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中国棉花良种繁育技术的沿革

来源：飒榕旅游知识分享网

农学学报2013,3(04):1-5

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JournalofAgriculture

中国棉花良种繁育技术的沿革

郭香墨1,2，张永山1，刘金海1,2，姚金波1，陈伟1，褚丽1，刘海菊1

（1中国农业科学院棉花研究所/国家棉花生物学重点实验室，河南安阳455000；

中棉种业科技股份有限公司，郑州450001）

摘要：为了探讨与国际接轨的棉花良种繁育的科学方法，通过比较分析中国棉花良种繁育技术发展经历的引种技术、基于群体混合选择的块选和片选技术、基于单株选择的“三年三圃制”及其衍生技术和基于重复繁殖为理论基础的四级种子生产技术，总结了中国棉花良种繁育规模化的3个发展阶段，从人工投入、资金投入和推广规模3个方面阐述了不同良种繁育的综合效益，提出了中国棉花良种繁育技术存在问题和发展趋势，认为四级种子生产程序是适合中国国情的科学的良种繁育技术。关键词：棉花；良种繁育；四级种子生产程序中图分类号：S562

文献标志码：A

论文编号：2012-0101

GuoXiangmo1,2,ZhangYongshan1,LiuJinhai1,2,YaoJinbo1,ChenWei1,ChuLi1,LiuHaiju1

StateKeyLaboratoryofCottonBiology,Anyang455000,Henan,China;

TheEvolutionofCottonSeedReproductionTechniquesinChina

(1CottonResearchInstitute,ChineseAcademyofAgricultureSciences/

CottonSeedIndustryTechnologyCo.,Ltd.,Zhengzhou450001,Henan,China)

Abstract:Inordertostudyscientificmethodofcottonseedreproductionactingoninternationalconvention,

thispapercomparedandanalyzeddevelopmentoftechniquesincottonseedproductionfromseedimport,fieldwellasitsrelatedtechniquesbasedonsingleplantselection,andFore-GradeSeedReproduction(FGSR)Systemtechniquebasedonreplicationselectiontheory.Thethreedevelopmentstagesofcottonseed

lumpselectionandpieceselectionbasedonpopulationmixedselection,\"Three-NurseryinThreeYears\"asproductioninscaleinChinaweresummarizedinthisstudy.ThesynthesizedbenefitofdifferentseedanddevelopmentprospectinseedproductioninChinawasalsodiscussed.0引言

棉花是中国重要的经济作物，年种植面积520万hm2

左右，对国民经济发展和改善人民生活水平以及出口创汇具有极其重要的作用[1]。棉花良种繁育对保持优良品种种性和纯度、扩大繁殖系数、实现种子产业化具有极其重要的作用。棉花属于异源四倍体常异花授粉作物，以自花授粉为主，主要性状多处于同质结合状态，但由于天然异交率在5%~15%，遗传基础比较复

productionsystemswerealsostatedfrommanpowerinput,capitalinputandindustrializationscale.FGSRsystemtechniquewasmorescientificseedproductiontechniquessuitableforChinasituation.ThechallengeKeywords:Cotton;SeedReproduction;Fore-GradeSeedReproductionSystem

杂，群体则多处于异质结合状态[1-3]。棉花种子生产一般有两种方式：第一种是利用其自花授粉为主的特点，采用隔离繁殖技术保持常规棉优良品种种性；第二种是利用其异交结实的特点，培育雄性不育系或人工去雄和人工授粉技术生产杂交种[4-5]。目前中国较多采用“三年三圃制”的良种繁育技术是从前苏联引进的，原本是作为系统育种技术培育新品种的，其理论依据建立在选择的基础上，新中国成立后，中国在棉花良种繁

基金项目：国家科技部“棉花产业技术体系”(CARS-18-05)。

第一作者简介：郭香墨，男，1949年出生，河南人，研究员，博士生导师，享受特殊津贴专家，研究方向为棉花遗传育种，主持和参加选育各类棉花新品种13个，获得国家和省部级奖励成果。通信地址：455000河南省安阳市黄河大道38号，Tel：0372-2525386，E-mail：gxm214@126.com。收稿日期：2012-03-21，修回日期：2012-05-07。

郭香墨等：中国棉花良种繁育技术的沿革

育中一直采用此项技术，由于对品种内在特征特性不能准确把握，常出现种子繁殖后与原来品种不一致甚至性状变劣的结果。陆作楣[2]在此基础上提出“自交混繁法”，孙善康[6]提出“三年两圃制”技术，但都未脱离选择的基本。张万松等[7]论述了四级种子生产程序对推动中国种业发展的作用，但涉及棉花四级种子生产程序的作用和特点并未述及。为此，笔者在查阅国内外大量文献和多年良种繁育实践的基础上，对中国采用的不同良种繁育技术进行比较和综合分析，探讨适合中国国情的科学的良种繁育技术，旨在以常规棉良种繁育为例，探讨中国棉花良种繁育技术的沿革，提出四级种子生产程序，并从理论上研究其科学性、先进性和实用性。1棉花良种繁育技术的发展1.1引种技术

中国种植亚洲棉(G.aboreumL.)和草棉(G.量占该棉区品种总数的60%，种植面积占该棉区总面积的70%以上[8]。

1.2基于群体混合选择的块选和片选技术

此项技术在中国农作物良种繁育中具有悠久的历史，建国前农民自留种多数采用块选、片选技术，建国后中国大面积引进美国陆地棉品种，留种广泛采用此项技术[9]。其技术核心是在种植优良品种的区域选择生长健壮、群体表现整齐一致的田块，经过去杂去劣后混合收获，作为优良种子使用，或在田间选择生长健壮、群体表现整齐一致的片区，作为该品种的典型代表混合收获，加工后作为优良种子使用[10]。该技术对保持原品种优良种性起到积极的作用，如中国从美国引进的陆地棉品种‘岱字棉15’‘、斯字棉2B’和从前苏联引进的品种‘军棉1号’等，通过片选、块选技术种植20余年，种性基本保持如初[5]。此项技术的优点是操作简单，种子生产成本低，收获种子基本能表现该品种的特征特性；缺点是经过多年种植，该品种在机械混杂、自然变异、昆虫传份、人为等因素的综合影响，原品种的典型性、一致性和遗传稳定性逐步丧失，导致品种逐步退化[11]。该技术在中国自育品种大面积推广用于后逐步推出历史舞台。

1.3基于单株选择的良种繁育技术

该技术主要包括以“三年三圃制”为核心的单株选择、分系比较、混系繁殖的良种繁育技术[12]，以及由此衍生的其他技术，其核心是在田间根据表现型选择代表性单株为基础，由此繁殖生产原种和良种。棉花“三圃制”良种繁育技术在20世纪60年代广泛应用[13]，20

世纪80年代山东省安丘县与中国农业科学院棉花研究所合作，在‘中棉所12’良种繁育中采用此项技术，建立了一套棉花良种繁育，对棉花良种实行专管专营，从良种引进、试验示范、繁育、推广和供种，实现了一条龙的管理，并制定了相应的配套和措施，做到了责、权、利一致，较好地处理了个人、集体、部门和国家的关系，达到了一县一种、统一供种、年年更新的目标，建立了株行圃村、株系圃村和原种乡二级三圃棉花良种繁育统一管理的新[14]。1990年株行圃面积达2hm2，株系圃35hm2，原种圃1350hm2，原种1代5300hm2，达到了可年产原种100万kg~150万kg，一代良种400万kg~600万kg的规模，良种纯度达到国家标准[14]。1988年和19年累计生产原种和原种一代良种270万kg，实现了全县换种，新增皮棉160万kg，新增经济效益902万元，该技术1992年获得国家星火奖[14]。

但是，从单株选择的代表性和准确性分析，不同单位、不同人员、不同地块和品种之间差异极大。在良种

rerbaceumL.)有2000年的历史，由于产量低、纤维品质

差，从清朝至20世纪50年代中国进行第一次系统的品种更换[1]，主要靠国外引种。这次换种主要靠引进美国以及前苏联陆地棉(G.hirsutumL.)品种取代中国长期种植的亚洲棉和草棉。主要用‘岱字棉15’及‘斯字棉’‘、坷字棉’等品种进一步更换了亚洲棉和退化的陆地棉，在黄河流域和长江流域用‘岱字棉15’进一步更换‘斯字棉’‘、德字棉’和‘坷字棉’等，特早熟棉区推广‘锦育5号’和‘克克13’等，在西北内陆棉区推广前苏联的‘108夫’、‘克克13’、‘2依3’、‘5904依’及‘长绒3号’等海岛棉(G.barbadenseL.)品种，亚洲棉基本被淘汰，至1958年推广美国品种‘岱字棉15’后，陆地棉在中国种植面积已占棉田总面积的98%，其余为少量海岛棉及亚洲棉，而草棉已被淘汰。陆地棉初步普及，海岛棉开始种植。这次换种使棉花单产提高15%，绒长增加2~4mm[1]。

引种技术在特定时期对中国棉花生产的发展产生重要作用，其核心技术是通过对引进品种原产地与引入地的纬度、海拔、日照时数、有效积温等气候和生态条件的比较分析，并进行引种试验确定引进品种的价值[4]。20世纪末至21世纪初，中国西北内陆棉区推广“矮、密、早”高效栽培模式，由于病虫害的发生和迅速蔓延，当地缺乏适宜栽培品种，黄河流域和长江流域品种的大量引进和推广，使该棉区棉花产量和抗病虫性能大大提高。据农业部最新统计，2011年棉花种植面积163.8万hm2，皮棉总产284万t，平均皮棉产量1630.2kg/hm2，分别比2010年增加12%、14.5%和16.4%[8]。目前西北内陆棉区种植的引进品种，品种数

Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.·3·繁育过程中，如果不能准确把握品种的内在特点，仅从局部性状把握选择方向，或根据自己的局部认识进行不全面的选择和保种，就会逐步偏离原品种的本来属性，最终导致面目全非，这种情况时有发生。如中国农科院棉花研究所20世纪80年代推出的高产优质抗病棉花品种‘中棉所12’，曾先后通过国家、黄河流域、长江流域9省市品种审定，是中国育成的划时代棉花品种，获得国家发明一等奖[1]。当时不少单位通过建立“三圃制”自行繁种，1994年中棉所收取20余份有关样品进行比较试验，发现同是‘中棉所12’，不同样品间衣分相差5个百分点，子指相差3g左右，霜前皮棉产量相差375kg/hm2，抗病性差异更大[11]。这说明不正确选择是造成品种混杂退化的主要原因之一。

与“三年三圃制”相近的选择保纯技术还有“三年两圃制”、“株系循环法”、“自交混繁法”等。孙善康[6]提出的“三年两圃制”是在单株选择和建立株行圃的基础上，当选的株行种子混合后连续繁殖2年成为原种，然后应用于生产，该技术曾在20世纪80年代交广泛应用于棉花良种繁育，如中棉所在推广‘中棉所17’‘、中棉所19’等品种中在许多主产棉县应用该项技术。与“三年三圃制”比较，该技术的优点是操作相对简单，节省部分繁殖成本，缺点仍然是不能有效保持原品种的优良种性，繁殖种子周期偏长，成本较高。自交混繁法是南京农业大学陆作楣[2]提出的，鉴于棉花是常异花授粉作物，有较高的异交率，在良种繁育中首先选择优良单株并自交获得基础种子，后代在隔离条件下种植株行并自交后混合繁殖，该技术的突出优点是杜绝了棉花异交传份对纯度的影响，但单株选择和其后繁殖的技术路线并未改变。

因此“三年三圃制”及其衍生技术容易偏离原品种种性、繁殖成本高、周期长的弊端仍然存在。实际上“三年三圃制”在最初引入中国时由于国外引进品种种植时间长，混杂退化严重，当时又没有自育的优良陆地棉品种，所以此项技术在当时对中国陆地棉品种的普及和保持起到了积极作用；但该技术原本是作为系统育种技术选择优良品种的，中国用此项技术从美国引进品种中选出了大量优良品种，如1942年陕西省农业改进所从‘斯字棉4号’中采用此技术育成泾斯棉，比‘斯字棉4号’增产13%[1]；金陵大学1947年从‘斯字棉4号’中系统育成517，比‘斯字棉4号’增产19.6%[1]；江苏徐州农科所1955年从‘斯字棉2B’中系统育成‘徐州209’，比‘斯字棉2B’增产15.5%[1]；1961年从‘徐州209’中系统选育育成‘徐州1818’，比对照‘岱字棉15’增产18.5%，累计种植面积520万hm2，成为当时推广

120万hm2图1棉花四级种子生产程序产种量分系

良种原种3.3万hm2

3750万kg

原原种500hm250万kg

育种家种子6.7hm27500kg

面积最大的品种[4]。上述事实说明，以单株选择为基础的棉花育种技术是用于创造新品种而不是作为良种繁育技术应用的。由于20世纪80年代以前中国农作物良种繁育技术落后，采用上述技术对中国棉花品种良种繁育确实起到了积极作用，为中国棉花生产发展做出了重大贡献，随着良种繁育技术的发展，此项技术已不适宜作为主要良种繁育技术继续推广应用。1.4基于重复繁殖理论的四级种子生产技术

基于中国棉花良种繁育技术存在的问题，中国农业科学院棉花研究所在借鉴张万松等[7]应用于小麦品种良种繁育的四级种子生产程序的基础上，提出棉花四级种子生产程序，并在1996年首先应用于‘中棉所21’的良种繁育中[14]，与中国农业科学院棉花研究所科技贸易公司合作，使该品种在河南省及周边地区大规模推广应用，品种种性保持如初，受到了明显的效果，认为该程序具有四大优势。

（1）种子繁殖系数高。利用营养钵育苗、地膜覆盖和精量播种等技术，不必保存大量育种家种子。营养钵育苗移栽一般11.3~15kg，若育种家每年提供100kg育种家种子，采用四级种子生产程序可生产50万kg原种，3750万kg良种，以生产用种每公顷按30kg计算，可满足120万hm2棉田用种（图1）。

（2）确保品种种性和良种纯度。良种繁育过程中经过严格去杂去劣，品种可保持原有的遗传群体状态，保证优良品种种性得以充分保持，避免“三圃制”选择单株和株行、株系所产生的遗传漂移以及考种产生的技术误差与系统误差。例如在1999年试验中发现，由

于前期播种较晚，品种普遍表现迟熟，优良品种种性难以充分发挥，霜前皮棉产量较低，单铃重、衣分、抗病性与原品种差异较大，如果仅按照考种结果，许多优良品

100kg

郭香墨等：中国棉花良种繁育技术的沿革

种会被淘汰，选出的材料只能表现早熟性[4]。

（3）四级种子生产程序操作简便，种子生产成本较低。由于四级种子生产程序比较灵活，如果种子数量要求不高，2年即可为生产提供优质原种，3年可提供大批优质良种，不需要每年试验选择，节省大量人工和资金投入。按目前市场价值估算，“三圃制”每生产1kg良种需要投入资金0.3元，采用四级种子生产程序每千克种子仅需要资金0.05元左右[11]。

（4）有利于保护品种知识产权和产业化。四级种子生产程序繁育良种只需要在少数定点单位进行，由于育种家种子的可控制性，从源头控制种源比较容易，因此避免了品种的多、乱、杂，净化了种子市场，对育种家和知识产权所有单位、对企业和棉农都有好处。

中棉所率先研制和应用棉花四级种子生产程序，新品种推广规模大，经济效益和社会效益显著（表1）。

2良种繁育的规模化发展中国棉花良种繁育的规模化发展大致经历了3个阶段：

第一阶段是小规模繁育，时间为建国前至20世纪50年代，棉花良种繁育普遍采取农民自留种的形式，20世纪50年代国家制定了“自产、自繁、自留、自用，附以国家调剂”的“四自一附”，由于棉农植棉规模小，技术落后，产量低，每年需要留种量少，这种半封闭式小规模传统经营模式了良种繁育技术的发展和进步。

第二阶段是中等规模阶段，20世纪60年代后，随着棉花新品种的不断涌现，生产逐步进入规模化，棉花生产水平迅速提高，棉农对棉花品种和种子提出了更高要求，在此基础上国家颁布了“种子生产专业化，加工机械化，质量标准化，品种布局区域化，以县为单位

表1中棉所应用棉花四级种子生产程序获奖情况

品种中棉所41中棉所43中棉所29中棉所35中棉所24、中棉所27、中棉所36应用年限/年1191086累计推广面积/hm2312.7171.3237.8221.7213.3获奖情况国家科技进步二等奖科技进步二等奖国家科技进步二等奖河南省科技进步一等奖国家科技进步二等奖统一供种”的“四化一供”，棉花良种繁育步入中等规模阶段。该阶段国家实施的良种繁育对中国棉花良种繁育和新品种推广起到巨大的推动作用，当时中国主要产棉县普遍建立了棉花良种场，采取的主要良繁技术是“三年三圃制”及其衍生技术，农民基本不自留种，由县种子公司统一供应。这种棉花良种繁育模式的优点是：良种繁育的规模扩大，良种繁育质量明显提高，繁种成本保持稳定，棉花配套栽培管理技术便于普及推广，棉农植棉效益大幅度增加，新品种更新换代速度加快。但是这种良繁仍存在诸多弊端，如县种子公司统一繁殖品种造成行政分割而使农民缺乏选择权，品种在繁殖过程中施加的人工选择使优良种性不能充分保持等。

第三发展阶段是以种子企业、尤其是种子龙头企业为单位的大规模良种繁育，此阶段从20世纪90年代逐步建立，进入21世纪快速发展，采取的良种繁育核心技术是以育种家种子为源头的四级种子生产程序。此阶段良种繁育有四个突出特点：一是规模大，适应现代农业发展要求。由于种子企业多数是以一种作物为经营对象，因此种子繁殖规模大，特别是在中国西北内

陆棉区，大型棉花种子企业每年经营棉花商品种子多达8000~10000t，因此更有利于优良品种区域化种植，便于统一技术指导[15]。二是繁种技术先进，有利于保持优良品种种性。四级种子生产程序的最大优势是以育种家种子为源头的重复繁殖技术，不需要繁育过程中实施人工选择，因此品种的主要特征特性不易发生遗传漂移，种子质量整齐划一。三是针对性强。种子企业根据品种的适应性和市场需求确定繁种计划，兼顾了生态区和品种的特殊适应性，农民更容易购买放心种子。如2002年中国农业科学院棉花研究所育成的中国第一个双价转基因抗虫棉品种‘中棉所41’，在山西南部和陕西渭河流域具有特殊的适应性，历年表现高产稳产，抗病虫能力强，自2004年推广应用以来，深受棉农青睐，到目前已在该地区推广应用10年以上，仍是主推品种，棉农的评价是：“种来种去，还是‘中棉所41’”，该品种一度在上述地区占棉田面积的70%以上，仍有广阔的推广应用前景[13]。四是棉农收益有保障。种子企业推广新品种后，技术服务到位，能充分发挥新品种的增产潜力，如遇到种子质量问题，种子企业会主动与有关管理部门配合，及时合理解决问题，把

不同良种繁育技术的综合效益比较比较见表2。由表2可知，从种子生产人工投入分析，引种基本不需要花费额外用工，块选、片选花费人工较少，三圃制及其衍生技术需要选择单株、考种、试验分析等，花费人工最多；从资金投入看，四级种子生产程序远低于三圃制及其衍生技术；从推广规模看，四级种子生产程序生产种子量和产种速度也远高于三圃制及其衍生技术。

4棉花良种繁育技术发展趋势4.1四级种子生产程序的理论依据

四级种子生产程序是以育种家种子为源头的重复繁殖技术，是科学、高效的良种繁育技术，虽然已被国内多数种子企业应用，但目前仍未作为国家良种繁育技术标准颁布实施，应引起农业行政部门重视，进一步研究和完善，而且需要制定各级种子质量标准，并参考美国、欧洲经济合作组织的种子质量考核检验标准，如杂草种子含量、有毒有害种子含量等，制定符合中国国情的质量标准并推广应用。

表2不同良种繁育技术的经济效益比较

经济效益人工投入资金投入推广规模效益比较引种<块选、片选<四级种子生产程序<三圃制及其衍生技术片选、块选<引种<三圃制及其衍生技术<四级种子生产程序块选、片选<引种<三圃制及其衍生技术<四级种子生产程序4.2规模化繁殖是良种繁育的必然趋势

目前中国棉花种子企业多而全，小而散，种子质量难以控制，驾驭市场能力和抵御风险能力不强，根据农业现代化的要求，应整合种子企业，培育龙头企业，参考美国孟山都、先锋等大型种子企业的成功经验，培育科技创新能力，研发能力和市场应变能力，把中国棉花种子企业做强做大。5小结

通过回顾总结中国建国棉花良种繁育技术的发展历程，并通过各种良繁技术的经济效益比较分析，提出四级种子生产程序技术具有先进性和实用性，而且与世界发达国家接轨，具有广阔的推广应用前景。中国棉花良种繁育规模由小到大，已进入以市场为导向的“产学研”结合阶段，四级种子生产程序可维护育种者的权益，保护知识产权，保持种性，提高种子纯度，对现代种子企业有发展具有重要现实意义，将会产量深远影响。

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