陸地棉芽黃隱性核雄性不育系Yt30的選育

鄧惠清， 蘇錦其， 姜利農(nóng)， 何 胥， 唐燦明

(1.太倉市農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技服務(wù)中心/太倉市棉花育種中心，江蘇太倉 215400； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇南京 210095)

雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的現(xiàn)象。棉花雜優(yōu)利用主要是通過人工去雄雜交、核雄性不育、核質(zhì)互作雄性不育等途徑。與其他2種方法相比，核雄性不育具有雜交制種程序簡單和恢復(fù)系廣泛等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了較多的研究和生產(chǎn)應(yīng)用。四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所在國內(nèi)率先開展棉花核雄性不育性及雜種優(yōu)勢的利用研究，相繼培育出了系列核不育兩用系洞A、473A、抗A1、抗A2、GA18、SA01以及完全核不育系MA、核不育保持系MB等，育成了川雜棉13、川雜棉14、川雜棉16等十幾個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲核不育雜交棉新品種。目前棉花育種中使用的核不育基因主要有洞A型()和等，其他核不育類型由于綜合性狀差、配合力低以及花粉敗育不徹底等原因，難以在生產(chǎn)上應(yīng)用。

棉花雙隱性核雄性不育系()自引入國內(nèi)以來，多家科研單位進(jìn)行相關(guān)遺傳機(jī)理及品種選育研究，選育出中棉所38、南農(nóng)98-4、蜀雜棉3號(hào)等多個(gè)新品種。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所通過雜交、回交和株對(duì)株測交等技術(shù)，將不育基因()轉(zhuǎn)育到中棉所12，后經(jīng)定向選擇及轉(zhuǎn)育基因等，育成抗蟲雙隱性核雄性不育系“中抗A”。雙隱性核雄性不育系敗育徹底，農(nóng)藝性狀較好，用其作母本配置的雜交種競爭優(yōu)勢顯著。但在具體制種過程中，需要識(shí)別并拔除50%的可育株，轉(zhuǎn)育與不育基因緊密連鎖遺傳的標(biāo)記性狀是解決這一問題的方法。目前已報(bào)道可以緊密連鎖的性狀有芽黃性狀和抗卡那霉素性狀等，但在生產(chǎn)上還未得到應(yīng)用。另外，如果利用昆蟲輔助授粉來提高制種效率，還存在因可育株去除不徹底而出現(xiàn)真假雜交種難以區(qū)分的問題。本研究為提高棉花核不育系材料的綜合性狀，轉(zhuǎn)育有利于開展昆蟲傳粉制種和鑒別真假雜交種的標(biāo)記性狀，利用雙隱性核不育系中抗A，以及棉花空間環(huán)境誘變后代優(yōu)質(zhì)品系和芽黃突變材料，通過雜交、自交、兄妹交等方法，選育出具有芽黃標(biāo)記性狀的優(yōu)良核不育系，為棉花雜優(yōu)利用的高效開展提供新的材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 雙隱性核雄性不育系中抗A 中抗A由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所選育，株高中等，株形略松散，結(jié)鈴性較好，鈴質(zhì)量5.03 g，衣分38.56%，纖維長度30.9 mm，整齊度84.0%，斷裂比強(qiáng)度 29.2 cN/tex，馬克隆值4.7，伸長率6.2%，中抗A轉(zhuǎn)基因，抗蟲性良好。

1.1.2 芽黃品系Y10 Y10為芽黃隱性標(biāo)記材料，是從蘇棉12號(hào)Co誘變后代中選出的突變品種。Y10植株較矮小，新出葉在整個(gè)生長期間均呈現(xiàn)黃色。鈴質(zhì)量4.35 g，衣分33.21%，結(jié)鈴性一般。纖維長度28.8 mm，整齊度84.9%，斷裂比強(qiáng)度 27.4 cN/tex，馬克隆值5.1，伸長率6.4%。

1.1.3 優(yōu)質(zhì)品系太5018 太5018是太倉市棉花育種中心從太8033空間環(huán)境誘變材料中通過系統(tǒng)選育方法選育出的優(yōu)質(zhì)材料。太5018纖維品質(zhì)優(yōu)，產(chǎn)量性狀好，配合力強(qiáng)。鈴質(zhì)量5.80 g，衣分42.00%，纖維長度32.5 mm，整齊度86.6%，斷裂比強(qiáng)度34.6 cN/tex，馬克隆值4.0，伸長率6.2%。

1.2 選育方法

2011年，以中抗A(不育株)為母本、太5018為父本，配置F代。2012年種植F代并進(jìn)行自交。2013年，在F群體中選擇優(yōu)良不育株與芽黃Y10配對(duì)雜交。2014年，種植不育株與芽黃材料的雜交F代，逐個(gè)編號(hào)并進(jìn)行自交。2015年，在編號(hào)為LX7、LX21的F群體中發(fā)現(xiàn)3株芽黃不育株，將其與同株行內(nèi)的芽黃可育株雜交。2016年種植芽黃不育株的雜交材料，經(jīng)鑒定，編號(hào)為Yt30的株行芽黃率為100%，不育株占比38.7%，且株行內(nèi)植株性狀表現(xiàn)基本一致；同年，繼續(xù)選擇優(yōu)良芽黃不育株與同株行內(nèi)的芽黃可育株進(jìn)行雜交。2017年，擴(kuò)大種植芽黃核不育系Yt30，經(jīng)鑒定，Yt30性狀整齊一致，綜合表現(xiàn)優(yōu)良，其不育株占比46.9%，芽黃率為100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 Yt30特征特性表現(xiàn)

2.1.1 農(nóng)藝性狀和纖維品質(zhì)性狀 Yt30植株整體較緊湊，株高99.5 cm。果枝與主莖夾角中等，葉片大小中等。產(chǎn)量性狀較好，果枝數(shù)16.2個(gè)，大鈴20.5個(gè)，鈴質(zhì)量5.45 g，衣分38.93%。Yt30棉纖維品質(zhì)較優(yōu)，纖維長度和比強(qiáng)度能達(dá)到雙30的水平，較親本材料中抗A提高較多(表1)，有利于配組纖維品質(zhì)優(yōu)異的F代。Yt30的子葉顏色較正常植株偏淡，新出葉在整個(gè)生育期都呈現(xiàn)淺黃色，標(biāo)記特征明顯(圖1)。Yt30芽黃性狀由隱性基因控制，子代出現(xiàn)雜合就會(huì)失去這一特征，據(jù)此可以開展不育系材料的去雜保純。

表1 Yt30與中抗A主要性狀比較

2.1.2 不育性 Yt30育性表現(xiàn)穩(wěn)定，其雄性不育植株占總數(shù)的比例一般為45%～50%，與可育植株比例接近于1 ∶1。Yt30不育株的雄蕊敗育完全，育性受溫度、光照等環(huán)境條件影響很小。不育株在幼苗期生長勢偏弱，莖稈較細(xì)，與可育株差異較明顯，可根據(jù)植株形態(tài)予以區(qū)分。Yt30開花期較普通常規(guī)棉略偏早，其不育株花朵較小，花冠張開角度小，與可育株花朵外觀差異明顯。不育株花朵雄蕊花絲短細(xì)，雌蕊柱頭高于雄蕊，與可育株花朵差異明顯(圖2)。

2.1.3 抗病性和抗蟲性 Yt30連續(xù)2年在枯黃萎混生病圃中開展抗病性鑒定，2年平均枯萎病情指數(shù)(簡稱“病指”)為8.9，黃萎病指為30.4，屬抗枯耐黃類型品種。Yt30為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品系，對(duì)棉鈴蟲低齡幼蟲具有較強(qiáng)抗性，綜合表現(xiàn)與中抗A一致。

2.1.4 性狀穩(wěn)定性 2017—2019年連續(xù)3年在太倉市棉花育種中心試驗(yàn)基地對(duì)Yt30群體進(jìn)行一致性調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)非典型植株。Yt30的第一果枝節(jié)位、葉色、葉片大小、開花期、鈴形、株形、衣分、單鈴子棉質(zhì)量及抗性等在年份之間均具有較好的一致性。

2.2 配置的雜交F1性狀表現(xiàn)

2017年，以Yt30芽黃不育系和中抗A作母本，分別和ZR2(中植棉2號(hào)選系)、5016(優(yōu)質(zhì)棉選系)、4094(優(yōu)質(zhì)棉選系)、CF5(優(yōu)質(zhì)抗蟲棉選系)等4個(gè)父本材料配置雜交組合。2018年開展試驗(yàn)鑒定，設(shè)置小區(qū)面積20 m，密度30 000株/hm，采用一般大田高產(chǎn)栽培措施。計(jì)產(chǎn)結(jié)果(表2)顯示，Yt30的4個(gè)雜交組合的皮棉產(chǎn)量為1 012.20～1 353.45 kg/hm，中抗A的4個(gè)雜交組合的皮棉產(chǎn)量為977.55～1 304.85 kg/hm。Yt30和中抗A各有2個(gè)組合的皮棉產(chǎn)量超過了1 200 kg/hm，其中Yt30與CF5的組合皮棉產(chǎn)量最高，達(dá)到了 1 353.45 kg/hm，較中抗A的相應(yīng)組合增產(chǎn)3.7%。與高產(chǎn)雜交棉品種蘇抗雜1號(hào)進(jìn)行比較，結(jié)果表明，所有組合都較蘇抗雜1號(hào)減產(chǎn)，減產(chǎn)幅度為0.8%～28.4%，Yt30與CF5的組合減產(chǎn)幅度最小，基本達(dá)到了蘇抗雜1號(hào)的產(chǎn)量水平。

表2 用芽黃Yt30配置的F1主要性狀

Yt30配置的各組合纖維長度為28.9～30.8 mm，比強(qiáng)度為30.5～31.7 cN/tex，馬克隆值為4.5～5.1。中抗A各組合的纖維長度為28.2～30.5 mm，比強(qiáng)度為28.4～29.9 cN/tex，馬克隆值為4.6～5.6。Yt30各組合的纖維品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)于用中抗A配置的各組合，尤其比強(qiáng)度方面的差異較明顯，表明經(jīng)過優(yōu)質(zhì)棉品系改良后，利用Yt30配置的雜交F代可以獲得更好的纖維品質(zhì)表現(xiàn)。從總體上看，用同一父本配置的Yt30組合和中抗A組合之間的差異要小于Yt30、中抗A各自用不同父本配置的組合之間的差異。這表明利用Yt30、中抗A等核不育系材料作母本配置雜交組合時(shí)，父本對(duì)后代的效應(yīng)要大于母本，選擇配合力好、產(chǎn)量較高與品質(zhì)較好的品系(種)作父本，可能有利于獲得優(yōu)良的雜交種。

3 討論與結(jié)論

制種程序復(fù)雜、種子成本高是雜交棉推廣的一大制約因素。目前棉花生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的主要還是人工去雄雜交種，制種時(shí)要分步驟去雄、授粉，不僅工作量大，而且容易出現(xiàn)因去雄不徹底而發(fā)生種子混雜現(xiàn)象(假雜交種)。利用核不育系配置雜交種，可以免去繁瑣的人工去雄環(huán)節(jié)，只需人工輔助授粉就可配置出雜交種，用工大幅度減少，一般情況下可減少40%左右的用工。用核不育系進(jìn)行雜交種生產(chǎn)雖然簡化了制種程序，但還需較大的工作量進(jìn)行人工輔助授粉，種子成本仍然偏高，同普通常規(guī)棉品種相比，競爭優(yōu)勢不強(qiáng)。另外，在目前新疆主產(chǎn)區(qū)機(jī)械化植棉的大趨勢下，雜交棉品種要想獲得大面積推廣，制種成本能否得到有效控制就成為至關(guān)重要的因素。

利用昆蟲傳粉，可以替代人工輔助授粉，減少制種工作量。邢朝柱等從人工授粉和蜜蜂輔助授粉的制種成本和效益方面來估算，認(rèn)為利用中蜂輔助授粉是切實(shí)可行的。張相瓊等認(rèn)為，意蜂傳粉效果優(yōu)于中蜂，在單位面積上達(dá)到一定數(shù)量后就可滿足傳粉需要。吳翠翠等利用棉花三系材料進(jìn)行蜜蜂授粉試驗(yàn)，結(jié)果表明，蜜蜂傳粉種子產(chǎn)量為人工授粉的70%左右，但其制種成本遠(yuǎn)低于人工授粉，可節(jié)約費(fèi)用2/3。邢朝柱等研究發(fā)現(xiàn)，利用蜜蜂輔助授粉可使抗蟲不育系制種成本降低30%以上。雖然棉花核不育系可以利用蜜蜂進(jìn)行輔助授粉，但對(duì)環(huán)境隔離條件的要求較高。黃麗葉等的研究表明，在開放條件下，利用新疆大片沙漠作為隔離區(qū)，可以利用蜜蜂輔助授粉生產(chǎn)棉花不育系。

在雜交制種的具體過程中，雖然可以隔離其他品種材料，但如果母本可育株去除不徹底，還會(huì)出現(xiàn)真假雜交種混雜且不容易區(qū)分的難題。本研究育成的棉花核不育系Yt30具有明顯的芽黃標(biāo)記，在利用昆蟲傳粉進(jìn)行雜交制種或保種時(shí)，可以放寬對(duì)周邊環(huán)境空間隔離的限制條件。將親本材料與其他試驗(yàn)材料保持一定距離后，就可實(shí)施蜜蜂輔助授粉。用不育系Yt30作母本，可育品種(系)作父本進(jìn)行雜交，真雜交種葉片為綠色，假雜交種葉片為黃色，可以在幼苗階段對(duì)少量的假雜交F代植株進(jìn)行鑒別拔除，克服了隱性核不育系難以區(qū)分真假雜交種的難題。由于可育株與不育株相比只有育性基因不同，所以即使有個(gè)別可育株沒有及時(shí)去除，也不會(huì)影響F代的去雜保純。另外，在進(jìn)行不育系繁殖時(shí)，由于可育株(保持系)也為芽黃材料，因此在不育株上收獲的應(yīng)該都是芽黃材料，如果在子代種植時(shí)出現(xiàn)綠葉植株，表明花粉已混雜，可根據(jù)葉色去除雜株。這對(duì)于提高棉花核不育系的品種純度和減輕核不育系保種工作量來說具有重要意義。