2001—2020年山东省转基因抗虫棉品种纤维品质评价分析

申贵芳，孔凡金，段冰，韩宗福，王宗文，王景会，高利英，王晓歌，邓永胜，李汝忠

（山东省农业科学院经济作物研究所／农业部黄淮海棉花遗传改良与栽培生理重点实验室，山东 济南 250100）

棉花作为纺织工业的原料，其纤维长度、强力、细度等物理指标直接决定着成纱的档次和质量，历来是棉花育种的主要目标之一，也为棉产业高度重视。随着生活水平的不断提高，人们对纯棉纺织品的需求日益增长，纺织业对原棉品质要求进一步提高［1，2］。而且，随着我国主产棉区经济发展，实现棉花机械采收是必然趋势，但机采棉在采收、加工过程中对棉纤维品质有一定损伤。为抵消机采、加工过程中对棉纤维品质的不良影响，机采条件下棉花品种的内在品质（遗传品质）也应优于手采棉。

20世纪90年代初，棉铃虫在我国北方棉区持续特大爆发，给棉产业造成巨大损失［3，4］。为有效应对棉铃虫危害，我国棉花科技工作者将高新技术与常规育种技术相结合，开展转基因抗虫棉育种研究，使我国成为继美国之后世界上第二个研制成功具有完全自主知识产权转基因抗虫棉品种的国家，率先在黄河流域棉区大面积推广应用，迅速取代非抗虫棉品种，实现了非抗虫棉到转基因抗虫棉的新一轮品种大更换［5－7］。作为产棉大省，山东是国内较早开展转基因抗虫棉育种研究并大面积用于生产的省份之一［8－10］，成效显著。关于全国［11－14］及部分主产棉省［15－20］不同时期棉花品种纤维品质状况已有较多报道，而山东省还鲜有这方面的研究。本研究通过对“十五”至“十三五”期间山东省审定转基因抗虫棉品种的主要纤维品质指标进行分析比较，并与同期国审、冀审抗虫棉品种相比对，系统评价山东省审抗虫棉品种的纤维品质状况，以期为今后棉花育种提供借鉴和参考。

1 材料与方法

本研究数据均来自山东省及国家和河北省农作物品种审定委员会2001—2020年棉花品种审定公告。纤维品质评价分析指标包括：纤维上半部平均长度（Len）、断裂比强度（Str）和马克隆值（Mic），由农业农村部棉花品质监督检验测试中心测试，HVICC校准（2005年前审定品种由ICC校准转换为HVICC校准）。依据国家农作物品种审定委员会2014年7月发布的《主要农作物品种审定标准（国家级）》，对山东省2001—2020年审定的转基因抗虫棉品种纤维品质性状进行评价分析，并与同期我国黄河流域国审和邻省河北省审定转基因抗虫棉品种的纤维品质性状进行比对。

2 结果与分析

2.1 山东省转基因抗虫棉审定概况

1998年转基因抗虫棉GK12通过山东审定，这是山东省审定的第一个国产基因抗虫棉。此后在2001—2020年的20年间，山东省共审定不同类型转基因抗虫棉品种116个（表1），单年度以2019年审定最多，达13个。受国家农业转基因生物安全评价滞后等影响，“十五”“十二五”审定品种相对较少，其中有4年空缺，“十一五”“十三五”审定品种较多。在这116个鲁审抗虫棉品种中，29个同时通过国家审定（表2），占鲁审抗虫棉品种的25%。第一育种单位为省内的共育成103个（未经山东省审的省内单位育成品种未统计在内），占审定品种总数的88.8%。就品种育成单位属性来看，科研院所育成70个、高等院校育成6个、种业企业育成40个，占比分别为60.3%、5.2%和34.5%，由此可见，科研院所一直是山东省育成抗虫棉审定品种的主体。2010年前后种业企业审定品种数量处于高峰期，此后持续低落，这与山东棉花生产形势及棉种企业自身发展状况相吻合。

表1 2001—2020年山东省抗虫棉品种审定概况

表2 2001—2020年山东省审定抗虫棉品种及纤维品质

表2（续）

表2（续）

2.2 不同生产类型抗虫棉品种纤维品质分析

早熟棉（俗称短季棉、夏棉）、中早熟棉（俗称常规棉、春棉）和杂交棉是黄河流域棉区生产上普遍种植的三大棉花品种类型，国家和该区主产棉省份均设置三大类型棉花品种区域试验，以进行相应品种选拔。中早熟棉品种一直占该区棉花生产的主导地位，山东省审定的116个转基因抗虫棉品种中，中早熟抗虫棉70个、杂交抗虫棉35个、早熟抗虫棉11个，分别占同期鲁审抗虫棉品种的60.34%、30.17%和9.48%（表1），基本反映出山东棉区不同生产条件和不同种植方式对三大类型棉花品种的需求状况。

三大类型抗虫棉品种纤维上半部平均长度（Len）、断裂比强度（Str）和马克隆值（Mic）见表3，以杂交抗虫棉品种最好，纤维上半部平均长度、断裂比强度达“双30”以上，马克隆值匹配也较为合理。早熟棉品种稍差，主要表现在纤维上半部平均长度偏短，这种状况“十二五”“十三五”审定早熟棉品种已有明显改进，有的纤维上半部平均长度、断裂比强度已达“双30”以上。与同期黄河流域国审抗虫棉品种相比，鲁审杂交抗虫棉品种三项指标均略优于国审抗虫棉；中早熟抗虫棉品种纤维上半部平均长度优于国审抗虫棉，马克隆值相当，断裂比强度略低；早熟抗虫棉纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值均不及国审抗虫棉。

表3 不同类型抗虫棉品种纤维品质比较

2.3 不同品质类型抗虫棉品种占比分析

2007年国家农作物品种审定委员会根据GB／T 20392—2006检测的纤维主要物理指标数据，以纤维上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值三项指标的综合表现，将我国棉花新品种审定标准分为Ⅰ型品种、Ⅱ型品种、Ⅲ型品种［21］。2014年又对上述标准进行修订，提高了Ⅱ型和Ⅲ型品种的纤维长度标准，降低了Ⅰ型品种的断裂比强度要求（表4）（国品审〔2014〕2号《关于印发主要农作物品种审定标准的通知》）。

表4 2014年发布的国家棉花品种纤维品质指标审定标准

在2001—2020年山东省审定的116个抗虫棉品种中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品种分别为1、38、75个，占比分别为0.86%、32.76%、64.66%（表5），另有2个型外品种。同期国家黄河流域审定抗虫棉品种144个，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品种分别为1、48、91个，占比分别为0.69%、33.33%、63.19%（表6），另有4个型外品种。由此可见，鲁审抗虫棉品种与同期黄河流域国审抗虫棉品种各型占比基本相当，总体表现为：可纺高支纱的Ⅰ型品种占比极少，不到1%，而Ⅲ型品种占比均达6成以上。

表5 2001—2020年鲁审Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品种占比

表6 2001—2020年国审（黄河流域）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品种占比

从不同时期审定各型品种占比来看，鲁审品种以“十五”期间Ⅱ型品种占比最高，达61.54%，“十二五”次之，但总体上呈Ⅱ型品种占比下降、Ⅲ型品种占比大幅上升趋势，到“十三五”Ⅱ型品种占比下降为22.92%，Ⅲ型品种占比上升到高达77.08%。黄河流域国审抗虫棉品种各型占比亦表现出同样的变化趋势，“十二五”“十三五”Ⅲ型品种占比均在七成以上，“十二五”占比已高达76.00%。

分解不同时期审定品种上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值三项指标的各型达标率，可以看出影响各型占比的主要限制指标。“十五”期间，鲁审抗虫棉品种三项指标Ⅱ型达标率较为均衡，以马克隆值达标率最高，为92.31%。“十一五”“十二五”期间，断裂比强度Ⅱ型达标率分别为31.58%和58.82%，说明它是此期Ⅱ型品种占比降低的主要限制指标。而到“十三五”，马克隆值Ⅱ型达标率下降到39.58%，变为主要限制指标。“十三五”黄河流域国审抗虫棉Ⅱ型品种马克隆值达标率由“十五”的94.12%下降到“十三五”的26.47%，马克隆值同样是各型品种占比的主要决定因素。

2.4 不同时期抗虫棉品种纤维品质变化趋势及与同期国审、冀审品种比较

2.4.1 上半部平均长度 鲁审抗虫棉品种上半部平均长度以“十五”最大，达30.46 mm，此后一直呈下降趋势（图1），“十三五”下降到29.69 mm，下降0.77 mm，但各期均高于同期国审（黄河流域）、冀审抗虫棉品种水平。国审（黄河流域）、冀审抗虫棉品种上半部平均长度则呈现出由低到高再到低的变化趋势，尤其是国审抗虫棉品种呈倒“V”字型。

图1 鲁审、冀审、国审抗虫棉纤维上半部平均长度变化趋势

2.4.2 断裂比强度 从“十五”至“十三五”，鲁审抗虫棉品种断裂比强度均值呈“V”字型变化趋势（图2），以“十三五”最高，达31.12 cN／tex，“十一五”最低，为29.41 cN／tex。鲁审抗虫棉品种断裂比强度均高于同期冀审品种，但除“十五”外，“十一五”至“十三五”均略低于黄河流域国审品种。同期国审（黄河流域）、冀审抗虫棉品种断裂比强度均呈上升趋势，到“十三五”达最高值，前者均值达31.67 cN／Tex。

图2 鲁审、冀审、国审抗虫棉断裂比强度变化趋势

2.4.3 马克隆值 鲁审抗虫棉品种马克隆值同国审（黄河流域）、冀审品种一样，从“十五”到“十三五”增大趋势明显（图3）。鲁审品种前三个五年计划增幅较小（区间4.71～4.84），“十三五”增幅加大，增至5.15，但“十二五”“十三五”审定品种的马克隆值仍均低于同期国审（黄河流域）、冀审品种。同期黄河流域国审品种马克隆值分别增高到5.13、5.28，冀审品种增高到4.98和5.24。

图3 鲁审、冀审、国审抗虫棉马克隆值变化趋势

3 讨论与结论

3.1 从“十五”至“十三五”的20年间，山东省共审定转基因抗虫棉新品种116个，其中科研院所审定70个，占比60.3%，科研院所一直是山东省棉花育成审定品种的主体。

3.2 山东省审定早熟棉、中早熟棉、杂交棉三大类型抗虫棉品种的纤维品质以杂交抗虫棉品质最好，其纤维上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值三项指标均优于国审品种，表现为纤维长度、强力、细度搭配较为均衡；中早熟抗虫棉纤维上半部平均长度优于国审品种，马克隆值相当，但断裂比强度略低；早熟抗虫棉纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值稍差。

3.3 鲁审抗虫棉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型品种占比分别为0.86%、32.76%、64.66%，与同期黄河流域国审抗虫棉各型品种占比基本相当。总体表现为：可纺高支纱的Ⅰ型品种占比极少，Ⅲ型品种占比大幅上升。无论是鲁审还是国审（黄河流域）、冀审抗虫棉品种，马克隆值升高都是造成Ⅲ型品种占比大幅升高的主要因素。鲁审抗虫棉品种在纤维长度、强力、细度主要指标协调性方面总体上优于同期冀审品种，也比同期黄河流域国审品种略优。

3.4 杨伟华等［12］研究表明，“十一五”期间国审棉花品种纤维长度、纤维长度整齐度和断裂比强度三项指标优于美国同期推广品种，但马克隆值偏高。唐淑荣等［13］研究认为，“十五”至“十二五”期间，我国黄河流域国审棉花品种纤维上半部平均长度提高明显，断裂比强度增强，马克隆值则逐年增大，纤维变粗。眭书祥等［18］对2009—2013年河北省审定棉花品种纤维品质的分析表明，与全国及其它省份棉花品种相比，纤维上半部平均长度和断裂比强度偏低，马克隆值偏高，纤维品质改良效果不明显。本研究结果表明，“十五”至“十三五”期间，鲁审抗虫棉品种纤维断裂比强度提高，改良效果明显，但纤维上半部平均长度下降、马克隆值升高，纤维长度、强力、细度三项主要指标匹配仍欠合理，与同期国审、冀审抗虫棉品种纤维品质变化趋势基本一致，也与申贵芳等［22］对山东省抗虫棉育种基础材料纤维品质测试数据分析结果相吻合。目前山东乃至黄河流域棉花品种纤维品质状况应引起业界高度重视，应进一步加大棉花育种纤维品质改良力度，更加注重纤维长度、强力和细度的协调、均衡、同步改良，把降低马克隆值作为攻关重点，并进一步提高纤维上半部平均长度和断裂比强度，以大幅降低Ⅲ型品种占比，大幅提高Ⅰ型品种占比。