，能夠獲得理想的特征特性。但是缺點(diǎn)也同樣突出，就是工作量大，恢復(fù)基因容易丟失，不容易獲得新的恢復(fù)系。

3.3 結(jié)合SSR技術(shù)篩選恢復(fù)系

通過(guò)常規(guī)的育種方法來(lái)選育恢復(fù)系，需要多代的雜交和測(cè)交，選育過(guò)程中恢復(fù)基因還容易丟失，并且需要大量的勞動(dòng)力和時(shí)間，還不能選育出強(qiáng)恢復(fù)系。近年來(lái)，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的減少和植物分子育種技術(shù)日新月異，利用SSR技術(shù)篩選與恢復(fù)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，研究獲得了多個(gè)SSR標(biāo)記，并對(duì)恢復(fù)基因進(jìn)行了初步定位，從而縮短恢復(fù)系選育的周期[8-9]。通過(guò)SSR技術(shù)，篩選出湘R-3、湘R-4和湘R-5等系列恢復(fù)系。

4 三系配套的應(yīng)用

2000年，在篩選“湘遠(yuǎn)A”胞質(zhì)不育系的同時(shí)，也篩選出了恢復(fù)系，并初步實(shí)現(xiàn)了三系配套，但由于不育系與恢復(fù)系的遺傳背景近似，恢復(fù)系的恢復(fù)譜比較窄，利用程度不高。隨著分子育種技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)引進(jìn)種質(zhì)資源，對(duì)不育系和恢復(fù)系進(jìn)行了進(jìn)一步的改造與篩選。2005～2012年，利用新選育的恢復(fù)系與不育系廣泛雜交，每年選配了100個(gè)以上的組合進(jìn)行株行比較試驗(yàn)，從中篩選出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的組合。通過(guò)8 a的研究，篩選出5個(gè)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，其中組合湘Z7與大面積推廣的對(duì)照湘雜棉8號(hào)產(chǎn)量相當(dāng)。

強(qiáng)優(yōu)勢(shì)胞質(zhì)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(fù)株率100%；田間表現(xiàn)整齊，田間通透性較好，植株前期長(zhǎng)勢(shì)旺且整齊度好，后期長(zhǎng)勢(shì)減弱；棉鈴卵圓形，單株成鈴35個(gè)，單鈴重6.2 g，比大面積對(duì)照增產(chǎn)1.01%，衣分43.5%，纖維長(zhǎng)度30.69、馬克隆值4.71、比強(qiáng)30.5 cN/tex。

5 結(jié)論與討論

5.1 初步實(shí)現(xiàn)了三系配套

通過(guò)近40 a的研究，選育出棉花胞質(zhì)不育系“湘遠(yuǎn)A”系列，同時(shí)篩選出優(yōu)異的種質(zhì)資源做為保持系，并通過(guò)遺傳過(guò)濾技術(shù)、雜交轉(zhuǎn)育和分子育種技術(shù)篩選出一批恢復(fù)系，實(shí)現(xiàn)了三系配套，育成的組合已開始在生產(chǎn)上試種，2013年進(jìn)行了小面積的高產(chǎn)示范，邀請(qǐng)專家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)評(píng)議，產(chǎn)量達(dá)到了大面積推廣的要求。

5.2 利用分子技術(shù)選育恢復(fù)系

恢復(fù)系的選育是棉花三系研究中最關(guān)鍵的一環(huán)，如何將不同優(yōu)良性狀的基因通過(guò)雜交、回交、復(fù)合雜交等基因聚合手段轉(zhuǎn)入到恢復(fù)系中，以創(chuàng)造具有多種性狀的優(yōu)良恢復(fù)系種質(zhì)材料。選育時(shí)，為獲得優(yōu)良的恢復(fù)系，利用回交轉(zhuǎn)育技術(shù)是篩選恢復(fù)系最常用方法。在研究中，為了在回交過(guò)程中省略每次測(cè)交，保證恢復(fù)基因不掉失，對(duì)恢復(fù)基因進(jìn)行SSR分子標(biāo)記輔助選擇，只保留含有恢復(fù)基因的單株，淘汰其余的單株，再在當(dāng)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(yàn)室提前完成，可減少田間試驗(yàn)工作量，提高工作效率，從而大大提高恢復(fù)系的選擇效率，縮短優(yōu)良恢復(fù)系培育進(jìn)程。

5.3 環(huán)境因素對(duì)三系雜交棉的影響

在三系配制雜交組合進(jìn)行優(yōu)系比較試驗(yàn)和強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的高產(chǎn)示范過(guò)程中，同一組合在多年的表現(xiàn)不一致，有的年份產(chǎn)量高，有的年份產(chǎn)量低。近年觀察發(fā)現(xiàn)，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(huán)境影響，其中氣溫的影響最大，表現(xiàn)在高溫不育，結(jié)鈴性較差，產(chǎn)量降低，這與國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果一致[10-12]。在多年的的保種和制種的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，在海南的環(huán)境條件下三系不育系的保種和制種的產(chǎn)量比在湖南條件下要高；然而這些研究還不系統(tǒng)、不深入，下一步將加大有關(guān)環(huán)境因素對(duì)胞質(zhì)不育系三系影響的研究。

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