棉花育种学

棉花育种学主要参考文献：1、潘家驹主编《棉花育种学》，中国农业出版社，1998年；2、黄骏麒等编著《中国棉作学》，中国农业出版社，1998年。第一节、我国棉花育种的概况棉花是主要经济作物之一。棉纤维－重要的纺织原料棉籽油、棉籽蛋白－植物油料和蛋白质资源世界各主要产棉国都以培育新品种作为提高单产和改进品质的重要措施。20世纪初，世界五大产棉国或地区：中国美国中亚印度巴基斯坦生产概况:全世界棉田总面积大致稳定在3200万公顷左右，大多分布在暖温带、亚热带和热带。按纬度和棉花收花期，可分为三个植棉带：北带、中带和南带。近年来，全世界有75个产棉国。年产皮棉100万吨以上的国家有中国、美国、印度；巴基斯坦和乌兹别克斯坦。1982年以来，中国跃居世界的首位。1.1棉花育种方法及成果1.1.1引种引种指从国外引进品种直接在生产上应用，是获得生产上迫切需要的新品种的迅速有效的途径。亚洲棉(低产、纤维粗短)1919～1920年引入金字棉、脱字棉、爱字棉等品种；1933～1936年引入德字棉53l、斯字棉4、珂字棉100等品种；1950年引入岱字棉15品种。新疆棉区于50～60年代从前苏联引进海岛棉品种。引种的要求引种能否成功取决于引种地区生态条件的适应：首先必须注意引种地区间气候条件的相似性。美国植棉带与我国长江、黄河流域棉区的自然条件比较近似，一般引种比较容易成功；原产美国密西西比州的岱字棉、斯字棉、德字棉等，引入我国长江、黄河流域棉区种植；原产美国北部棉区北卡罗莱纳州的金字棉，引入我国东北特早熟棉区种植，都获得较好结果。其次，引种必须注意品种生育类型在不同棉区的适应性。如斯字棉4号、斯字棉2B、岱字棉15等品种，属中熟、中铃类型，植株较松散，铃中等大，结铃性和纤维品质等性状较好，适应性广，适合于我国长江、黄河流域的自然和生产条件。而早熟紧凑型为布蓝柯3363、邓恩119等，以及晚熟大铃型如珂字棉4104、爱字棉SJ—1、佩马斯特11lA，在我国棉区条件下增产潜力不大，一般不宜栽培。1.1.2系统育种法在现有推广种植的品种群体中，选择优良的变异个体(单株)或单铃，培育而成新品种的方法，称为系统育种法。◆基础：自然群体的遗传变异是系统育种法进行选择的基础。◆遗传变异的来源：(1)天然杂交(2)基因突变(3)剩余变异及潜伏纯合基因在不同生态条件下显现剩余变异－由于棉花是常异花授粉作物，即使经过多代自交，品种在遗传上的纯合仍然是相对的，自交后代群体中残留的杂合基因所引起的变异。1.1.3杂交育种法杂交育种是选择合适亲本，通过杂交，使控制亲本双方优良性状的基因在P1群体中结合为杂合型，在F1通过自交形成的F2分离群体中，选择符合育种目标的个体，再在以后世代中连续选择和鉴定，培育纯合而合乎要求的理想品种的方法。类型：品种间杂交种属间杂交（远缘杂交）亲本选配：主要原则杂交方式：单交、复交、回交、杂种品系间互交各自优缺点和应用杂种后代处理：系谱法、混合种植法★系谱法杂种一代以选留组合为主，并去除假杂种。自杂种第一次分离世代(单交二代，复交一代)开始选株，分别种成株行，以后各世代都先选优良株行，在优良株行中选择单株，直到株行不再分离、整齐一致时，选优良株行进行产量比较试验。F2代选择遗传率高的性状比较可靠，宜从早选择；F2代选择遗传率低的性状，则并不十分可靠，到后期世代选择较宜。缺点：◆连续单株选择，过分强调系统的一致性，也不利于有利基因的累积。改进（1949年，Harland提出的混合一系谱法－单株选择和混合选择同时并进）◆系谱法育成的品种，追本溯源由一个单株出发，其遗传基础比较狭窄，适应性也比较差。孙济中(1996)认为混合系谱法系按同标准选择若干株系混合，系间基本上相似，但仍存在一定差异，株系间有一定互补性，可以提高品种对环境的适应性。如果育种目标是改进质量性状，或遗传率较高的数量性状，系谱法在早代进行选择可起到定向作用。★混合种植法在杂种分离世代，按组合混合种植，不进行选择，到F5以后，估计杂种后代基本混合后，再进行单株选择。棉花的主要经济性状如产量、结铃数、铃重等，多数是受多基因控制的数量性状，早期遗传率较低，易受环境条件影响，早期选择可靠性低，并由于选株相对较少，很可能使不少优良基因型丢失。混合种植法可以克服这些缺点。分离世代按组合混合种植的群体应尽可能大，以防有利基因丢失，而能在以后得以积累和重组。主要应用于多基因控制的数量性状（性状遗传率低）；工作量大；育种周期长1.1.4其他育种方法远缘杂交育种法棉花杂种优势利用诱变育种法高新技术在棉花育种中的应用选配高优势组合应用于生产，也是育种途径之一。在棉花杂种优势利用中，目前正在应用和继续进行研究的制种方法有以下五种：1、人工去雄杂交；2、应用指示性状制种；3、化学杀雄；4、二系法；5、三系法。利用各种物理的、化学的因素诱发作物产生遗传变异，经过选择及一定育种程序育成新品种的方法，称为诱变育种。物理因素：各种辐射线、微波、激光等用作诱变剂的化学因素：秋水仙碱、烷化剂、DNA碱基类物质等利用远缘杂交育种，使很多陆地棉品种不具有的性状从野生种和陆地棉野生种系引进陆地棉，如从瑟伯氏棉引入纤维高强度性状；从哈克尼西棉引入细胞质雄性不育及恢复育性性状等。远缘杂交常会遇到杂交困难、杂种不育以及后代性状异常分离等问题。★远缘杂交育种法克服杂交不亲和性的方法有：1、用染色体数目多的种作母本，杂交易于成功。2、在异种花粉中加入少量母本花粉，可以提高整个胚囊受精能力。3、外施激素法。在杂交花上喷施赤霉素(GA3)和萘乙酸(NAA)等生长素，对促进杂种胚的分化和发育及保铃有较好效果。4、染色体加倍法。在染色体数不同的种间杂交时，先将染色体数目少的亲本用秋水仙素处理，使染色体数加倍，可提高杂交结实率。5、幼胚离体培养。将幼胚进行人工离体培养，为杂种胚提供营养，从而提高杂交的成功率。棉属种间杂种常表现出不同程度的不孕性。克服种间杂种不育的方法有：1、大量重复授粉。·2、回交是克服杂种不育的有效方法。3、染色体加倍是克服种间杂种不育的有效方法。★高新技术在棉花育种中的应用高新技术指在离体条件下在细胞或分子水平上进行遗传操作，对植物进行遗传改良或繁殖的生物技术。组织培养胚珠培养；体细胞培养；花药培养；原生质体培养外源基因导入将外源基因导入受体细胞，使其得以整合和表达，从而获得转基因植株，这是作物育种上最为快速有效的途径。棉花外源抗虫基因和抗除草剂基因导入已经取得一定进展。1.1.5我国棉花生产及育种工作的进展我国自从60年代开始自育品种以来，逐渐以自育良种取代由国外引进品种，改变了依赖引进外国品种的局面。育种方法：由自然变异群体中系统育种，进入杂交育种。杂交育种方法由单交进入复交，以及系间互交，又由品种间杂交进入种间杂交等方法。随着生产的发展，也不断出现新的问题需要解决，对棉花育种也提出了更高的要求，以适应不断发展的国民经济的迫切要求。1.1.5.1我国自育棉花品种改良过程1、亚洲棉及陆地棉改良阶段(20-50年代)2、以提高丰产性为主(50-70年代)3、丰产、优质、抗病性的综合提高阶段（80-90年代）4、高强纤维、转基因抗虫棉育种阶段（90年代后）1.1.5.2三大棉区黄河流域棉区包括山东、河北和河南两省大部，陕西关中，山西晋南，江苏徐淮地区、安徽淮北地区，京津郊区长江流域棉区包括四川、湖北、湖南、江西、浙江等省，江苏和安徽两省淮河以南及河南省南部新疆棉区（西北内陆棉区）我国唯一的长绒棉基地，也是陆地棉品质最好地区1.1.5.3当前棉花生产面临的主要问题•1.品种多而乱•2.纤维品质不适合纺织工业的要求–细度、强度、长度单一，不符合多档次要求•3.抗灾力弱•4.病虫害重•5.简化栽培技术研究落后•6.植棉效益低转基因抗虫棉的培育纤维品质的改进抗性持久性的培育生态环境遭受破坏（农药使用）；棉铃虫抗药性也明显增强（农药使用）；转基因抗性减弱（并非全生育期，随着棉花生长季节的进展，抗虫性有所降低）；抗虫棉的抗性基因单一，害虫容易产生抗性Bt基因导入棉株以后的遗传稳定性一种作物对某种寄生物是否表现抗性决定于作物群体的基因型以及寄生物群体的基因型。Flor于1956年提出基因对基因互作(Geneforgeneinteraction)的结论，寄主中每有一个控制抗性的基因，寄生物中相应地有一个控制感染的基因。第二节、棉花育种的种质资源2.0概述2.1棉属的分类2.2棉属的栽培种及其特征2.3种质资源的利用价值种质资源：也称遗传资源，是棉花育种中对所有可以用来进行棉花改良的品种、品系近缘种或野生种的总称。我国以往培育的棉花品种，无论系统育种或杂交育种，追溯其系谱来源，不外乎由美国引进的岱字棉、斯字棉、德字棉、福字棉、金字棉等品种。这些棉花品种最早都来自于墨西哥的一个家系12个棉株。品种资源的范围相当狭窄，缺乏综合性状优良、产量高、纤维品质好、兼抗枯、黄萎病性能及主要虫害的理想品种，给新品种的培育带来一定的局限性。当前我国自育品种突出的缺点是纤维强力较差、细度偏粗、不抗黄萎病。棉属野生种，例如瑟伯氏棉、异常棉等都具有纤维强力较好、细度较细并兼抗黄萎病等潜力的基因，将野生棉种的优良种质渗入并转移给栽培品种的基因型，是培育具有突破性品种的有效途径之一。因而研究棉花育种的种质资源显得十分重要。2.0概述2.1棉属的分类在植物分类学上，所有野生和栽培的棉种都属于被子植物的锦葵目（Malvales）、锦葵科（Malvaceae）、棉族（Gossypieae）、棉属(Gossypium)。其中除4个栽培棉种外，其余均是野生种，分布于热带和亚热带的广大地区。棉花是喜温、喜光作物。棉属中包括许多棉种，其中有4个栽培种：草棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉。栽培最广泛的是陆地棉，其产量约占世界棉花总产量的90%；海岛棉约占5～8%；亚洲棉约占2～5%；草棉已很少栽培。根据棉花的形态学、细胞遗传学和植物地理学的研究，一般认为棉属包括51个种，除4个栽培种外，其余均为野生种，各棉种的染色体基数x=13，可概分为二倍体和四倍体两大类群。棉属的主要形态特征：●一年生或多年生的木本灌木，叶片全缘或3-9个裂片；●下部多为单轴型的营养枝，上部多为假合轴型的果枝；●每花有3片苞叶，形成三角苞，苞叶全缘或具锯齿，有的苞叶很小；●花萼呈杯状，上缘或平截状，波状或尖齿状；●花瓣5瓣，覆瓦状排列，雄蕊多，在花丝下部联合成管状，花药单室，子房2-5室；●花柱棒状，柱头裂片数和子房室数相等；●果实为背面开裂的蒴果；●成熟种子常在种壳内留有胚乳遗迹；●细胞学特征是2n=26或2n=52（染色体基数x=13）2.2棉属的栽培种及其特征棉属有四个栽培种：草棉（Gossypiumherbaceum）亚洲棉（G.arboreum）陆地棉（G.hirsutum）海岛棉（G.barbadense）（1）草棉：●二倍体栽培棉种之一，染色体组为A1，染色体数2n=2x=26；●原产于非洲南部，是非洲大陆栽培和传播较早的棉种，又称非洲棉（Africancotton）；●有5个种系（race）；●栽培的草棉多为一年生，原始的野生棉祖先仍是多年生；●主要优良特性：生育期短，极早熟，具有较强的耐高温、干旱和盐碱的能力，对一些病虫害抗性也较强；●缺点：高湿条件下易感染角斑病、枯萎病、黄萎病和根腐病；产量低、纤维品质差。（2）亚洲棉：●二倍体栽培棉种之一，染色体组为A2，染色体数为2n=2x=26；●原产于印度次大陆，由于在亚洲最早栽培和传播，又称亚洲棉(Asiancotton)；●有6个种系（race）；●有一年生（主要的栽培类型）和多年生（原始类型）两大类群；●中国的亚洲棉又普遍称之为中棉（G.NankingMeyen）；●主要优良特性：▲成熟早，吐絮快而集中；▲抗逆性强，不仅对枯萎病、棉蚜、棉铃虫、红铃虫等病虫害有较强的抗性，而且由于棉铃下垂，在多雨潮湿地区可以减少烂铃僵花，并耐旱耐瘠，耗水需肥较少，栽培管理简单，产量比较稳定；▲纤维粗短，强力高，弹性大，适于纺织拉绒布或棉毛混纺及棉絮等专