具有iaaM基因抗虫陆地棉新品系的选育

陈旭升，赵 亮，狄佳春

(江苏省农业科学院 经济作物研究所/农业农村部长江下游棉花与油菜重点实验室，江苏 南京 210014)

自20世纪50年代以来，我国棉花产量育种取得了举世瞩目的成就。然而，棉花品种产量的提高，大多是通过提高品种的衣分来实现的；而衣分提高带来的问题是棉纤维变得愈来愈粗，马克隆值变得愈来愈高[1-2]。马克隆值的高低关乎棉纤维能否试纺高支纱；而在保障产量的前提下，试图采用传统的杂交育种手段来降低棉纤维的马克隆值，提高棉纤维的综合品质，其效果非常有限[3]。而今，转基因技术的发展为棉花优质纤维的创制提供了新的途径。Zhang等[4]研究发现iaaM基因在FBP7启动子的启动下可以提高棉花胚珠中IAA的含量，进而提高棉纤维凸起数量，从而可以使棉纤维不变粗的情况下提高棉花的衣分。王国宁等[5]分析了转iaaM基因陆地棉品系F1、F2的经济性状，显示iaaM基因可以显著改良棉花衣分和马克隆值。陈旭升等[6]研究指出：转iaaM基因具有综合平衡与优化陆地棉纤维三要素(长度、比强度、马克隆值)的作用，特别是改良棉纤维马克隆值的效果明显。本研究通过分析笔者自育的3个转iaaM基因陆地棉新品系的基本经济性状，旨在为培育抗虫转iaaM基因棉花新品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验采用的3个转iaaM基因抗虫陆地棉材料为WU024、U005、SR006，以常规抗虫棉WT118为对照。

1.2 试验方法

1.2.1 PCR检测iaaM基因的PCR检测，采用Zhang等[4]公布的引物，其碱基序列：F:5′-AAGGTAGCAGTTCTCTCCGC-3′；R:5′-TCGGCTTAGGAACATCCTCC-3′。

种子DNA的提取采用匡猛等[7]报道的方法。以特异引物做PCR扩增，而后进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，采用张军等[8]的方法快速银染，胶片在阅读灯下观察、拍照。

1.2.2 比较试验 2019年，在江苏睢宁王集试验地种植转iaaM基因新品系WU024、U005、SR006、以常规抗虫棉WT118为对照。随机区组排列，3次重复。全试验分次收吐絮籽棉，晒干籽棉称重合并，轧花得大样衣分，以小区面积计算籽棉、皮棉的产量。在吐絮盛期，收中部棉铃20个，在室内考种；而后取皮棉样品20 g，寄农业农村部纤维品质检测中心测纤维品质。利用Excel 2003统计软件，分析有关经济性状的表现。

1.2.3 生物学抗虫性的鉴定 抗棉铃虫鉴定委托江苏省农科院植保所进行。用于检测的材料为转iaaM基因抗虫棉核心品系SR006，以美国抗虫棉33B、国产抗虫棉GK19为抗虫对照，泗棉3号为非抗虫棉对照。具体实验操作参照柏立新等[9]提供的方法进行。

2 结果与分析

2.1 新品系的系谱来源与PCR分子检测

品系SR006的来源：利用来自西南大学发放的转iaaM基因材料IF1-1为亲本，与大铃、高产的转Bt基因陆地棉品系N030杂交配组，得杂交F1。同年10月中旬，在海南三亚南繁加代。将南繁收获的[N030×IF1-1] F2分离群体，种植在江苏睢宁王集试验站。在大田非治虫条件下，选综合表型优良的单株38个。室内考种，其中3个单株的衣分表现突出，编号分别为SP038-2-7、SP038-2-8、SP038-7-2。将3个单株种植成株行，编号分别为Q026、Q027、Q028，其中株行Q027综合表现优良。种植Q027群体，继续系统选育，获得具有iaaM基因的抗虫品系，编号SR006。该品系群体叶片直立，叶片有明显皱褶。将该核心品系继续用于杂交配组，进一步选育其他目标性状的新品系。

品系U005的来源：以具有iaaM基因的抗虫品系SR006为亲本，与高品质种质系SR040杂交配组(种质系SR040的纤维长度32.8 mm、比强度36.6 cN/tex、马克隆值4.2，但衣分较低，仅34.1%)。南繁加代得分离群体[SR040×SR006] F2。种植F2分离群体，在不治虫条件下，在群体中选棉纤维品质优、衣分高的单株，并跟踪检测iaaM基因。而后进行株行比较试验，其中编号为WT132的株行表现突出。种植该株系群体，并继续选抗虫单株，而后繁殖株系,编号U005。该株系群体叶片直立、植株较矮，棉铃大而圆形。

品系WU024的来源：以具有iaaM基因的材料SR006为亲本，与高衣分抗病虫种质系R086杂交配组(品系R086的纤维长度29.0 mm、比强度31.8 cN/tex、马克隆值5.7、衣分41.9%)。而后南繁加代，得杂交分离群体[R086×SR006] F2。种植分离群体，在不治虫条件下选株，并跟踪检测iaaM基因。而后进行株行比较试验，其中编号WT111表现突出。种植该株系群体，并继续选抗虫、高衣分单株；而后繁育品系，编号WU024。该品系群体长势较好，株型疏朗。

取以上3个转iaaM品系的种子提取DNA，采用Zhang等[4]公布的iaaM基因特异引物做PCR扩增，而后做凝胶电泳，检测结果如图1所示。由图1可知，泳道1、2、3扩增出500 bp大小的特征条带，符合引物设计片段长度，显示品系SR006、U005、WU024具有iaaM基因；而泳道4为对照品系WT118，没有扩增出特征条带，显示该品系无iaaM基因。

M为Marker，泳道1、2、3、4分别为SR006、U005、WU024、WT118。图1 品系iaaM基因的PCR检测

2.2 大田农艺性状的表现

3个转iaaM基因品系的基本农艺性状表现见表1。它们的农艺性状表现如下：

表1 转iaaM基因品系的大田经济性状表现

(1)衣分：转iaaM基因品系SR006的衣分高达43.9%，而来自SR006与高衣分种质系杂交的系选后代WU024的衣分更高，达48.0%。SR006与高品质种质系杂交后代的选系U005的衣分较低，为38.2%，但比其初始的高品质杂交母本SR040的衣分(34.1%)还是高出4.1个百分点。常规抗虫棉对照WT118的衣分较高，为41.9%。

(2)籽指：WU024的衣分最高，但籽指最低，为9.1 g；SR006的衣分高，籽指中等，为11.3 g；U005的衣分较低，籽指最高，为12.6 g。这显示iaaM基因并没有打破衣分与籽指间的负向遗传关联。

(3)单铃重：品系U005的单铃重最高，为7.2 g；SR006的单铃重次之，为6.3 g；WU024的单铃重最低，为6.2 g；对照WT118单铃重，为6.7 g。

(4)株高：品系WU024的植株最高，平均为109.4 cm；品系U005的植株最矮，平均为97.9 cm；品系SR006的植株较高，平均为101.3 cm，与对照WT118的株高101.1 cm相当。

(5)籽棉产量：WU024的籽棉产量最高，为236.5 kg/667 m2；U005的籽棉产量次之，为222.3 kg/667 m2；SR006的籽棉产量最低，为211.5 kg/667 m2。它们分别为对照WT118籽棉产量的108.4%、101.8%、96.9%。

(6)皮棉产量：WU024的皮棉产量最高，为113.6 kg/667 m2；SR006的籽棉产量次之，为92.9 kg/667 m2；U005的籽棉产量最低，为84.9 kg/667 m2。它们分别为对照WT118皮棉产量的124.3%、101.7%、92.9%。

2.3 纤维品质的表现

3个转iaaM品系的纤维品质性状表现见表2。由表可见：转iaaM基因导致陆地棉受体的马克隆值明显变低，即纤维变得更细了。3个转iaaM基因品系WU024、U005、SR006，其马克隆值分别为3.5、3.7、3.3，均低于对照WT118的马克隆值(4.8)。其中品系U005的马克隆值为3.7，而原初配组杂交母本SR040的马克隆值为4.2；品系WU024的马克隆值为3.5，而原初配组杂交母本R086的马克隆值则高达5.7。

表2 转iaaM基因品系的纤维品质性状表现

纤维长度、整齐度、比强度、伸长率等纤维品质性状多与用于配置杂交组合的原初亲本的纤维品质有较大关联。比如在3个转iaaM品系中，U005的纤维品质之所以表现最优，是因为该品系来自于高品质种质系SR040的杂交系选后代。

2.4 核心品系SR006的生物学抗虫性表现

以美国抗虫棉33B(CK1)、国产抗虫棉GK19(CK2)为抗虫对照，对转iaaM基因核心品系SR006的生物学抗虫性进行检测，结果列于表3。由表3可见：品系SR006的Bt基因能正常表达生物学抗虫性，其平均抗性值为3.33，介于国产抗虫棉GK19与美国抗虫棉33B之间，达抗性级别。这表明陆地棉品系中同时存在外源iaaM基因与Bt基因，并不影响Bt基因的抗性表达，显示iaaM基因与Bt基因之间不存在拮抗作用。

表3 转iaaM基因品系对棉铃虫抗性的综合评价

3 结论与讨论

关于转iaaM基因对提高陆地棉衣分的效应，前人已有较多报道[3-6]。但本研究显示，不同杂交组合后代选育获得的转iaaM基因陆地棉品系，其提高衣分的效果各有不同；除了具有iaaM的基因效应外，还与原初配组亲本的衣分水平以及所选品系的品质、产量等综合性状的表现有关。比如转iaaM基因品系U005，来自杂交组合SR040×SR006的系选后代，其杂交亲本SR040属于低衣分、高品质材料，由此获得的转iaaM品系U005，其品质性状在3个转iaaM品系中表现最优，纤维长度达29.5 mm、比强度35.8 cN/tex、马克隆值3.7；而其衣分一般，只有38.2%。它虽然比高品质亲本SR040的衣分高出4.1个百分点，但比转iaaM亲本SR006的衣分则要低5.7个百分点。另一个组合R086×SR006，其亲本R086是高衣分种质系，其衣分高达41.9%，但棉纤维的马克隆值为5.7。通过2个高衣分亲本杂交，叠加不同来源的高衣分性状，其杂交后代筛选获得的转iaaM品系WU024，大样衣分则高达48.0%，比原初杂交亲本R086的衣分高出6.1个百分点，比转iaaM品系SR006的衣分也高出4.1个百分点。

至于转iaaM基因对降低马克隆值的效果则是非常明显的。比如本文以SR006为亲本杂交选育获得2个转iaaM基因品系：其中品系WU024的马克隆值仅3.5，比原初杂交母本R086的马克隆值降低了2.2，但其衣分高达48.0%。以往的研究显示，衣分与马克隆值之间存在极显著正相关[1]；然而在品系WU024中，衣分与马克隆值的正向相关性似乎已经被打破。另外，品系U005的马克隆值为3.7，而其原初杂交母本SR040的马克隆值为4.2，其马克隆值也下降了0.5。由此可知，在陆地棉中转入外源iaaM基因，不但可以提高衣分，同时也为降低马克隆值，改善棉纤维细度，提高棉纤维的综合品质提供了一条有效途径。