棉花育种方法

陆地棉与野生棉种间杂交 胚珠受精百分率
棉花种间杂交结铃率、成胚率
（梁正兰等，中国科学C，2001，31（2）：120～124）
棉花种间杂交育成的品种
（梁正兰等，中国科学C，2001，31（2）：120～124）
棉花种间杂交育种进展
（梁正兰等，中国科学C，2001，31（2）：120～124）
雄性不育起点温度27℃, 在湖南不育时间30天左右。
棉花现有细胞质雄性不育类型
不育系名称 C9 所属细胞质 作者及培育年份 三系配套情况 异常棉（B1） Meyer, 1965 育性不稳定
亚洲棉（A1） Meyer, 1965 P24-6等 亚洲棉（A2） 韦贞国等，1987 HAMS16、277 哈克尼系棉 Meyer, 1975 （D2-2） 陆地棉[（AD） Thombre & 1] Mehetre, 1979 104-7A 海岛棉[（AD） 贾占昌，1979 2] 湘远A 海岛棉 周世象，1992
棉花杂交过程
棉花杂种后代系谱选择方法
1. F1选优良组合。 2. F2代单交组合种植1000～1500株，复交组合种 植1500～2000株，选衣分、衣指、纤维长度、 强度等遗传力高的性状。 3. F4代开始选单株结铃数、铃重、皮棉产量等遗 传力低的性状。 4. 衣分、衣指、子指、一些纤维品质性状等遗 传力高的性状可以直接选择。 5. 可通过第一果枝节位、生育期、霜前花率选 择早熟性，通过衣分、衣指、子指选择丰产 性，通过单株结铃数选择皮棉产量。
棉花杂种后代混合选择方法
• F1选优良组合；F5代以后基因型基本纯 合后选单株，但F2代有多种不同方法：
1. 按类型选株混合种植 2. 只剔除劣株，保留株混合种植 3. F2代选株，以后各代按株系混合种植
• 在早期世代应促进异交，如随机交配、 分裂交配、轮回选择，有利于打破不利 连锁、获得优良基因重组体。
棉花利用标记性状制种
• 依据 利用具有隐性性状（如无腺体、芽黄、子叶无紫 基点等）亲本作母本，在生产的杂种F1可根据标 记性状的有无，剔除假杂种，获得真杂种，从而 提高制种效率，降低制种成本。 • 利用无腺体制种方法 以低酚棉湘棉4号为母本，有酚棉作父本，分区 种植，母本面积为父本的4～5倍，制种区与非制 种区相距100m以上，在8:00～9:30am进行不去雄 授粉，混收杂交棉铃，根据苗期下胚轴腺体性状 的表现，剔除因自花授粉结实产生的假杂种。
棉花杂种优势利用途径
• • • • • 手工制种 利用标记性状 利用核不育系 利用质不育系 化学杀雄
棉花人工去雄杂交制种方法
依据：
• 棉花的花期长，花器大，人工去雄容易 • 每授粉一朵花可产生20多粒种子，一个人一天去雄授粉可生产0.5公斤以上杂 交种子 • 为了节约利用杂交种子，可配合营养钵育苗移栽，适当扩大杂种种植的行距 和株距。
棉花杂种优势的表现
• 前期生长发育快，叶面积大，生物学产量高； • 现蕾、开花、吐絮早； • 陆地棉品种间杂种铃数和铃重优势明显，陆海种 间杂种只有铃数优势明显； • F1产量竞争优势一般为10%～20%，F2的产量优势 约为F1的一半； • 陆地棉品种间杂种纤维性状与中亲值相近，陆海 杂种纤维强度略优于中亲值，比现有中长绒陆地 棉品种产生更强的纤维。
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－ III － － － V， IV － V － － － － － － － －
部分不育
完全不育 部分不育 完全不育 完全不育 完全不育 花药不开裂 完全不育 完全不育 完全不育 完全不育 完全不育 完全不育 部分不育 完全不育 完全不育 完全不育
棉花“一系两用”杂交制种技术
棉花温敏核不育系
WS-2 湘棉 10号
农杆菌 转化棉 花程序
Cultivation approvals for cotton biotech products
Purcell JP, et al, 2010. DOI 10.1007/978-3-642-04796-1_5
转基因 抗虫、抗草甘膦棉花新品种。 子叶期棉苗 喷草甘膦20ug/ml
加速棉花育种进程
• 南繁加代（2代/年） 将F1、F3、F5、F7代在海南三亚冬繁，冬繁 材料有一定优势，可进行有效选择。 • 温室加代（2～3代/年） 在20℃以上温室播种，苗蕾期和花铃期温 度分别控制为26℃ /20利用
棉花杂种优势利用研究简史
• 1908年Balls发现陆海杂种一代在株高、纤维 长度、花期、种子大小等性状具有优势 • 1960年Justus 和Leinmeber报道第一个核不育 基因ms1，我国1970年发现洞A核不育系 • 1965年Meyer报道第一个细胞质雄性不育系， CMS细胞质来自异常棉，我国1979年育成具有 海岛棉细胞质的CMS系 • 1970年印度Patel 发放世界上第一个陆地棉杂 交种H4，成功应用于生产。印度杂种棉面积占 40%、总产占48%，中国杂种棉面积占10%左右， 湖南是我国第一个普及杂交棉的省，主要为抗 虫杂交棉，正在实现杂种棉一代化。
对照（湘棉10号）
多抗1号
（抗虫+抗除草剂+抗枯萎病）
Characteristics of the commercial varieties of Bt Cotton
Deguine JP, et al. 2008. DOI 10.1007/978-90-481-2666-8_27
Potential genes conferring pest resistance in cotton.
棉花杂种优势模式
• 长江流域棉区主栽品种与黄河流域棉区主 栽品种互配，容易筛选出高优势杂交种。
棉花转基因育种
Average cotton yields and adoption rates of biotechnology in the United States
Purcell JP, et al, 2010. DOI 10.1007/978-3-642-04796-1_5
New cotton traits in development
glufosinate resistance lepidopteran resistance
Drought tolerance
Lygus resistance
Purcell JP, et al, 2010. DOI 10.1007/978-3-642-04796-1_5
棉花中已发现的19个核不育基因
基因符号 棉 种 连锁群 育性表现
ms1
ms2 ms3 Ms4 ms5ms6 Ms7 ms8ms9 Ms10 Ms11 MS12 ms13 ms14 ms15 ms16 Ms17 Ms18 Ms19
陆地棉
陆地棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 海岛棉 海岛棉 海岛棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 陆地棉 海岛棉 海岛棉
泗棉3号的亲本血缘关系
福字6号 斯字2B 德字531 岱字15
彭泽1号 × 徐州209
斯字2B
乌干达棉
陕棉3号 ×
川52-128
中棉所7号 × 徐州142 河南79 泗棉791
陕棉9号
×
泗棉1号
× 泗棉3号
新洋76-75
棉花种间杂交亲和性
（潘家驹主编，棉花育种学，中国农业出版社，1998）
陆地棉与野生棉种间杂交 有花粉管胚珠百分率
三裂棉 三裂棉（D8） Stewart, 1992
育性不稳定 育性不稳定 完全不育，已 三系配套 完全不育，已 三系配套 完全不育，已 三系配套 完全不育，已 三系配套 完全不育，已 三系配套
棉花细胞质雄性不育杂种制种问题
• 恢复系少，组合筛选自由度小； • 育性恢复能力不稳定，特别是在高温条件 下，育性恢复能力差； • 恢复系转育费时费工； • 哈克尼西棉CMS细胞质导致雌性部分不育， 可导致减产5%～8%，三系杂种比人工制种 杂种产量低15%左右； • 传粉媒介问题。
John1ME, Stewart J McD. 2010. DOI 10.1007/978-90-481-3195-2_35
中国棉花转基因育种的目的基因
Promoters Useful in Transgene Expression in Fiber
John1ME, Stewart J McD. 2010. DOI 10.1007/978-90-481-3195-2_35
棉花育种方法
棉花育种的几个特点
• 育种目标与自然选择的矛盾 衣分与子指负相关，纤维品质与产量负相关 • 育种的遗传基础狭窄 中国陆地棉品种多系美国引进的岱字棉、斯字 棉、珂字棉、金字棉、脱字棉等的后代，它们 来源于墨西哥一个陆地棉家系的12个棉株 • 天然异交率高，纯合困难 天然异交率2%～10%，高的可达50% • 繁殖系数低 亩播种量750～1000g，繁殖系数50左右（20～ 80）
棉花不同选择强度、群体规模下育成的 F6品系的皮棉产量
中棉所12号的选育
乌干达4号 × 邢台6871
选择优株、繁殖优系
776429（F4）
在病圃采用集团选择法混收丰产性 好、耐黄萎病植株，连续筛选2年 单株选择1年
入选单株直接播入混生病圃进行抗性鉴定 入选3个株系混种互交，最终育成中棉所12号
（抗病、丰产、纤维品质综合性状优良）
棉花杂交育种
棉花育种的亲本
• 1950年以来育成的103个特早熟品种中，98个 （95.2%）与金字棉有亲缘关系。 • 抗枯萎病品种中，135个（71.43%）来自岱字棉15， 其中110个（58.2%）利用了57-681（选自岱字棉 15）。 亲缘关系近 • 20世纪80～90年代在长江、黄河流域推广100万亩 需要扩大亲本来源范围 以上杂交育成品种，有斯字棉2B血缘的23个 改进杂交方式 （如采用双列选择交配法、混交） （50%）、岱字棉15血缘的24个（52.2%）、乌干 达3号、4号血缘的15（32.6%）。
方法: • 将双亲分片稀植，培育壮苗，调节花期，使开花成铃期控制在7 月中旬至8月下旬的45～50天时间里（集中成铃） • 3～7pm选母本植株上花冠长约3cm、变白变软、露出苞叶顶部的 花蕾去雄（徒手去雄） • 6am前对判断不准或漏去的花蕾进行补去雄，7am前后收集花粉 • 8～11am用收集的花粉进行人工授粉（小瓶授粉），授粉要均匀、 充足，尽量避免漏授粉，防止雨水。 • （全株制种）制种前后要注意去掉不必要的果枝和花蕾、棉铃。