棉花油分含量与耐盐性协同改良技术研究

郭宝生，刘素恩，赵存鹏，王兆晓，王凯辉，李丹，刘建民，吴世元，韩玉红，耿军义*

（1.河北省农林科学院棉花研究所/农业农村部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/ 国家棉花改良中心河北分中心，河北 石家庄 050051；2.石家庄市民丰种子有限公司，河北 石家庄 050031；3.河北澳金种业有限公司，河北 故城 253800；4.邯郸市农业环境与农产品质量监督管理站，河北 邯郸 056002）

陆地棉（Gossypium hirsutum）既是重要的经济作物，又是耐盐的先锋作物，具有较强的耐盐能力，是开发和生物改良盐碱地的主选作物之一。充分利用和发挥棉花的抗旱、耐盐、耐瘠薄能力，推广盐碱地和瘠薄地植棉，是解决粮棉争地矛盾、保障棉花有效供给的现实途径。棉花虽然较耐盐碱，但不同品种的耐盐性差异较大，因此，通过培育强耐盐性棉花品种，有效开发利用滨海盐碱地资源植棉潜力巨大[1～3]。

棉子是重要的植物油来源。2019 年国家统计局数据显示，我国常年生产皮棉约600 万t，棉子产量达1 000 万t，可生产植物油180 万t 以上，棉花是仅次于花生（种植面积438 万hm2，总产1 752 万t，可生产油脂910 万t）、油菜（种植面积658 万hm2，总产1 348 万t，可生产油脂560 万t）和大豆（种植面积933 万hm2，总产1 810 万t，可生产油脂300 万t）的第四大油料作物。在保证棉花纤维产量和品质的基础上，提高棉子油分含量是棉花提质增效新的增长点，但截至目前，有关棉花高油育种的报道较少[4]。郭宝生等[5]研究显示，棉花的种仁油分含量与皮棉产量、单株成铃数、单铃重和衣分均相关不显著，与纤维整齐度指数和伸长率呈显著正相关，与纤维上半部平均长度呈不显著正相关，因此认为，陆地棉育种中提高种仁油分含量不会显著影响其皮棉产量，但是对提高纤维品质具有一定的促进作用，选育高油分含量的棉花新品种切实可行。

本研究以棉花生产重大技术需求为导向，在稳产、优质前提下，以高油、耐盐为育种目标，提升品种综合生产潜力。利用遗传基础丰富的远缘杂交后代做亲本，采用复式杂交等手段促进棉花高产、优质、高油分、抗逆等性状的优异基因聚合，创制特异骨干亲本，培育高油、耐盐、高产、优质棉花新品种。

1 材料与方法

1.1 亲本材料

基础亲本为具有陆地棉、中棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系）322、冀1316、M145 和M306，以及具有陆地棉、海岛棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系）冀1125 和冀N82；互补亲本为冀棉958 和GK12 等。

陆中瑟血缘品系的突出特点是对枯萎病和黄萎病抗性好，油分含量高。M145 系谱为［〔冀棉8 号×（4086×石瑟）〕×（182×中陆85-2-1）］；322 系谱为｛［〔冀棉8 号×（4086×石瑟）〕×（182×中陆85-2-1）］×GK12｝。

陆海瑟血缘品系的突出特点是铃重大，衣分高，纤维品质好。冀1125 单铃重6.4 g，衣分41.3%，抗枯萎病和黄萎病，纤维2.5%跨距长度30.5 mm，比强度30.9 cN/tex，马克隆值4.4。GK12 为国产转基因抗虫棉品种，含有Cry1Ab/Ac 基因，抗棉铃虫等鳞翅目害虫。

1.2 方法路线

1.2.1 亲本选配 按照育种目标，根据系谱来源、目标性状极值遴选亲本材料，确立骨干亲本，采用多次复合杂交促进优异基因聚合[6]。

1.2.2 油分含量测定 利用波通DA7200 型近红外分析仪对棉花种子油分含量进行无损检测初筛，入选的高油分材料再采用索氏抽提法检测，最终筛选到高油品系[5]。

1.2.3 耐盐性鉴定 利用植物抗旱耐盐鉴定专用培养箱对育种材料进行大批量精准耐盐性鉴定[7]，与盐碱地大田鉴定交叉梯次筛选，有效提升抗逆性筛选效率。

1.2.4 群体规模控制和抉选模型以及综合性状评估参数 从F2代开始进行系统选育和盐旱胁迫交替选择。各世代胁迫过程：先将种子在1%的NaCl 水溶液胁迫下发芽，达到出苗标准后移栽到含盐量0.1%的盐碱土小区种植。收获时选择优良单株混收，单株综合性状评估参数为衣分≥38%、铃重≥5 g、纤维长度≥29 mm、比强度≥29 cN/tex、马克隆值≤5.5。按照基因重组发生频率理论，根据我们自己摸索的公式安排各世代群体规模（群体规模N=5m×2n，m为世代值，n为选择指标数）和世代抉选株数（S=5mn，m为世代值，n为选择指标数）。第1 代群体数量为5×1×25=160 株，抉选株数为5×1×5=25 株；第2 代群体数量为320 株，抉选株数为50 株；以下世代依此类推，均以5 项指标选择，第9 代种植1 440 株，抉选225 株，作为品种原原种，进入品系比较试验和各级各类区域试验。

2 结果与分析

2.1 育成新品种的系谱和特征特性

2.1.1 系谱关系 按照育种目标，根据系谱来源、目标性状极值遴选亲本材料，确立了具有陆地棉、中棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系）322、冀1316、M145和M306 以及具有陆地棉、海岛棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系）冀1125 和冀N82 为基础亲本，冀棉958 和GK12 等为互补亲本，采用多次复合杂交促进优异基因聚合。经过多世代复合杂交和定向选择，培育出冀中棉608（国审棉2015004）、冀2658（冀审棉2015002）、冀968 （冀审棉20170009） 和创优棉168（津审棉2008002、冀审棉2010005） 等高油耐盐棉花新品种。其选育系谱图见图1。

图1 棉花新品种冀中棉608、冀2658、冀968 和创优棉168 的系谱关系Fig.1 Pedigree of new cotton varieties Jizhongmian 608，Ji 2658，Ji 968 and Chuangyoumian 168

2.1.2 特征特性

2.1.2.1 冀中棉608。生育期120 d。株高97.5 cm，第一果枝节位6.8 节，单株成铃18.6 个，单铃重6.9 g，衣分39.5%左右，霜前花率88.6%，子指11.5 g。枯萎病病指2.1，黄萎病相对病指26.8，高抗枯萎病，耐黄萎病；抗棉铃虫。HVICC 纤维上半部平均长度28.9mm，断裂比强度31.9 cN/tex，马克隆值5.3，断裂伸长率5.0%，反射率76.9%，黄度7.9，整齐度指数84.1%，纺纱均匀性指数138。2012～2013 年黄河流域棉区中熟常规品种区域试验，子棉产量为3 969 kg/hm2，皮棉产量为1 494 kg/hm2，霜前皮棉产量为1 341 kg/hm2，分别较对照中植棉2 号增产9.7%、6.6%、4.9%。

2.1.2.2 冀2658。生育期128 d。株高100.8 cm，第一果枝节位6.2 节，单株成铃19.0 个，单铃重6.1 g，衣分38.6%，霜前花率82.3%，子指10.7 g。枯萎病病指4.68，黄萎病相对病指12.84，高抗枯萎病，抗黄萎病；抗棉铃虫、红铃虫等鳞翅目害虫。HVICC 纤维上半部平均长度29.2 mm，断裂比强度31.9 cN/tex，马克隆值5.2，整齐度指数84.67%，伸长率5.77%，反射率75.19%，黄度8.2，纺纱均匀指数140.8。2014年生产试验，子棉产量为4 515 kg/hm2，皮棉产量为1 924.5 kg/hm2，分别较对照冀棉958 增产4.08%和9.32%，均居5 个参试品种第1 位。

2.1.2.3 冀968。生育期127 d。株高91.6 cm，第一果枝节位6.2 节，单株成铃16.3 个，单铃重6.4 g，衣分40.8%，霜前花率96.7%，子指10.8 g。枯萎病病指1.48，黄萎病相对病指24.28，高抗枯萎病，耐黄萎病。HVICC 纤维上半部平均长度30.1 mm，断裂比强度31.8 cN/tex，马克隆值5.2，整齐度指数84.5%，纺纱均匀指数144。2014 年河北省中南部春播常规棉组区域试验，皮棉产量为1 735.5 kg/hm2，霜前皮棉产量为1 684.5 kg/hm2；2015 年同组区域试验，皮棉产量为1 773 kg/hm2，霜前皮棉产量为1 711.5 kg/hm2。2016 年生产试验，皮棉产量为1 623 kg/hm2，霜前皮棉产量为1 581 kg/hm2。

2.1.2.4 创优棉168。生育期127 d 左右。株高101.2 cm，第一果枝节位6.7 节，单株成铃15.5 个，单铃重6.7 g，衣分40.5%，霜前花率90.2%，子指10.9 g。枯萎病病指0.7，黄萎病相对病指29.28，高抗枯萎病，耐黄萎病；抗棉铃虫、红铃虫等鳞翅目害虫。HVICC 纤维上半部平均长度29.6 mm，断裂比强度29.1 cN/tex，马克隆值4.7，整齐度指数84.0%，伸长率6.70%，反射率78.0%，黄度7.0，纺纱均匀指数140.0。2007 年、2008 年冀中南春播棉组区域试验，皮棉产量分别为1 732.5 和1 800 kg/hm2，霜前皮棉产量分别为1 603.5 和1 585.5 kg/hm2。2007 年天津市春棉区域试验，5 个试点全部增产，霜前皮棉产量为1 860.9 kg/hm2，较对照鲁棉研21 号（1 639.8 kg/hm2）增产7.77%，居12 个参试品种第1 位。

2.2 育成新品种的耐盐性

河北省农林科学院滨海农业研究所以耐盐品种中棉所35 为对照，依照“棉花耐盐性鉴定评价技术规范”（DB 13/T 1339—2010）对各育成新品种进行发芽期、苗期、全生育期耐盐性鉴定，结果表明，冀2658、冀968、创优棉168 和冀中棉608 发芽期相对盐害率为15.4%～18.3%，均高耐盐；苗期盐害指数为23.5%～26.4%，全生育期耐盐指数为1.15%～1.27%，耐盐性均强（表1）。

表1 育成新品种的耐盐性Table 1 Salt tolerance of new cotton varieties

2.3 育成新品种的油分含量及综合性状

种仁含油率由中国农业科学院棉花研究所和河北省农作物品种品质检测中心（石家庄）检测。4 个新育成品种的种仁含油率高达33.60%～35.00%，较国内推广面积较大的冀棉958（CK） 提高6.57 百分点～7.97 百分点；铃重为6.1～6.9 g，均较CK 增加较多；冀968、冀2658 和创优棉168 的纤维长度与CK 相当；冀中棉608、冀968 和冀2658 的纤维断裂比强度与CK 相当；创优棉168 的马克隆值与CK 相当，冀中棉608、冀968 和冀2658 的马克隆值高于CK（表2），说明创优棉168 与CK 纤维细度接近，冀中棉608、冀968 和冀2658 的纤维粗于CK；冀968、创优棉168 的衣分与CK 相当，冀中棉608 和冀2658 的衣分略低于CK。

表2 育成新品种的种仁含油率及综合性状Table 2 Kernel oil content and comprehensive characters of new cotton varieties

3 结论与讨论

3.1 创建棉花油分含量与耐盐性协同改良技术，促进目标性状基因的快速聚合

依据棉花油分含量与耐盐性的遗传特点和表型特征，创建了以目标性状为主导、多次复合杂交、低代混选、波通DA7200 型近红外分析仪种子油分无损快速检测、抗旱耐盐鉴定专用培养箱大批量精准鉴定、世代梯次交叉选择、群体规模控制和抉选模型以综合性状评估参数的棉花油分含量与耐盐性协同改良技术，促进目标性状基因的快速聚合。以前期建立的育种基因库为基础，采用棉花远缘杂交后代低代混选法[6]，依据基因重组概率和育种实践经验，我们提出了适用于不同世代群体规模控制的计算公式（N=5m×2n，m为世代值，n为选择指标数）和株数抉选的计算公式（S=5mn，m为世代值，n为选择指标数）。通过概率事件发生频率发明的群体规模控制公式，可以有目的、有效地提高育种效率，避免了由于分离世代群体过小造成的后代优良基因丢失，也避免了盲目扩大群体造成的大量试验地浪费和大量劳动力浪费，能够节约育种成本。但本公式也有局限性，不适合打破紧密连锁基因的群体规模计算。

3.2 远缘杂交种质多次复交，为特异性状改良提供了物质基础

本研究采用具有陆地棉、中棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系）322、冀1316、M145、M306 和具有陆地棉、海岛棉、瑟伯氏棉血缘的品种（系） 冀1125、冀N82为基础亲本，冀棉958、GK12 等为互补亲本，采用多次复合杂交选育出油分含量与耐盐性协同提高的目标性状品种4 个，丰富了棉花品种类型。河北棉花远缘杂交育种研究和利用起步较早[8～10]，利用陆地棉与海岛棉或陆地棉与海岛野生棉种间杂交，育成了冀棉20 号等多个具有陆海血统的棉花品种，其中，本研究采用的主要原始亲本冀棉20 号丰产性和抗病性比较突出。利用陆地棉与中棉和瑟伯氏棉（HAT）三元杂种后代，选育出本研究采用的主要原始亲本冀棉25（冀资123），其突出特点是黄萎病抗性大幅提高，实现了抗病与丰产的协调改良。创新的优异远缘杂交种质多次复合杂交，可促进优异基因聚合，创造丰富的变异类型，为高油抗逆品种选育奠定材料基础。

3.3 育成品种目标性状突出，实现了油分含量与耐盐性协同提高

利用棉花油分含量与耐盐性协同改良技术，最终选育出油分含量与耐盐性协同提高的棉花新品种冀中棉608、冀2658、冀968 和创优棉168。其中，冀中棉608 种仁含油率最高，达到35.00%；创优棉168 种仁含油率为4 个品种最低，但也达到了33.6%，远超对照品种冀棉958（种仁含油率27.03%）。4 个育成棉花新品种的耐盐性，冀中棉608 全生育期耐盐指数与耐盐品种中棉所35 相当，冀2658、冀968、创优棉168 全生育期耐盐指数均高于耐盐品种中棉所35。这4 个新品种除具有高油、耐盐特点外，在其他综合性状方面又各具特色。冀中棉608 早熟、适播期长，适宜黄河流域多类型棉田种植；冀2658 抗病能力突出，适宜黑龙港旱薄盐碱连作棉田种植；冀968 出苗快，前期长势强、中后期稳健，适宜滨海盐碱地种植；创优棉168 单株结铃性强，增产潜力大，适于间作套种高效棉田种植。可以看出，育成的4 个高油耐盐品种能够满足河北省及其周边棉区对不同类型品种的生产需求。本研究结果表明，创立的棉花高油耐盐协同改良技术效果明显，为同类作物高油耐盐性状改良提供了技术参考。