第三师农科所棉花种质资源研究现状及发展方向

来源 :中国农资 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guigui1998
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  摘要:棉花种质资源收集工作是一项基础性研究工作,研究的最终目的是为育种者提供亲本材料。种质资源研究的主要工作是收集、保存、优良性状利用。根据种质资源研究现状以及当前生产需要,及时调整种质资源工作重点和方向是十分必要的;另一方面,生物技术发展迅速和计算机的普及为种质资源工作提供支撑。将现代技术应用于种质资源研究是种质资源研究发展的必然趋势。本文就近年来第三师农科所棉花种质资源研究所的工作进行概述。对今后棉花种质资源研究的发展方向进行了探析。
  关键词:种质资源;棉花;研究现状;发展方向
  优质棉花种质资源是培育棉花新品种的物质基础。南疆为新疆的主产棉区之一,为新疆的棉花种植做出了重要贡献,但棉花新品种长期依赖于引种,这在很大程度上限制了棉花产业的发展。2007年第三师农科所搬迁以来,比较重视棉花种质资源的收集、鉴定和保存工作,有力地保证了棉花生产和科研工作的持续稳定发展,在“十一五”期间成功申报了南疆棉花育种分中心项目、国家棉花产业体系叶尔羌河综合试验站,棉花新品种育种研究被列入兵师科委课题。2010年后陆续参加兵团、自治区早中熟棉区域试验,促进了第三师农科所棉花品种资源工作的顺利发展,棉花品种资源的收集范围及数量不断扩大,抗病虫及抗逆境鉴定研究不断深人,种质创新工作也取得了一定的成绩,为三师农科所棉花育种工作储备了丰富的亲本材料和基础资料。
   1 种质资源的研究意义
  棉花是新疆赖以生存和种植的主要经济作物之一,也是事关国计民生的重要战略物资。棉花品种资源是反映棉花品种多样性的宝贵基因库,是培育新品种及品种改良的物质基础。我所近几年从事棉花品种资源研究,旨在服务于自治区棉花育种、科研、培训及生产。同时,也解决了获得种质资源困难和不便利,奠定了棉花育种的的基础。
   2 优越的棉花种植和棉种保存条件
  第三师农科所地处图木舒克市东区,距离巴楚火车站48km,交通通讯较发达,自然条件优越,不仅适宜棉花的生长发育,而且有利于棉花种质资源的保存。图木舒克市位于东经78°50′、北纬39°45′的天山南麓塔里木盆地的西北边缘,海拔高度1105m,无霜期220d左右,年平均气温11.6℃左右,年降水量41.0mm左右,蒸发量2088.2mm左右,日照百分率60%左右。既可种植陆地棉,又是海岛棉种植基地;且棉花生长发育良好,棉种籽粒饱满,当年种子发芽率90%以上。
  影响种子储藏外部一般有两大要素:第一是温度、第二是湿度。图木舒克的自然条件均可满足以上两大要素。年降水量41.0mm左右,而蒸发量高达2088.2mm,二者相差51倍,导致大气湿度极低,年平均相对湿度51.5%。6、7、8四个月的气温较高,平均为24.7℃,但相对湿度只有43%,低于北京国家长期资源库50%±7%的标准,种子生命活动极低;冬季12、1、2三个月的相对湿度虽稍高,达60%,但这一时期的气温在0℃以下,平均为-5.3℃,种子生命活动非常低。在自然条件下,无需增加特殊的降温、降湿设备和费用,即可收到超过国家中期库的效果。保存效果也远远好于长江、黄河流域棉区。
   3 近年来三师农科所棉花种质资源研究取得的成绩
  3.1 棉花种质资源的收集与鉴定
  种质资源工作的性质是为育种储备遗传多样性丰富的种质材料,最终目的是为育种提供基础材料。因此,在棉花种质收集和创新过程中以此为宗旨,紧紧围绕当前生产需要,广泛收集各类棉花种质[1]。目前生产需高产、优质、抗病、抗逆、机采品种,目前机器采收在生产上逐步推广应用,以株型紧湊、对脱叶剂敏感和优质材料为基础的机采棉育种(包括机采杂交棉培育)已成为棉花育种工作的主要方向。根据这一情况,利用各种渠道收集国内外各种类型的种质并进行了适采性鉴定,筛选出适采种质5份,极大地丰富了农科所机采棉育种的遗传基础。另外,当前国产原棉的生产品质和内在纤维品质比美国原棉差,这是限制南疆棉花发展的一个重要因素。随着美国原棉低价的冲击,新疆原棉的纤维品质将受到严峻考验,改善棉花品种的纤维品质是当前新疆棉花生产的重要任务。针对这种形势,有目的地进行优质纤维种质的收集和鉴定,建立了棉花品种资源挂藏室90m2、挂藏架44架、种植圃、晒花场、考种室和轧花房。并建立了计算机种质管理系统、彩色植株图片库。现共筛选出高强纤维种质28份(比强度在34.0cN/tex以上)。随着全球经济一体化和我国市场经济体制的完善与发展,各种专用棉品种都有不同的市场需求。种质资源工作也考虑收集各种类型的专用棉种质,如开发利用棉仁低酚棉、筛选出低酚棉种质6份。经过几年的努力,目前共收集近2940份材料。极大地丰富了棉花种质基因库,为棉花育种储备了丰富的亲本材料。
  3.2 棉花种质的自然保存
  种质保存是种质资源研究的一项重要内容,南疆大陆性气候是保存种子的天然的好场所。在种质资源研究中,一般当库存种质发芽率降为最初存入时的80%左右时,就需繁殖一次。否则存活的种子会发生基因突变[2]。笔者2000年种植了以色列棉包衣品种9个,种完后纸袋简易封口后放在土坯房,2008年笔者调入农科所,2009年做发芽试验,发芽率在64%~90%,半精量播种,田间出苗率80%以上。在自然条件下保存种质含水率在9%左右,常温条件下保存,这样的棉种15~20年需复种一次,相对内地,较少耗费了人力、物力、财力,也利于其它工作的开展。另一方面,在种质繁殖过程中生物个体的遗传物质易受环境影响而发生改变,因此繁殖次数的减少也有利于品种保持其原有的遗传特性。
  3.3 棉花种质的创新
  种质创新是丰富棉花遗传基因库的一个重要途径。在进行种质创新时,紧紧围绕棉花主要育种目标,利用多种途径进行种质创新研究。“十一五”期间以库存和新引进种质为基础材料、利用常规杂交育种手段育成了10个有特色的常规陆地棉品系以及2个海岛棉品系,另外还一有50余份具各种优异性状或特异性状的低代材料。其中,常规品系农3-09jb1、农3-09099,为中早熟品种,耐黄萎病,综合性状好,尤其是纤维品质好,纤维比强度30.2cN/tex以上,麦克隆值4.5左右,现正参加新疆自治区、新疆生产建设兵团早中熟棉区域试验。   同时,在种质创新研究中还十分重视保持基因流动性育种杂种种质库体系建设创新种质。把育种群体作为一个“黑匣子”来处理,通过多个亲本多次的相互交配及随时根据需要输入新种质,通过遗传物质的高度杂合化,打破遗传连锁,释放出潜在有益变异,再按育种目标施以相应的(病、虫、抗逆、产量、纤维品质)选择压力,干涉遗传信息序列的分化方向。并通过不断的轮回选择,聚合大量有利基因及其重组体[3]。农科所通过此法获得了新的种质资源5个。
  此外,注意大田新的变异株,南疆植棉面积大,内地多家种业进入南疆,大田出现不少新质棉。如笔者2008年发现试验繁育区1株分枝海岛棉不育,8月2日用陆地棉受粉,正常结铃;2009年成陆海杂交型,全可育;2010年分离,近90%的陆地棉型,近90%不育,用陆地棉继续杂交,近10%海岛棉型,近90%可育;2011年选陆地棉型不育株杂交后代种植,后代成稳定的不育系。初步判断认为有别于哈克尼西棉胞质不育系,笔者正寻找恢复系配制三系杂交棉。
   4 棉花种质资源研究发展方向
  4.1 根据棉花种质资源研究现状,应以收集为基础,以创新为重点
  棉花种质资源研究主要包括收集、保存、鉴定和创新。三师农科所一直重视棉花种质资源的收集、保存和鉴定工作,在“十一五”期间,棉花品种资源的收集数量不断扩大,至目前为止,主要收集工作已基本完成,未来收集工作的主要对象是当前生产上培育的新品种,而另一方面种质创新是种质资源研究的一项重要内容,是丰富遗传基础的另一重要途径。棉花育种研究实践表明,一个优异的种质对提高棉花育种水平具有重要作用,如美国的PD种质为美国乃至全世界的棉花育种做出了重要贡献[4]。因此,调整研究思路,以收集为基础,结合生产,以创新为重点。
  4.2 建立核心种质是棉花种质资源研究的长远发展目标
  目前,除国家的棉花种质库外,我国各大棉区的省级乃至地市级棉花科研单位均保存有大量的种质材料,以最少数量的遗传资源最大限度地保存整个资源群体的遗传多样性,同时代表了整个群体的地理分布。因此核心种质可以作为种质资源群体研究和利用的切入点,从而提高整个种质库的管珲和利用水平[5]。它来源于现有的种质库,经过选择由有限的样本组成。对于促进种质交流、利用以及基因库管理具有重要的学术和实用意义,从棉花种质资源研究的长远发展来看,建立棉花核心种质是十分重要的。
  4.3 棉花种质创新发展方向
  我国自育棉花品种在丰产性、早熟性、抗枯萎病等方面取得了巨大的成绩。随着转基因抗虫棉的发展,中国已经成为世界上转基因抗虫棉(杂交棉)种植面积最大的国家之一。而综合分析我国棉花育种的形势,农科所种质创新仍然需要考虑以下几个方面:(1)为发展经济,棉花比较效益下降严重,这一方面要求尽可能地提高棉花单产,因此,把丰产性仍然作为第一位的目标。另外,开发利用盐碱地是扩大植棉面积、提高产量的有效途径,引进、筛选、培育耐盐碱,耐旱棉花种质是一个非常重要的方向。(2)研究和生产实践表明,新疆棉花品种的纤维品质尤其是纤维强力与美国等世界主产棉国有一定的差距,创造和培育中长绒陆地棉品种是今后棉花种质创新的一个重要方向。(3)随着农业生产的发展,农业生态环境日益恶化。各种病虫害是限制棉花单产进一步提高的重要因素,转基因抗虫棉基本上控制了以棉铃虫为于的鳞翅目害虫的危害。但随之而来的棉盲蝽、棉叶螨的危害正在逐步加重,南疆多年连作田的棉花黄萎病害至今也没有得到有效的控制。因此创造和培育各种抗性(尤其是抗黄萎病和抗虫)种质依旧是种质创新的主要方向之一。(4)应注意筛选、创造如中长绒棉、长绒棉等种质,以适应不同的消费需求。专用棉种质培育是棉花种质创新的一个新方向。
  4.4 在常规研究方法基础上,将生物技术应用于种质资源研究
  近年來作物基因工程育种发展很快,在棉花上已取得巨大成功,转基因抗虫棉在生产上大面积推广,并取得了巨大经济效益,抗除草剂的转基因棉也有应用于生产的,此外,还获得了提高纤维品质、有色纤维及增纤维保暖性能的转基因植株[6]。在今后的种质创新研究中,不但要利用常规杂交技术进行种质创新,还应充分利用现代生物技术的成果,根据不同的育种目标将外源基因有益遗传物质引入棉花育种的基因库中、创造新的可利用的棉花种质类型[7]。
  分子标记是基于生物基因组DNA多态性差异的遗传标记。近年来,分子标记已经在植物种质资源的遗传多样性研究、农作物重要农艺性状的标记与定位、植物遗传图谱的构建、作物品种指纹图谱及品种纯度鉴定等作物遗传育种的各个方面广泛应用。在棉花中分子标记研究己经取得较大进展[8]。将分子标记引入棉花种质的鉴定与创新研究中将对棉花育种起到重要作用。
  参考文献:
  [1]王芙蓉,刘任重,如勤红等.山东省棉花种质资源研究现状及发展方向[J].山东农业科学,2001,3:6-8.
  [2]西南农业大学,四川农业大学主编.作物育种学(总论)[M].农业出版社,1991.24
  [3]陈立旭,何金龙主编.优质棉育种研究与应用[M].中国农业科学技术出版社,2010.91-92
  [4]中国农业科学院棉花研究所主编.中国棉花遗传育种学[M].山东科学技术出版社.2003.424-436
  [5] Frankel O H.Plant genetic resource today:a critical appraisal.ln:J.H Holden et al.Crop genetic resources:Conservation and Evaluation[M].Geroge Allen and Unwin,London,1984,249-257.
  [6] 王芙蓉,等 我国棉花种质创新进展与展望[J].棉花学报,2001.13(1):50-53.
  [7] 王芙蓉,刘任重,如勤红等.山东省棉花种质资源研究现状及发展方向[J].山东农业科学,2001,3:6-8.
  [8] 王芙蓉,等 分子标记及其在棉花育种研究中的应用[J].棉花学报,1998,10(3):113-I17.
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