①嚴(yán)根土（中）在田間
②“中棉所49”棉花 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所供圖
嚴(yán)根土領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊，以培育“中棉所49”為代表的棉花育種技術(shù)，創(chuàng)新了關(guān)鍵方法，克服了育種瓶頸，在多抗穩(wěn)產(chǎn)棉花新品種選育與應(yīng)用方面取得了明顯突破。
炸蕾吐絮、纖纖蓬松，棉花是事關(guān)國計民生的重要經(jīng)濟(jì)作物和紡織原料，其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)關(guān)系重大。棉花育種不僅是一項科學(xué)工作，更是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。
二十多年來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研究員嚴(yán)根土領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊，以培育“中棉所49”為代表的棉花育種技術(shù)，創(chuàng)新了關(guān)鍵方法，克服了育種瓶頸，在多抗穩(wěn)產(chǎn)棉花新品種選育與應(yīng)用方面取得了明顯突破。其成果“多抗穩(wěn)產(chǎn)棉花新品種中棉所49的選育技術(shù)及應(yīng)用”榮獲2016年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。
近日，《中國科學(xué)報》記者專訪嚴(yán)根土研究員，聽他講述棉花如何歷經(jīng)20余年盛放于新疆廣袤的土地上并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)社會效益的。
新疆棉種更新?lián)Q代
每年9月前往新疆，一望無際的農(nóng)田里處處是青枝白絮的棉花。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年全國棉花播種面積為3376.1千公頃，其中新疆為1805.2千公頃。產(chǎn)量上來看，新疆棉花產(chǎn)量為359.4萬噸，占全國的比重擴大至67.3%，比上年提高了4.8個百分點。
當(dāng)前，新疆棉花的產(chǎn)業(yè)地位不言而喻。但很少有人知道，在成為高產(chǎn)棉區(qū)的路上，新疆棉花品種經(jīng)歷了怎樣的過程。
“新疆歷史上大面積推廣的重大品種有‘軍棉1號’‘中棉所35’和‘中棉所49’，在當(dāng)時特定的生態(tài)環(huán)境條件下，對新疆棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。”嚴(yán)根土介紹。
“軍棉1號”于1979年選育，其推廣之際，新疆被確定為無病棉區(qū)，與黃河、長江流域棉區(qū)分屬不同的生態(tài)區(qū)，少有內(nèi)地棉花引進(jìn)新疆試種。20世紀(jì)90年代初，新疆棉區(qū)枯萎病蔓延，不抗枯、黃萎病的“軍棉1號”無力招架，不得已從黃河流域引進(jìn)“中棉所12”“豫棉15”等抗病品種。
隨著棉花種植區(qū)域向干旱、鹽堿地轉(zhuǎn)移，黃萎病危害進(jìn)一步加重，而且鈴重偏小、衣分偏低、品種種性退化等瓶頸問題更加突出。嚴(yán)根土指出，這對棉花品種的抗性要求更加全面，對鈴重與衣分的協(xié)同改良更加迫切，對種性純度的要求也越來越急迫。
“再加上近十年來，新疆棉花的種植技術(shù)也發(fā)生了很大改變，如滴灌、精量播種、適宜機械化采收等新技術(shù)的涌現(xiàn)，也是棉花品種推廣應(yīng)用中必須研究的課題。”嚴(yán)根土說。
針對上述難題，嚴(yán)根土帶領(lǐng)科研團(tuán)隊多次到新疆棉花主產(chǎn)區(qū)實地考察，確定了“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為基本點，突出耐旱堿低溫和抗病”的育種目標(biāo)。
在育種方法上，他們一改當(dāng)時的習(xí)慣，以高密度種植模式為主，在新疆設(shè)立了3個棉花育種試驗點，開展跨生態(tài)區(qū)、低世代大群體穿梭、高強壓力鑒定等綜合選擇，其中低世代和大群體對大棵作物是首創(chuàng)。
在骨干親本的創(chuàng)制上，選用種間和地理雙異緣材料，主攻生物與非生物兩個方面逆境抗性。既聚合了對多個逆境的抗性，又實現(xiàn)了鈴重與衣分的協(xié)同改良，這是棉花育種長期以來孜孜追求而難以實現(xiàn)的目標(biāo)。
創(chuàng)新實現(xiàn)三重效應(yīng)
“我們的育種策略基于一個指導(dǎo)思想：創(chuàng)制或選用的親本‘短板’性狀的起點要高，不能帶有不可克服的缺陷，且主攻的目標(biāo)性狀是可以追溯或跟蹤的。”嚴(yán)根土表示，這一策略的最終目標(biāo)是實現(xiàn)遺傳改良的三重效應(yīng)：同時打破多種經(jīng)濟(jì)性狀間遺傳連鎖效應(yīng)、育種目標(biāo)性狀的同步提高效應(yīng)和目標(biāo)品種高度純合與穩(wěn)定效應(yīng)。
首先，在發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造變異時，關(guān)鍵是所用親本（創(chuàng)制或選配）要具有豐富的優(yōu)異性狀，伴隨的缺點在另一親本中盡可能為優(yōu)勢性狀。
嚴(yán)根土團(tuán)隊采用遠(yuǎn)緣雜交、復(fù)合雜交等創(chuàng)造變異育種方法，育成含有種間遠(yuǎn)緣種質(zhì)和地理遠(yuǎn)緣種質(zhì)的優(yōu)質(zhì)骨干親本材料“中51504”；同時，以1216份材料為基礎(chǔ)，通過聚類分析、系譜分析等，篩選到與“中51504”遺傳背景差異大、基因型互補性強的配套親本“中9409”（之后定名“中棉所35”）。
其次，雜交后代要開展低世代、大群體、多逆境、交叉選擇，增加變異的選擇概率，兼顧變異的穩(wěn)定。
團(tuán)隊創(chuàng)建了低世代大群體多逆境交叉選擇的育種技術(shù)。他們最早構(gòu)建了以穩(wěn)產(chǎn)為第一目標(biāo)、跨生態(tài)區(qū)、多逆境的棉花育種平臺，有利于客觀評價品種的穩(wěn)定性，拓寬育種思路。同時結(jié)合田間鑒定，提出了高強壓力抗性的篩選指標(biāo)，吻合程度在80%以上，客觀地評價品種的抗性。
之后，利用平臺進(jìn)行大群體交叉選擇，這在棉花等大棵作物是首創(chuàng)。交叉選擇是在主產(chǎn)棉區(qū)實地多點同步且相互穿插，并依據(jù)旱堿等多抗鑒定進(jìn)行選擇。“這有利于減少大田鹽堿等不均勻造成的誤差，挖掘大鈴等優(yōu)良性狀。”嚴(yán)根土表示，“低密度與高密度同步選擇，也是我們首先嘗試的工作，這有利于提高選擇的準(zhǔn)確率。”
再次，采用大群體自交，推進(jìn)選擇變異的快速穩(wěn)定。
大群體自交純化，解決了高密度良種繁育容易混雜的難題。團(tuán)隊發(fā)明了“中棉所49”的DNA指紋檢測方法，與大群體自交純化相結(jié)合，分子純度達(dá)到95.8%，位列全國主導(dǎo)的7個棉花品種之首。結(jié)合種子質(zhì)量全程精控等技術(shù)，在“中棉所49”長期大面積推廣過程中的種子質(zhì)量保障方面發(fā)揮了重要作用。
授人以棉 授人以技
嚴(yán)根土團(tuán)隊培育的“中棉所49”及研發(fā)的育種方法，不僅為我國科研提供了良好的遺傳素材，同時也豐富了我國棉花育種的理論與技術(shù)。該品種與育種方法已被國內(nèi)多家育種單位借鑒和采用。
“‘中51504’直接育成的品種還有‘新陸中45號’‘新陸中66號’等。通過我們的技術(shù)途徑還育成了10多個棉花新品種和一批優(yōu)異新材料，為同類品種的選育提供了材料及技術(shù)支撐。”嚴(yán)根土介紹。
“中棉所49”對旱堿低溫和病害多抗，適應(yīng)性強；鈴重與衣分協(xié)同改良，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；纖維長度、馬克隆值及纖維整齊度佳，品性優(yōu)良；適宜機采。該品種首批也連續(xù)10年入選農(nóng)業(yè)部主導(dǎo)品種；同時成為國家與自治區(qū)兩級區(qū)試的對照品種，分別連續(xù)9年與10年。
2005年，“中棉所49”通過國家審定第二年，推廣面積就占新疆南疆面積的16.5%，近兩年平均上升到65%以上；在全國棉花總面積的比重由2.1%增加到15.5%，對棉花產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定做出了卓有成效的貢獻(xiàn)。目前累計推廣面積7118.5萬畝，其中2013—2015年累積推廣面積2650萬畝。
“與現(xiàn)有推廣品種相比較，‘中棉所49’仍然是優(yōu)秀的品種，綜合表現(xiàn)在眾多品種中位居前列。”嚴(yán)根土分析，首先，品種良種繁育措施到位，種性穩(wěn)定，一直沒有退化。其次，有一套成熟配套的栽培技術(shù)，通過長期的技術(shù)培訓(xùn)，棉農(nóng)已經(jīng)完全接受并掌握，得到了效益，所以也不愿意隨意換種。
團(tuán)隊創(chuàng)建了基于“中棉所49”的棉花種植標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系，建立了棉花生產(chǎn)全程標(biāo)準(zhǔn)化模式，實現(xiàn)了科研、生產(chǎn)、監(jiān)管的一體化，為我國棉花種植的規(guī)范化提供了一個先例。他們還將這一研究成果通過國家棉花種植綜合標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)實施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，把自主創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
數(shù)據(jù)顯示，與非示范區(qū)相比，示范區(qū)每畝增產(chǎn)30公斤籽棉，增收180元/畝；棉花生產(chǎn)機械化程度比非示范區(qū)提高20%；機械采摘原棉品質(zhì)3級及以上達(dá)到90%，示范區(qū)比非示范區(qū)畝增效20%。
“‘中棉所49’立足新疆，面向中亞五國，是農(nóng)業(yè)科技立足自主創(chuàng)新、服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求的典范。”嚴(yán)根土評價道。“中棉所49”從選育方案制定開始就主動適應(yīng)棉區(qū)向新疆轉(zhuǎn)移的趨勢。團(tuán)隊育成的“中棉所44”于2014年通過吉爾吉斯共和國國家審定，目前成為當(dāng)?shù)刂髟云贩N；“中棉所59”即將通過審定。這對推進(jìn)農(nóng)業(yè)“走出去”、構(gòu)建中亞國際棉花產(chǎn)業(yè)聚集帶具有重要戰(zhàn)略意義。
