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    棉花育種:優質高產“兩手抓”

    更新時間:2020-12-30    點擊次數:6590次    文章來源:河南科技報

    “‘魯棉319’是山東省審定的第一個適宜輕簡化種植的棉花新品種,非常適合輕簡化、機械化種植,市場應用前景廣闊。”山東棉花研究中心研究員張軍介紹。

    事實上,這僅是張軍及其團隊諸多成果中的一個。他們歷經20余年努力,從全基因組水平探究了棉花優異纖維品質性狀形成的分子機制,建立了傳統育種與現代分子育種相結合的棉花優質分子育種體系,育成的優質高產多抗棉花品種已經“飛雪冰冬暖萬家”。

    棉花是世界上重要的天然可再生紡織原料,種植歷史悠久。如今,隨著人們生活水平的日漸提高,對紡織品的需求不僅僅是保暖御寒,對決定舒適度的纖維品質的追求也不斷提升。

    新中國成立以前,我國棉花品種纖維品質較差。1937年全國棉花纖維長度平均為21.6毫米,纖維強力也較低。隨著棉花品種改良,棉花單產不斷增加,纖維品質也不斷提高。但是我國原棉品質還存在很多問題,遠遠不能滿足紡織工業對中高品質原棉的需求。

    如何打破優質棉長期依賴進口的局面,讓老百姓既能穿得暖又能穿得舒適?張軍和他的研究團隊開始了求索。

    棉花是一個大家族,其中有兩個在世界上廣泛種植的異源四倍體栽培種,即陸地棉和海島棉。陸地棉因產量高、適應范圍廣而被廣泛種植,但其纖維品質一般。海島棉纖維品質優異,但產量較低,僅占全球棉花種植面積的5%。我國也以種植陸地棉為主,新疆有少量海島棉,又稱長絨棉。

    將海島棉基因組中蘊含的優異纖維基因引入產量高、適應范圍廣的陸地棉中,一直是棉花育種工作者努力追求的夢想。

    團隊成員、山東棉花研究中心研究員王芙蓉解釋道:“陸海雜交屬于遠緣雜交,纖維品質很難穩定遺傳,而且這些優異組分在導入陸地棉的同時,給產量等重要農藝性狀帶來了不利影響,即連鎖累贅。利用常規育種手段很難實現棉花品質和產量的協同改良。”

    利用與優質性狀緊密連鎖的分子標記輔助選擇,讓看不見摸不著的DNA可視化,可以大大提高育種效率。可是,面對無數的遺傳密碼,猶如大海撈針,如何找到與優質性狀連鎖的分子標記呢?

    王芙蓉、陳煜和張景霞等團隊人員首先構建各類遺傳群體,通過在棉花全基因組范圍內大量篩選標記,定位了纖維品質的數量性狀位點。借助棉花基因組研究的最新成果,利用重測序技術開發單核苷酸多態性和插入缺失標記,精細定位纖維品質主效數量性狀位點,找到控制纖維品質性狀的關鍵基因,開發了與優質性狀緊密連鎖的分子標記。

    利用這些分子標記輔助選擇,通過與輪回親本連續回交,將攜帶的目標主效數量性狀位點定位到一個很小的染色體片段上,最大限度地打破連鎖累贅,形成了遺傳背景相同的纖維長度、強力和衣分的單數量性狀位點片段置換系。育種評價發現,這些主效數量性狀位點在不影響產量的前提下,顯著提高了纖維長度和強力。

    研究成果于2018年申報了3項國家發明專利,其中兩項已獲授權。

    “紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。”團隊沒有把研究成果藏在實驗室里,而是積極將其付諸育種實踐,培育優質高產品種。利用專利技術,將外源優異位點全面引入到陸地棉育種體系中,育成了“魯棉338”“魯棉312”“魯棉392”和“魯棉377”等系列高產、優質的抗蟲棉。

    “培育并推廣適宜生產輕簡化、機械化的棉花新品種,大幅度降低管理人工成本成為提高棉花種植效益的最重要環節。”張軍表示。2019年,“魯棉338”進行了機采棉試采,采凈率在95%以上,適合作為機采棉品種推廣應用。

    “魯棉312”“魯棉392”皮棉單產均超過對照,纖維長度31.5毫米以上、纖維斷裂比強度33cN/tex以上、馬克隆值A級,均達到了優質中長絨棉標準。

     張軍團隊突破棉花優質與高產難以實現同步改良的育種技術瓶頸,創造了系列優異纖維種質,育成了系列高產、優質、多抗的抗蟲棉,極大地提高了棉花優質育種效率,為實現棉花纖維品質與產量、抗性等多種農藝性狀的同步改良提供了有力的理論和技術支撐。

    盡管如此,他們并未滿足。“我們會繼續將穩步提高產量、協同改善品質和抗性作為主攻目標,重點培育適宜于棉花輕簡高效生產需求的新品種,為‘三農’服務,為鄉村振興出力。”張軍說。 (王 方) 

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