棉花阶梯式复交育种方法的建立与应用

棉花阶梯式复交育种方法的建立与应用摘要:介绍了一种棉花育种新方法——阶梯式复交育种法｡通过该方法获得了一批高产､抗病､抗虫､纤维品质优良的棉花亲本材料,拓宽了陆地棉的种质遗传基础,实现了多种性状的同步改良或多种优良性状基因的同步累加;育成了鄂棉23､EK288､C111､KB02等一系列综合性状优良的棉花新品种并在生产中得到广泛的推广应用,取得了显著的经济和社会效益｡关键词:棉花;阶梯式复交育种;建立;应用Establishment and Application of Step-shaped Complex Hybridization Method in Cotton BreedingAbstract: A new cotton breeding method, step-shaped complex hybridization method, was introduced. A batch of cotton parent lines with high yield, disease and pest resistance and high quality fiber was obtained by applying this method. The base of upland cotton germplasm genetic resources was widened. Synchronized modification of multiple characteristic or synchronized accumulations of multiple excellent genes was realized. A series of new cotton lines with excellent comprehensive characters that was acquired by using this method, such as Emian23, ED288, C111, KB02, was widely applied in production and notable economy and social efficiency was achieved.Key words: cotton; step-shaped complex hybridization breeding method; establishment; application棉花是世界性经济作物,我国是世界上最大的产棉国和消费国[1]｡促进棉花生产可持续发展是保障我国棉花产业安全的客观和现实要求｡我国原棉供需矛盾突出,常年缺口达400万t,已是仅次于大豆的第二大进口农产品｡人多地少和必须确保粮食安全的基本国情,决定了棉花产业可持续发展的策略必须是在提高棉花纤维品质的同时,注重挖掘单产潜力,走内涵扩大再生产的道路｡在诸多影响棉花产量的因素中,品种是主导因素,对单产增加的贡献率近40%[2]｡因此,棉花品种改良一直受到国内外的高度重视,品种改良技术不断得到创新｡就棉花而言,单性状品种改良技术不断得到发展,由系统选育发展到杂交育种,由常规技术发展到转基因育种和分子标记､生化辅助育种,等等｡1 棉花阶梯式复交育种的理论基础1.1 棉花主要经济性状的遗传研究在棉花性状遗传研究方面,对棉花的早熟性､丰产性､纤维品质､种子品质､抗病性､抗虫性等20多个性状进行了遗传分析,对这些性状的配合力､遗传力､遗传进度､基因效应､遗传相关､选择指数等遗传参数进行了估测｡初步摸清了这些性状的遗传特点和相互关系;同时对上述性状进行了通径分析､主成分分析､聚类分析､典型相关分析及灰色关联度分析,旨在为多性状选择和亲本分类提供依据｡1.2 棉花数量性状育种程序的建立与应用以上述遗传育种基础研究的成果为理论基础,吸收植物育种学､生物统计遗传学､系统工程学的部分原理和方法,结合育种实践建立了一套棉花数量性状育种程序,直接解答了棉花育种中一系列关键技术问题｡2 棉花阶梯式复交育种方法的创立在棉花主要经济性状遗传及其在育种中的应用以及棉花数量性状育种程序的建立与应用等研究中,摸索出了一种新的棉花育种方法——棉花阶梯式复交育种法｡2.1 棉花阶梯式复交育种方法的模式棉花阶梯式复交育种方法是一个连续杂交和连续选择的育种模式(图1),连续杂交不断输入新的种质,使有利基因连续积累,不断丰富杂交群体的遗传基础,再经过连续选择,在不同世代的杂交群体中不断选出优良的单株､株系和育种中间材料或品种｡在育种过程中,采用连续杂交和连续选择的育种模式,根据育种目标选择亲本,应用不同亲本不同性状互补的原理,采用丰产､优质､抗病等不同类型的品种逐步进行杂交,使各亲本的丰产､优质､抗病虫(逆境)等多个性状聚合到杂交后代中｡在杂交过程中,应把综合性状好的优良亲本放在后面杂交｡在后面的复交F1代中,尽量选择综合性状好的优势植株和亲本杂交,同时可以选择杂交后代的优势单株与亲本杂交｡在后代选择中,根据育种目标,可在F2代就开始选单株,F2就实行群体､单株的选择模式｡2.2 棉花阶梯式复交育种技术的改良效果2.2.1 对产量及其组分的改良效果利用阶梯式复交育种技术,三交群体的子棉､皮棉产量比单交群体的分别增加8.25%和14.85%,四交群体的比三交群体的又增长3.58%和5.78%;三交群体的衣分比单交群体的增加6.36%,四交群体的比三交群体的增加2.19%;单株铃数和单铃重也有同样的增加趋势｡2.2.2 对纤维品质的改良效果随着亲本和杂交次数的增加,该育种方法的各个杂交组合的纤维长度和比强度都有明显的增长趋势｡三交组合的平均 2.5%跨长和比强度分别比单交组合增长 1.44%和3.15%,四交组合Ⅰ的比单交组合的分别增长3.90%和4.21%,四交组合Ⅱ的比单交组合的分别增长9.20%和8.82%,四交组合的比三交组合的又有不同程度的增长｡由于马克隆值越小,纤维越细,四交组合群体的马克隆值较单交､三交都有明显下降,表明随着亲本数量和杂交次数的增加,纤维细度也得到了较好的改良｡2.2.3 对产量和纤维品质的综合改良效果四交群体在高产､优质的结合上有明显进展｡四交组合的皮棉产量比单交组合的增长17.16%,比三交组合增长2.40%;纤维长度比单交组合增长 4.20%,比三交组合增长3.47%;比强度比单交增长6.30%,比三交增长3.45%;马克隆值与单交相近,比三交下降8.33%｡说明该育种体系不仅在丰产､优质的结合上有明显效果,而且对纤维品质的长､强､细都有明显改进｡2.2.4 对杂交群体的选择效果研究结果指出,三交､四交组合的选系在丰产､优质､抗病､抗虫的结合上有明显进展｡随着杂交次数的增加,按照育种目标选择的入选率也有明显提高｡如在280个株行中,单交后代的入选率占8.57%,三交后代的占16.07%,四交后代的占35.36%｡从棉花阶梯式复交育种方法提出到现在,我们一边对该方法进行不断完善,一边在棉花育种工作中加以应用｡棉花阶梯式复交育种的方法步骤是:①引进和创造亲本;②分级分阶梯逐步杂交;③进行不同世代的选择;④对有价值的株系进行利用｡对中选的株系,根据其纤维品质､丰产性､抗病性､抗虫性､抗逆性等表现,分门别类加以利用,或直接参加区试,选育出常规棉品种,或作为杂交棉亲本,选育出新的杂交棉组合｡3 棉花阶梯式复交育种方法的应用3.1 通过阶梯式复交育种体系选育大批的优良亲本材料借助于阶梯式复交育种方法,通过“杂交—选择—再杂交—再选择”的育种程序,既对历史上多年稳定的优良材料连续不断地长期继承,又能根据时代要求注入新的“目的基因”,不断发展提高,大量优良基因重组聚合的速度明显加快,“滚雪球”式地向前发展,创造了庞大的变异群体,形成了完整的棉花育种技术体系,人们可以根据育种目标,在该体系内自由地选取所需要的各种材料,大大加快了棉花新品种选育的进程｡3.2 通过阶梯式复交育种体系选育出棉花新品种自“八五”初期正式提出阶梯式复交育种方法以来,近20年来我们一直围绕这一方法进行系统研究,逐步形成了棉花阶梯式复交育种体系,同时将该体系应用于棉花育种实践,培育了大量的遗传基础丰富,综合性状优良的育种材料(表1),大大提高了育种效率,加速了育种进程,培育出一系列棉花新品种｡3.2.1 “九五”期间选育出棉花品种1个“九五”期间利用阶梯式复交育种方法选育出杂交棉新品种鄂杂棉3号,于2000年通过湖北省品种审定｡该品种是由棉花阶梯式复交育种体系的株系中选取的两个优系“67008”和“38”杂交而成｡3.2.2 “十五”期间选育出棉花品种1个“十五”期间选育出棉花品种鄂棉23｡鄂棉23是根据阶梯式复交育种方法从{[(3208×邢台6871)×荆棉4号]×4643}×3247五交组合中选育出3021株系,该株系于1989年开始配组;到1992年形成五交组合;1995年进行单株选择;1996年进入鉴定圃;1997年和1998年进入品比试验;1999年参加本所联合品比试验;2000年参加湖北省棉花区试预试;2001年和2002年参加湖北省区试,2003年通过湖北省品种审定,命名为“鄂棉23”[3]｡3.2.3 “十一五”期间选育出棉花新品种3个转基因抗虫杂交棉新品种EK288是于2001年用“79049”作母本､“6068”作父本配组而成,2008年通过湖北省审定[4]｡母本“79049”:1998年引进GK19(后定名为鄂抗棉1号)作为亲本进入到阶梯式复交育种体系,因抗虫Bt基因属显性基因,可利用卡那霉素进行鉴定,故从F2代起即开始定向选择,于2001年选出优良株系“79049”作为杂交组合的母本｡父本“6068”:1992年利用阶梯式复交育种方法配置五交组合{[(3208×邢台6871)×荆棉4号]×4643}×3247,通过系谱选择方法于1996年选育出“3021”(后定名为鄂棉23),再经连续定向系统选育于2001年选出优良株系“6068”,作为杂交组合的父本｡国审棉花新品种C111是于2003年用“97049”作母本､41系作父本配组而成,2009年通过国家品种审定｡其中父本41系是EK288母本“79049”后代的选系材料[5]｡转基因抗虫杂交棉新品种KB02的父本“5712”的选育也采用了阶梯式复交育种方法,于2003配组,2004年参加品比试验,2005､2006､2007年连续3年进行多点品比,2008､2009年通过湖北省棉花区试和生产试验,2010年通过湖北省品种审定并命名｡3.3 选育的棉花品种在生产上的推广应用由于应用了棉花阶梯式复交育种方法,所选育的品种综合性状表现突出,适应性好,符合生产需要,得到大面积推广应用｡1)鄂杂棉3号2000年审定,2002､2003年连续两年被列为湖北省主推棉花品种,其中2002年省内推广面积达7.27万hm2,总推广面积超过40万hm2,共创造社会效益2.6亿元,2002年获湖北省科技成果推广二等奖｡2)超高产专用棉新品种鄂棉23,2003~2006年累计推广应用面积8.41万hm2,增收节支总额1.89亿元,经济社会效益显著｡2007年获湖北省科技进步三等奖｡3)新品种EK288､C111､KB02,2008~2010年在江汉平原的潜江､天门､荆州和鄂北的枣阳以及鄂东的武穴等县(市)建立了棉花新品种示范基地5个,辐射推广EK288､C111等新品种及配套栽培技术面积达11万hm2左右｡在2009年农业部组织的棉花高产创建活动中,种植EK288的一个高产农户和一个百亩示范片通过了专家组验收,得到了湖北省农业厅的表彰｡2009年湖北省农业厅组织7个棉花新品种在6个县市进行示范种植,EK288产量居第一位｡2009年在农业部组织的品质抽样检测中,EK288纤维品质居湖北省抽样品种第一名｡由于EK288在生产示范中的突出表现,该品种被列为2010年湖北省棉花主导品种,2011年推广面积达3万多公顷,估计2012年推广面积会突破6万hm2｡参考文献:[1] 毛树春,喻树迅.WTO与中国棉花[M].北京:中国农业出版社,2002.11-24.[2] 喻树迅,范术丽.我国棉花遗传育种进展与展望[J].棉花学报,2003,15(2):120-124.[3] 余隆新,詹先进,蓝家样,等.鄂棉23高产关键栽培技术研究[J].湖北农业科学,2007,46(2):206-207.[4] 詹先进,蓝家样,张兴中,等. 杂交棉花新品种EK288的选育与应用[J].湖北农业科学,2008,47(7):770-771.[5] 詹先进,蓝家样,陈全求,等.杂交棉花新品种C111的选育与应用[J].中国棉花,2010,37(3):24.。