棉花油分含量與耐鹽性協同改良技術研究

郭寶生，劉素恩，趙存鵬，王兆曉，王凱輝，李丹，劉建民，吳世元，韓玉紅，耿軍義*

（1.河北省農林科學院棉花研究所/農業農村部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/ 國家棉花改良中心河北分中心，河北 石家莊 050051；2.石家莊市民豐種子有限公司，河北 石家莊 050031；3.河北澳金種業有限公司，河北 故城 253800；4.邯鄲市農業環境與農產品質量監督管理站，河北 邯鄲 056002）

陸地棉（Gossypium hirsutum）既是重要的經濟作物，又是耐鹽的先鋒作物，具有較強的耐鹽能力，是開發和生物改良鹽堿地的主選作物之一。充分利用和發揮棉花的抗旱、耐鹽、耐瘠薄能力，推廣鹽堿地和瘠薄地植棉，是解決糧棉爭地矛盾、保障棉花有效供給的現實途徑。棉花雖然較耐鹽堿，但不同品種的耐鹽性差異較大，因此，通過培育強耐鹽性棉花品種，有效開發利用濱海鹽堿地資源植棉潛力巨大[1～3]。

棉子是重要的植物油來源。2019 年國家統計局數據顯示，我國常年生產皮棉約600 萬t，棉子產量達1 000 萬t，可生產植物油180 萬t 以上，棉花是僅次于花生（種植面積438 萬hm2，總產1 752 萬t，可生產油脂910 萬t）、油菜（種植面積658 萬hm2，總產1 348 萬t，可生產油脂560 萬t）和大豆（種植面積933 萬hm2，總產1 810 萬t，可生產油脂300 萬t）的第四大油料作物。在保證棉花纖維產量和品質的基礎上，提高棉子油分含量是棉花提質增效新的增長點，但截至目前，有關棉花高油育種的報道較少[4]。郭寶生等[5]研究顯示，棉花的種仁油分含量與皮棉產量、單株成鈴數、單鈴重和衣分均相關不顯著，與纖維整齊度指數和伸長率呈顯著正相關，與纖維上半部平均長度呈不顯著正相關，因此認為，陸地棉育種中提高種仁油分含量不會顯著影響其皮棉產量，但是對提高纖維品質具有一定的促進作用，選育高油分含量的棉花新品種切實可行。

本研究以棉花生產重大技術需求為導向，在穩產、優質前提下，以高油、耐鹽為育種目標，提升品種綜合生產潛力。利用遺傳基礎豐富的遠緣雜交后代做親本，采用復式雜交等手段促進棉花高產、優質、高油分、抗逆等性狀的優異基因聚合，創制特異骨干親本，培育高油、耐鹽、高產、優質棉花新品種。

1 材料與方法

1.1 親本材料

基礎親本為具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145 和M306，以及具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）冀1125 和冀N82；互補親本為冀棉958 和GK12 等。

陸中瑟血緣品系的突出特點是對枯萎病和黃萎病抗性好，油分含量高。M145 系譜為［〔冀棉8 號×（4086×石瑟）〕×（182×中陸85-2-1）］；322 系譜為｛［〔冀棉8 號×（4086×石瑟）〕×（182×中陸85-2-1）］×GK12｝。

陸海瑟血緣品系的突出特點是鈴重大，衣分高，纖維品質好。冀1125 單鈴重6.4 g，衣分41.3%，抗枯萎病和黃萎病，纖維2.5%跨距長度30.5 mm，比強度30.9 cN/tex，馬克隆值4.4。GK12 為國產轉基因抗蟲棉品種，含有Cry1Ab/Ac 基因，抗棉鈴蟲等鱗翅目害蟲。

1.2 方法路線

1.2.1 親本選配 按照育種目標，根據系譜來源、目標性狀極值遴選親本材料，確立骨干親本，采用多次復合雜交促進優異基因聚合[6]。

1.2.2 油分含量測定 利用波通DA7200 型近紅外分析儀對棉花種子油分含量進行無損檢測初篩，入選的高油分材料再采用索氏抽提法檢測，最終篩選到高油品系[5]。

1.2.3 耐鹽性鑒定 利用植物抗旱耐鹽鑒定專用培養箱對育種材料進行大批量精準耐鹽性鑒定[7]，與鹽堿地大田鑒定交叉梯次篩選，有效提升抗逆性篩選效率。

1.2.4 群體規模控制和抉選模型以及綜合性狀評估參數 從F2代開始進行系統選育和鹽旱脅迫交替選擇。各世代脅迫過程：先將種子在1%的NaCl 水溶液脅迫下發芽，達到出苗標準后移栽到含鹽量0.1%的鹽堿土小區種植。收獲時選擇優良單株混收，單株綜合性狀評估參數為衣分≥38%、鈴重≥5 g、纖維長度≥29 mm、比強度≥29 cN/tex、馬克隆值≤5.5。按照基因重組發生頻率理論，根據我們自己摸索的公式安排各世代群體規模（群體規模N=5m×2n，m為世代值，n為選擇指標數）和世代抉選株數（S=5mn，m為世代值，n為選擇指標數）。第1 代群體數量為5×1×25=160 株，抉選株數為5×1×5=25 株；第2 代群體數量為320 株，抉選株數為50 株；以下世代依此類推，均以5 項指標選擇，第9 代種植1 440 株，抉選225 株，作為品種原原種，進入品系比較試驗和各級各類區域試驗。

2 結果與分析

2.1 育成新品種的系譜和特征特性

2.1.1 系譜關系 按照育種目標，根據系譜來源、目標性狀極值遴選親本材料，確立了具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145和M306 以及具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）冀1125 和冀N82 為基礎親本，冀棉958 和GK12 等為互補親本，采用多次復合雜交促進優異基因聚合。經過多世代復合雜交和定向選擇，培育出冀中棉608（國審棉2015004）、冀2658（冀審棉2015002）、冀968 （冀審棉20170009） 和創優棉168（津審棉2008002、冀審棉2010005） 等高油耐鹽棉花新品種。其選育系譜圖見圖1。

圖1 棉花新品種冀中棉608、冀2658、冀968 和創優棉168 的系譜關系Fig.1 Pedigree of new cotton varieties Jizhongmian 608，Ji 2658，Ji 968 and Chuangyoumian 168

2.1.2 特征特性

2.1.2.1 冀中棉608。生育期120 d。株高97.5 cm，第一果枝節位6.8 節，單株成鈴18.6 個，單鈴重6.9 g，衣分39.5%左右，霜前花率88.6%，子指11.5 g。枯萎病病指2.1，黃萎病相對病指26.8，高抗枯萎病，耐黃萎病；抗棉鈴蟲。HVICC 纖維上半部平均長度28.9mm，斷裂比強度31.9 cN/tex，馬克隆值5.3，斷裂伸長率5.0%，反射率76.9%，黃度7.9，整齊度指數84.1%，紡紗均勻性指數138。2012～2013 年黃河流域棉區中熟常規品種區域試驗，子棉產量為3 969 kg/hm2，皮棉產量為1 494 kg/hm2，霜前皮棉產量為1 341 kg/hm2，分別較對照中植棉2 號增產9.7%、6.6%、4.9%。

2.1.2.2 冀2658。生育期128 d。株高100.8 cm，第一果枝節位6.2 節，單株成鈴19.0 個，單鈴重6.1 g，衣分38.6%，霜前花率82.3%，子指10.7 g。枯萎病病指4.68，黃萎病相對病指12.84，高抗枯萎病，抗黃萎病；抗棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲。HVICC 纖維上半部平均長度29.2 mm，斷裂比強度31.9 cN/tex，馬克隆值5.2，整齊度指數84.67%，伸長率5.77%，反射率75.19%，黃度8.2，紡紗均勻指數140.8。2014年生產試驗，子棉產量為4 515 kg/hm2，皮棉產量為1 924.5 kg/hm2，分別較對照冀棉958 增產4.08%和9.32%，均居5 個參試品種第1 位。

2.1.2.3 冀968。生育期127 d。株高91.6 cm，第一果枝節位6.2 節，單株成鈴16.3 個，單鈴重6.4 g，衣分40.8%，霜前花率96.7%，子指10.8 g。枯萎病病指1.48，黃萎病相對病指24.28，高抗枯萎病，耐黃萎病。HVICC 纖維上半部平均長度30.1 mm，斷裂比強度31.8 cN/tex，馬克隆值5.2，整齊度指數84.5%，紡紗均勻指數144。2014 年河北省中南部春播常規棉組區域試驗，皮棉產量為1 735.5 kg/hm2，霜前皮棉產量為1 684.5 kg/hm2；2015 年同組區域試驗，皮棉產量為1 773 kg/hm2，霜前皮棉產量為1 711.5 kg/hm2。2016 年生產試驗，皮棉產量為1 623 kg/hm2，霜前皮棉產量為1 581 kg/hm2。

2.1.2.4 創優棉168。生育期127 d 左右。株高101.2 cm，第一果枝節位6.7 節，單株成鈴15.5 個，單鈴重6.7 g，衣分40.5%，霜前花率90.2%，子指10.9 g。枯萎病病指0.7，黃萎病相對病指29.28，高抗枯萎病，耐黃萎病；抗棉鈴蟲、紅鈴蟲等鱗翅目害蟲。HVICC 纖維上半部平均長度29.6 mm，斷裂比強度29.1 cN/tex，馬克隆值4.7，整齊度指數84.0%，伸長率6.70%，反射率78.0%，黃度7.0，紡紗均勻指數140.0。2007 年、2008 年冀中南春播棉組區域試驗，皮棉產量分別為1 732.5 和1 800 kg/hm2，霜前皮棉產量分別為1 603.5 和1 585.5 kg/hm2。2007 年天津市春棉區域試驗，5 個試點全部增產，霜前皮棉產量為1 860.9 kg/hm2，較對照魯棉研21 號（1 639.8 kg/hm2）增產7.77%，居12 個參試品種第1 位。

2.2 育成新品種的耐鹽性

河北省農林科學院濱海農業研究所以耐鹽品種中棉所35 為對照，依照“棉花耐鹽性鑒定評價技術規范”（DB 13/T 1339—2010）對各育成新品種進行發芽期、苗期、全生育期耐鹽性鑒定，結果表明，冀2658、冀968、創優棉168 和冀中棉608 發芽期相對鹽害率為15.4%～18.3%，均高耐鹽；苗期鹽害指數為23.5%～26.4%，全生育期耐鹽指數為1.15%～1.27%，耐鹽性均強（表1）。

表1 育成新品種的耐鹽性Table 1 Salt tolerance of new cotton varieties

2.3 育成新品種的油分含量及綜合性狀

種仁含油率由中國農業科學院棉花研究所和河北省農作物品種品質檢測中心（石家莊）檢測。4 個新育成品種的種仁含油率高達33.60%～35.00%，較國內推廣面積較大的冀棉958（CK） 提高6.57 百分點～7.97 百分點；鈴重為6.1～6.9 g，均較CK 增加較多；冀968、冀2658 和創優棉168 的纖維長度與CK 相當；冀中棉608、冀968 和冀2658 的纖維斷裂比強度與CK 相當；創優棉168 的馬克隆值與CK 相當，冀中棉608、冀968 和冀2658 的馬克隆值高于CK（表2），說明創優棉168 與CK 纖維細度接近，冀中棉608、冀968 和冀2658 的纖維粗于CK；冀968、創優棉168 的衣分與CK 相當，冀中棉608 和冀2658 的衣分略低于CK。

表2 育成新品種的種仁含油率及綜合性狀Table 2 Kernel oil content and comprehensive characters of new cotton varieties

3 結論與討論

3.1 創建棉花油分含量與耐鹽性協同改良技術，促進目標性狀基因的快速聚合

依據棉花油分含量與耐鹽性的遺傳特點和表型特征，創建了以目標性狀為主導、多次復合雜交、低代混選、波通DA7200 型近紅外分析儀種子油分無損快速檢測、抗旱耐鹽鑒定專用培養箱大批量精準鑒定、世代梯次交叉選擇、群體規模控制和抉選模型以綜合性狀評估參數的棉花油分含量與耐鹽性協同改良技術，促進目標性狀基因的快速聚合。以前期建立的育種基因庫為基礎，采用棉花遠緣雜交后代低代混選法[6]，依據基因重組概率和育種實踐經驗，我們提出了適用于不同世代群體規模控制的計算公式（N=5m×2n，m為世代值，n為選擇指標數）和株數抉選的計算公式（S=5mn，m為世代值，n為選擇指標數）。通過概率事件發生頻率發明的群體規模控制公式，可以有目的、有效地提高育種效率，避免了由于分離世代群體過小造成的后代優良基因丟失，也避免了盲目擴大群體造成的大量試驗地浪費和大量勞動力浪費，能夠節約育種成本。但本公式也有局限性，不適合打破緊密連鎖基因的群體規模計算。

3.2 遠緣雜交種質多次復交，為特異性狀改良提供了物質基礎

本研究采用具有陸地棉、中棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系）322、冀1316、M145、M306 和具有陸地棉、海島棉、瑟伯氏棉血緣的品種（系） 冀1125、冀N82為基礎親本，冀棉958、GK12 等為互補親本，采用多次復合雜交選育出油分含量與耐鹽性協同提高的目標性狀品種4 個，豐富了棉花品種類型。河北棉花遠緣雜交育種研究和利用起步較早[8～10]，利用陸地棉與海島棉或陸地棉與海島野生棉種間雜交，育成了冀棉20 號等多個具有陸海血統的棉花品種，其中，本研究采用的主要原始親本冀棉20 號豐產性和抗病性比較突出。利用陸地棉與中棉和瑟伯氏棉（HAT）三元雜種后代，選育出本研究采用的主要原始親本冀棉25（冀資123），其突出特點是黃萎病抗性大幅提高，實現了抗病與豐產的協調改良。創新的優異遠緣雜交種質多次復合雜交，可促進優異基因聚合，創造豐富的變異類型，為高油抗逆品種選育奠定材料基礎。

3.3 育成品種目標性狀突出，實現了油分含量與耐鹽性協同提高

利用棉花油分含量與耐鹽性協同改良技術，最終選育出油分含量與耐鹽性協同提高的棉花新品種冀中棉608、冀2658、冀968 和創優棉168。其中，冀中棉608 種仁含油率最高，達到35.00%；創優棉168 種仁含油率為4 個品種最低，但也達到了33.6%，遠超對照品種冀棉958（種仁含油率27.03%）。4 個育成棉花新品種的耐鹽性，冀中棉608 全生育期耐鹽指數與耐鹽品種中棉所35 相當，冀2658、冀968、創優棉168 全生育期耐鹽指數均高于耐鹽品種中棉所35。這4 個新品種除具有高油、耐鹽特點外，在其他綜合性狀方面又各具特色。冀中棉608 早熟、適播期長，適宜黃河流域多類型棉田種植；冀2658 抗病能力突出，適宜黑龍港旱薄鹽堿連作棉田種植；冀968 出苗快，前期長勢強、中后期穩健，適宜濱海鹽堿地種植；創優棉168 單株結鈴性強，增產潛力大，適于間作套種高效棉田種植。可以看出，育成的4 個高油耐鹽品種能夠滿足河北省及其周邊棉區對不同類型品種的生產需求。本研究結果表明，創立的棉花高油耐鹽協同改良技術效果明顯，為同類作物高油耐鹽性狀改良提供了技術參考。