新疆棉花多亲本混交优选育种技术研究及应用*

陈丽君，孔杰，王为然，宁新民，朱家辉，孔繁阳，阿里甫·艾尔西

（1.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091;2.乌鲁木齐市高新区农业技术推广中心，新疆 乌鲁木齐 830011）

0 引言

新疆作为我国植棉最大和平均单产最高的植棉区，2017年全疆棉花总产约占全国的70%左右[1]，也是我国唯一的海岛棉（G.barbadense L.）产区[2]，新疆棉花生产保障了我国加工纺织企业原料的有效供给。支撑棉花产量稳步提高的核心要素之一是优良的棉花品种。从育种实践看，棉花品种的培育过程较为复杂，突出反映在涉及到的性状多，且经济性状多为数量性状，并且主要目标性状间有一定的不利连锁关系[3]，在田间育种过程中，很难实现多指标的有效聚合。尽管目前棉花分子生物学领域取得了很大进展，研究人员也利用转基因技术培育出了一些具有单项性状突破的新品种[4]，但如何实现品种优良基因的有效整合，仍然十分困难。在经典的棉花育种实践中，通过亲本之间杂交后进行系选是一种有效的资源创新手段，被广泛应用[5]。从新疆的棉花育种来看，通过单交方式进行品种培育是一种主要方式，如何获得遗传背景更为丰富的品种、提高品种竞争力是育种家们不断追求的目标。本研究在前人研究的基础上，通过多年实践，构建了一套针对新疆高密度种植模式下棉花育种技术策略，并最终培育出了符合目标性状的新材料，为新疆棉花种质创新提供了良好借鉴。

1 棉花多亲本混交优选技术的理论基础

1.1 棉花主目标性状的遗传研究

从当前的产业需求看，高产、优质是棉花育种的主目标，而熟性、抗性、适宜机采性等是实现主目标的保障[6-7]。从产量和纤维品质的构成因素看，衣分、纤维强度和强力的遗传力较高，铃重其次，马克隆值和单株铃数受环境影响较大，主要产量和品质性状间存在一定的负相关性。因此，从单项性状看，衣分、纤维强度和强力改良起来相对较容易。但如何打破性状间的连锁是一个技术难题。

1.2 多亲本混交优选穿梭育种建立的理论基础

多亲本混交的目的在于使群体内的基因有更多的重组机会，有可能聚合到更多的优异目标基因，丰富材料的遗传基础，而不是像单交使基因型快速纯合。

以已有的主目标性状遗传规律为基础，利用棉花数量遗传学、育种学、发育生物学、生物统计学、棉花栽培学、生态学等部分理论为指导，结合新疆特殊气候与栽培模式下的群体特征，建立了一套棉花主目标性状育种程序。

2 多亲本混交优选穿梭育种技术体系的构建

2.1 不同生态条件下的种质资源穿梭鉴定

2006～2007年，共对国内外1203份早熟、早中熟、长绒棉种质资源棉花资源材料进行了多点鉴定。其中早熟棉321份、早中熟陆地棉436份，长绒棉346份。早熟陆地棉在博乐、精河、乌苏、玛纳斯4县进行鉴定；早中熟陆地棉和长绒棉分别在库尔勒、尉犁县、库车县、阿瓦提县、麦盖提县和吐鲁番、库尔勒、阿瓦提县进行了多点鉴定。重点考察产量和品质性状，以及抗性和区域适应性。

2.2 优势资源的确立

经两年多点试验，在首先满足不同地区熟性的基础上，依据产量性状、品质性状、抗病抗逆性等性状表现，对资源进行了梳理和分类，确立了各性状优势资源模块，筛选出了单项和综合性状优异的资源。获得具有重要利用价值的优良材料26份，其中早熟陆地棉8份、早中熟陆地棉11份、长绒棉7份。

2.3 优势骨干亲本的确立

2008～2010年，围绕26份优势资源对其进行了配合力测定，确定了优势骨干亲本。明确了亲本丰产性、优质性、熟性、脱叶催熟性、适应性的“五性”目标，要求所选母本至少“2～3个性状”较优。共获得12份配合力好的资源。其中早熟陆地棉早13、Y605、吉1共3份；早中熟陆地棉K3159、K3160、K1286等共5份；早熟长绒棉K128、K136、S03等共4份。

2.4 多亲本混交优选育种技术建立

2.4.1 变异群体的建立

针对早熟陆地棉、早中熟陆地棉、长绒棉育种目标，以不同类型综合性状优良、配合力好的材料为母本，采用多个优势互补亲本对其主要性状短板进行杂交，逐步建立中低层级的中间材料（组合）群。要求父本除目标性状外，其植株表型和母本差异尽量小。一般可挑选父本4～6个，和母本进行单交，以便从杂交后代中获得较好的组合。

2.4.2 后代育种群体建立与选择技术

以优质机采早中熟陆地棉新陆中83号为例，其母本新陆中21号综合性状较好，特别是产量性状突出，但经过多年推广，其纤维品质相对不足，用军棉1号、豫棉15号、新陆中9号、K1286进行了如下实验设计。

单交F1，送海南加代，剔除差的植株，选优株混收。

单交F2，重点对低代分离群体的表现进行观察，确定优势组合，并进行优选。首先将群体材料进行病圃种植，尽量扩大低代群体的种植规模或设置重复。注意观察生育期间苗、蕾、花期的群体生长势，对优势单株（组合）进行标记。吐絮期根据目测和手扯，对熟性、丰产性、优质性和抗病（逆）性进行综合考量，淘汰表现明显差的组合，确定中选组合3个，然后分两个层次进行处理。a：首先进行单株优选，单株选4～5株；b：然后对优势群体进行混收，每个组合混收5～8株。收获后的材料进行晾晒充分后，分别对收获材料用同一台轧花机考种，重点考察铃重、衣分、纤维品质。对于单株来讲，把品质作为优先考察的性状，将最终表现好的单株，3～4株进行海南加代。

单交F3，混交优选体系建立。将上一年度混选的F2群体进行种植。在开花期间，对表现突出的3个优势群体，进行群体内优势单株的花粉收集，并进行混合。c：对群体组合优势单株当天开的花进行去雄混交，授完粉的铃系上色彩鲜艳的毛线，成的铃为混交铃，吐絮期将混交铃分组合混收、轧花后南繁，下一年代种植，形成一轮混交体系；d：将南繁的单株种成株系F4，尽量设置重复，对优势组合株系首先采用c步骤进行系间混交，形成又一轮混交体系，收获同c步骤。e：将混交铃进行南繁。

混交F1～F4，处理同单交后代的a、b步骤，对混交后的F5～F6代优异株系或单株进行姊妹系互交，进一步加快了优良基因重组，并逐步加大后代群体的种植规模和试验点次。

2.4.3 高代材料的适应性鉴定与选择技术

在注重品质及产量选择的同时，在吐鲁番（耐高温）、巴州库尔勒（抗病、耐盐性）、尉犁县（耐旱性）、阿克苏阿瓦提县（耐瘠薄）、喀什麦盖提县（耐瘠薄、耐旱）进行适应性筛选和比较试验。明确不同品种适应范围，挑选出适合各地的优势品种（组合），为品种大面积推广提供支撑。

2.5 多亲本混交优选育种技术实施效果

利用多亲本混交优选育种技术在新疆棉花品种培育过程中发挥了重要作用。

在北疆早熟陆地棉育种区，育成了新陆早50号、新陆早57号，南疆植棉区育成了新陆中54号、新陆中73号、新陆中83号，新海35号、新海43号等多类型棉花新品种。其中，新陆早50号、新陆中54号、新海35号均为区域主栽品种，创制了多个具有重要利用价值的新品系、新材料，为新疆棉花育种技术发展提供了重要的技术支撑。

3 讨论和结论

新疆棉花育种经历了系统选育、杂交育种、诱变育种、转基因育种共四个阶段，各种技术并没有随着时间的推移和新技术的出现被完全淘汰，其中杂交选育始终贯彻育种的全过程，它也是棉花分子改良的物质基础。

棉花育种是一个系统工程，涉及到的育种环节多、难点多，造成重演性较差。但从遗传角度来讲，利用多亲本进行改良品种性状，在拓宽后代遗传基础的同时，更能收获比单交更多的优势变异，有利于突破性品种的获得。本研究在对资源系统评价的基础上，确立了骨干亲本，并提出了“互补亲本中低代优势群体系间混交和高代株系系内姊妹交”的多亲本混交优选种质创新策略。从育种实践看，当前新疆棉花主栽品种新陆早50号、新陆早57号、新陆中54号、新海35号、新海43号均是采用了多亲本混交育种技术，也证明了该技术具有较好的重演性。