錢玉源，劉祎，崔淑芳，王廣恩，張曦，金衛(wèi)平，李俊蘭

（河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051）

隨著紡織工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)紡織企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，紡織設(shè)備向數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變，對(duì)紡織原料棉花的纖維品質(zhì)提出了更高要求[1]。如何在保證穩(wěn)產(chǎn)的前提下，協(xié)調(diào)產(chǎn)量與纖維品質(zhì)的關(guān)系，培育出豐產(chǎn)性好且纖維品質(zhì)符合現(xiàn)代紡織企業(yè)需求的棉花新品種是我國(guó)目前棉花育種工作的難題。

棉花的經(jīng)濟(jì)性狀多為數(shù)量性狀，由多基因控制[2]，且經(jīng)濟(jì)性狀（產(chǎn)量、品質(zhì)） 之間往往存在著負(fù)相關(guān)[3]，因此，協(xié)同改良棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)存在一定困難。隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展，目前獲得了大量與產(chǎn)量、纖維品質(zhì)等性狀相關(guān)的QTL 位點(diǎn)或基因，這為利用分子標(biāo)記輔助選擇和轉(zhuǎn)基因技術(shù)協(xié)同改良棉花產(chǎn)量與品質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。石玉珍等[4，5]獲得了一個(gè)在不同的遺傳背景下，經(jīng)過(guò)多代雜交、回交和自交后，能夠穩(wěn)定遺傳且QTL 效應(yīng)穩(wěn)定的高強(qiáng)纖維主效QTL，并且利用此高強(qiáng)纖維主效QTL 的分子標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇能夠顯著提高后代材料的棉花纖維強(qiáng)度。郭旺珍等[6]通過(guò)分子標(biāo)記對(duì)位于不同連鎖群上的2 個(gè)QTL聚合選擇，所選單株的纖維強(qiáng)度顯著提高，研究結(jié)果為利用分子標(biāo)記輔助聚合優(yōu)質(zhì)QTL 提供了成功實(shí)例。轉(zhuǎn)iaaM 棉花種質(zhì)系IF-11 是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因高衣分優(yōu)質(zhì)種質(zhì)，將iaaM 轉(zhuǎn)育到綜合性狀優(yōu)良的棉花品系后能夠顯著改良衣分和馬克隆值[7～9]。雖然利用分子標(biāo)記輔助選擇能夠提升遺傳改良的效率，但是QTL 多數(shù)效應(yīng)不高，且一些標(biāo)記在不同遺傳背景中表現(xiàn)不穩(wěn)定，易受遺傳背景影響，真正能夠應(yīng)用于棉花纖維品質(zhì)輔助育種的分子標(biāo)記數(shù)量不多，這大大限制了分子標(biāo)記輔助育種的應(yīng)用[10]。另外，產(chǎn)量和品質(zhì)的形成是受到基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的，通過(guò)調(diào)控一個(gè)或幾個(gè)基因的表達(dá)往往不能改善目標(biāo)性狀，此外基于組織培養(yǎng)的棉花轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化效率低，同樣限制了轉(zhuǎn)基因技術(shù)在棉花遺傳改良上的應(yīng)用。

目前傳統(tǒng)育種技術(shù)仍然是棉花遺傳改良最有效的方式，但采用單交方式難以打破不利連鎖實(shí)現(xiàn)基因的優(yōu)化重組，不利于產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同改良[11]。棉花產(chǎn)量構(gòu)成要素（單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分） 的遺傳以加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)為主，品質(zhì)三要素（纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、馬克隆值） 的遺傳以加性效應(yīng)為主，這為我們采用多親本逐次雜交，漸進(jìn)協(xié)同改良棉花產(chǎn)量和品質(zhì)提供了理論依據(jù)[12]。研究表明，利用隨機(jī)互交法[13]、修飾回交法[11]、階梯式復(fù)交育種法[14]能夠有效協(xié)調(diào)棉花各性狀之間的關(guān)系。在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年優(yōu)質(zhì)棉育種經(jīng)驗(yàn)，提出了采用多類型親本逐次雜交，漸進(jìn)協(xié)同改良棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的策略培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種的方法（簡(jiǎn)稱“漸進(jìn)法”）。該方法采用引入多類型親本的措施豐富雜交后代群體的遺傳信息，使各基因座具有更多的相對(duì)基因，提高有利基因的概率；采用逐次雜交的方式增加重組和打破連鎖的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造更多的變異；采用連續(xù)定向選擇的方法聚合有利基因，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)的同步改良。利用該方法已培育出系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種，如冀棉616[15]、冀863[16]、冀棉315、冀棉803 等。

1 利用漸進(jìn)法育種的概述

1.1 制定育種目標(biāo)

育種目標(biāo)是親本選配和后代材料選擇的依據(jù)，是育種實(shí)施的基礎(chǔ)。通過(guò)與紡織企業(yè)對(duì)接、調(diào)研分析，確立了以滿足產(chǎn)業(yè)需求的纖維品質(zhì)為育種目標(biāo)，即：上半部纖維長(zhǎng)度≥30 mm，斷裂比強(qiáng)度≥30 cN/tex，馬克隆值3.5～5.0。產(chǎn)量目標(biāo)為與區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種產(chǎn)量相當(dāng)。選擇條件為枯、黃萎病混生病圃，種植密度45 000 株/hm2。在早熟、抗病的基礎(chǔ)上，單株結(jié)鈴數(shù)15 個(gè)左右，單鈴重5.5 g 左右，衣分38%以上。

1.2 實(shí)施育種策略

漸進(jìn)法的核心在于親本選配。在選育實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)每次雜交后代的表現(xiàn)，選配新的親本材料改良缺陷性狀，直至各性狀符合育種目標(biāo)。具體實(shí)施過(guò)程為：選擇綜合性狀優(yōu)良但目標(biāo)性狀不足的材料做母本，以目標(biāo)性狀優(yōu)良、其他性狀較好的材料做父本，配制組合；在后代纖維品質(zhì)表現(xiàn)趨于穩(wěn)定后，根據(jù)品質(zhì)性狀和產(chǎn)量性狀表現(xiàn)，繼續(xù)選擇具有目標(biāo)性狀的適宜親本做父本，再次雜交、選擇，漸進(jìn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的協(xié)同改良，達(dá)到育種目標(biāo)要求。棉花產(chǎn)量和品質(zhì)性狀屬于多基因控制的數(shù)量性狀，單次雜交很難實(shí)現(xiàn)各性狀的協(xié)同改良。在綜合性狀優(yōu)良但某一性狀需要改良的情況下，選擇具有目標(biāo)性狀而其他主要性狀相近的資源材料做雜交的另一親本，會(huì)更有利于促進(jìn)各性狀優(yōu)良基因的累加和優(yōu)良性狀的聚合，避免目標(biāo)性狀表現(xiàn)變異太大、穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。

2 利用漸進(jìn)法育種的效果

2.1 培育出系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花品系

對(duì)征集到的大量種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定、評(píng)價(jià)后，利用漸進(jìn)法，選擇不同類型的親本材料組配大量雜交組合，結(jié)合多年的定向選擇，已獲得一大批產(chǎn)量性狀較好、纖維品質(zhì)性狀優(yōu)良配套的優(yōu)良品系。這些品系的皮棉產(chǎn)量多數(shù)能達(dá)到1 500 kg/hm2以上，纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度大多能達(dá)到“雙30”，馬克隆值介于3.9～5.0（表1）。

2.2 培育出系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種

利用漸進(jìn)法，先后培育出冀棉616、冀863、冀棉315、冀棉803 等系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種（表2）。首先，利用遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)創(chuàng)制類型豐富的親本材料，如冀棉616、冀棉315、冀棉803 共用親本596 系包含4 個(gè)海島棉、4 個(gè)陸地棉和海南島野生棉的遺傳信息，新陸中8 號(hào)包含陸地棉、海島棉和瑟伯氏棉等的遺傳信息，富含優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)相關(guān)基因，這為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種培育提供了遺傳基礎(chǔ)。然后，采用多類型親本逐次雜交的策略，增加重組和打破連鎖的機(jī)會(huì)，聚合各親本的有利基因，結(jié)合定向選擇實(shí)現(xiàn)各親本間有利基因的最佳組合。最后，經(jīng)抗病、抗蟲、生態(tài)適應(yīng)性鑒定，培育出上述系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種。

該系列棉花品種的纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度基本能達(dá)到“雙30”，其中冀863 的纖維品質(zhì)達(dá)到了河北省棉花品種審定標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型品質(zhì)和國(guó)家優(yōu)質(zhì)棉AA 檔次；皮棉總產(chǎn)量達(dá)到1 500 kg/hm2以上，均超區(qū)試高產(chǎn)對(duì)照；均具有較好的抗病性，其中冀棉616、冀棉315 兼抗枯萎病和黃萎病。

3 利用漸進(jìn)法育種的實(shí)施過(guò)程——以冀863 為例

3.1 冀863 的育種過(guò)程

選擇遺傳基礎(chǔ)豐富且性狀優(yōu)異的新陸中8 號(hào)、GK12、89-127（中117 選）、海島棉K2 等5 個(gè)材料做親本進(jìn)行逐次雜交，經(jīng)過(guò)多年定向選擇，培育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花新品種冀863。

3.1.1 第1 次雜交培育出高產(chǎn)親本599 系 以產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀等綜合性狀優(yōu)良的新陸中8 號(hào)（非轉(zhuǎn)基因、不抗棉鈴蟲，具有陸地棉、海島棉和瑟伯氏棉遺傳物質(zhì)，遺傳基礎(chǔ)豐富） 為母本，以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉GK12 為父本配制組合，從后代中選出599 區(qū)系。該品系生育期130 d，抗棉鈴蟲，結(jié)鈴性好，產(chǎn)量高，單鈴重5.9 g，衣分40.0%；但纖維品質(zhì)一般，上半部平均長(zhǎng)度30.0 mm，比強(qiáng)度28.5 cN/tex，馬克隆值5.1。

表1 利用漸進(jìn)法培育的系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花品系及其性狀表現(xiàn)Table 1 A series of high quality and high yield cotton lines cultivated by progressive method and their traits

表2 利用漸進(jìn)法培育的系列優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)棉花品種及其性狀表現(xiàn)Table 2 A series of high quality and high yield cotton varieties cultivated by progressive method and their traits

3.1.2 第2 次、第3 次雜交培育出親本優(yōu)質(zhì)系1086 該系來(lái)自陸地棉優(yōu)質(zhì)系89-127（中117 選） 與海島棉的雜交后代。首先是89-127 與海7124（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所培育） 雜交，選擇后代優(yōu)株與海島棉K2〔（前） 蘇聯(lián)引進(jìn)〕再次雜交，經(jīng)過(guò)12 代的分離選擇，培育出優(yōu)質(zhì)棉品系。該品系纖維品質(zhì)好，纖維上半部平均長(zhǎng)度30.5 mm，比強(qiáng)度33.5 cN/tex，馬克隆值4.5，抗枯萎病和黃萎病性能較好。

3.1.3 第4 次雜交培育出冀863 針對(duì)599 系的表現(xiàn)，為進(jìn)一步改良纖維品質(zhì)，提高斷裂比強(qiáng)度，選用品質(zhì)好的優(yōu)良品系1086 為父本進(jìn)一步雜交后，在枯黃萎病病圃脅迫、棉鈴蟲不防治（自然發(fā)生） 條件下，F(xiàn)1～F3代優(yōu)株混合選擇，經(jīng)過(guò)田間觀察、室內(nèi)考種、纖維品質(zhì)測(cè)試，選擇抗病、抗蟲、纖維品質(zhì)優(yōu)良的單株混收。自F4代開始單株選擇，至F8代選出863 系。該品系纖維品質(zhì)優(yōu)良，長(zhǎng)、強(qiáng)、細(xì)指標(biāo)配套；抗蟲性、抗病性、產(chǎn)量表現(xiàn)均較好；霜前皮棉較對(duì)照DP99B 增產(chǎn)21.2%，差異達(dá)顯著水平。同年，在河北省深州市、曲周縣和東光縣，對(duì)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病等性狀進(jìn)行了適應(yīng)性和穩(wěn)定性鑒定。2006 年參加河北省品種區(qū)域試驗(yàn)，2010 年通過(guò)河北省審定，2016 年通過(guò)山東省審定，2017 年通過(guò)山西省審定，2019 年通過(guò)河北省機(jī)采棉區(qū)試審定。

3.2 冀863 的品種表現(xiàn)

在河北省冀中南春播棉組區(qū)域試驗(yàn)中，冀863 表現(xiàn)豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病性好。該品種全生育期126 d 左右；株高96.3 cm，單株果枝數(shù)13.4 個(gè)，第一果枝節(jié)位7.2 節(jié)，單株成鈴數(shù)16.3 個(gè)，單鈴重6.1 g，子指10.4 g，衣分40%，霜前花率93.3%；抗棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲，屬高抗枯萎、耐黃萎類型。2006年、2007 年、2009 年冀中南春播棉組區(qū)域試驗(yàn)，該品種皮棉產(chǎn)量分別為1 485.0、1 735.5、1 476.0 kg/hm2，其中霜前皮棉產(chǎn)量分別為1410.0、1633.5、1338.0kg/hm2。2009 年冀中南春播棉組生產(chǎn)試驗(yàn)，該品種皮棉產(chǎn)量為1 426.5 kg/hm2，其中霜前皮棉產(chǎn)量為1 282.5 kg/hm2。由農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行纖維品質(zhì)檢測(cè)，冀863 上半部平均長(zhǎng)度30.0 mm，斷裂比強(qiáng)度30.0 cN/tex，馬克隆值4.9，整齊度指數(shù)85.2%，伸長(zhǎng)率5.7%，反射率77.3%，黃度7.6，紡紗均勻性指數(shù)143。纖維品質(zhì)符合河北省棉花品種審定標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型和國(guó)家優(yōu)質(zhì)棉AA 檔次[17]。

4 討論

棉花產(chǎn)量與纖維品質(zhì)、早熟性和抗病性等性狀的負(fù)相關(guān)主要是由于基因連鎖造成的，單交、回交很難打破連鎖實(shí)現(xiàn)基因的重組，不利于同步改良產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀[4]。多親本逐次雜交與單交、回交相比，增加了親本的數(shù)目和類型，遺傳基礎(chǔ)和等位基因信息更豐富，增加了有利基因聚合的概率；逐次雜交同時(shí)也提高了染色體交換的概率，更利于連鎖的打破，另外采用逐次方式可以根據(jù)每次雜交的結(jié)果去選配新的親本，使改良更具方向性，更有利于基因聚合。

棉花纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度的加性相關(guān)為極顯著正相關(guān)，且纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度是累加性狀，所以兩性狀容易聚合，可以在棉花改良過(guò)程中同步提高[18，19]。利用漸進(jìn)法培育出的棉花品種冀863、冀棉315 和冀棉803，其纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度均達(dá)到了“30”，實(shí)現(xiàn)了兩者的同步改良。皮棉產(chǎn)量與纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度的加性效應(yīng)呈顯著負(fù)相關(guān)，所以在同步改良纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度時(shí)需增加皮棉產(chǎn)量指標(biāo)，協(xié)調(diào)產(chǎn)量與品質(zhì)，達(dá)到協(xié)同改良的目的。

借助分子標(biāo)記能夠更準(zhǔn)確、快捷地聚合目標(biāo)基因，實(shí)現(xiàn)多性狀的遺傳改良。目前在棉花中已經(jīng)定位到了大量與產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)的QTL 位點(diǎn)[20～22]，利用與這些位點(diǎn)緊密關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記輔助漸進(jìn)法的實(shí)施，勢(shì)必會(huì)顯著提升品質(zhì)和產(chǎn)量協(xié)同改良的效率及效果。