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某省杂交棉育种的现状及发展研究

减小字体 增大字体 作者:591代写毕业论文网  来源:http://www.591lw.com  发布时间:2012-10-12 23:57:00

棉花杂种优势的利用是棉花育种发展的必然。世界各主要产棉国都非常重视棉花杂种优势的应用与研究。各国先后通过人工去雄、化学杀雄、利用遗传工程导入不育基因、质核互作不育、核雄性不育等途径开展杂种优势的利用与研究。
  棉花是我国主要的经济作物,我国是世界上最大的棉花生产国和消费国,也是最大的纺织品、服装生产国和出口国。20世纪90年代以来,中国杂交棉品种在生产上的应用面积迅速扩大。1990年全国杂交棉种植面积为1.47万hm2,占全国棉花种植面积的0.3%;到1999年全国杂交棉种植面积达39.93万hm2,占全国棉花种植面积的10.8%;到2004年长江中游棉区杂交棉种植面积占本流域植棉面积的70.0%左右,成为棉花生产的主导品种;2010年杂交棉种植面积约占棉花种植面积的90.0%左右。
  1 湖北省杂交棉应用现状
  湖北省是我国重要的优质棉基地,是我国主产棉省之一。棉花生产是湖北省农业经济的支柱产业,也是棉农的主要经济来源。促进棉花生产发展最关键的是棉花育种、改良与创新,以不断培育棉花新品种。湖北省自2000年开始审定杂交棉品种,到2006年审定品种达到高峰。目前湖北省是杂交棉利用最为广泛的地区,杂交棉市场占有率达到90%以上。但从审定推广的杂交棉品种来看,虽然审定的品种较多,但是棉花杂种优势利用的途径单一,缺乏高优势的杂交棉新品种,所利用的杂交棉品种完全是人工去雄陆地棉品种间杂交种,核雄性不育杂交种和胞质雄性不育杂交种虽有品种审定,但生产上应用极少。
  1.1 品种现状
  湖北省自2000年以来开始审定杂交棉品种[1],2000~2011年审定杂交棉品种共45个,而常规棉品种只有9个。从品种审定发展形势看,2000~2003年审定品种数较少,杂交棉品种有5个;2004年起审定品种增至7个,其中杂交棉5个;2005~2008年审定的杂交棉品种最多,2006年最高达到10个;2009~2011审定品种虽少,但均是杂交棉品种(表1)。在所有审定品种中,杂交棉所占比例较高,基本代替了常规棉。
  1.2 品种产量与质量
  2004~2009年品种的产量在不断地提高,到2010年下降,2011年又开始上升;审定品种的纤维品质没有改善,长度和比强度有下降的趋势,2011年长度有所改善,品质较优(表2)。纤维马克隆值普遍偏高,没有一个品种的马克隆值在最佳范围A级(3.7~4.2)。由此说明棉纤维在长度、比强度、马克隆值方面表现不够协调,影响了棉花的纤维品质。在品种的抗病性,特别是抗黄萎病方面进展不大,有6个品种抗枯萎病,2个品种较抗黄萎病,只有鄂杂棉17F1双抗枯萎病、黄萎病,显然难以满足生产上对抗病品种的需求[2]。另外,有23个品种属转基因抗虫棉花品种,特别是2006年以后审定的20个棉花品种中有19个是转基因抗虫棉,显示出新品种选育的抗虫化。
  2 湖北省杂交棉育种发展中存在的问题
  2.1 生产上应用的高优势组合太少
  选育出杂交棉高优势组合是实现产业化的关键,影响湖北省杂交棉产业化发展的主要原因是目前生产上推广应用的高优势组合太少。湖北省2012年主要推广的抗虫杂交棉组合有EK288、KB02、铜杂411、荆杂棉142、冈杂棉8号、鄂杂棉26和鄂杂棉10号。其中,鄂杂棉10号为区试对照,该品种于2005年审定,在长江流域棉区春棉品种区域试验,子棉、皮棉和霜前皮棉平均产量分别为3 519.00 kg/hm2、1 453.95 kg/hm2和1 161.15 kg/hm2,分别比对照品种泗棉3号增产20.6%、11.9%和11.5%。近年来,虽然出现了如EK288、KB02、铜杂411、荆杂棉142、冈杂棉8号和鄂杂棉26等这样在生产上较好的品种,其在产量上或者某个方面超过鄂杂棉10号,但是增产的幅度不大,在综合性状上,尤其是稳产性和适应性上难以超过鄂杂棉10号,这也是该品种一直在市场上占有率较高的原因,同时也说明了湖北省育种水平遇到了一个瓶颈,需要突破,需要能在生产上应用的高优势组合来取代以前的品种。 2.2 种子的真实性和纯度问题
  品种的真实性和纯度是评价种子质量最主要的指标。杂交棉种子纯度是制约杂交棉发展的一个重要因素。棉花是常异花授粉作物,在生产上既可自花授粉也可异花授粉。目前湖北省生产上推广的杂交棉基本上为人工杂交制种,在制种过程中存在一系列问题,严重影响了种子的纯度。例如制种田空间隔离不到位;默许次日早上去除雄蕊,对母本漏花的管理力度小;公司重视生产过程、忽视收购环节,允许农户自由收摘、晾晒的现象普遍存在;人为掺杂使假,常规种充杂交种,用二代种充一代种。目前,在种子纯度鉴定上主要有田间和分子鉴定两种。田间小区种植是鉴定棉花品种真实性和测定种子纯度的法定方法,一般在当地异季进行。即使到海南种植鉴定,其结果最快也只能在来年3~4月得出,时间比较晚。一般公司在年底已经把种子收回,很难对种子的真实性和纯度进行鉴定。分子标记鉴定纯度虽然比较快,但是需要专门的试验设备,如果鉴定的群体较小就没有代表性,如果群体过大则检测费用太高[3]。
  2.3 制种资源和成本问题
  我国棉花杂交制种基地主要集中分布在苏北、豫东、冀南,目前各制种公司对制种面积的竞争十分激烈,形成了公司与公司、品种与品种之间相互交错,在1个自然村4~5 hm2的制种面积中,就有7~8家公司安排生产10多个品种(组合)。近年来,农民外出务工人数不断增加,种地“老龄化”、“妇女化”、“兼职化”和“副业化”的现象越来越严重,对棉花杂交制种提出了新的挑战。另外,由于农民生活水平的不断提高,工作、生活环境的不断优化,目前,许多农民不愿再受棉花制种期间夏日暴晒之苦,棉花杂交制种劳动力供需矛盾日益突出[4]。
  2009年以来,农村劳动力价格大幅攀升,制种工价也随之提高。豫东地区制种劳动力的日工资从2003年的8~10元提高到2010年的25元以上;洞庭湖地区制种日工资从2000年的15~20元增至2009年的40~50元。工价的大幅提高,明显增加了制种成本,制种收益急剧下降。2010年,制种棉每公顷的种子收入与授粉用工费用基本相平,皮棉收入减去常规生产投资后,收益无几,与同等面积的商品棉主产品收益相比明显偏低[5]。种植制种棉与外出务工相比更是收益低下。另外,制种公司由于受到成品种子下游销售价格和利润空间的限制,近年来种子回收价格虽有所提高,但增幅有限。制种收益的显著下降严重挫伤了农民制种的积极性[6]。如果新品种在生产中增产幅度超过常规棉种30%以上,人工制种费工、费力和种子价格高等问题即可淡化,从而提高农民选种杂交种的积极性,继而大大加快、加强杂交棉的推广[7]。
  2.4 品种同质化问题
  随着经济的发展,依靠并服务于企业实体的新型科研单位逐渐在竞争中崛起。与企业相依存的科研单位,可以更紧密地联系生产实际,并为企业近期和中期发展目标服务,并在生产应用领域发挥重要作用。但是,目前广泛应用的陆地棉品种间杂交种由于配组灵活、周期短、见效快,一些不具备育种条件的企业实体也一哄而上,将此作为一条捷径进行杂交棉选育,导致目前育出的品种同质化程度较高。湖北省每年都要审定通过相当数量的棉花新品种,这些品种在丰产性、抗逆性等方面同质化程度高、遗传基础狭窄、缺乏突破性品种。这种现象不利于主导品种的推广,影响了湖北省棉花单产水平的提高,最终的结果是品种的寿命短。此外,近年来棉花育种工作中功利思想严重,追求短、平、快,忽视科研原创的倾向尤为严重,如不引起高度重视,将会造成棉花科研工作的后劲严重不足。
  3 湖北省杂交棉育种发展趋势
  3.1 加快优良新种质和新材料的研究、开发、创新与利用
  种质是育种的物质基础,是否拥有优异的棉花种质资源是决定育种成败的关键因素之一。首先,应不断拓宽品种资源的搜集范围,广泛搜集具有棉花生产和育种需要特性的各种优异材料,挖掘不同棉种的抗棉铃虫、抗黄萎病、抗盐碱及高强力纤维的种质,以丰富棉花的遗传基础,构建广基群体,扩大变异源,作为中长期育种的基因库。其次,深化棉花品种资源的鉴定研究[8]。对各类资源进行分类并作出综合评价,筛选出各具不同特点、优良资源供棉花育种利用。利用辐射诱变、杂交、生物工程等新技术和具有抗病虫、优质等性状的野生、半野生或种间杂种材料,创造育种需要的优异新种质。
  3.2 大力发展两系、三系杂交棉品种的选育
  随着高优势的两系、三系组合的育成,我国杂交棉从高成本、高价格向着低成本、低价格的方向发展,这种趋势演化可以从根本上克服杂交棉制种投入大、风险大、制种质量难以控制等缺陷,可以有效解决我国当前劳动力不足和劳动力成本提高等问题[9]。目前在两系育种方面,四川省农科院走在前列,选育了大量的两系杂交棉;而三系方面,邯郸农科院取得了较大的进步。根据湖北省的情况,要加大两系、三系的研究力度,尽快推出优势强的雄性不育棉花杂交组合,是解决湖北省棉花杂交种制种诸多难题的关键措施。同时应注重搜集和创造新的不育源,加强对现有材料的改造,积累有利基因,使育性恢复达到100%。发展并利用基因工程创造不育系和恢复系,创建新三系,消除不育胞质对杂种后代的负效应,选配强优组合。
  3.3 加大杂种二代的利用
  棉花杂交种F2的增产优势虽然不及F1,但仍然有8%~10%的增产效果。早在20世纪90年代,河北省农林科学院棉花研究所就已经注重棉花杂交种F2的利用,如1993年通过河北省审定的冀棉18 (杂29),其杂交种F2的增产效果在20%以上,推广面积达7万hm2。胡新燕等[10]对6个杂交组合的F2进行了研究,结果表明转基因抗虫杂交棉F2代不仅具有一定的竞争优势,且抗虫性较好,在生产上有利用价值;同时,为了获得优势强、抗性好的F2组合,应选择高产母本和高抗虫父本。因此杂种二代是可以利用的,但是在杂种二代的利用上,要注意一些问题。杂交种F2的有效利用,关键是亲本的选择,双亲应选择丰产性好、抗枯耐黄、株型相近、纤维长度相差不大的品种,便于在生产上大面积应用。加强杂交种F1的研究利用,培育出性状优良的F2以应用于生产中,能够为制种企业节约成本,提高其制种积极性,为杂交棉迅速推广起到很大的促进作用。 3.4 化学杀雄
  化学杀雄是指选用某种化学药剂,在作物生长发育的一定时期喷洒于母本上,直接杀死或抑制雄性器官,造成雄蕊生理不育而不损伤子房和柱头。采用高效、低成本的杀雄剂,结合现有的指示性状及转基因抗除草剂材料,可以很方便地淘汰假杂种。化学杀雄技术是未来实现杂交棉制种技术突破最有希望的途径之一。利用化学药剂杀死雄蕊可省去人工去雄,杂交配组既方便又灵活,还可免除在选择亲本方面受不育系遗传背景的约束。Eaton首次应用化学杀雄剂FW450后,一度兴起了利用化学杀雄手段生产棉花杂交种子研究的高潮。中国在20世纪70年代开展了较大规模的化学杀雄的研究,但基本上是应用国外发现的一些化学试剂,只是在使用浓度和方法上作了一些改进,缺乏突破性研究。目前国内外把化学杀雄剂用于杂交棉制种的研究很少。由于化学杀雄剂在棉花杂交制种中的独特优点,应加强筛选新的化学杀雄剂的研究。即使筛选的化学杀雄剂不能100%地杀雄,但可配合其他指示性状,例如芽黄性状、无腺体性状、红叶、叶基无红斑、鸡脚叶等,在苗期及时剔除假杂种。此外,利用具有抗除草剂基因的棉花品种做父本也可以达到雄性不育的目的。最近国外利用抗除草剂基因的棉花品种,在干旱的开花期,把廉价的除草剂草甘膦作为杀雄剂诱导花粉不育,这样可以不去雄配制杂交组合;但该方法对于不抗除草剂的棉花品种则不能使用,杂交配组的自由度受到限制。王秀丽等[11]研究表明,喷洒除草剂虽然不会造成抗性植株死亡,但会对其育性造成明显影响。孟庆忠等[12]利用10%的草甘膦100倍稀释液喷施抗除草剂的母本,得到母本全株雄性不育。此外,在新疆开放条件下利用蜜蜂传粉的棉花制种研究已取得进展,若能够将蜜蜂传粉大面积应用于棉花杂交制种,可彻底省去人工去雄环节,制种成本将会大幅度降低,制种企业的生产积极性也会大大提高,棉花杂交种的推广速度会迅速加快。
  3.5 选育具有特异性状的杂交棉品种
  特异性状包括指示性状、雌雄蕊异熟、柱头异常等。以苗期具有隐性性状的品种为母本,以具有显性性状的品种为父本进行杂交,杂种一代就可根据苗期隐性性状的有无来识别真假杂种。我国已经研究过的指示性状有红叶、芽黄、子叶基无红斑、光子、隐性无腺体、显性无腺体、子叶柄无绒毛、鸡脚叶等,其中芽黄、无腺体及光子应用较好[13]。选育带有抗2,4-D或抗草甘膦等除草剂的恢复系,实现杂交棉种子纯度的快速鉴定,清除假杂种[14]。另外,目前已选育了一些标记性杂交棉,例如河北省石家庄市农业科学院利用超鸡脚叶、无腺体两个遗传标记性状自交系与Y2-2选育了新品种标记抗虫杂交棉一号;山东棉花研究中心利用红花性状选育了带有红花标记的新品种杂交棉鲁05H9,这些杂交棉的选育保证了杂交棉种子的纯度,大大提高了种子的质量。选育具有特异性状的杂交棉品种不仅可以省去人工去雄节约成本,还可以保证种子的纯度。
  3.6 强化杂交棉品质育种
  湖北省是我国重要的优质棉基地,地理、气候条件优越,植棉历史悠久,棉花单产高,纤维品质优,种植面积大,是我国主产棉省之一。结合湖北省的优势,大力发展高品质的杂交棉品种是湖北省棉花发展的主要方向。随着社会进步和人民生活水平的提高,对高品质棉的需求将日益增加。棉花纤维强度是棉纺织品质量和原棉外销的重要指标。从日本纺纱检验协会对不同产棉国的原棉性能试验结果分析,我国原棉品质差主要表现在强度方面,零隔距断裂比强度明显偏低,而长度、细度和成熟度同其他主要产棉国相比相差甚小,符合纺织工业要求[15]。湖北省棉花纤维品质在比强度、整齐度等方面表现较好,纤维长度居于全国中上等水平,符合纺织工业要求。但是多数品种麦克隆值较高,棉纤维偏粗。如定位为适纺50支以上高支纱商品棉基地,在棉花品种纤维遗传品质改进时,应注意马克隆值的降低和纤维色泽品级的提高[16]。目前湖北省主推品种间纤维品质差异较大,在今后的选育中,要重点注意降低马克隆值和提高纤维色泽品级,同时增加长度和比强度。
  3.7 利用现代生物技术提高育种效率
  传统的育种技术由于周期长越来越不能满足现在育种的需要,而生物技术可人工操作其目标性状,具有快速创造新材料的优势,受到人们的关注,目前已取得了长足进步。例如利用转基因技术可以快速创造新的棉花品种资源,只有创造出具有特殊遗传基因的材料,才能育成好的棉花品种。利用分子标记技术可将不同特殊性状的基因聚合于同一育种材料中,丰富材料的遗传基因,例如用此技术聚合多个抗虫基因于同一育种材料,从中选育的新品种(系)就可以减缓抗虫棉抗性的衰退,增加棉花品种的抗虫性、适应性,选育出好的转基因抗虫棉新品种。生物技术的利用在棉花资源的快速筛选和抗棉铃虫、抗除草剂新材料的创造等方面取得了巨大的进展,并已大规模商业化生产,获得了巨大的经济效益、生态效益和社会效益,因此必须大力发展生物技术辅助育种,提高育种的速度和效率[17]。
  参考文献:
  [1] 王孝纲,别 墅,袁广平,等.湖北省“十五”以来审定棉花品种主要性状分析[J].湖北农业科学,2007,46(6):896-899.
  [2] 蓝家样,詹先进,陈全求,等. 湖北省棉花育种发展方向探讨[J].农业科技通讯,2008(4):5-9.
  [3] 刘玉涛. 棉花杂交制种的纯度保障[J].中国种业,2010(9):39.
  [4] 张志刚,贺云新,梅正鼎,等.洞庭湖地区杂交棉发展遇到的新问题与育种对策[J].中国棉花,2011,38(2):30-31.

 
 

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