陳鵬云++張軍

摘要：目前我國棉花品種遺傳基礎(chǔ)狹窄，品種遺傳背景同質(zhì)化現(xiàn)象突出，纖維品質(zhì)較差且品質(zhì)類型單一，枯、黃萎病對產(chǎn)量、品質(zhì)的影響始終存在；糧棉爭地矛盾越來越突出，棉花向鹽堿地、瘠薄地轉(zhuǎn)移的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。由于勞動(dòng)力和農(nóng)資成本不斷提高，植棉收益急劇下降，棉花種植面積連續(xù)下滑，棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化的要求極為迫切。本文對當(dāng)前我國棉花品種改良中存在的這些突出問題進(jìn)行了綜述，圍繞品種的產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成、抗逆性和棉花全程機(jī)械化等方面，歸納提出了今后我國棉花品種改良的方向和策略。

關(guān)鍵詞：棉花；品種改良；方向；策略

中圖分類號：S562.033文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0163-05

20世紀(jì)90年代末期，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉（Bt棉）培育成功并迅速應(yīng)用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了對棉鈴蟲和紅鈴蟲的有效控制，給棉花生產(chǎn)帶來一次巨大的技術(shù)變革。由于轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有效解決了棉花生產(chǎn)中的棉鈴蟲危害問題，減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，既節(jié)約了人力和物力，又有利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡，因而在生產(chǎn)上迅速推廣和應(yīng)用[1]。隨著轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉的推廣和普及，我國棉花品種遺傳基礎(chǔ)狹窄問題越來越嚴(yán)重，早期轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種遺傳背景的同質(zhì)化，導(dǎo)致纖維品質(zhì)較差、品質(zhì)類型單一，生產(chǎn)上棉花枯、黃萎病的發(fā)生有抬頭趨勢，尤其是落葉型黃萎病的發(fā)生，嚴(yán)重影響棉花產(chǎn)量，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗病性有待提高[2]。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國耕地面積逐年減少，糧棉爭地矛盾越來越突出。棉花作為鹽堿地上的先鋒作物，逐漸向鹽堿地、瘠薄地轉(zhuǎn)移，提高轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗逆性成為育種改良的重要目標(biāo)。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速崛起，勞動(dòng)力和農(nóng)資成本不斷提高，植棉收益急劇下降，挫傷了農(nóng)民植棉的積極性，造成我國棉花種植面積連續(xù)下滑，棉花生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)中的弱勢地位愈加突出[3-5]。本文對當(dāng)前我國棉花品種改良中存在的突出問題進(jìn)行綜述，同時(shí)針對這些問題，并圍繞品種的產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成、抗逆性和棉花全程機(jī)械化等方面，歸納提出今后我國棉花品種改良的方向和策略，以促進(jìn)棉花育種的大力發(fā)展。

1我國棉花品種改良中存在的問題

1.1早熟性問題

棉花起源于熱帶和亞熱帶高溫干旱地區(qū)。隨著長期的種植馴化，棉花種植區(qū)域不斷擴(kuò)大，從北緯45°至南緯35°均有分布。在總活動(dòng)積溫低于4 500℃的地區(qū)，均面臨棉花早熟性問題。在我國黃河流域棉區(qū)，為了提高復(fù)種指數(shù)和單位面積效益，一年一季勞動(dòng)密集型的常規(guī)種植模式逐漸向間作套種和適宜機(jī)采的種植模式轉(zhuǎn)變，這就對本生態(tài)區(qū)棉花的早熟性提出了更高要求。而在我國西北內(nèi)陸棉區(qū)，由于無霜期短，有效積溫偏低，早熟性一直是棉花育種最重要的目標(biāo)[6]。只有早熟，才能保證棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作和輪作換茬。我國早熟短季棉品種生育期110～115天，中早熟品種生育期120～125天。霜前花率均在80%以上。早熟棉花生育期短，但易早衰，產(chǎn)量和品質(zhì)容易受到影響[7]。

1.2纖維品質(zhì)問題

我國原棉品質(zhì)基本符合紡織工業(yè)的需求，但品質(zhì)結(jié)構(gòu)不夠合理，基本上可以滿足紡織工業(yè)紡中低檔棉紗（32～40支紗）的要求，缺乏紡高支紗和低支紗的中長絨和短絨棉類型[2，8]。與國外品種相比，如美國的陸地棉品種纖維比強(qiáng)度比中國普遍高出1～2 cN/tex。我國棉花品種纖維強(qiáng)力較低、品質(zhì)較差，而且棉花加工質(zhì)量尤其是機(jī)采棉加工質(zhì)量十分低下，既影響到國際市場的競爭能力，又浪費(fèi)了大量的棉花資源[8]。

1.3高產(chǎn)、多抗、適應(yīng)性問題

我國是全球最大的棉花生產(chǎn)、消費(fèi)國，紡織品服裝行業(yè)是我國出口創(chuàng)匯的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)。棉花單產(chǎn)和總產(chǎn)均居于世界前列[9]。但是，近年來隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，棉田面積不斷萎縮，棉花總產(chǎn)不斷下降；受氣候條件的影響，棉花單產(chǎn)也起伏波動(dòng)[5]。提高棉花單產(chǎn)始終是棉花育種的第一目標(biāo)[10]，但是產(chǎn)量的形成受制于多種生物的和非生物的脅迫，因此，要通過品種遺傳改良進(jìn)一步提高品種的抗逆性和適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)品種的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)[11]。

而通過不育系、恢復(fù)系的篩選及雜種優(yōu)勢機(jī)理的探討，培育具有超強(qiáng)優(yōu)勢的棉花雜交種應(yīng)用于棉花生產(chǎn)，打破棉花雜交制種用工多、成本高的瓶頸，提高制種效率，降低制種成本，也是當(dāng)前維持棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要途徑[10]。

1.4棉花全程機(jī)械化問題

我國棉花生產(chǎn)中，僅在耕地、播種、噴藥等方面可用機(jī)械操作，機(jī)械化程度僅30%左右，而美國、烏茲別克斯坦基本全程機(jī)械化，機(jī)械化程度90%以上[2，12]。因多年追求高產(chǎn)，我國現(xiàn)有品種多是為充分利用光熱資源而生育期較長的品種，現(xiàn)有耕作栽培制度也基本上是圍繞最大限度發(fā)揮品種豐產(chǎn)潛力設(shè)計(jì)的，品種的纖維品質(zhì)也不能適應(yīng)機(jī)械采收[13]。適宜機(jī)采品種必須在早熟性、耐密性、纖維品質(zhì)等各個(gè)方面有理念上的巨大變革。

1.5種子產(chǎn)業(yè)化體系問題

美國等國的棉花種子產(chǎn)業(yè)化水平較高，育種較規(guī)范，全部由種子公司進(jìn)行，并同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。此外，美國等發(fā)達(dá)國家品種的覆蓋面大，使用周期長，如岱字棉公司培育并經(jīng)營的岱字系列品種占全美總面積的60%以上，并在國外多個(gè)國家推廣應(yīng)用。另外，種子本身的技術(shù)含量較高，在推廣種子的同時(shí)，積極開展配套的技術(shù)服務(wù)[12]。

2我國棉花品種改良的方向

我國棉花品種的每一次更換，都使棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)得到大幅度提高，對棉花生產(chǎn)起到很大的推動(dòng)作用。面對21世紀(jì)現(xiàn)代棉業(yè)的發(fā)展，對未來棉花新品種又有了更高的要求。

2.1品種培育高產(chǎn)高效

我國人多地少，糧棉爭地矛盾突出，單靠擴(kuò)大植棉面積來提高總產(chǎn)，在工業(yè)占地逐漸增大的情況下是非常困難的，提高單產(chǎn)來增加總產(chǎn)是提高種植效益最根本的前提。棉花是一種增產(chǎn)潛力很大的作物，在國外有單產(chǎn)高達(dá)3 750 kg/hm2皮棉的例子，在我國新疆也有單產(chǎn)皮棉3 375 kg/hm2的示范田，在黃河流域也有單產(chǎn)皮棉超2 625 kg/hm2的豐產(chǎn)地塊，可見對棉花來說大幅度提高單產(chǎn)是完全可能的[14]。

2.2綜合纖維品質(zhì)進(jìn)一步改善

棉纖維是紡織工業(yè)的主要原料，纖維品質(zhì)的高低直接影響著棉紡制品的質(zhì)量，纖維的長、強(qiáng)、細(xì)是衡量棉花纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)[15]。目前，我國推廣的部分棉花品種普遍存在著長、強(qiáng)、細(xì)匹配不合理的現(xiàn)象，綜合纖維品質(zhì)低于先進(jìn)國家的平均水平，這也是在國際棉紡市場上缺乏競爭力的主要原因之一。特別是目前新疆棉區(qū)的機(jī)械化采收對纖維品質(zhì)的要求極為迫切，以提高棉花綜合纖維品質(zhì)為主的棉花優(yōu)質(zhì)育種顯得尤為重要[16]。

2.3培育多抗性品種

目前，抗枯萎病和抗棉鈴蟲的棉花品種已經(jīng)在棉花生產(chǎn)上發(fā)揮了很大作用。但是，棉花是一種病蟲害較多的作物，農(nóng)民用于防治蚜蟲、紅蜘蛛的藥物仍很多，不僅破壞自然環(huán)境，而且也影響人們的生存質(zhì)量[17]。黃萎病給棉花生產(chǎn)帶來的危害也很嚴(yán)重，目前，真正抗黃萎病的棉花品種還非常缺乏；抗災(zāi)、抗逆性品種也有待于進(jìn)一步研究[18，19]。因此，培育多抗性品種是棉花持續(xù)發(fā)展的一大戰(zhàn)略。棉花是耐旱作物，輕度鹽堿地可直接種植，為不與糧食爭土地和進(jìn)一步應(yīng)對水資源匱乏的困境，需要進(jìn)一步提高棉花的抗旱性和耐鹽性。

2.4充分利用雜種優(yōu)勢

雜種優(yōu)勢利用在棉花生產(chǎn)上取得很大成功，我國已經(jīng)培育成功多個(gè)抗蟲雜交棉品種，產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的優(yōu)勢已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)抗蟲棉，給農(nóng)民帶來非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。然而由于制種仍沿用人工去雄授粉方法，復(fù)雜且成本高，難于大面積推廣。因此棉花雜交種的大規(guī)模利用還有待于強(qiáng)優(yōu)勢、高增產(chǎn)的組合選配和高效率、低投入制種方法的突破以及雜交種配套栽培技術(shù)的健全和完善[20]。

2.5品種培育適宜輕簡化、機(jī)械化

棉花生產(chǎn)形勢面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，機(jī)械化成為棉花生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢[21]。因此培育適宜于輕簡化栽培的品種，進(jìn)而探討選育適合在我國不同棉區(qū)氣候條件下種植的機(jī)采棉品種成為棉花育種的新任務(wù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一些生育期偏短、成熟速度快、抗倒性好的品種才能夠滿足機(jī)械化收獲的需求。雖然各種農(nóng)作物生育期較短的品種在產(chǎn)量上沒有優(yōu)勢，但是由于適合機(jī)械化操作，能夠大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，給農(nóng)民帶來更高的收益，因此這樣的品種被廣泛接受和大面積種植，而傳統(tǒng)的生育期長的品種則被逐步淘汰出局。因此，在機(jī)械化采摘品種培育方面要結(jié)合耕作栽培制度的變革，充分結(jié)合利用早熟性、抗逆性、品質(zhì)、株型，尋求產(chǎn)量、品質(zhì)構(gòu)成最合理的遺傳類型，實(shí)現(xiàn)棉花的機(jī)械化采摘，推動(dòng)棉花種植的全程機(jī)械化，獲得更高的生產(chǎn)效率和植棉收益，是棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和獲得實(shí)際高產(chǎn)的關(guān)鍵[22-24]。

3未來我國棉花品種改良所采取的策略

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，我國棉花品種改良經(jīng)歷了從無到有、從少到多、直到世界領(lǐng)先的一個(gè)漫長過程。通過一代又一代棉花科技工作者的不懈努力，使我國棉花品種改良及相關(guān)研究工作舉世矚目。自育棉花品種的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性、綜合利用價(jià)值等各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)全面改良；品種改良技術(shù)由簡單的選擇育種發(fā)展到復(fù)交、回交、多系雜交、遠(yuǎn)緣雜交、不育系以及雜種優(yōu)勢利用；種質(zhì)資源工作從無到有，發(fā)展成為自成體系并在國際上占據(jù)舉足輕重的地位；尤其是從20世紀(jì)90年代開始，以基因工程和分子標(biāo)記輔助育種為標(biāo)志的棉花分子育種迅速發(fā)展，為棉花的品種改良帶來嶄新的活力[25]。展望未來，棉花品種改良應(yīng)在以下幾個(gè)方面有所突破。

3.1抗旱耐鹽堿棉花新品種選育

利用轉(zhuǎn)基因抗旱、耐鹽堿新材料，與抗蟲 （Cry1A、Cry2A）、抗除草劑（EPSPS）、早熟、優(yōu)質(zhì)等棉花材料組配雜交組合，通過常規(guī)育種結(jié)合基因分子鑒定和標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，選育適于新疆棉區(qū)和黃淮海棉區(qū)種植的抗旱耐鹽堿轉(zhuǎn)基因棉花新品種[26，27]。要求品種綜合抗逆性好，抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，適于棉花向鹽堿地、旱薄地的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移的需求。

3.2早熟棉花新品種選育

針對我國棉花輪/套作及機(jī)械采收對棉花早熟性的要求，利用金字棉、塔什干棉、前蘇聯(lián)品種等衍生的早熟棉品系或材料，以及遼棉系列、新陸早系列、短季棉系列棉花品種做親本，與轉(zhuǎn)Bt基因、轉(zhuǎn)抗草甘膦基因（EPSPS）等棉花材料配置雜交或復(fù)交組合[28]，通過標(biāo)記輔助選擇結(jié)合系統(tǒng)選育，培育適宜于西北內(nèi)陸棉區(qū)和黃河流域棉區(qū)直播或間套種的中早熟陸地棉品種，以及適宜于黃河流域棉區(qū)麥后直播的短季棉品種。

3.3高產(chǎn)棉花新品種選育

通過與棉花產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL定位研究及雜種優(yōu)勢機(jī)理的探討，挖掘與棉花產(chǎn)量相關(guān)的功能基因或標(biāo)記；通過回交轉(zhuǎn)育等途徑，培育不育性穩(wěn)定的質(zhì)核互作雄性不育系（CMS）[29]；通過聚合胞質(zhì)不育微效恢復(fù)基因，創(chuàng)新優(yōu)良恢復(fù)系，提高恢復(fù)系育性恢復(fù)能力；通過大量組配雜交組合，選育出強(qiáng)優(yōu)勢胞質(zhì)不育雜交棉新品種，打破棉花雜交制種用工多、成本高的瓶頸，提高制種效率，降低制種成本。

3.4優(yōu)質(zhì)棉花新品種選育

廣泛搜集纖維品質(zhì)優(yōu)異的各類棉花種質(zhì)資源，通過遠(yuǎn)緣雜交育種、分子標(biāo)記輔助育種[30]等與常規(guī)育種途徑相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)基因漸滲，選育適宜不同棉區(qū)和不同栽培模式下種植的中長絨棉、中絨棉和短絨棉等各類優(yōu)質(zhì)棉花品種[31]；開展與品質(zhì)相關(guān)的各類轉(zhuǎn)基因研究，通過優(yōu)良基因聚合，創(chuàng)制轉(zhuǎn)基因優(yōu)質(zhì)纖維棉花新材料[32]；以轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)纖維材料為親本，通過雜交、聚合雜交等途徑，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，培育聚合多目標(biāo)基因的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆棉花新品種[33]。

3.5特色專用棉新品種選育

廣泛搜集低酚、天然彩色棉以及高油品質(zhì)的突變體棉花品種或材料，通過常規(guī)育種途徑選育適宜黃河流域、新疆棉區(qū)和長江流域棉區(qū)種植的低酚棉、彩色棉及高油品質(zhì)棉花新品種[34，35]。通過轉(zhuǎn)基因育種及常規(guī)育種途徑，選育高硬脂酸或高油酸含量的轉(zhuǎn)基因棉花新品系。

3.6機(jī)采棉新品種選育

廣泛利用現(xiàn)有早熟、抗病、抗除草劑、抗蟲等棉花種質(zhì)資源，通過雜交、系統(tǒng)選擇等途徑，選育適宜于機(jī)械化采收的棉花新品種，在黃淮海棉區(qū)和新疆棉區(qū)推廣種植，要求棉花新品種早熟、抗倒、株型較緊湊、果枝節(jié)位較高、贅芽少、含絮力適中，吐絮快而集中。針對新疆棉區(qū)和黃淮海棉區(qū)生態(tài)氣候和棉花生產(chǎn)特點(diǎn)，研究機(jī)采棉高產(chǎn)高效農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合關(guān)鍵技術(shù)。

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收稿日期：2016-10-28

基金項(xiàng)目：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目“海水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)”（CXGC2016B10）

作者簡介：范作卿（1977-），男，助理研究員，主要從事動(dòng)植物資源綜合開發(fā)利用研究。E-mail：fanzq77@126.com

通訊作者：王向譽(yù)（1978-），女，副研究員，主要從事海水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究。E-mail：747309894@qq.com