山西彩色棉的遗传改良研究进展

皇甫张龙，胡晓丽

（山西农业大学（山西省农业科学院）棉花研究所，山西运城044000）

彩色棉（Colored cotton）又称有色棉，是指棉纤维本身就带有天然颜色的一种棉花[1]。随着人民生活需求、环保意识和健康观念的不断提高，彩色棉因其具有天然的颜色，在纺织生产上可以不需要漂白、消毒、染色等过程，减轻了纺织过程对环境造成的污染，降低了企业生产成本，减小了对身体的危害，成为真正意义上的绿色产品。彩色棉具有重要的研究价值和广阔的开发利用前景，必将成为一个朝阳产业。并且随着现代生物科学技术的迅速发展，为彩色棉育种的深入研究创造了良好的环境。

1 天然彩色棉发展现状

国外彩色棉研究始于20 世纪60 年代末,涉及美国、苏联、秘鲁、法国、墨西哥、埃及、巴基斯坦等20 多个国家。已经培育出淡黄、淡红、浅蓝、深褐、浅灰、米、棕黄、棕、红棕、紫红及绿等颜色的棉花[2-3]。但绝大部分彩色棉由于遗传不稳定，变异大，色素不达标，没有形成登记的品种。目前，已知登记的彩色棉品种有美国的FOX、BC 和哈萨克斯坦的CPK-1、CPK-2[4]。

我国于20 世纪90 年代初开展彩色棉的育种研究，虽起步较晚，但发展迅速，目前已知我国培育的彩色棉品种有51 个（棕色棉33 个，绿色棉18 个），已经成为彩色棉研究规模和生产利用量最大的国家[5]。虽然我国种植棉花的历史悠久，但是彩色棉的研究发展历程较短。目前在彩色棉研究领域中还存在着一些问题，如：棕絮和绿絮颜色越深，就会出现产量越低、绒长越短、衣分越低，并且绿色纤维色素遗传不稳定，影响了彩色棉的育种研究进程。

山西省农业科学院棉花研究所自1998 年开始进行天然彩色棉的遗传研究，已培育出新的彩色棉品种4 个。由表1 可以看出，已经育成棕色棉品种运彩8283[6]、TC-03[7]和绿色棉品种运彩3738[8]、运彩绿-1[9]，弥补了省内空白，同时也打下了良好的基础。但是，衣分、绒长、比强度还有待提高，绿色纤维的马克隆值偏低，不能达到纺织工业要求。

表1 4 个彩色棉品种性状比较

2 研究进展

2.1 彩色棉种质材料的引进及创新

目前我国现有的天然彩色棉种质资源一共有178 份，颜色只有棕色和绿色2 种[10-11]。在这178 份天然彩色棉种质资源中，陆地棉保存有85 份（包括棕色棉58 份、绿色棉27 份）、海岛棉保存有6 份（棕色）、亚洲棉保存有27 份（棕色）、非洲棉保存有2 份（棕色）、陆地棉半野生种（系）保存有58 份（棕色）。山西省农业科学院棉花研究所保存的种质资源有2 126 份[12]，其中，天然彩色棉种质资源有27 份（棕色棉18 份、绿色棉9 份），包含墨絮、绿絮、红叶绿絮、鸡脚红叶绿絮、红叶棕絮、苏联棕絮、棕絮花苞、紫褐陆地棉等。这些材料色泽较深、无亮度，中熟，野生性较强，单株成铃数较低，为11.0～15.2 个；铃质量较小，为3.2～4.0 g；铃壳厚，衣分较低，为20.9%～28.1%；色泽遗传不稳定，不够鲜艳，纤维2.5%跨长在19.2～23.4 mm，比强度为11.6～18.2 cN/tex，马克隆值为2.4～3.4。

山西省农业科学院棉花研究所不断征集和引进各种新材料、新品种，在不断研究、纯化和改造的基础上，进行选择和遗传改良，创制出新的种质材料。经过改良的24 个优良品系（棕色棉18 个、绿色棉6 个）连续参加2017—2019 年品系比较试验和品系鉴定试验，结果表明，18 个棕色棉中，有1 个品系（运彩-17）比对照石抗126 增产6.2%，皮棉产量接近对照石抗126 的有9 个，纤维长度28.0～29.0 mm，纤维比强度达到28 cN/tex 以上，马克隆值偏高，抗枯萎病、耐黄萎病，对鳞翅目类害虫达到抗的有14 个，纤维色泽遗传稳定，鲜艳美观，表明棕色棉的遗传改良获得了较大的突破；而绿色棉则突破性较小，参加品系比较和品系鉴定试验的6 个品系，皮棉产量为对照石抗126 的60%以上，纤维长度30 mm以上，比强度为25.0～27.0 cN/tex，马克隆值2.6 以上，抗病虫，纤维色泽遗传不稳定。

2.2 彩色棉杂种优势

研究并探索天然彩色棉纤维色泽遗传的特点及对其他性状的影响，有针对性地选取抗病、丰产、优质的白色棉品种（系）与之进行品种（系）间杂交、远缘杂交、复合杂交、回交转育等。但培育的彩色棉杂交后代（尤其是F1代）分离严重，郭宝德等[13]研究表明，利用半配生殖法可以快速稳定遗传基础不稳定的彩色棉杂种后代。转纤维色泽及其他有利的性状，在杂交积累优良变异的基础上进行系统选育，针对目标性状，连续选择鉴定、南繁加代，并在不同生态条件下多向、多点选择鉴定，符合育种目标的优株、优系送国家农业部纤维品质检测中心测定。

经过多年杂交选育出彩色棉新材料——运彩杂-1（棕色），其组合来源是K-1×垦棕5 号，参加2017—2019 年品系比较试验，综合3 a 调查结果，其生育期127 d，单株成铃12.6 个，铃质量6.3 g，衣分41.3%，均高于对照石抗126（分别为12.5 个、6.2 g、39.9%），籽棉、皮棉产量分别是对照的112.9%和116.8%，抗棉铃虫、抗棉花枯黄萎病，纤维绒长为27.6 mm，与对照相当，比强度为27.8 cN/tex，高于对照，显示出很强的杂种优势。

2.3 生物技术的应用

在彩色棉育种研究中发现，经过改良的彩色棉材料性状虽有提升，但棕色棉纤维过粗，绿色棉纤维过细，且成熟度差，强度更差，显然常规的选育方法很难再改进。

利用日益成熟的生物技术，将彩色棉中控制棉纤维色彩的基因标记并定位，通过转基因的方法，就有可能解决这些问题。目前，彩色棉育种家通过RFLP、RAPD 及SSR 等方法对彩色棉、彩色棉与亲本白色棉之间的DNA 分子差异进行了有目的、详细的研究。郭江勇等[14]以新彩棉1 号、新彩棉2 号和70 多份彩色棉材料为基础，采用RAPD 标记对彩色棉品种之间分子标记遗传差异进行研究。张美冬等[15]利用RAPD 对12 个来源不同的彩色棉资源进行了多态性分析，结果表明，不同的彩色棉品种间有较大的遗传差异，种质间的差异与材料来源存在一定的相关性。马轩等[16]利用SSR 技术建立了18 个彩色棉品系的DNA 指纹图谱，并进行了聚类分析，都在一定程度上分析了品种间的系谱，并推断是否具有相同的血缘关系。吴立强等[17]采用SSR分子标记技术对62 份稳定彩色棉新品系进行了品系之间的变异分析，结果得出，一类是通过种质资源间的系统选育所获得，另一类是通过杂交选育获得。凌磊等[18]和詹少华[19]利用SRAP 技术分析了彩色棉的遗传多样性，检测其在分子水平上的差异，为培育彩色棉新品种提供了一定的依据。

3 结语

彩色棉育种不同于白棉品种选育，彩色棉纤维特别是绿色棉纤维色素在沉积形成过程中很不稳定，要消耗大量的能量，必然对纤维产量和纤维品质有所影响。因此，纤维的色度与产量和纤维品质存在着遗传负相关。李永山等[20-21]研究表明，彩色棉的纤维色泽（棕色和绿色）是受不完全显性基因所控制与支配的。目前通过培育，纤维色泽越深，彩色棉的绒长、衣分越趋向于彩色棉亲本；反之,纤维色泽越浅，彩色棉的绒长、衣分越趋向于白色棉亲本。打破或降低这种负相关的可能性是存在的，关键是亲本的选择和选育技术的改进。通过遗传学方法研究棉花纤维遗传变异原因，利用生物技术等手段进行定点标记，来稳定纤维色素，并有可能找到除棕色和绿色之外的色素，期待培育出颜色丰富、色泽稳定的彩色棉新品种（系）。