湘远A杂交棉花三系配套研究及应用

朱春生，周德桂，吴佶膛，李 庠，彭凡嘉，巩养仓，周世象

（湖南省棉花科学研究所，湖南 常德415101）

棉花杂交种的制种方法的问题是目前棉花杂种优势的广泛运用的瓶颈[1-3]。目前推广的杂交棉品种大多采取人工去雄杂交制种方法生产杂交种子，其劳动强度大，效率低，难于管理，制种产量低，杂交种子成本高，是阻碍杂交棉F1代大面积推广及产业化的瓶颈难题。随着人们生活水平的提高与农村劳动力的减少，人工去雄杂交制种方式已不能满足杂交棉产业化的需求[4-6]。因此，寻求简便高效的杂交制种方法，降低杂交制种的人工投入，是当前棉花杂种优势利用的重要课题之一，为解决这项难题，湖南省棉花科学研究所经过多年来的攻关，选育出抗虫、高产胞质不育系“湘远A”，并进行了三系配套研究。

1 不育系的选育及特征

1.1 胞质不育系材料的创造

棉花胞质不育系“湘远A”的选育共经历3个阶段，即胞质不育系材料的创造（1973～1980年）、胞质不育系材料的改良与稳定（1980～1996年）、胞质不育系材料的改造与创新（1997～至今）。

湖南省棉花科学研究所1973年由彭仕齐副研究员利用吉扎海岛棉与洞庭一号杂交，从后代中分离获取不育株，选育出不育系材料，与岱红岱、洞庭一号回交3～5代，代换海岛棉的不利性状，并对转育的不育系进行田间观察与鉴定，从中筛选出不育度高、败育彻底的单株约50个。随后继续对不育系进行改造。

1.2 胞质不育系材料的改良与稳定

陆海杂交后代有营养优势，但没有产量优势，不育系基础较差，难于选育出强优势组合。因此，从1980年开始，用筛选出的陆海杂交后代与瑟伯氏野生棉杂交，再用洞庭一号、中棉所12号进行多代回交，选育出不育株率稳定、败育彻底的不育系。

1.3 胞质不育系材料的改造与创新

从1997年起，周世象研究员选择抗虫棉国抗棉1号、抗病材料湘V101，以及高产、优质材料湘V14作为保持系进行回交转育，经过10 a以上的选择与鉴定，筛选出了抗虫、抗病、丰产的胞质不育系系列。经田间观察与鉴定，该不育系不育株率100%，败育彻底，不育株率稳定，属细胞质雄性不育类型，暂定名为“湘远A”不育系。

1.4 “湘远A”不育系的主要特征特性

“湘远A”胞质不育系主要农艺性状：株形较紧凑，株型为塔形，叶色较浅，叶片中等大小，叶裂较浅，茎秆粗壮，株高125 cm左右，果枝数19个左右，生育期123 d，早熟性较好；棉铃卵圆，大铃，单铃重5.5～6.2 g，衣分40%左右；吐絮畅而集中，好捡花；在田间表现出较好的抗枯萎病和耐黄萎病性能。“湘远A”胞质不育系棉花经农业部纤维检测中心测定，纤维品质平均2.5%，跨长31.7 mm，比强度30.9 cN/tex，马克隆值4.93，表现出长、细、强，综合品质较优的特点。

2 保持系的选育

20世纪70年代发现棉花胞质不育系，为了寻找好的棉花新品系作为保持系来对不育系进行保种，首先选择了岱红岱、洞庭一号来替换不育系中的不利性状，从中筛选出败育程度高的单株；20世纪80年代，选择洞庭一号、中棉所12号作为保持系来改良棉花不育系的丰产性，选育出了败育彻底、不育性稳定的株系。20世纪90年代末，随着转基因抗虫杂交棉的选育成功，开始筛选转基因抗虫棉国抗棉1号、湘V101、湘V14特优异性状的品系对不育系进行转育，筛选出了一批转基因抗虫、优质、丰产性能好的保持系材料。为了获得理想的不育系，湖南省棉花科学研究所一直在对筛选出的保持系进行改造，现已筛选了一批优良性状的材料作为“湘远A”胞质不育系的保持系材料。

3 恢复系的选育

选育棉花三系强优势组合，最关键的技术是选育出综合性状优良、恢复度高的恢复系；选育出理想的恢复系，在胞质雄性不育系研究中有着极为重要的意义。

3.1 应用遗传过滤技术筛选恢复系

恢复系最初是从远缘杂交后代的可育株中筛选的，从中筛选出与胞质雄性不育系具相同遗传背景的单株，这些可育株后代中含有育性恢复的因子[7]。当选择的可育株后代种质纯合时，能成为恢复力强的恢复系；而当选择的后代种质不纯时，与不育系杂交则不能恢复育性。通过这种多代筛选的遗传过滤技术能消除原材料种质中的不育因子，使可育因子纯化增强，提高选择的可育种质资源对不育系育性的恢复能力。具体做法：在胞质雄性不育系遗传背景相同的可育种质中筛选多个可育单株，与不育系测交；收获时各代都选测交表现最好的单株留种；通过多代的选择，直至株行中再无不育株分离，且能使F1育性恢复率达100%，选留优异单株作为恢复系。通过约10 a的选育，湖南省棉花科学研究所筛选出恢复系湘R-1、湘R-2。

3.2 通过杂交转育筛选恢复系

用恢复系湘R-1、湘R-2系列，与高产、优质、抗病虫的种质资源杂交、回交转育，多株测交，选留优秀株作为恢复系。其优点是增加选育恢复系获得优良性状的可能性，针对现有恢复系的主要缺点来进行改造，能够获得理想的特征特性。但是缺点也同样突出，就是工作量大，恢复基因容易丢失，不容易获得新的恢复系。

3.3 结合SSR技术筛选恢复系

通过常规的育种方法来选育恢复系，需要多代的杂交和测交，选育过程中恢复基因还容易丢失，并且需要大量的劳动力和时间，还不能选育出强恢复系。近年来，随着农村劳动力的减少和植物分子育种技术日新月异，利用SSR技术筛选与恢复基因紧密连锁的分子标记，研究获得了多个SSR标记，并对恢复基因进行了初步定位，从而缩短恢复系选育的周期[8-9]。通过SSR技术，筛选出湘R-3、湘R-4和湘R-5等系列恢复系。

4 三系配套的应用

2000年，在筛选“湘远A”胞质不育系的同时，也筛选出了恢复系，并初步实现了三系配套，但由于不育系与恢复系的遗传背景近似，恢复系的恢复谱比较窄，利用程度不高。随着分子育种技术的发展，通过引进种质资源，对不育系和恢复系进行了进一步的改造与筛选。2005～2012年，利用新选育的恢复系与不育系广泛杂交，每年选配了100个以上的组合进行株行比较试验，从中筛选出强优势的组合。通过8 a的研究，筛选出5个强优势组合，其中组合湘Z7与大面积推广的对照湘杂棉8号产量相当。

强优势胞质不育系组合湘Z7的特征特性：植株塔形，株型松散；生育期125 d，茎秆和叶片茸毛较少，恢复株率100%；田间表现整齐，田间通透性较好，植株前期长势旺且整齐度好，后期长势减弱；棉铃卵圆形，单株成铃35个，单铃重6.2 g，比大面积对照增产1.01%，衣分43.5%，纤维长度30.69、马克隆值4.71、比强30.5 cN/tex。

5 结论与讨论

5.1 初步实现了三系配套

通过近40 a的研究，选育出棉花胞质不育系“湘远A”系列，同时筛选出优异的种质资源做为保持系，并通过遗传过滤技术、杂交转育和分子育种技术筛选出一批恢复系，实现了三系配套，育成的组合已开始在生产上试种，2013年进行了小面积的高产示范，邀请专家进行了现场评议，产量达到了大面积推广的要求。

5.2 利用分子技术选育恢复系

恢复系的选育是棉花三系研究中最关键的一环，如何将不同优良性状的基因通过杂交、回交、复合杂交等基因聚合手段转入到恢复系中，以创造具有多种性状的优良恢复系种质材料。选育时，为获得优良的恢复系，利用回交转育技术是筛选恢复系最常用方法。在研究中，为了在回交过程中省略每次测交，保证恢复基因不掉失，对恢复基因进行SSR分子标记辅助选择，只保留含有恢复基因的单株，淘汰其余的单株，再在当选的单株中选择具有目的性状的单株，这些淘汰工作可在试验室提前完成，可减少田间试验工作量，提高工作效率，从而大大提高恢复系的选择效率，缩短优良恢复系培育进程。

5.3 环境因素对三系杂交棉的影响

在三系配制杂交组合进行优系比较试验和强优势组合的高产示范过程中，同一组合在多年的表现不一致，有的年份产量高，有的年份产量低。近年观察发现，三系杂交棉的花粉育性易受温度、光周期、土温、空气湿度等环境影响，其中气温的影响最大，表现在高温不育，结铃性较差，产量降低，这与国内外大量研究结果一致[10-12]。在多年的的保种和制种的过程中还发现，在海南的环境条件下三系不育系的保种和制种的产量比在湖南条件下要高；然而这些研究还不系统、不深入，下一步将加大有关环境因素对胞质不育系三系影响的研究。

[1]朱春生.湖南棉花不育系的研究现状及展望[A].四省棉花学会论文集[C]，恩施：湖北省棉花学会，2010.116-118.

[2]朱协飞，孙 敬.陆地棉胞质雄性不育系的选育及遗传分析[J].作物品种资源，1998，（2）：1-3.

[3]郭宝生，刘素恩，王兆晓，等.高产优质“三系”杂交棉品种冀FRH3018的选育[J].河北农业科学，2010，14（7）：63-65.

[4]张小全，王学德.细胞质雄性不育海岛棉与陆地棉三交种的杂种优势表现[J].棉花学报，2009，21（5）：410-414．

[5]孙海霞，张银虎.抗枯、黄萎病的棉花新型不育系Hszh的选育[J].中国种业，2011，（1）：57-58.

[6]王志刚，黄丽叶，周曙霞，等.新杂棉2号胞质不育系母本1038A的选育[J].安徽农业科学，2008，36（8）：3177，3272.

[7]王学德，潘家驹.我国棉花细胞质雄性不育系育性恢复的遗传基础：Ⅱ.恢复基因与育性增强基因[J].遗传学报，1997，24（3）：271-277.

[8]范万发，贺昌太，左田夫.棉花胞质雄性不育恢复系选育技术探索[J].棉花学报，2008，20（4）：315-317.

[9]韩宗福，赵逢涛，李汝忠，等.棉花胞质不育恢复系2152R恢复基因分子标记的筛选[J].山东农业科学，2011，（4）：5-8.

[10]倪 密，王学德，张昭伟，等.三系杂交棉花粉育性对高温和低温胁迫的反应[J].作物学报，2009，35（11）：2085-2090.

[11]Sawan ZM，Hannaw L I，Gad-El-Karim Gh A，McCuistion WL.Relationships between climatic factors and flower and boll production in Egyptian cotton（Gossypium barbadense）[J].Journal of Arid Environments，2002，52：499-516.

[12]Sarvella P.Environmental influences on sterility in cytoplasmic male-sterile cottons[J].Crop Science，1966，6：361-364.