抗虫棉兼抗枯抗黄萎病新品种的选育

崔淑芳，金卫平，王广恩，钱玉源，张海娜，刘祎，车亮，李俊兰

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

抗虫棉兼抗枯抗黄萎病新品种的选育

崔淑芳，金卫平，王广恩，钱玉源，张海娜，刘祎，车亮，李俊兰

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

为解决棉花生产上枯、黄萎病严重的问题，选择遗传基础丰富、综合性状优良的品种为母本，选用性状互补的父本进行改良，期间利用姊妹交增加各优良性状基因的累加和重组几率，在枯、黄萎病混生重病圃，对丰产性进行严格选择；对抗病性进行全生育期鉴定，注重选择低病级、低病株率材料；对纤维品质性状依据农业部棉花品质监督检验测试中心检测结果，按国家棉花品种审定标准筛选；选育出集兼抗枯、黄萎病、高产、优质于一身的棉花新品种‘冀棉616’和‘冀棉315’。

棉花；品种；兼抗枯、黄萎病；高产；优质；选育

0 引言

枯萎病和黄萎病是棉花最主要的病害，在世界各产棉国均有发生。棉花枯萎病和黄萎病最早于1914年在美国弗吉尼亚州的陆地棉上发现[1]。1935年中国从美国引入‘斯字4号’棉种，由于当时只用二硫化碳熏蒸种子以杀虫，而未做任何杀菌处理，即将棉种推广于陕西、河北的南苑县、定县等地，使以后凡种过该棉种的棉田，均有不同程度的枯、黄萎病发生；到1952年河北唐山、陕西关中以及东北辽阳棉区发展为严重发病地区，枯萎病、黄萎病对棉花生产已造成严重威胁。1955、1957、1963、1965年河北省受灾，曾多次调入国外引进棉种‘岱字棉45A’等，使枯、黄萎病进一步加重并在较大范围内传播扩撒；1980、1981年又从山东省调入带有棉花枯、黄萎病的‘鲁棉1号’棉种，种植面积1950多万hm2，更加重了棉花枯、黄萎病的危害。据统计，20世纪60年代中期河北省40多个县棉田发生枯、黄萎病，80年代初达到100多个县，到1993年棉花枯、黄萎病大发生，河北省90%以上的棉田受到枯、黄萎病的危害，1995、1996年病情严重的棉田病株率达到100%，造成棉株落叶光杆、枯死绝收。1997年河北省推广种植美国转基因抗虫棉‘新棉33B’，虽然有效解决了棉铃虫危害，但抗病性较差，使得棉花枯萎病、黄萎病又复加重。随着枯、黄萎病的发生、发展至大发生，不同阶段采取了不同措施：病情普查、严格划分疫区和保护区、封锁疫区、保护无病区、消灭病株、铲除病土、棉花停种或轮作、建立无病繁种田、播前种子处理、药剂防治、培育种植抗病品种以及综合防治等，均起到不同程度的防病效果。同时对其发病规律进行了研究，棉花的枯、黄萎病在不同的生育时期均可发病。枯萎病真叶期开始发病，造成缺苗断垄，甚至毁种，现蕾期达到高峰，结铃期再次表现症状，蕾铃大量脱落，造成减产30%以上；黄萎病现蕾期开始发病，果枝减少，造成减产70%～80%；盛花期蕾铃大量脱落，造成减产40%～50%。棉花枯、黄萎病为土壤传播维管束病害，棉花茎秆、种子、断根、土壤、肥料、水流、工具等均可成为枯、黄萎病的传播源，蔓延迅速、逐年加重，被专家、棉农称之为棉花的“癌症”。改变遗传物质，转育抗性基因，培育和种植抗病品种，是最根本、有效的防治措施[1-5]。

棉花有四大栽培种（陆地棉、海岛棉、中棉和野生棉），中棉抗枯萎病，野生棉抗枯、黄萎病，海岛棉抗黄萎病。生产上栽培的主要是陆地棉，其枯萎病抗性次于中棉和野生棉，对黄萎病无抗性。要加强陆地棉对枯萎病的抗性和获得对黄萎病的抗性，须与海岛棉、中棉和野生棉进行远缘杂交[6-12]。前苏联用墨西哥半野生棉与陆地棉杂交回交，育成了抗黄萎病小种1号的塔什干系列和抗小种2号的C-6524；中国农业科学院棉花研究所、陕西省棉花研究所和河南省农业科学院经济作物研究所等单位，育成了抗枯、黄萎病棉花品种[1]，据统计，1937—2001年通过国审、适宜黄河流域种植的非抗虫棉花品种98个，其中7个品种[‘中3474’、‘陕棉9号’、‘GS豫棉22号’、‘豫棉15号’、‘豫棉21号’（豫2067）、‘冀668’、‘GS豫棉19号’（春矮早）]为抗枯萎病、抗黄萎病品种[13-14]。河北省农林科学院植保所、棉花研究所，河北省抗病育种组等单位，从20世纪70年代开始致力于陆地棉和野生棉、海岛棉的杂交，并成功地将抗黄萎病等特性转育到了陆地棉中，并先后育成了‘冀棉3号’、‘冀棉7号’、‘冀棉14号’、‘冀棉15号’、‘冀棉20号’、‘冀棉24号’、‘冀棉25号’等抗枯、黄萎病较好的品种[1,15-16]，为培育抗枯、黄萎病棉花新品种奠定了基础；1975—2004年河北省共审定67个棉花品种，其中有7个抗虫棉品种（‘新棉33B’、‘DP20B’、‘中棉所31’、‘DP99B’、‘SGK321’、‘GK-12’、‘晋棉26’[15-16]），为培育抗虫棉品种奠定了基础。

笔者旨在以高产、优质为目的，抗枯、黄萎病为主攻目标，选用综合性状优良的抗病亲本为母本，采用杂交育种方法，转育抗虫基因，利用姊妹交，促进各优良农艺性状基因的重组和稳定；在病圃中对各世代材料的枯、黄萎病抗性进行全程鉴定和产量比较，培育出抗枯萎病、抗黄萎病的兼抗病、高产、优质、抗虫棉新品种，并总结出选育抗枯、黄萎病棉花品种的关键方法，以期为棉花抗病品种选育提供有效借鉴。

1 试验材料

以高产、抗病品种‘冀棉20号’为母本，含有海岛棉、陆地棉、野生棉丰富的遗传基础；以抗虫棉优质品系596系为父本，进行杂交选育。

2 方法与效果

2.1 明确育种目标

生产上枯萎病、黄萎病严重持续发生，国内具有自主知识产权的转基因抗虫棉品种诞生[10-11,13-16]。因此，制订育种目标为“抗枯萎病、抗黄萎病，产量高，纤维品质优良，抗棉铃虫”（表1，表2）。

表1 国家棉花品种抗病性划分标准

2.2 筛选综合性状优良的抗病母本‘冀棉20号’

‘冀棉20号’是利用海岛棉、陆地棉、野生棉种间杂交后代与‘冀棉10号’杂交选育而成，它融合了海岛棉的优质性、野生棉的抗逆性及陆地棉的丰产性和适应性[17]。1996年通过河北省农作物品种审定委员会审定，结铃性强，丰产性好，铃重5.4 g，衣分39.4%，高抗枯萎病、耐黄萎病。先后被列入“九五”国家重大科技成果推广计划，河北省第八次品种更新换代主推棉花品种，河北省棉花区域试验对照品种[5,17]；在当时河北省审定的24个品种中，产量最高，抗病性最好，高抗枯萎病、耐黄萎病，是理想的抗病亲本[5,16,18]。

表2 国家棉花品种审定量化指标

2.3 创造转育抗虫棉基因，培育抗虫棉父本596系

以国内自育抗虫棉品种‘GK-12’等为父本，选用具有陆地棉、海岛棉、瑟伯氏棉遗传基础的‘新陆中8号’等为母本，配制杂交组合。经过南繁北育、连续定向选择，选育出优质抗虫棉品系596系等。596系产量高，抗棉铃虫，抗枯萎病、抗黄萎病，枯萎病病情指数1.7，黄萎病相对病情指数18.9；纤维上半部平均长度30.1 mm，断裂比强度30.8 cN/tex，马克隆值3.8，是综合性状较好的抗虫棉亲本，且与‘冀棉20号’性状互补。

2.4 筛选优势组合

1998年以‘冀棉20号’为母本，与抗虫棉品系596系等材料共配制杂交组合11个，后代材料多表现生长稳健、叶功能好、抗枯黄萎病性、抗棉铃虫。其中（冀棉20号×596系）组合优势突出，枯、黄萎病病情指数最低，分别为2.1和17.9；铃重6.7 g，衣分42.5%，产量最高。

2.5 培育优良品系

将优势组合（冀棉20号×596系）F1在棉花所小安舍试验站多年培养的枯、黄萎病混生重病圃种植，混收优良单株获得F2代种子；F2代根据单株抗病性、结铃性、叶功能、手扯纤维品质等性状表现，选择优良单株混收；F3代在开花期在群体中选择优良单株进行姊妹株间杂交，最大限度地使产量、抗病性及纤维品质等主要经济性状聚合在一起；姊妹株间杂交种种植为F4代，F4～F6连续单株选择，株系整齐一致，表现优良为新品系，通过品系比较试验、多点适应性鉴定试验、抗病性鉴定和纤维品质测试等，选出最优品系，推荐区域试验。

2.5.1 采用姊妹交促进优良性状纯合棉花的许多经济性状为数量性状，通过一次杂交将2个亲本不同位点上的有利基因聚集到一起，使早代就带有全部或大部分相互适应的基因，成功概率较小。因此，在杂交后代F2～F4选择优良单株进行姊妹交，可促使有利基因和遗传变异成分的积累。

2.5.2 明确丰产性状指标高产是育种的最终目的，产量性状是第一选择目标，始终要严格进行选择。入选单株结铃多且上中下分布均匀，单株成铃≥15个，吐絮肥畅，后期叶功能好；入选株系和品系同时还要考虑群体整齐度好、长势稳健，子棉、皮棉产量超过对照品种≥10%，铃重≥5.8 g，衣分≥40.0%。

2.5.3 全程鉴定抗病性，注重低病级、低病株率材料选择棉花枯、黄萎病是一个逐渐发展的全生育期病害[19-20]，枯、黄萎病发生后，病级提高，产量损失越大[1]。棉花枯、黄萎病发生受温度和湿度的变化影响，条件合适时棉苗4～5片真叶即开始发病，而且每个时期都有可能严重发生。因此，本研究对棉花抗枯、黄萎病进行生育期全程观察鉴定；以棉株病级和群体病株率为选择依据。具体为：（1）筛选F1优势组合，淘汰群体中有4级及3级病株率达到5%以上的组合；（2）F2～F4代选择枯、黄萎病＜2级的优良单株混收；（3）F5及以后世代选择黄萎病＜2级优良单株。

2.5.4 以量化指标筛选纤维品质性状F1～F3世代在田间选择棉花植株中部吐絮正常棉铃，采用田间手扯初步判断纤维长度、强力和细度，F4以后世代，在田间手扯鉴定的基础上，由农业部棉花品质监督检验测试中心检测，依据国家棉花品种审定量化指标进行决选。

2.5.5 申请农业转基因生物生产应用安全证书优良品系向农业部指定的单位提供种子，对外源抗虫基因表达Bt杀虫蛋白定量检测及靶标害虫进行抗虫性生物测定，申请农业转基因生物生产应用安全证书。

3 选育结果

3.1 选育出抗枯萎病、抗黄萎病的兼抗病、高产、优质、抗虫棉花新品种‘冀棉616’[15-16,21]

3.1.1 特征特性生育期133天，株高中等，植株塔型，叶片中等，长势稳健，结铃性强，吐絮肥畅；铃重6.4 g，衣分40%，子指10.7 g。

3.1.2 抗枯萎病、抗黄萎病河北省农林科学院植物保护研究所抗病性鉴定，2003年枯萎病病情指数2.8，黄萎病相对病情指数18.9，为高抗枯萎病、抗黄萎病；2004年枯萎病病情指数6.9，黄萎病相对病情指数17.3，为抗枯萎病、抗黄萎病。

3.1.3 高产稳产2004—2006年冀中南春播棉花品种区域试验和生产试验共计21点次，全部增产。2004—2005年区域试验共计15点次，平均子棉、霜前子棉、皮棉和霜前皮棉产量分别较对照‘DP99B’增产15.3%、14.3%、22.7%和21.8%。其中，2004年子棉产量居参试品种第1位；2005年子棉、霜前子棉、皮棉和霜前皮棉产量均居参试品种第1位（表3，表4）。

3.1.4 抗虫性‘冀棉616’抗棉铃虫等鳞翅目害虫，2008年取得农业转基因生物生产应用安全证书：农基安证字(2008)第085号。

3.1.5 纤维品质优良配套2006年农业部棉花品质监督检验测试中心检测：上半部平均长度31.2 mm，整齐度指数84.9，马克隆值4.9，比强度29.5 cN/tex，伸长率6.1%，反射率73.4%，黄度7.9，纺纱均匀指数144。

3.2 选育出高抗枯萎病、抗黄萎病的兼抗病、高产、优质棉花新品种‘冀棉315’[15]

‘冀棉616’抗枯、黄萎病，高产，纤维品质等综合性合性状优良，在稳定抗病性和高产稳产基础上进一步提高其品质，2002年以‘冀棉616’为母本，远缘杂交后代优质系N53系为父本，通过杂交、后代连续定向选择，选育出高抗枯萎病、抗黄萎病、高产、优质棉花新品种‘冀棉315’，2016年通过河北省预审定。

3.2.1 特征特性生育期130天左右，植株塔型，株高中等，叶片中等大小，第一果枝节位6～7，铃重6.5 g，子指10.8 g，衣分42.0%。

3.2.2 高抗枯萎病、抗黄萎病河北省农林科学院植保所抗病鉴定：2013年枯萎病病情指数3.23，黄萎病相对病情指数15.64，属于高抗枯萎病抗黄萎病品种；2014年枯萎病病情指数1.38，黄萎病相对病情指数19.41，属于高抗枯萎病抗黄萎病品种。平均枯萎病病情指数3.15，黄萎病相对病情指数15.64，属于高抗枯萎病、抗黄萎病。

3.2.3 高产稳产冀中南春播常规组区域试验，2013年11个试点全部增产，平均子棉、霜前子棉、皮棉、霜前皮棉产量分别较对照‘冀棉958’增产7.21%、11.43%、6.46%、9.41%，分别居13个参试品种第1位、第1位、第2位、第1位（表5）。2014年14个试点全部增产，平均子棉、霜前子棉、皮棉、霜前皮棉产量分别较对照‘冀棉958’增产8.21%、11.66%、8.26%、11.66%，均居11个参试品种第1位（表6）。

表3 2004年冀中南棉花区试产量结果

表4 2005年冀中南棉花区试产量结果

表5 2013年冀中南棉花区试产量结果

表6 2014年冀中南棉花区试产量结果

3.2.4 抗虫性‘冀棉315’抗棉铃虫等鳞翅目害虫，2008年取得农业转基因生物生产应用安全证书：农基安证字(2008)第137号。

3.2.5 纤维品质优良，断裂比强度高农业部棉花品质监督检验测试中心检测：2013年纤维上半部平均长度29.46 mm，断裂比强度33.87 cN/tex，马克隆值5.18，纺纱均匀指数150.8；2014年纤维上半部平均长度30.46mm，断裂比强度33.2 cN/tex，马克隆值5.56，纺纱均匀指数148.0。2年平均纤维上半部平均长度29.96 mm，断裂比强度33.54cN/tex，马克隆值5.37，纺纱均匀指数149.4。

4 结果分析与讨论

4.1 ‘冀棉315’、‘冀棉616’兼抗枯、黄萎病

据统计，2005—2016年河北省共审定137个抗虫棉品种，有4个品种（‘冀棉616’、‘冀棉315’、‘农大601’和‘冀122’）为兼抗枯、黄萎病品种。其中，‘农大601’（冀审棉2012001号），枯萎病病情指数0.39，黄萎病相对病情指数18.44；‘冀122’（冀审棉2006020号），为冀东早熟棉品种，枯萎病病情指数5.75，黄萎病相对病情指数28.9[15-16]。2002—2016年通过国家审定的适宜黄河流域种植的抗虫棉品种（杂交种）119个，有3个品种（‘冀杂1号’、‘邯5158’、‘石抗126’）为兼抗枯、黄萎病品种。其中，‘冀杂1号’（国审棉2006010号），枯萎病病情指数3.4，黄萎病相对病情指数16.3；‘邯5158’（国审棉2006006）枯萎病病情指数2.34，黄萎病相对病情指数19.66；‘石抗126’（国审棉2008002）枯萎病病情指数7.50，黄萎病相对病情指数17.60[13-14]。综上所述，目前通过审定的适宜黄河流域棉区种植的兼抗枯、黄萎病抗虫棉品种共7个，即‘冀棉616’、‘冀棉315’、‘农大601’、‘冀122’、‘冀杂1号’、‘邯5158’和‘石抗126’。其中，‘冀棉616’枯萎病病情指数和黄萎病相对病情指数在7个兼抗枯、黄萎病品种中分别居第4位和第3位，‘冀棉315’枯萎病病情指数稍高于‘农大601’居第2位，黄萎病相对病情指数，稍高于杂交种‘冀杂1号’，在常规棉品种中最低（表7）。

4.2 ‘冀棉315’、‘冀棉616’产量性状优良

在7个兼抗枯、黄萎病品种中，‘冀棉315’铃重、衣分最高，子棉、皮棉及霜前皮棉产量均最高；‘冀棉616’铃重稍低于‘冀棉315’居第2位，子棉、皮棉及霜前皮棉产量均居第2位（表8）。

4.3 ‘冀棉315’、‘冀棉616’纤维品质优良

7个兼抗枯、黄萎病品种的纤维品质类型多为Ⅱ型。其中，‘冀棉616’上半部平均长度最长为31.2 mm，‘冀棉315’断裂比强度最高为33.5 cN/tex（表2，表7）。

4.4 低病级、低病株率是选育棉花品种高抗病性和稳定表现的基础

表7 ‘冀棉315’、‘冀棉616’与当前兼抗枯、黄萎病棉花品种抗病及品质性状比较

以往筛选抗病品种时，单株选择基于10月中下旬吐絮期棉株的田间表现，棉株病级经过了发生、发展、恢复过程，加上老叶、病叶脱落，病情已不能准确判断，而病情较重的单株往往表现早熟、铃多，很容易被入选；而株系和品系抗病性选择则基于发病高峰期的枯、黄萎病病情指数，如果早代没有严格的棉株病级筛选，亦或早期或遭遇阴雨天气过程之后没有进行棉株病级筛选，选出的材料会存在一定数量的高病级单株，易为病害大发生埋下隐患，病株率高亦然。棉田枯萎、黄病发生后，病级提高，产量损失增大，病指越高，产量损失越大[1,3-4]。2013年河北省农林科学院棉花研究所石家庄市小安舍试验站枯、黄萎病大发生，选用1个大面积种植发病重的材料，生育期逐棵观察标记棉株最终发病病级，0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ每个病级棉株标记90株，Ⅳ级棉株标记60株，并随机分成3个组作为3个重复，9月10～15日调查株高、果枝数、单株铃数，计算铃重、衣分，分别计产不同病级棉株单株子棉和皮棉产量，最后进行显著性统计分析，结果表明0～2病级棉株各性状间差异不显著。具体结果为：不同病级棉株间，衣分差异不显著；Ⅲ级、Ⅳ级棉株子棉、皮棉产量均显著低于0级健康植株，子棉产量分别降低19.7%和48.9%，皮棉产量分别降低14.7%和48.8%；单株成铃数分别减少15.7%和36.8%；单铃重分别减少5.9%和17.6%（表9），与前人的研究结果趋势一致[1]。选育棉花抗病品种关注棉花抗病性直接表现——棉株病级、群体病株率，是选育棉花抗病品种高抗病性和稳定表现的基础。

表8 ‘冀棉315’、‘冀棉616’与当前兼抗枯、黄萎病棉花品种产量及产量性状比较

表9 不同级别棉株产量性状差异显著性比较

5 结论

低病级、低病株率是选育抗枯、黄萎病棉花品种的基础。‘冀棉315’、‘冀棉616’抗枯萎病、抗黄萎病，在目前审定的适宜黄河流域棉区种植的7个抗病品种，表现高产、稳产，纤维品质优良。‘冀棉315’、‘冀棉616’、‘冀122’和‘冀杂1号’为河北省农林科学院棉花研究所培育，‘农大601’为河北农业大学培育，‘邯5158’为邯郸市农业科学院培育，‘石抗126’为石家庄市农业科学院培育。研究结果说明河北省的棉花抗病育种工作在黄河流域棉区居领先地位。

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Cotton Variety Breeding With Fusarium Wilt and Verticillium Wilt Resistance

Cui Shufang,Jin Weiping,Wang Guang'en,Qian Yuyuan,Zhang Haina,Liu Yi,Che Liang,Li Junlan

(Institute of Cotton,Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Cotton Biology and Genetic Breeding in Huanghuaihai Semiarid Area,Ministry of Agriculture,Shijiazhuang 050051,Hebei,China)

To solve the serious problem of Fusarium wilt and Verticillium wilt disease in cotton production,the varieties with rich genetic diversity and good comprehensive characters were selected as the female parent and the different resources with complementary properties were selected to cross with the female parent in every generation to improve the defect of the female parent.During the whole breeding progress,sister crossing was applied to increase the good genes accumulation rate and recombination rate.In the serious Fusarium wilt and Verticillium wilt disease nursery,the selection of high-yield was carried out.Through the identification of disease resistance in whole breeding progress,plants with low disease level and incidence were selected; according to the cotton quality supervision standard of MOA test center,the cotton variety was selected by national variety certification level;high-yield,high fiber quality cotton varieties with Fusarium wilt and Verticillium wilt resistance were bred such as‘Jimian616’and‘Jimian315’.

Cotton;Variety;Fusarium Wilt and Verticillium Wilt Resistance;High-yield;High Fiber Quality; Breeding

S562

A论文编号：cjas16070026

国家重点研发计划项目“主要经济作物种质资源精准鉴定与创新利用”(2016YFD0100200)子课题“棉花优异种质资源精准鉴定（黄河流域）”(2016YFD0100203-15)；河北省现代农业产业技术体系棉花产业创新团队建设项目“棉花种质资源创新与评价”(HBCT2013030207)。

崔淑芳，女，1965年出生，河北平山人，研究员，本科，主要从事棉花种质资源评价创新与优质棉遗传育种研究。通信地址：050051石家庄市和平西路598号河北省农林科学院棉花研究所，Tel：0311-87652079，E-mail：cshf2011@163.com。

李俊兰，女，1963年出生，河北清河人，研究员，硕士，主要从事棉花种质资源鉴定评价创新与优质棉遗传育种研究。通信地址：050051石家庄市和平西路598号河北省农林科学院棉花研究所，Tel：0311-87652079，E-mail：li-junlan@sohu.com。

2016-07-30，

2016-10-05。