申貴芳，孔凡金，段冰，韓宗福，王宗文，王景會，高利英，王曉歌，鄧永勝，李汝忠

（山東省農業(yè)科學院經濟作物研究所／農業(yè)部黃淮海棉花遺傳改良與栽培生理重點實驗室，山東 濟南 250100）

棉花作為紡織工業(yè)的原料，其纖維長度、強力、細度等物理指標直接決定著成紗的檔次和質量，歷來是棉花育種的主要目標之一，也為棉產業(yè)高度重視。隨著生活水平的不斷提高，人們對純棉紡織品的需求日益增長，紡織業(yè)對原棉品質要求進一步提高［1，2］。而且，隨著我國主產棉區(qū)經濟發(fā)展，實現棉花機械采收是必然趨勢，但機采棉在采收、加工過程中對棉纖維品質有一定損傷。為抵消機采、加工過程中對棉纖維品質的不良影響，機采條件下棉花品種的內在品質（遺傳品質）也應優(yōu)于手采棉。

20世紀90年代初，棉鈴蟲在我國北方棉區(qū)持續(xù)特大爆發(fā)，給棉產業(yè)造成巨大損失［3，4］。為有效應對棉鈴蟲危害，我國棉花科技工作者將高新技術與常規(guī)育種技術相結合，開展轉基因抗蟲棉育種研究，使我國成為繼美國之后世界上第二個研制成功具有完全自主知識產權轉基因抗蟲棉品種的國家，率先在黃河流域棉區(qū)大面積推廣應用，迅速取代非抗蟲棉品種，實現了非抗蟲棉到轉基因抗蟲棉的新一輪品種大更換［5－7］。作為產棉大省，山東是國內較早開展轉基因抗蟲棉育種研究并大面積用于生產的省份之一［8－10］，成效顯著。關于全國［11－14］及部分主產棉省［15－20］不同時期棉花品種纖維品質狀況已有較多報道，而山東省還鮮有這方面的研究。本研究通過對“十五”至“十三五”期間山東省審定轉基因抗蟲棉品種的主要纖維品質指標進行分析比較，并與同期國審、冀審抗蟲棉品種相比對，系統(tǒng)評價山東省審抗蟲棉品種的纖維品質狀況，以期為今后棉花育種提供借鑒和參考。

1 材料與方法

本研究數據均來自山東省及國家和河北省農作物品種審定委員會2001—2020年棉花品種審定公告。纖維品質評價分析指標包括：纖維上半部平均長度（Len）、斷裂比強度（Str）和馬克隆值（Mic），由農業(yè)農村部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心測試，HVICC校準（2005年前審定品種由ICC校準轉換為HVICC校準）。依據國家農作物品種審定委員會2014年7月發(fā)布的《主要農作物品種審定標準（國家級）》，對山東省2001—2020年審定的轉基因抗蟲棉品種纖維品質性狀進行評價分析，并與同期我國黃河流域國審和鄰省河北省審定轉基因抗蟲棉品種的纖維品質性狀進行比對。

2 結果與分析

2.1 山東省轉基因抗蟲棉審定概況

1998年轉基因抗蟲棉GK12通過山東審定，這是山東省審定的第一個國產基因抗蟲棉。此后在2001—2020年的20年間，山東省共審定不同類型轉基因抗蟲棉品種116個（表1），單年度以2019年審定最多，達13個。受國家農業(yè)轉基因生物安全評價滯后等影響，“十五”“十二五”審定品種相對較少，其中有4年空缺，“十一五”“十三五”審定品種較多。在這116個魯審抗蟲棉品種中，29個同時通過國家審定（表2），占魯審抗蟲棉品種的25%。第一育種單位為省內的共育成103個（未經山東省審的省內單位育成品種未統(tǒng)計在內），占審定品種總數的88.8%。就品種育成單位屬性來看，科研院所育成70個、高等院校育成6個、種業(yè)企業(yè)育成40個，占比分別為60.3%、5.2%和34.5%，由此可見，科研院所一直是山東省育成抗蟲棉審定品種的主體。2010年前后種業(yè)企業(yè)審定品種數量處于高峰期，此后持續(xù)低落，這與山東棉花生產形勢及棉種企業(yè)自身發(fā)展狀況相吻合。

表1 2001—2020年山東省抗蟲棉品種審定概況

表2 2001—2020年山東省審定抗蟲棉品種及纖維品質

表2（續(xù)）

表2（續(xù)）

2.2 不同生產類型抗蟲棉品種纖維品質分析

早熟棉（俗稱短季棉、夏棉）、中早熟棉（俗稱常規(guī)棉、春棉）和雜交棉是黃河流域棉區(qū)生產上普遍種植的三大棉花品種類型，國家和該區(qū)主產棉省份均設置三大類型棉花品種區(qū)域試驗，以進行相應品種選拔。中早熟棉品種一直占該區(qū)棉花生產的主導地位，山東省審定的116個轉基因抗蟲棉品種中，中早熟抗蟲棉70個、雜交抗蟲棉35個、早熟抗蟲棉11個，分別占同期魯審抗蟲棉品種的60.34%、30.17%和9.48%（表1），基本反映出山東棉區(qū)不同生產條件和不同種植方式對三大類型棉花品種的需求狀況。

三大類型抗蟲棉品種纖維上半部平均長度（Len）、斷裂比強度（Str）和馬克隆值（Mic）見表3，以雜交抗蟲棉品種最好，纖維上半部平均長度、斷裂比強度達“雙30”以上，馬克隆值匹配也較為合理。早熟棉品種稍差，主要表現在纖維上半部平均長度偏短，這種狀況“十二五”“十三五”審定早熟棉品種已有明顯改進，有的纖維上半部平均長度、斷裂比強度已達“雙30”以上。與同期黃河流域國審抗蟲棉品種相比，魯審雜交抗蟲棉品種三項指標均略優(yōu)于國審抗蟲棉；中早熟抗蟲棉品種纖維上半部平均長度優(yōu)于國審抗蟲棉，馬克隆值相當，斷裂比強度略低；早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值均不及國審抗蟲棉。

表3 不同類型抗蟲棉品種纖維品質比較

2.3 不同品質類型抗蟲棉品種占比分析

2007年國家農作物品種審定委員會根據GB／T 20392—2006檢測的纖維主要物理指標數據，以纖維上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值三項指標的綜合表現，將我國棉花新品種審定標準分為Ⅰ型品種、Ⅱ型品種、Ⅲ型品種［21］。2014年又對上述標準進行修訂，提高了Ⅱ型和Ⅲ型品種的纖維長度標準，降低了Ⅰ型品種的斷裂比強度要求（表4）（國品審〔2014〕2號《關于印發(fā)主要農作物品種審定標準的通知》）。

表4 2014年發(fā)布的國家棉花品種纖維品質指標審定標準

在2001—2020年山東省審定的116個抗蟲棉品種中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種分別為1、38、75個，占比分別為0.86%、32.76%、64.66%（表5），另有2個型外品種。同期國家黃河流域審定抗蟲棉品種144個，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種分別為1、48、91個，占比分別為0.69%、33.33%、63.19%（表6），另有4個型外品種。由此可見，魯審抗蟲棉品種與同期黃河流域國審抗蟲棉品種各型占比基本相當，總體表現為：可紡高支紗的Ⅰ型品種占比極少，不到1%，而Ⅲ型品種占比均達6成以上。

表5 2001—2020年魯審Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比

表6 2001—2020年國審（黃河流域）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比

從不同時期審定各型品種占比來看，魯審品種以“十五”期間Ⅱ型品種占比最高，達61.54%，“十二五”次之，但總體上呈Ⅱ型品種占比下降、Ⅲ型品種占比大幅上升趨勢，到“十三五”Ⅱ型品種占比下降為22.92%，Ⅲ型品種占比上升到高達77.08%。黃河流域國審抗蟲棉品種各型占比亦表現出同樣的變化趨勢，“十二五”“十三五”Ⅲ型品種占比均在七成以上，“十二五”占比已高達76.00%。

分解不同時期審定品種上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值三項指標的各型達標率，可以看出影響各型占比的主要限制指標?！笆濉逼陂g，魯審抗蟲棉品種三項指標Ⅱ型達標率較為均衡，以馬克隆值達標率最高，為92.31%?！笆晃濉薄笆濉逼陂g，斷裂比強度Ⅱ型達標率分別為31.58%和58.82%，說明它是此期Ⅱ型品種占比降低的主要限制指標。而到“十三五”，馬克隆值Ⅱ型達標率下降到39.58%，變?yōu)橹饕拗浦笜??！笆濉秉S河流域國審抗蟲棉Ⅱ型品種馬克隆值達標率由“十五”的94.12%下降到“十三五”的26.47%，馬克隆值同樣是各型品種占比的主要決定因素。

2.4 不同時期抗蟲棉品種纖維品質變化趨勢及與同期國審、冀審品種比較

2.4.1 上半部平均長度 魯審抗蟲棉品種上半部平均長度以“十五”最大，達30.46 mm，此后一直呈下降趨勢（圖1），“十三五”下降到29.69 mm，下降0.77 mm，但各期均高于同期國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種水平。國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種上半部平均長度則呈現出由低到高再到低的變化趨勢，尤其是國審抗蟲棉品種呈倒“V”字型。

圖1 魯審、冀審、國審抗蟲棉纖維上半部平均長度變化趨勢

2.4.2 斷裂比強度 從“十五”至“十三五”，魯審抗蟲棉品種斷裂比強度均值呈“V”字型變化趨勢（圖2），以“十三五”最高，達31.12 cN／tex，“十一五”最低，為29.41 cN／tex。魯審抗蟲棉品種斷裂比強度均高于同期冀審品種，但除“十五”外，“十一五”至“十三五”均略低于黃河流域國審品種。同期國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種斷裂比強度均呈上升趨勢，到“十三五”達最高值，前者均值達31.67 cN／Tex。

圖2 魯審、冀審、國審抗蟲棉斷裂比強度變化趨勢

2.4.3 馬克隆值 魯審抗蟲棉品種馬克隆值同國審（黃河流域）、冀審品種一樣，從“十五”到“十三五”增大趨勢明顯（圖3）。魯審品種前三個五年計劃增幅較小（區(qū)間4.71～4.84），“十三五”增幅加大，增至5.15，但“十二五”“十三五”審定品種的馬克隆值仍均低于同期國審（黃河流域）、冀審品種。同期黃河流域國審品種馬克隆值分別增高到5.13、5.28，冀審品種增高到4.98和5.24。

圖3 魯審、冀審、國審抗蟲棉馬克隆值變化趨勢

3 討論與結論

3.1 從“十五”至“十三五”的20年間，山東省共審定轉基因抗蟲棉新品種116個，其中科研院所審定70個，占比60.3%，科研院所一直是山東省棉花育成審定品種的主體。

3.2 山東省審定早熟棉、中早熟棉、雜交棉三大類型抗蟲棉品種的纖維品質以雜交抗蟲棉品質最好，其纖維上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值三項指標均優(yōu)于國審品種，表現為纖維長度、強力、細度搭配較為均衡；中早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度優(yōu)于國審品種，馬克隆值相當，但斷裂比強度略低；早熟抗蟲棉纖維上半部平均長度、斷裂比強度和馬克隆值稍差。

3.3 魯審抗蟲棉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品種占比分別為0.86%、32.76%、64.66%，與同期黃河流域國審抗蟲棉各型品種占比基本相當?？傮w表現為：可紡高支紗的Ⅰ型品種占比極少，Ⅲ型品種占比大幅上升。無論是魯審還是國審（黃河流域）、冀審抗蟲棉品種，馬克隆值升高都是造成Ⅲ型品種占比大幅升高的主要因素。魯審抗蟲棉品種在纖維長度、強力、細度主要指標協調性方面總體上優(yōu)于同期冀審品種，也比同期黃河流域國審品種略優(yōu)。

3.4 楊偉華等［12］研究表明，“十一五”期間國審棉花品種纖維長度、纖維長度整齊度和斷裂比強度三項指標優(yōu)于美國同期推廣品種，但馬克隆值偏高。唐淑榮等［13］研究認為，“十五”至“十二五”期間，我國黃河流域國審棉花品種纖維上半部平均長度提高明顯，斷裂比強度增強，馬克隆值則逐年增大，纖維變粗。眭書祥等［18］對2009—2013年河北省審定棉花品種纖維品質的分析表明，與全國及其它省份棉花品種相比，纖維上半部平均長度和斷裂比強度偏低，馬克隆值偏高，纖維品質改良效果不明顯。本研究結果表明，“十五”至“十三五”期間，魯審抗蟲棉品種纖維斷裂比強度提高，改良效果明顯，但纖維上半部平均長度下降、馬克隆值升高，纖維長度、強力、細度三項主要指標匹配仍欠合理，與同期國審、冀審抗蟲棉品種纖維品質變化趨勢基本一致，也與申貴芳等［22］對山東省抗蟲棉育種基礎材料纖維品質測試數據分析結果相吻合。目前山東乃至黃河流域棉花品種纖維品質狀況應引起業(yè)界高度重視，應進一步加大棉花育種纖維品質改良力度，更加注重纖維長度、強力和細度的協調、均衡、同步改良，把降低馬克隆值作為攻關重點，并進一步提高纖維上半部平均長度和斷裂比強度，以大幅降低Ⅲ型品種占比，大幅提高Ⅰ型品種占比。