①嚴根土（中）在田間
②“中棉所49”棉花 中國農業科學院棉花研究所供圖
嚴根土領銜的科研團隊，以培育“中棉所49”為代表的棉花育種技術，創新了關鍵方法，克服了育種瓶頸，在多抗穩產棉花新品種選育與應用方面取得了明顯突破。
炸蕾吐絮、纖纖蓬松，棉花是事關國計民生的重要經濟作物和紡織原料，其穩產高產關系重大。棉花育種不僅是一項科學工作，更是產業發展的需求。
二十多年來，中國農業科學院棉花研究所研究員嚴根土領銜的科研團隊，以培育“中棉所49”為代表的棉花育種技術，創新了關鍵方法，克服了育種瓶頸，在多抗穩產棉花新品種選育與應用方面取得了明顯突破。其成果“多抗穩產棉花新品種中棉所49的選育技術及應用”榮獲2016年度國家科學技術進步獎二等獎。
近日，《中國科學報》記者專訪嚴根土研究員，聽他講述棉花如何歷經20余年盛放于新疆廣袤的土地上并產生經濟社會效益的。
新疆棉種更新換代
每年9月前往新疆，一望無際的農田里處處是青枝白絮的棉花。根據國家統計局發布的數據，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。產量上來看，新疆棉花產量為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。
當前，新疆棉花的產業地位不言而喻。但很少有人知道，在成為高產棉區的路上，新疆棉花品種經歷了怎樣的過程。
“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’，在當時特定的生態環境條件下，對新疆棉花產業的發展作出了重要的貢獻。”嚴根土介紹。
“軍棉1號”于1979年選育，其推廣之際，新疆被確定為無病棉區，與黃河、長江流域棉區分屬不同的生態區，少有內地棉花引進新疆試種。20世紀90年代初，新疆棉區枯萎病蔓延，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“中棉所12”“豫棉15”等抗病品種。
隨著棉花種植區域向干旱、鹽堿地轉移，黃萎病危害進一步加重，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也發生了很大改變，如滴灌、精量播種、適宜機械化采收等新技術的涌現，也是棉花品種推廣應用中必須研究的課題。”嚴根土說。
針對上述難題，嚴根土帶領科研團隊多次到新疆棉花主產區實地考察，確定了“高產優質為基本點，突出耐旱堿低溫和抗病”的育種目標。
在育種方法上，他們一改當時的習慣，以高密度種植模式為主，在新疆設立了3個棉花育種試驗點，開展跨生態區、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。
在骨干親本的創制上，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，又實現了鈴重與衣分的協同改良，這是棉花育種長期以來孜孜追求而難以實現的目標。
創新實現三重效應
“我們的育種策略基于一個指導思想：創制或選用的親本‘短板’性狀的起點要高，不能帶有不可克服的缺陷，且主攻的目標性狀是可以追溯或跟蹤的。”嚴根土表示，這一策略的最終目標是實現遺傳改良的三重效應：同時打破多種經濟性狀間遺傳連鎖效應、育種目標性狀的同步提高效應和目標品種高度純合與穩定效應。
首先，在發現或創造變異時，關鍵是所用親本（創制或選配）要具有豐富的優異性狀，伴隨的缺點在另一親本中盡可能為優勢性狀。
嚴根土團隊采用遠緣雜交、復合雜交等創造變異育種方法，育成含有種間遠緣種質和地理遠緣種質的優質骨干親本材料“中51504”；同時，以1216份材料為基礎，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，兼顧變異的穩定。
團隊創建了低世代大群體多逆境交叉選擇的育種技術。他們最早構建了以穩產為第一目標、跨生態區、多逆境的棉花育種平臺，有利于客觀評價品種的穩定性，拓寬育種思路。同時結合田間鑒定，提出了高強壓力抗性的篩選指標，吻合程度在80%以上，客觀地評價品種的抗性。
之后，利用平臺進行大群體交叉選擇，這在棉花等大棵作物是首創。交叉選擇是在主產棉區實地多點同步且相互穿插，并依據旱堿等多抗鑒定進行選擇。“這有利于減少大田鹽堿等不均勻造成的誤差，挖掘大鈴等優良性狀。”嚴根土表示，“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確率。”
再次，采用大群體自交，推進選擇變異的快速穩定。
大群體自交純化，解決了高密度良種繁育容易混雜的難題。團隊發明了“中棉所49”的DNA指紋檢測方法，與大群體自交純化相結合，分子純度達到95.8%，位列全國主導的7個棉花品種之首。結合種子質量全程精控等技術，在“中棉所49”長期大面積推廣過程中的種子質量保障方面發揮了重要作用。
授人以棉 授人以技
嚴根土團隊培育的“中棉所49”及研發的育種方法，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。該品種與育種方法已被國內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。通過我們的技術途徑還育成了10多個棉花新品種和一批優異新材料，為同類品種的選育提供了材料及技術支撐。”嚴根土介紹。
“中棉所49”對旱堿低溫和病害多抗，適應性強；鈴重與衣分協同改良，高產穩產；纖維長度、馬克隆值及纖維整齊度佳，品性優良；適宜機采。該品種首批也連續10年入選農業部主導品種；同時成為國家與自治區兩級區試的對照品種，分別連續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%，對棉花產業的穩定做出了卓有成效的貢獻。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。
“與現有推廣品種相比較，‘中棉所49’仍然是優秀的品種，綜合表現在眾多品種中位居前列。”嚴根土分析，首先，品種良種繁育措施到位，種性穩定，一直沒有退化。其次，有一套成熟配套的栽培技術，通過長期的技術培訓，棉農已經完全接受并掌握，得到了效益，所以也不愿意隨意換種。
團隊創建了基于“中棉所49”的棉花種植標準化技術體系，建立了棉花生產全程標準化模式，實現了科研、生產、監管的一體化，為我國棉花種植的規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準化示范區實施標準化生產，把自主創新成果轉化為技術標準、轉化為生產力。
數據顯示，與非示范區相比，示范區每畝增產30公斤籽棉，增收180元/畝；棉花生產機械化程度比非示范區提高20%；機械采摘原棉品質3級及以上達到90%，示范區比非示范區畝增效20%。
“‘中棉所49’立足新疆，面向中亞五國，是農業科技立足自主創新、服務產業發展和國家戰略需求的典范。”嚴根土評價道。“中棉所49”從選育方案制定開始就主動適應棉區向新疆轉移的趨勢。團隊育成的“中棉所44”于2014年通過吉爾吉斯共和國國家審定，目前成為當地主栽品種；“中棉所59”即將通過審定。這對推進農業“走出去”、構建中亞國際棉花產業聚集帶具有重要戰略意義。
