植物渗透调节研究进展及与棉花耐旱遗传改良

渗透调节是植物在干旱胁迫下降低渗透势,抵抗逆境胁迫的一种重要方式,是植物的一种重要抗逆生理机制。渗透调节物质合成相关基因在植物中的超表达可提高植物的耐旱性,在棉花耐旱遗传改良方面有着广阔的应用前景。本文综述了近年来几种主要的有机渗透调节物质的研究进展,及其对棉花耐旱遗传改良的意义。

棉花抗逆遗传改良技术与应用

病害、干旱、盐碱等逆境胁迫是棉花生产实现高产稳产的主要影响因素,利用传统育种和现代生物技术对现有棉花育种资源的抗逆性状进行遗传改良是实现高产、优质、多抗育种目标,培育突破性棉花新品种的有效途径。综述了中国农业科学院棉花研究所棉花抗逆遗传改良团队近年来在棉花抗逆育种新材料创制、抗逆育种关键技术研发与新品种培育方面的最新进展,并且提出了未来我国棉花抗逆遗传改良的研究方向。

美国农业部公布各产区2018年度棉花产量情况

截至2018年12月11日,美国农业部农业统计局(USDA-NASS)公布了本年度全国及其四大棉区的棉花生产情况。据统计,本年度全美棉花种植面积为568.27万hm^2,含长绒棉10.04万hm^2,实际收获面积419.83万hm^2,含长绒棉9.91万hm^2。皮棉总产404.72万t,其中陆地棉387.93万t,陆地棉总产量排名前三位的州分别为得克萨斯州(152.41万t)、乔治亚州(41.37万t)和密西西比州(32.22万t);长绒棉总产16.79万t,其中加利福尼亚州为15.26万t,居第一位。

氟节胺与杀菌剂复配防治棉花枯萎病的增效药剂筛选

为筛选有效防治棉花枯萎病的氟节胺与杀菌剂组合,并明确最佳药剂配比,以棉花枯萎病致病菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)为研究对象,采用菌丝生长速率法测定杀菌剂的毒力,采用Wadley的增效比率法评价复配剂的增效作用,通过室内盆栽试验验证其对棉花枯萎病的防治效果。结果显示,咯菌腈、嘧菌酯、枯草芽孢杆菌和氟节胺的有效抑制中浓度(EC_(50))分别为0.219、0.725、6.013、55.971 mg·L^(-1)。氟节胺与咯菌腈在复配比为10∶1时具有增效作用;氟节胺与枯草芽孢杆菌在复配比为10∶1、3∶1、1∶2和1∶3时均具有增效作用,其中复配比为1∶2时增幅最大;氟节胺与嘧菌酯复配无增效作用。室内盆栽试验结果表明,氟节胺与枯草芽孢杆菌按1∶2复配时棉花的病情指数最低,防治效果达77.11%,显著优于其他复配组合。综上所述,当棉花发生枯萎病时可使用氟节胺与枯草芽孢杆菌按1∶2复配进行防治。以上研究结果为防治棉花枯萎病提供了技术指导。

2001―2020年中国棉花成本要素和生产效率分析

中国是世界主要棉花生产国、消费国和进口国,也是主要的纺织品服装出口国。为探讨提升中国棉花生产效率的对策,基于2002―2021年版《中国农村统计年鉴》和2002―2021年版《全国农产品成本收益资料汇编》数据,对2001―2020年的国内主产棉区棉花生产情况和成本要素构成进行了分析,并运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)-Malmquist指数模型从静态和动态2个角度分析了棉花生产效率。新疆是中国的主要棉花集中产区,雇工工价、机械作业费和排灌费以及化肥和农药费用上涨幅度大,其中化肥费在物质与服务费中的占比最大,新疆植棉面积曾受到粮食生产布局影响而适当调减,从2018年开始新疆植棉面积趋于稳定。另外,其他省份除甘肃省外植棉面积和棉花产量至2020年仍然处于下降趋势。棉花的单产水平在不同主产棉区有明显差异,表现为西北内陆棉区(主要为新疆和甘肃)>黄河流域棉区>长江流域棉区。除新疆(包括陆地棉、长绒棉)和甘肃省外,国内其他主产棉区的棉花生产净利润从2012年后一直处于负值,其中长江流域棉区和陕西省的投入产出比例最低。全国各主产区棉花生产的人工成本和物质与服务费经过快速增长期(2009―2013年)后,长江流域棉区人工成本开始趋于稳定、部分地区有下降趋势,而黄河流域棉区和西北内陆棉区呈缓慢增长的趋势。不同棉区的物质与服务费的不同要素占比有显著差异,除了新疆长绒棉和江苏省外,其他主产棉区的物质与服务费呈缓慢增长趋势,其中各主产棉区的化肥费占物质与服务费的比例居高不下。此外,新疆的机械化植棉可以缓解由人工成本而导致的成本增加。通过DEA-Malmquist指数模型分析发现,不同主产棉区的生产效率不同,其中西北内陆棉区>黄河流域棉区>长江流域棉区,长江流域棉区在2020年呈现规模报酬递增,新疆和甘肃棉花生产效率大幅度波动,其中规模化生产是新疆棉花发展的主要推动力。针对上述棉花成本要素和生产效率分析中发现的问题,从植棉机械化水平、加强政府的引导作用、加强科研与产业发展相结合等方面提出了相应的建议及措施。

中国棉花主栽品种DNA指纹图谱构建及SSR标记遗传多样性分析

【目的】采用SSR标记构建2008年中国3大棉区8个棉花主产省份32份棉花主栽品种的DNA指纹图谱并进行遗传多样性分析。【方法】从214对候选引物中筛选出36对多态性高、稳定性好且在染色体上分布均匀的引物作为核心引物,构建棉花主栽品种DNA指纹图谱。【结果】36对SSR引物在32份材料中共扩增出142种多态性基因型,每对引物的基因型从2—11种不等,平均每对引物扩增出3.94种基因型。9对引物在10个品种上具有特征带型。最少采用5对引物进行组合鉴定即可将32个棉花品种完全区分开。NTSYS-pc V 2.10软件分析表明,长江流域棉区品种间遗传差异最大,新疆棉区次之,黄河流域棉区最小。常规品种的遗传基础窄于杂交陆地棉。【结论】核心引物组合法相比特征谱带法更适用于构建中国棉花主栽品种DNA指纹图谱,品种间的亲缘关系与地理来源有一定的相关性。

32个棉花主栽品种DNA指纹图谱构建及遗传多样性分析

以我国2010年32个主栽品种为材料,利用SSR标记进行DNA指纹图谱的构建和遗传多样性分析。从95对SSR引物中,挑选出多态性高、稳定性好、均匀分布在棉花26条染色体上的40对引物,共扩增出161种多态性基因型,平均每对引物扩增出4.025种。引物多态信息量(PIC)0.2989～0.7585,平均为0.5407。11对引物在13个品种上有特征带型,最少利用5对引物就可以将32份材料完全区分开。利用NTSYS-pc V2.10软件聚类分析表明:长江流域棉区品种间遗传差异最大,黄河流域棉区次之,新疆棉区最小;常规种遗传基础较杂交种窄。

我国棉花黄萎病菌基于SSR的遗传多样性分析

为了对棉花黄萎病菌群体的遗传多样性进行研究,以棉花黄萎病菌基因组DNA为模板,用双因素和单因素水平优化的方法对SSR反应体系的重要参数进行摸索和优化,建立了最适反应体系。从300对引物中筛选出13对多态性较高的引物,并对来自我国12个省96个县(市)的170个棉花黄萎病菌株进行SSR分析。SSR图谱的聚类分析结果将供试菌株划分为2个群体:群体Ⅰ有26个菌株,其中18个为新疆菌株,占69.23%;群体Ⅱ有144个菌株,其中138个为内地菌株,占95.83%。新疆菌株与其它省份的菌株存在明显差异,SSR指纹图谱与菌株地理来源存在显著的相关性,而与菌株致病力强弱没有表现出相关性,但弱致病力菌株可能更容易发生遗传变异。

棉花γ辐射诱变后代M_5农艺经济性状的遗传变异

利用250Gy的Co60γ射线对棉花3个品种的干种子进行辐射处理,对其M5农艺经济性状的遗传变异进行分析。结果表明:3个品种的M5群体的铃重、单株铃数、株高、果枝数和麦克隆值的平均变异系数均超过10.0%以上,3个品种的辐射诱变后代M5群体表型性状变异系数存在明显差异;3个品种的M5群体的铃重与2.5%跨长和比强度均呈显著或极显著正相关,在其它性状间的相关性上3个品种的M5群体间存在较大差异;3个品种的M5群体的2.5%跨长均为第一主成分的主要因子。这阐明了辐射对不同棉花品种的诱变效果存在差异,揭示了辐射创造了丰富的遗传变异。

我国棉花遗传育种进展与展望

本文分析了国内外棉花育种的现状及原棉品质类型多样化、抗性育种目标不断提高、品质分布生态区域差异受到重视,利用杂种优势的范围逐步扩大、多用途类型品种深入研究五大发展趋势,从品种改良和品种更换的角度阐明了我国棉花育种的七个重要阶段和目前存在的三个热点问题,提出了我国棉花育种的新思路及对策。

棉花叶柄分化率主基因+多基因混合遗传分析

以2个叶柄分化率性状稳定的棉花材料W10、W12为亲本,构建了两个5个世代联合群体(P1、P2、F1、F2、F2:3),采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型对这2个群体(W10×TM-1,W12×CCRI12)的叶柄组织培养分化率进行多世代联合分析。结果表明,棉花叶柄组织培养分化率在2个群体中均表现为遗传受2对加性、显性、上位性主基因+加性、显性多基因(E-1模型)控制。2对主基因的加性效应均为正值,均使分化率提高。2个F2群体显示的主基因遗传率分别为83.22%和74.68%,多基因遗传率分别为10.47%和16.78%。

农业高质量发展背景下中国棉花产业的转型升级

2017年,中国棉花生产、消费、进口、出口均呈现止跌回稳的积极态势;棉花产业转型升级提质增效的开局良好,新疆供给侧结构性改革稳步推进,在国家棉花产业联盟的推动下棉花品质得到提升,"良好棉花"助推国内棉花产业转型升级;并且质量意识不断深入人心,棉花产业供给侧结构性改革取得阶段性成效。棉花品质由中低端向中高端发展是由中国国情、农情、棉情和纺织业行情决定的,是中国棉花生产"走稳走准""以质保量、保规模"的有效路径,是中国由产棉大国转向产棉强国的发展之需,是"质量兴农""绿色兴农"和"品牌强农"在棉花产业的具体行动。最后,对推进中高端品质原棉生产引领棉花产业发展提出了相关对策。

中国短季棉遗传改良研究进展及发展方向

短季棉品种遗传改良是实现麦棉两熟棉区粮棉双丰收的有效途径。从早熟种质资源金字棉的引进,早熟短季棉品种中棉所10号的育成,抗枯萎病品种中棉所16、辽棉10号的选育,生化辅助育种技术育成早熟不衰品种中棉所24、27和36,转单价Bt基因抗虫棉中棉所30、中棉所42和鲁棉研19,转双价Bt+CpTI基因抗虫棉中棉所50、中棉所58的培育,到航天诱变特早熟品种中棉所64,综述了中国短季棉品种选育的主要研究进展;提出了短季棉育种应加强抗黄萎病材料创制、克服产量和早熟性负相关和解决特早熟品种早衰等遗传改良重点;指出借助分子育种与常规育种技术相结合,培育麦后直播特早短季棉和杂交短季棉是今后短季棉遗传育种的方向。

1973—2000年黄河流域棉花品种改良与应用状况分析

利用1973—2000年国家黄河流域棉花区域试验资料及同期该棉区棉花品种推广的统计数据,总结了棉花品种改良的主要成绩,分析了棉花品种不同性状的育种效率。结果表明:产量性状的遗传改良效率逐年下降,早熟性、抗逆性和部分纤维品质指标的改良效率有所提高。探索性提出了提高育种效率的途径和方法。分析了棉花良种普及率及自育品种变化情况,针对目前美国转基因棉花在该区生产中优势,加强国产品种的推广已成当务之急。

棉花种质资源光子性状的遗传分析

文章利用来源于不同国家和地区的102份陆地棉材料和85份海岛棉材料分别与陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉毛子品种新海13号杂交,得到陆地棉和海岛棉两种F_1群体,同时从陆地棉F_1群体中随机选取呈隐性性状的材料"库光子"、"SA65"和"陆无絮"后代,配制3个F_2分离群体,用于进一步研究陆地棉和海岛棉光子性状遗传特征。结果表明:(1)同一材料种植于不同生态区,其种子短绒多少存在变化,新疆和海南要少于安阳,说明棉花短绒多少和生态环境有关系;(2)陆地棉光子材料中26份(25.49%)呈显性遗传,8份(7.84%)呈不完全显性遗传,22(21.57%)份呈隐性遗传;海岛棉光子材料中5份(5.88%)呈显性遗传,16份(18.82%)呈部分显性遗传,9份(10.59%)呈隐性遗传。其余为隐性性状或显性性状不明显材料和毛子材料;(3)库光子的光子性状由两对隐性等位基因控制,并且有互补效应;陆无絮的光子性状由两对隐性等位基因控制,基因间呈积加作用;SA65的光子性状由单隐性基因控制。大量光子材料的初步鉴定为深入研究棉花纤维发育和育种利用提供了基础材料和理论依据。

改革开放40年中国棉花产业回顾与展望

改革开放40年中国棉花生产、初加工和棉纺织业取得了伟大成就。1978—2017年,棉花总产量增长1.53倍,单产增长2.81倍,播种面积保持502万hm^2的适度规模。1983年中国跃居全球第一产棉大国,至2016年保持了34年,单产位居全球产棉大国的首位,然而原棉品质位居全球中等水平。改革开放40年棉花工厂消费量增长1.88倍,居民纺织品服装表观消费量增长5.94倍,目前人均表观消费量为20 kg/年左右,达到中等发达国家的消费水平;纺织品服装出口额增长108.86倍,出口全球200多个经济体。展望未来,中国棉花产业要走绿色、中高端品质的可持续生产之路,通过转型升级、提质增效,发展中高端品质棉花生产和高品质纺织品,提高产业竞争力,从棉花产业大国转向棉花强国。

利用陆海杂种BC_1群体构建棉花遗传连锁图谱并初步定位产量性状相关的QTL

利用陆地棉推广品种中棉所36和海1配制杂交组合,并用中棉所36为轮回亲本构建回交群体（BC1F1,BC2F1和BC1S1）。用亲本和F1对新开发的2102对SSR引物进行多态性筛选,共筛选到317对含有海1显性带的引物,占筛选引物总数的15.08%;最终对其中的275对引物进行了BC1F1群体扩增,获得306个SSR标记差异位点。连锁分析表明（LOD=6.5）,有254个标记位点连锁,分布在42个连锁群中,覆盖2252.36cM,约占棉花基因组的50.05%;平均每个连锁群有6.08个标记,覆盖53.63cM;标记间平均间距为8.87cM。利用BC1F1、BC2F1和BC1S1三个不同世代分离群体产量性状数据,共定位16个产量性状QTL,解释表型变异5.77%~19.86%。其中,衣分6个,铃重6个,籽指4个。有9个增效基因来自陆地棉亲本中棉所36,7个增效基因来自海岛棉亲本海1,说明了表型性状较差的品种同样可能含有可用于性状改良的增效基因。控制衣分的3个QTL可在不同的世代稳定检测到,效应稳定,增效基因均来自高值亲本陆地棉,为进一步分子标记辅助选择奠定了基础。

2个国家区试棉花品种的遗传特异性分析

为对棉花品种进行特异性鉴别,利用SSR(simple sequence repeats)方法对参加国家区试的2个棉花品种(A1、A2)的遗传特异性进行了研究。同时,根据棉花植物新品种DUS(distinctness,uniformity and stability)测试指南,对上述2份材料进行了20个农艺性状的特异性分析。结果表明,2个棉花品种的指纹图谱相同且田间性状相似,是同一个品种。该方法弥补了以往只考虑利用SSR鉴定品种的特异性而没有考虑田间农艺性状鉴定与SSR鉴定差异的不足,可以更客观地反映品种的特异性。

棉花不同铃重类型种质主要纤维性状遗传及其变异

以中棉所48的母本S9708与不同铃重大小的父本杂交,配置6个F2群体,采用SAS 8.0软件对各组合亲本、F1和F2的铃重和衣分及纤维品质等数量性状进行统计分析。结果表明:在所有F2群体中纤维性状都有极显著差异。铃重和麦克隆值的变异系数较大,其次是衣分和纤维强度,而纤维长度、伸长率和整齐度变异系数较小。在杂交早代群体中,仍然表现亲本的铃大、衣分高、纤维长、强度高、整齐度好等优良特性。这表明,在杂种优势利用选择亲本时,选择大铃、高衣分、优质纤维材料仍较为重要。

棉花分子生物学公共实验平台建设与研究进展

回顾了中棉所棉花分子生物学公共实验平台建立、发展的过程,介绍了基本实验条件及主要研究方向,阐述了近年研究取得的主要进展。