陳旭升 趙亮 狄佳春

摘要：對(duì)雙親顯性低酚抗蟲(chóng)雜交棉F1、F2代的產(chǎn)量、纖維品質(zhì)、棉酚含量等性狀進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，2個(gè)雜交組合籽、皮棉產(chǎn)量均具有明顯的中親優(yōu)勢(shì);其中組合 WU082×WT188與有酚雜交棉對(duì)照蘇雜201相比，它的F1代籽棉、皮棉還表現(xiàn)出明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且F2代的皮棉產(chǎn)量也具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2個(gè)組合的F2代與F1代相比，其纖維長(zhǎng)度略有變短，纖維比強(qiáng)度略有變?nèi)?，馬克隆值略有變大。至于棉酚含量，2個(gè)組合F1、F2棉籽仁的游離棉酚含量均在 100 mg/kg 以內(nèi)，遠(yuǎn)低于飼料國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。表明只要親本選擇得當(dāng)，完全可以培育出棉酚含量在國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，且其雜交F1、F2代的產(chǎn)量均具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新一代顯性低酚抗蟲(chóng)雜交棉。

關(guān)鍵詞：顯性低酚棉;抗蟲(chóng)雜交棉;游離棉酚含量;雜交棉F1、F2代;雜種優(yōu)勢(shì)

中圖分類號(hào)：S562.035.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2021）16-0097-04

低酚棉的研究有相當(dāng)悠久的歷史。1959年，McMichael最先報(bào)道在 Hopi 棉中發(fā)現(xiàn)隱性低酚棉突變材料[1]，該突變體由2對(duì)純合隱性基因gl2和gl3所控制[2]。1966年，埃及Bahtim試驗(yàn)站的Afifi等通過(guò)32P誘變獲得1個(gè)無(wú)腺體突變體，定名為Bahtim110[3];Kohel研究顯示該突變體是受單顯性基因Gle2控制的質(zhì)量性狀[4]。Cheng 等對(duì)Gle2基因進(jìn)行了精細(xì)定位與候選基因篩選[5]。迄今國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的低酚棉遺傳育種試驗(yàn)，其原初種質(zhì)資源大多可追溯至上述2個(gè)具代表性的低酚棉突變系。

我國(guó)20世紀(jì)80年代曾一度掀起低酚棉育種與棉籽蛋白利用研究的高潮[6]。然而，由于低酚棉品種抗病蟲(chóng)能力較差，其產(chǎn)量水平相對(duì)不如常規(guī)有酚棉品種，因此在生產(chǎn)上一直未能大面積推廣應(yīng)用。2000年以來(lái)，我們一直致力于探索能在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用的低酚棉遺傳育種技術(shù)。陳旭升等總結(jié)了棉花無(wú)腺體性狀的遺傳及低酚棉產(chǎn)業(yè)化前景[7]，而后對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)低酚棉的抗病蟲(chóng)特性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示利用外源Bt等抗蟲(chóng)基因可以提高低酚棉對(duì)鱗翅目棉蟲(chóng)的生物學(xué)抗性[8]。2012年，我們對(duì)單親本顯性低酚棉F1、F2代的雜交優(yōu)勢(shì)規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示2個(gè)雜交組合F1代的棉酚含量很低，均在100 mg/kg以內(nèi)，其棉仁粉脫油前后的棉酚含量不存在顯著差異;但F2代棉籽仁的棉酚含量較高，2個(gè)組合棉仁的棉酚含量分別高達(dá)940.9、991.6 mg/kg，超過(guò)了動(dòng)物食料的安全標(biāo)準(zhǔn)。雖然通過(guò)機(jī)械壓油，可由棉籽油帶走一部分棉酚，使棉籽餅中的棉酚含量降至動(dòng)物安全飼用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)范圍（400 mg/kg）內(nèi)[9];但考慮大面積生產(chǎn)應(yīng)用，要保障這種雜種棉棉籽蛋白的飼用安全仍有一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究進(jìn)一步嘗試雙親本低酚抗蟲(chóng)雜交棉F1、F2代的利用技術(shù)。從理論上說(shuō)，這種低酚雜交棉收獲的F1、F2代種子的棉酚含量應(yīng)與顯性低酚親本相當(dāng);同時(shí)分析其雜交種F1、F2代在產(chǎn)量、品質(zhì)方面的雜種優(yōu)勢(shì)，旨在為新一代顯性低酚抗蟲(chóng)雜交棉在生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年，以抗蟲(chóng)顯性低酚親本W(wǎng)U082、WU115、WT188，配制2個(gè)雙親本顯性低酚雜交棉組合：[WU082×WU115]F1代、[WU082×WT188]F1代。2018年冬，雜交組合南繁加代得F2。

1.2 試驗(yàn)方法

2019年，在江蘇省睢寧縣王集鎮(zhèn)試驗(yàn)地種植親本W(wǎng)U082、WU115、WT188，雜交F1代、F2代組合：[WU082×WU115]F1代、[WU082×WT188]F1代、[WU082×WU115]F2代、[WU082×WT188]F2代，以雜交棉蘇雜201[10]為對(duì)照（CK）。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。全試驗(yàn)分次收吐絮籽棉，曬干合并，軋花得大樣衣分，以小區(qū)面積計(jì)算籽棉、皮棉產(chǎn)量。在吐絮盛期，收中部棉鈴20個(gè)，在室內(nèi)考種單鈴質(zhì)量、籽指、每囊粒數(shù);而后取皮棉樣品20 g，寄農(nóng)業(yè)部纖維品質(zhì)檢測(cè)中心測(cè)纖維品質(zhì)。利用Excel 2016統(tǒng)計(jì)軟件，統(tǒng)計(jì)F1、F2代有關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的平均值與雜交優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)。

F1代中親優(yōu)勢(shì)=（F1代籽皮棉產(chǎn)量-雙親籽皮棉產(chǎn)量中親值）/雙親籽皮棉產(chǎn)量中親值×100%;

F1代競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)=（F1代籽皮棉產(chǎn)量-對(duì)照籽皮棉產(chǎn)量）/對(duì)照籽皮棉產(chǎn)量×100%;

F2代中親優(yōu)勢(shì)=（F2代籽皮棉產(chǎn)量-雙親籽皮棉產(chǎn)量中親值）/雙親籽皮棉產(chǎn)量中親值×100%;

F2代競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)=（F2代籽皮棉產(chǎn)量-對(duì)照籽皮棉產(chǎn)量）/對(duì)照籽皮棉產(chǎn)量×100%。

1.3 棉酚含量測(cè)定

游離棉酚含量的測(cè)定采用苯胺比色法[11]。取各材料無(wú)腺體棉籽100粒，去棉籽殼得種仁。而后在實(shí)驗(yàn)室用研缽將種仁磨成粉，統(tǒng)一稱取各材料棉籽仁粉2 g，測(cè)游離棉酚含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量性狀表現(xiàn)

雙親本顯性低酚雜交棉產(chǎn)量與基本農(nóng)藝性狀見(jiàn)表1。由表1可知，2個(gè)雜交組合F1、F2代的籽棉、皮棉產(chǎn)量與雜交雙親的平均值相比均具有明顯的中親優(yōu)勢(shì)。其中，[WU082×WU115]F1代的籽棉、皮棉中親優(yōu)勢(shì)分別為5.8%、6.1%，F(xiàn)2代的籽棉、皮棉中親優(yōu)勢(shì)分別為2.8%、2.4%;[WU082×WT188]F1代的籽棉、皮棉中親優(yōu)勢(shì)分別為34.6%、33.5%，F(xiàn)2代的籽棉、皮棉中親優(yōu)勢(shì)分別為21.0%、23.0%。

從生產(chǎn)應(yīng)用考量，必須關(guān)注這2個(gè)組合與有酚雜交棉對(duì)照蘇雜201相比的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，[WU082×WU115]F1代與F2代的籽棉、皮棉產(chǎn)量均不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在生產(chǎn)上沒(méi)有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。[WU082×WT188]F1代的產(chǎn)量則具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其籽棉、皮棉產(chǎn)量分別比對(duì)照蘇雜201增產(chǎn)7.7%、9.9%;F2代的籽棉、皮棉產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)與F1代相比表現(xiàn)一定程度的衰退，其籽棉產(chǎn)量比對(duì)照蘇雜201減產(chǎn)3.2%，但皮棉產(chǎn)量仍比對(duì)照增產(chǎn)1.2%，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。結(jié)果顯示，只要雜交親本選擇得當(dāng)，完全可以篩選出F1、F2代的皮棉產(chǎn)量均具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的雙親本顯性低酚抗蟲(chóng)雜交棉。至于其他農(nóng)藝性狀，比如霜前花率，F(xiàn)2代比F1代略有降低;單鈴質(zhì)量，F(xiàn)2代比F1代略有提高;大樣衣分，F(xiàn)2代與F1代相當(dāng);籽指，F(xiàn)2代比F1代略有增大;每囊粒數(shù)，F(xiàn)2代比F1代略有增多（表1）。

2.2 纖維品質(zhì)性狀表現(xiàn)

雙親本顯性低酚雜交棉F1、F2代的纖維品質(zhì)如表2所示。由表2可知，2個(gè)雜交組合的F2代與F1代相比，其纖維長(zhǎng)度略有變短，纖維比強(qiáng)度略有變?nèi)酰R克隆值略有變高。就纖維品質(zhì)的中親優(yōu)勢(shì)來(lái)看，無(wú)明顯規(guī)律可循。其中纖維長(zhǎng)度[WU082×WU115]F1、F2代均表現(xiàn)為負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)，[WU082×WT188]F1、F2代均表現(xiàn)為正向中親優(yōu)勢(shì)。比強(qiáng)度，2個(gè)雜交組合F1、F2代均呈負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)。馬克隆值，2個(gè)雜交組合F1代呈負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)2代呈正向中親優(yōu)勢(shì)。

2.3 棉酚含量表現(xiàn)

由表3可知，2個(gè)雜交組合的雙親及其F1、F2代的棉酚含量均在100 mg/kg以內(nèi)，不及食料棉酚國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)（400 mg/kg）的1/5;而有酚棉對(duì)照的棉酚含量則超出了食料國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)13倍多。該研究展示了低酚棉綜合利用的一種新模式：通過(guò)雙親本顯性低酚抗蟲(chóng)棉雜交配組，完全可以選出F1、F2代棉籽蛋白的棉酚含量均遠(yuǎn)低于食料國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)，且籽棉、皮棉產(chǎn)量具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新組合。本研究展示的組合WU082×WT188，其F1、F2代的游離棉酚含量分別為28.3、36.1 mg/kg;且F1、F2代皮棉產(chǎn)量均具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，分別比有酚棉對(duì)照蘇雜201增產(chǎn)9.9%、1.2%。這是一個(gè)非常具有潛力的雜交棉新組合，未來(lái)在生產(chǎn)上具有推廣應(yīng)用潛力。

3 討論

近年來(lái)，國(guó)際社會(huì)對(duì)全球環(huán)境質(zhì)量的惡化與生態(tài)平衡的失調(diào)極為關(guān)注。2015年我國(guó)正式提出“綠色化”理念。所謂“綠色化”，就是倡導(dǎo)科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式。培育綠色產(chǎn)業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn) 是建設(shè)生態(tài)文明國(guó)家的重要抓手。

我國(guó)作為世界產(chǎn)棉大國(guó)，棉籽資源豐富。已知棉籽中含有豐富的蛋白質(zhì)，但由于棉酚的存在，影響棉籽蛋白資源的經(jīng)濟(jì)高效利用。在動(dòng)物食料中，棉籽蛋白須限量加入，一般不超過(guò)10%。國(guó)內(nèi)外曾研制許多方法來(lái)消除棉籽蛋白中的棉酚，但效果不太理想，要么破壞其中的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分，要么棉酚的清除效果不徹底。清華紫光股份有限公司曾開(kāi)發(fā)了一種專利技術(shù)，生產(chǎn)低酚棉籽蛋白粉[12]，可以使棉酚含量降低60%左右，即降到動(dòng)物食料的國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)（400 mg/kg）以內(nèi);但化學(xué)脫毒要消耗大量的能源，易造成環(huán)境污染。

另?yè)?jù)新華網(wǎng)最新報(bào)道，美國(guó)得克薩斯農(nóng)業(yè)與機(jī)械大學(xué)的拉索爾研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)RNA干擾技術(shù)培育出棉籽無(wú)酚、棉株有酚的新型轉(zhuǎn)基因棉花TAM66274，已獲美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)釋放[13]。這無(wú)疑給可飼用、可食用棉花的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)新的基因資源。不過(guò)與之相比，本研究利用的全株無(wú)腺體顯性基因的低酚棉仍具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

低酚棉籽純度跟蹤監(jiān)控方面的優(yōu)勢(shì)。顯性低酚棉在苗床即可首次去雜，在大田還可以進(jìn)行第2次去雜。這樣可以保證低酚棉種100%無(wú)酚，有效預(yù)防故意以有酚棉冒充低酚棉，或無(wú)意中夾帶有酚棉的機(jī)械混雜，或棉花異花授粉可能帶來(lái)有酚棉基因的天然混雜，從而大大減輕加工企業(yè)的質(zhì)量跟蹤檢測(cè)成本。相比之下，棉籽無(wú)酚、植株有酚的品種類型，一旦與有酚棉發(fā)生有意或無(wú)意的混雜，其甄別或分離都相當(dāng)困難。

顯性無(wú)腺體突變體屬于自然突變體，不需要做轉(zhuǎn)基因安全性評(píng)價(jià)，可以直接推廣應(yīng)用。而利用RNA干擾技術(shù)培育的棉籽無(wú)酚、棉株有酚的新型轉(zhuǎn)基因棉花則須要進(jìn)行嚴(yán)格的轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)應(yīng)用安全性評(píng)價(jià)，而后才能推廣應(yīng)用。

與種子無(wú)酚、棉株有酚的新型棉花品種培育相比，利用顯性低酚雜交棉的雜種優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、抗性與品質(zhì)等性狀的互補(bǔ)平衡，更易達(dá)到各種經(jīng)濟(jì)性狀的綜合改良。

鑒于棉花雜交制種成本逐年上升，在生產(chǎn)上大面積使用雜交棉F1代不太現(xiàn)實(shí)，可考慮雜交棉F2代的利用。由于棉花基因組大而復(fù)雜，具備F2代產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)生產(chǎn)實(shí)踐也已證明雜交棉F2代具有可以利用的雜種優(yōu)勢(shì)[14-16]。至于雙親本顯性低酚雜交棉的F1、F2代雜種優(yōu)勢(shì)利用，未見(jiàn)報(bào)道。本研究證實(shí)，雙親本顯性低酚雜交棉的某些組合完全可以實(shí)現(xiàn)其F1、F2代棉籽仁的棉酚含量低于食料國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)，且籽棉、皮棉產(chǎn)量具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其在生產(chǎn)上具有推廣應(yīng)用潛力。

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