我國棉花品種改良的方向與策略

陳鵬云++張軍

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

關鍵詞：棉花；品種改良；方向；策略

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

20世紀90年代末期，轉Bt基因抗蟲棉（Bt棉）培育成功并迅速應用于生產，實現了對棉鈴蟲和紅鈴蟲的有效控制，給棉花生產帶來一次巨大的技術變革。由于轉基因抗蟲棉有效解決了棉花生產中的棉鈴蟲危害問題，減少了化學農藥的使用量，既節約了人力和物力，又有利于環境保護和生態平衡，因而在生產上迅速推廣和應用[1]。隨著轉Bt基因抗蟲棉的推廣和普及，我國棉花品種遺傳基礎狹窄問題越來越嚴重，早期轉基因抗蟲棉品種遺傳背景的同質化，導致纖維品質較差、品質類型單一，生產上棉花枯、黃萎病的發生有抬頭趨勢，尤其是落葉型黃萎病的發生，嚴重影響棉花產量，轉基因抗蟲棉的抗病性有待提高[2]。

進入21世紀，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、瘠薄地轉移，提高轉基因抗蟲棉的抗逆性成為育種改良的重要目標。近年來，隨著我國經濟的迅速崛起，勞動力和農資成本不斷提高，植棉收益急劇下降，挫傷了農民植棉的積極性，造成我國棉花種植面積連續下滑，棉花生產在農業中的弱勢地位愈加突出[3-5]。本文對當前我國棉花品種改良中存在的突出問題進行綜述，同時針對這些問題，并圍繞品種的產量和品質構成、抗逆性和棉花全程機械化等方面，歸納提出今后我國棉花品種改良的方向和策略，以促進棉花育種的大力發展。

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。隨著長期的種植馴化，棉花種植區域不斷擴大，從北緯45°至南緯35°均有分布。在總活動積溫低于4 500℃的地區，均面臨棉花早熟性問題。在我國黃河流域棉區，為了提高復種指數和單位面積效益，一年一季勞動密集型的常規種植模式逐漸向間作套種和適宜機采的種植模式轉變，這就對本生態區棉花的早熟性提出了更高要求。而在我國西北內陸棉區，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[6]。只有早熟，才能保證棉花高產、穩產，實現機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，產量和品質容易受到影響[7]。

1.2纖維品質問題

我國原棉品質基本符合紡織工業的需求，但品質結構不夠合理，基本上可以滿足紡織工業紡中低檔棉紗（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度比中國普遍高出1～2 cN/tex。我國棉花品種纖維強力較低、品質較差，而且棉花加工質量尤其是機采棉加工質量十分低下，既影響到國際市場的競爭能力，又浪費了大量的棉花資源[8]。

1.3高產、多抗、適應性問題

我國是全球最大的棉花生產、消費國，紡織品服裝行業是我國出口創匯的傳統支柱產業。棉花單產和總產均居于世界前列[9]。但是，近年來隨著種植業結構調整，棉田面積不斷萎縮，棉花總產不斷下降；受氣候條件的影響，棉花單產也起伏波動[5]。提高棉花單產始終是棉花育種的第一目標[10]，但是產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一步提高品種的抗逆性和適應性，實現品種的高產和穩產[11]。

而通過不育系、恢復系的篩選及雜種優勢機理的探討，培育具有超強優勢的棉花雜交種應用于棉花生產，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，也是當前維持棉花產業可持續發展的一個重要途徑[10]。

1.4棉花全程機械化問題

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

1.5種子產業化體系問題

美國等國的棉花種子產業化水平較高，育種較規范，全部由種子公司進行，并同時進行產業化。此外，美國等發達國家品種的覆蓋面大，使用周期長，如岱字棉公司培育并經營的岱字系列品種占全美總面積的60%以上，并在國外多個國家推廣應用。另外，種子本身的技術含量較高，在推廣種子的同時，積極開展配套的技術服務[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，都使棉花產量和纖維品質得到大幅度提高，對棉花生產起到很大的推動作用。面對21世紀現代棉業的發展，對未來棉花新品種又有了更高的要求。

2.1品種培育高產高效

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

2.2綜合纖維品質進一步改善

棉纖維是紡織工業的主要原料，纖維品質的高低直接影響著棉紡制品的質量，纖維的長、強、細是衡量棉花纖維品質的重要指標[15]。目前，我國推廣的部分棉花品種普遍存在著長、強、細匹配不合理的現象，綜合纖維品質低于先進國家的平均水平，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的機械化采收對纖維品質的要求極為迫切，以提高棉花綜合纖維品質為主的棉花優質育種顯得尤為重要[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在棉花生產上發揮了很大作用。但是，棉花是一種病蟲害較多的作物，農民用于防治蚜蟲、紅蜘蛛的藥物仍很多，不僅破壞自然環境，而且也影響人們的生存質量[17]。黃萎病給棉花生產帶來的危害也很嚴重，目前，真正抗黃萎病的棉花品種還非常缺乏；抗災、抗逆性品種也有待于進一步研究[18，19]。因此，培育多抗性品種是棉花持續發展的一大戰略。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一步應對水資源匱乏的困境，需要進一步提高棉花的抗旱性和耐鹽性。

2.4充分利用雜種優勢

雜種優勢利用在棉花生產上取得很大成功，我國已經培育成功多個抗蟲雜交棉品種，產量和纖維品質的優勢已經遠遠超過常規抗蟲棉，給農民帶來非?？捎^的經濟效益。然而由于制種仍沿用人工去雄授粉方法，復雜且成本高，難于大面積推廣。因此棉花雜交種的大規模利用還有待于強優勢、高增產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的健全和完善[20]。

2.5品種培育適宜輕簡化、機械化

棉花生產形勢面臨嚴峻挑戰，機械化成為棉花生產發展的必然趨勢[21]。因此培育適宜于輕簡化栽培的品種，進而探討選育適合在我國不同棉區氣候條件下種植的機采棉品種成為棉花育種的新任務。農業生產中一些生育期偏短、成熟速度快、抗倒性好的品種才能夠滿足機械化收獲的需求。雖然各種農作物生育期較短的品種在產量上沒有優勢，但是由于適合機械化操作，能夠大大減少勞動強度，提高生產效率，給農民帶來更高的收益，因此這樣的品種被廣泛接受和大面積種植，而傳統的生育期長的品種則被逐步淘汰出局。因此，在機械化采摘品種培育方面要結合耕作栽培制度的變革，充分結合利用早熟性、抗逆性、品質、株型，尋求產量、品質構成最合理的遺傳類型，實現棉花的機械化采摘，推動棉花種植的全程機械化，獲得更高的生產效率和植棉收益，是棉花產業可持續發展和獲得實際高產的關鍵[22-24]。

3未來我國棉花品種改良所采取的策略

伴隨著經濟社會的飛速發展，我國棉花品種改良經歷了從無到有、從少到多、直到世界領先的一個漫長過程。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研究工作舉世矚目。自育棉花品種的產量、品質、抗性、綜合利用價值等各個方面實現全面改良；品種改良技術由簡單的選擇育種發展到復交、回交、多系雜交、遠緣雜交、不育系以及雜種優勢利用；種質資源工作從無到有，發展成為自成體系并在國際上占據舉足輕重的地位；尤其是從20世紀90年代開始，以基因工程和分子標記輔助育種為標志的棉花分子育種迅速發展，為棉花的品種改良帶來嶄新的活力[25]。展望未來，棉花品種改良應在以下幾個方面有所突破。

3.1抗旱耐鹽堿棉花新品種選育

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

3.2早熟棉花新品種選育

針對我國棉花輪/套作及機械采收對棉花早熟性的要求，利用金字棉、塔什干棉、前蘇聯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Bt基因、轉抗草甘膦基因（EPSPS）等棉花材料配置雜交或復交組合[28]，通過標記輔助選擇結合系統選育，培育適宜于西北內陸棉區和黃河流域棉區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麥后直播的短季棉品種。

3.3高產棉花新品種選育

通過與棉花產量相關性狀的QTL定位研究及雜種優勢機理的探討，挖掘與棉花產量相關的功能基因或標記；通過回交轉育等途徑，培育不育性穩定的質核互作雄性不育系（CMS）[29]；通過聚合胞質不育微效恢復基因，創新優良恢復系，提高恢復系育性恢復能力；通過大量組配雜交組合，選育出強優勢胞質不育雜交棉新品種，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優質棉花新品種選育

廣泛搜集纖維品質優異的各類棉花種質資源，通過遠緣雜交育種、分子標記輔助育種[30]等與常規育種途徑相結合，進行優質基因漸滲，選育適宜不同棉區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質棉花品種[31]；開展與品質相關的各類轉基因研究，通過優良基因聚合，創制轉基因優質纖維棉花新材料[32]；以轉優質纖維材料為親本，通過雜交、聚合雜交等途徑，結合分子標記輔助選擇，培育聚合多目標基因的高產、優質、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的突變體棉花品種或材料，通過常規育種途徑選育適宜黃河流域、新疆棉區和長江流域棉區種植的低酚棉、彩色棉及高油品質棉花新品種[34，35]。通過轉基因育種及常規育種途徑，選育高硬脂酸或高油酸含量的轉基因棉花新品系。

3.6機采棉新品種選育

廣泛利用現有早熟、抗病、抗除草劑、抗蟲等棉花種質資源，通過雜交、系統選擇等途徑，選育適宜于機械化采收的棉花新品種，在黃淮海棉區和新疆棉區推廣種植，要求棉花新品種早熟、抗倒、株型較緊湊、果枝節位較高、贅芽少、含絮力適中，吐絮快而集中。針對新疆棉區和黃淮海棉區生態氣候和棉花生產特點，研究機采棉高產高效農機農藝融合關鍵技術。

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收稿日期：2016-10-28

基金項目：山東省農業科學院農業科技創新工程項目“海水農業關鍵技術”（CXGC2016B10）

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

通訊作者：王向譽（1978-），女，副研究員，主要從事海水農業關鍵技術研究。E-mail：747309894@qq.com