一年生棉花的多年生杂交制种方法

摘要

本发明涉及一种一年生棉花的多年生杂交制种方法，其首先鉴定一年生棉花杂交亲本的自然越冬能力；对于不能自然越冬的一年生棉花杂交亲本，以棉属中能够自然越冬的多年生棉花种质资源为砧木进行嫁接，并宿根栽培所得嫁接植株；对于能够自然越冬的一年生棉花杂交亲本，直接种植并宿根栽培其实生植株，或以上述方法嫁接后宿根栽培嫁接植株；然后利用上述实生植株和/或嫁接植株进行杂交制种。本发明的杂交制种方法不需每年播、耕整土地和去杂去劣，降低了雄性不育系的繁殖成本，简化了杂交种子生产程序，并能够提高杂交制种的产量。本发明方法在南亚热带及其以南地区均适用，能够大范围推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及作物的杂交制种方法，具体涉及一种一年生棉花的多年生杂交制种方法。

背景技术

棉花主要栽培种有陆地棉(Gossypium hirsutum L.)和海岛棉(G.barbadence L.)。陆地棉为一年生植物，海岛棉有一年生和多年生两种，但大面积栽培的仍是一年生海岛棉。

棉花杂种优势十分显著，但现有的杂交种子都是用一年生陆地棉或一年生海岛棉亲本，采用人工去雄杂交，或利用一年生雄性不育系与恢复系杂交的方法，在棉花主产区生产。其主要缺点是：

(1)必须每年耕整土地、播种和繁殖亲本种子。

(2)亲本繁殖和杂交制种，必须每年去杂去劣。

(3)利用细胞核雄性不育系虽然易于找到恢复系和组配出强优势组合，但不育系的繁殖存在问题，一般利用细胞核雄性不育两用系中分离出的雄性不育株(基因型为msms)与育性基因杂合的可育姊妹株(基因型为Msms)杂交的方法保持，从不育株上收的种子繁殖后代仍然表现不育株与可育株的1∶1分离，因此，杂交制种田必须每年拔除母本区50％左右的雄性可育株，工作量集中，劳动强度大；且因棉花是无限花序，花期长，当气温＞35℃时，有的雄性不育株会出现少量或微量花粉(刘强，中棉所38不育系杂交制种技术浅谈，中国棉花，2004(8)：35)，由此将影响杂交种子纯度；还因群体中可育株与不育株分布的不均匀性，往往存在连续拔除多株可育株的问题，既浪费了土地空间，又增加了种子生产成本。

(4)利用细胞质雄性不育系与保持系回交的方法虽能保持雄性不育特性，但现有细胞质雄性不育系多数具哈克尼西棉细胞质，其恢复系较少，且杂交后代存在不育细胞质的不良效应等问题；其他类型的细胞质雄性不育系也由于多年采用有性繁殖的方法，易于发生遗传漂移，导致不育系中可育株的发生。

因此，尽管人工去雄存在投入大、成本高等问题，但由于没有更好的棉花杂交种子生产方法，目前仍以人工去雄杂交制种为主，为降低种子生产成本，一般利用F₂代。

四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所和四川诺亚生物科技有限公司，根据棉花在热带地区的多年生特性，于2007年申请了1项国家发明专利，发明名称为“利用棉花雄性不育系和恢复系进行宿根再生的杂交制种方法”，申请号为200710049843.0。该发明指出棉花植株能够越冬的制种区是冬季最低温度≥10℃，年日照时数1700-2100小时，日照百分率为50-60％，全年降雨量为800-1200mm的地区。从温度条件看，应属于中热带地区(盛承禹等编著.中国气候总论.科学出版社，1986，第406页)，但热带有旱季和雨季之分，雨季多台风，不利于棉花的杂交制种，所以，又要求其降雨量小于1200mm。因此，满足上述所有条件的地区是很少的，可能只有云南或云南与四川交界的部分地区具有这种小气候特征，而这些地区，大多比较偏远，交通不便，不利于棉花的规模化杂交制种。而且，该发明还没有解决不育系的繁殖问题，只是利用了不育系在热带地区可多年生长的特性，但由于一年生棉花根系入土浅，易早衰，就是在最适合生长的温度条件下一般也只能宿根栽培3-5年，又需要重新播种。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供简便、快捷、成本低且适用范围广的棉花杂交制种方法。

为实现上述目的，本发明提供一种一年生棉花的多年生杂交制种方法，其步骤如下：

(1)种植配制杂交组合所需的一年生棉花杂交亲本，鉴定其自然越冬再生力；

(2)对于不能自然越冬的一年生棉花杂交亲本，以棉属中能够自然越冬的多年生棉花种质资源为砧木，以不能自然越冬的一年生棉花杂交亲本为接穗进行嫁接，并宿根栽培所得嫁接植株；对于能够自然越冬的一年生棉花杂交亲本，直接种植并宿根栽培其实生植株，或以上述方法嫁接后宿根栽培嫁接植株；

(3)在种植和/或嫁接的当年和宿根栽培期间，利用上述实生植株和/或嫁接植株，进行杂交制种。

上述棉花多年生杂交制种方法的环境条件优选为冬季最冷月平均气温≥10℃且最低气温≥0℃(包括符合这一气温条件的气候带、特殊地形和人工条件等)。

所述亲本为母本和/或父本，通常为繁殖难度高(如雄性不育系)或有性繁殖后代难以保持其性状的母本和/或父本，对其进行宿根栽培，能够降低杂交制种的难度和成本。

所述母本为细胞核雄性不育两用系时，在种植和/或嫁接当年拔除其中的可育株、半不育株和混杂株。

所述母本为细胞质雄性不育系时，在种植和/或嫁接当年需要去杂去劣。

所述能够自然越冬为越冬成活率≥75％。

因一年生棉花的根系较弱，所述能够自然越冬的一年生棉花杂交亲本直接种植并宿根栽培3-5年后需重新播种。

所述多年生棉花种质资源包括海岛棉多年生类型、陆地棉野生种系中的多年生类型或棉属中其他多年生棉花种质资源或其杂交后代。

所述砧木为棉花实生苗或植株。

所述砧木的越冬成活率为100％。

所述砧木对接穗的生长发育、育性表现、产量和品质无不良效应。

在有棉花土传病害的地段种植，还应要求所述砧木抗土传病害。

所述接穗为棉花实生苗或植株的嫩芽、自然越冬后的再生芽或其嫁接植株越冬后的再生芽。

所述宿根栽培采取如下管理措施：

(1)种植棉花当年：按照当地一年生棉花的播种期、种植密度和栽培管理方法进行栽培和管理；父母本行比与一年生棉花杂交制种相同；

(2)种植棉花次年及以后：早春萌发新芽后，选留健壮芽培育成侧枝，并及时去除赘芽；夏季和秋季打顶、修剪和抹除赘芽，多次施肥并及早防治病虫害；冬季进行棉田中耕、培土并重施有机肥；冬季或早春，挖除过密棉株，参照亚热带果树的修剪方法修剪。

本发明对一年生棉花杂交亲本进行宿根栽培，杂交制种田除种植当年外，宿生栽培期间不需每年播种，不需每年耕整土地，不需每年去杂去劣；利用该方法，细胞核雄性不育系宿生栽培期间也不需拔除制种田母本区的可育株；因各种类型的雄性不育系均可采用宿生栽培法保持其雄性不育特性，从而极大地减少了雄性不育系的繁殖费用；不但简化了杂交种子生产程序，且因宿生棉花亲本的生殖生长期长，制种产量比一年生棉花高30％左右。

本发明通过将一年生棉花杂交亲本嫁接于多年生棉花植株，实现了对不能自然越冬的一年生棉花杂交亲本的多年生栽培，并能够克服一年生棉花根系浅、宿根栽培期短的缺点，嫁接植株能够保持品种的育性特征、产量和品质，其中以棉花植株上的嫩芽或再生芽为接穗进行嫁接和多年生栽培能够实现品种的无性繁殖，并保持品种的育性特征、产量和品质。

此外，本发明方法适用于最冷月平均气温≥10℃的条件下，从而将棉花的多年生栽培区域由热带向北扩展到南亚热带，在南亚热带及其以南地区均适用，能够大范围推广应用。由于我国能进行棉花宿生栽培的华南南部，已成为植棉面积极少的棉花产区，易于空间隔离，有利于提高杂交种子纯度；且因虫源丰富，有利于昆虫传粉和提高制种产量。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

经2004年种植鉴定，陆地棉细胞核雄性不育系洞A(引自湖北省种子集团公司)的不育株在广西南宁(1月平均温度为14.1℃，最低温度为5.6℃)的自然越冬成活率达95.5％以上，而其可育姊妹株的自然越冬成活率为65％(因制种时需要将可育株全部拔除，其越冬率较低对杂交制种没有影响)；其恢复系国审邯284的自然越冬成活率为75％(种植次年，因植株高大，密度宜稀，所以75％的越冬率就可以了)，种植次年和第三年的越冬率为100％，第四年(即2008年)的自然越冬率为0。

2004～2007年，直接对洞A和国审邯284进行宿根栽培，在广西南宁播种洞A和国审邯284，按照当地一年生棉花的播种时间、种植密度和栽培管理方法进行种植和管理。种植棉花当年的越冬期即次年1月份进行棉田中耕、培土，重施有机肥；挖除过密棉株和洞A的可育株；参照亚热带果树的修剪方法修剪，一般主茎留桩高度为80～100cm，剪除弱枝、病枝，选留2-3根健壮枝条，如枝条均较弱，可不留侧枝，只留主茎。自种植棉花次年开始，棉花进入宿根期，每年1-2月份是多年生棉的越冬期，此时棉株生长缓慢或停止生长，在1月份，要进行棉田中耕、培土，重施有机肥；挖除过密棉株；参照亚热带果树的修剪方法修剪。从3月～12月，是多年生棉花的生长期。要注意：早春萌发新芽后，选留3个左右健壮芽培育成侧枝，并及时去除赘芽；夏季和秋季要注意打顶、修剪、抹除赘芽，使通风透光良好；多年生棉产量高，需肥量大，要多次施肥以增加施肥量，并及早防治病虫害。

然后分别以宿生或一年生雄性不育系洞A的不育株为母本，以宿生或一年生恢复系国审邯284为父本，父本：母本的行比为1∶4，比较宿生不育系×宿生恢复系、宿生不育系×一年生恢复系、一年生不育系×一年生恢复系棉花的杂交制种产量。结果表明：父、母本均为宿生的，有3次结铃高峰，而父、母本均为一年生的，只有两次结铃高峰，前者的制种产量比后者提高了约32％，用工量减少了22％，且无用种成本，单位重量杂交种子的生产成本降低了约54％；宿生雄性不育系×一年生恢复系，其制种产量与父母本均为一年生的相当，但杂交种子生产成本降低了约12％；比较宿生雄性不育系及一年生雄性不育系与同一父本杂交后代的产量、品质，表明二者无显著差异。可见，利用宿生栽培植株进行杂交制种产量高、用工少且成本低。

上述洞A的不育株种植3-5年后需重新播种，恢复系国审邯284种植3年后需重新播种。

实施例2

2005年，以实施例1中所述的不育系洞A和恢复系国审邯284植株的越冬再生芽为接穗，以蓬蓬棉(一种多年生棉花，采自海南岛)和联核木棉(一种多年生棉花，采自海南岛)为砧木进行嫁接，栽培嫁接株，嫁接植株连续4年的越冬成活率为100％，且经受了2008年1月的寒冷天气考验。宿根栽培该嫁接植株并进行杂交制种，能够提高制种产量，并降低生产成本。

实施例3

经鉴定，欲配制杂交组合的母本陆地棉细胞核雄性不育两用系洞A和海岛棉细胞核雄性不育两用系H04A(广西大学自选)中的不育株2004年在广西南宁的自然越冬成活率分别为95.5％和92.3％。

2004年在广西南宁(1月平均温度为14.1℃，最低温度为5.6℃)进行了4种砧木与2个雄性不育系接穗的嫁接组合试验，共8个砧木/接穗组合(以下简称“嫁接组合”)，并与恢复系进行了杂交制种：

其中2个接穗为：A、2004年引自湖北省种子集团公司的陆地棉细胞核雄性不育两用系洞A的种子繁殖苗；B、自选的一年生海岛棉细胞核雄性不育两用系H04A的种子繁殖苗。经鉴定，接穗A和B在南宁不能100％自然越冬。

其中4种砧木为：A、蓬蓬棉(一种多年生棉花，采自海南岛)；B、联核木棉(多年生海岛棉，采自海南岛)；C、陆地棉细胞质雄性不育系P2001A(引自湖北省农业科学院)×蓬蓬棉(来源同上)F₁杂交种；D、P2001A(来源同上)×联核木棉(来源同上)F₁杂交种。经鉴定，上述4份砧木材料在南宁连续6年种植均表现100％正常越冬，其成株期经人工气候箱0℃的低温胁迫处理，表明其能忍耐0℃低温连续5天。对这些材料进行了接种鉴定，表明砧木耐棉花枯萎病和黄萎病。

2004年3月7日，在南宁同时播种砧木和接穗的种子，砧木在营养杯中育苗，接穗在苗床育苗；待砧木长出真叶时取接穗进行嫁接。嫁接后，将嫁接苗置于盖有塑料薄膜的小拱棚内保温、保湿，嫁接后，将嫁接苗置于盖有透明塑料薄膜的小拱棚内保温、保湿，待接口愈合后(嫁接后第6天)揭开塑料薄膜，遮阳网下炼苗2天后，选择嫁接成功并生长健壮的嫁接苗移栽大田，进行宿根栽培。宿根栽培的方法同实施例1。

2006年2月15日提早播种恢复系国审邯284，在塑料大棚中营养杯育苗，当气温适合棉花栽培时移栽到大田，母本(上述8个嫁接组合中雄性不育系的不育嫁接株)与父本(恢复系国审邯284)的行比为1∶4，采取高肥水管理措施促进生长发育，以使其生育期与上述嫁接植株接近，以提高制种产量。上述8个嫁接组合的嫁接株与恢复系的杂交种子产量比3月份正常播种的相应一年生雄性不育系×一年生恢复系提高10％左右。

2008年1月，南宁遭遇有史以来最严重的冷害天气。1月14日至2月5日连续23天日平均气温在10℃以下，其中日均温在5℃以下的有7天，最低气温5℃以下的有13天，极端最低温度为1.6℃，月均温为9.8℃。但4中砧木材料的成活率仍为100％，上述8个嫁接组合的嫁接棉株在南宁经受了2008年1月的低温灾害天气后，成活率亦为100％，而未嫁接的洞A和H04A的自根苗对照株则全部因冷害死亡。

对上述4种砧木、2种不育系接穗所形成的8种嫁接组合进行的试验表明，所有砧木与接穗的嫁接亲和性很好，不存在砧木与接穗的特异性选择，所有砧木对接穗的经济性状和产量品质均无不利影响。至2009年1月，上述8个嫁接组合的嫁接株已连续宿根栽培达5年之久，能够100％安全越冬，生长正常，并且没有可育株的分离，能够持续用于杂交制种，极大减少了雄性不育系的繁殖费用，简化了杂交制种的程序。

实施例4

经鉴定，细胞核雄性不育两用系GA5在湖北不能正常越冬，为一年生棉花。2006年，在湖北省公安县，以联核木棉(多年生海岛棉，采自海南岛)为砧木，采用嫁接法繁殖细胞核雄性不育两用系GA5(引自四川省农业科学院经济作物研究所)，花期拔除可育株，以后每年冬季用塑料大棚保温，使大棚内1月平均气温大于或等于10℃，使其安全越冬，得以宿根生长，以在棉花主产区建立细胞核雄性不育系的原始亲本圃。宿根栽培的方法同实施例1。

2007年和2008年，每年以上述联核木棉为砧木，以雄性不育系GA5原始亲本圃中越冬植株上的再生芽为接穗嫁接，栽培其嫁接株，同时栽培种子繁殖的恢复系国审邯284的实生苗，进行杂交制种。

由此建立了雄性不育系塑料大棚越冬再生与一年生恢复系的杂交种制种技术体系。其优点是可直接在棉花主产区杂交制种，以利于制种技术指导和减少种子运输费用，缺点是每年要进行不育系和恢复系的繁殖。