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棉花节本增效栽培技术-第1部分
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简介：棉花节本增效栽培技术郭香墨；董合林
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前言（）
棉花是我国重要的经济作物，全身是宝，应用价值巨大。棉纤维是纺织工业的重要原料，世界纺织工业70％的原料来自棉纤维。棉纺织品是我国第一大宗出口商品，出口量占世界总出口量的1/7，占世界出口总收入的1/10。21世纪的前5年，我国棉纺织品年出口创汇800亿～900亿美元，2006—2008年年出口达到1000亿美元以上。我国黄河流域、长江流域和西北内陆三大主产棉区棉花生产能力占全国棉花生产总量的98％以上。近年我国棉花产量：2004年为632万吨，2005年为571万吨，2006年为673万吨，2007年为726万吨。
我国每年棉籽总产量约800多万吨，棉籽仁中含有30％以上的不饱和脂肪酸，是油脂工业、食品工业和人们饮食的重要油料来源。在国际原油价格飙升、资源日益紧缺的今天，将其通过化学方法转变为生物柴油将是巨大的潜在能源；棉籽仁中含蛋白质40％左右，是饲料和食品丰富的蛋白质资源；棉籽壳是食用菌培养和肥料的重要来源；棉花秸秆是建筑工业生产纤维板材的重要原料。
我国虽不是棉花起源地，但植棉历史有2000多年。19世纪末，我国棉花平均年产量23万吨，居世界第四位。1900—1948年是世界棉业发展的第一阶段，科学植棉处于萌芽状态，但我国棉花生产长期停滞不前。在此期间年产皮棉仅45。8万吨，平均每667米2
（1亩）产皮棉14。2千克，低于世界平均水平。1949—1978年我国棉业进入稳步发展时期，现代科学技术逐步运用，植棉面积扩大，总产和单产都有较大幅度增长。这30年间平均植棉面积为494。3万公顷，棉花总产169万吨，居世界第二位或第三位，平均每667米2
产皮棉22。6千克，达到世界平均水平，我国基本做到自给。1978年改革开放以来，我国棉花生产取得了巨大成就，1982年全国棉花总产359。8万吨，首次列居世界首位；1984年总产625。8万吨，约占世界棉花总产的1/3，远远超过美国和前苏联，平均每667米2
产皮棉60。3千克，高于世界平均单产60％，跃居世界棉花高产国行列。1979—1998年的20年间，全国平均植棉面积535。1万公顷，棉花总产371。9万吨，常居世界第一位，平均每667米2
产皮棉46。3千克，高于世界平均水平。21世纪前9年实施农业产业结构调整后，我国棉花种植面积稳定在418万～576万公顷（平均497万公顷），皮棉总产486万～750万吨（平均608万吨），平均每667米2
产皮棉70千克以上，形成黄河流域、长江流域和西北内陆三大集中产棉区。
一个世纪以来，我国棉花总产和单产在持续提高的同时，其纤维品质也得到不断改进。以纤维长度为例，1937年全国棉花平均绒长21。62毫米，1950年为22毫米，1980年提高到27。81毫米，10年后达到28毫米以上，而且在全国建立了150个优质棉基地县，在新疆维吾尔自治区建立了生产绒长35毫米以上的长绒棉基地。
棉花生产的发展，促进了纺织、服装、外贸等行业的发展。21世纪初，我国拥有纱锭约3500万枚，年产棉纱2700万件，服装80亿件，均居世界第一。我国以棉花为主要原料的纺织品，远销世界110多个国家和地区，年出口创汇占全国出口创汇总额的1/4以上。
本书组织国内同领域知名专家参加编写，书中系统介绍了我国棉花育种和栽培技术的发展及最新成果，系统介绍了我国三大棉区的代表性品种和施肥、化学调控及栽培技术，引用了最新资料，尽力做到科学性、通俗性、实用性的统一，以飨读者。本书适合农村领导、基层干部、广大棉农、农业院校教师和农业科技工作者阅读参考。
由于时间仓促，笔者水平有限，缺点和疏漏之处在所难免，敬请读者包涵并提出宝贵意见。
（一）国外引种与我国棉种的第一次更换（）
我国历史上长期种植的是亚洲棉（g。aborium
l。），在西北内陆棉区也有部分草棉（g。 herbasum
l。）种植，它们都是二倍体棉种，耐旱耐瘠，抗逆『性』强，但植株较小，纤维短，产量低。陆地棉（g。hersutum
l。）最早引入我国是在1865年，海岛棉（g。 babada？nce
l。）引入我国在20世纪初，1949年陆地棉在全国种植面积占全国棉田总面积的52％。
20世纪50年代，我国棉花的第一次品种更换主要靠国外引种。这次换种主要靠引进美国以及前苏联品种取代我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1543等；在西北内陆棉区推广前苏联的108夫、克克1543、2依3、5904依及长绒3号等海岛棉品种，亚洲棉基本被淘汰。至1958年推广美国品种岱字棉15后，陆地棉在我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，陆地棉基本普及，海岛棉开始种植。这次换种使棉花单产提高15％，绒长增加2～4毫米。
（二）系统育种与我国棉种的第二次更换（）
1964—1968年，我国利用系统育种技术改进国外陆地棉品种，使品种产量水平和生态适应性进一步改观。长江流域以岱字棉15复壮种和洞庭1号、鄂光棉等品种替代了岱字棉15；黄河流域推广徐州209和徐州1818，中国农业科学院棉花研究所育成的中棉所2号、中棉所3号等；特早熟棉区种植朝阳棉1号等；西北内陆棉区推广陆地棉品种军棉1号及新海棉、8763依等海岛棉品种。中棉所2号是从岱字棉15中通过系统育种法于1959年育成，在1960—1962年黄河流域区域试验56个点次中，平均比对照岱字棉15增产14。3％，1968年在河北、山东、河南等省推广13。3万公顷。中棉所3号是中国农业科学院棉花研究所1960年从岱字棉15中系统选育而成，1972年在河南、陕西、山西、山东、河北等省推广种植20万公顷。中棉所3号属于耐病丰产品种，对枯萎病具有较强的耐病性，全国许多育种单位以该品种为抗病种质，育成了多个新品种。中棉所7号是从乌干达棉中用系统育种法于1971年育成，生长势强，后期叶片保持青绿不衰，累计推广6。7万公顷。
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（三）杂交育种与我国棉种的第三、第四次更换（）
第三次换种在20世纪70年代，其技术标志是通过杂交育种技术培育新品种，通过不同基因型的亲本之间的有性杂交，使得两个或多个亲本的某些遗传物质结合形成新的基因组合，是棉花品种改良的主要途径之一，包括两亲本杂交和复合杂交。黄河流域棉区推广徐州142、邢台6871、中棉所5号、中棉所7号等，长江流域推广沪棉204、徐州142、泗棉1号，突出特点是岱字棉15在南北棉区被取代；特早熟棉区推广黑山棉1号、辽棉4号；西北内陆棉区推广军棉1号等。20世纪50年代，在我国自育的推广面积在6。5万公顷以上的陆地棉品种中，通过杂交育种育成的品种占13％，60年代占21。2％，70年代占38。3％。
中棉所5号是中国农业科学院棉花研究所从＇徐州209×（岱字棉15＋紫锦葵）＇组合后代选育而成的中早熟品种，1969年育成，耐旱、耐涝性较强，20世纪70年代在黄河流域大面积推广。
第四次换种在1980—1984年，其特点是杂交育种技术进一步发展为利用多亲本的复合杂交培育新品种，国产品种完全取代国外引进品种，品种的熟性更加多元化，为棉花耕作制度改革提供了优质种源。黄河流域重点推广中棉所8号、鲁棉1号、冀棉8号及短季棉品种中棉所10号，其中山东棉花中心育成的鲁棉1号为我国推广速度最快、推广面积最大的高产品种。中棉所10号为中国农业科学院棉花研究所育成的第一个短季棉品种，是从引进品种黑山棉1号中系统选育而成，其育种策略是根据我国黄河流域广大棉区人多地少、粮棉争地矛盾突出的客观实际，选育适合麦棉夏套种植的新品种类型。中棉所10号具有早熟、高产等突出特点，成为20世纪80年代黄河流域短季棉的当家品种，是我国短季棉育种的开创性品种。长江流域推广泗棉2号和鄂沙28等；特早熟棉区推广辽棉8号、辽棉9号；西北内陆棉区推广军棉1号和新陆早1号，其中军棉1号在西北内陆棉区推广应用时间持续到21世纪初。经过这次换种，我国自育陆地棉品种基本普及，品种的丰产性有较大提高。
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（四）抗性育种与我国棉种的第五次更换（）
20世纪80年代中期至90年代中期，棉花枯萎病（Fusarium
vasinfectum
）和黄萎病（Verticillium daliae
Kleb。）呈快速发展态势，对棉花生产造成的损失日益严重，因此从遗传育种角度控制上述病害成为棉花育种目标的新内容。该阶段育种目标是在高产、早熟的基础上考虑影响棉花生产的枯萎病和黄萎病，并培育早熟、优质、抗病的春套棉和短季棉品种。中棉所12是在西北农业大学高永成教授提出棉花品种病地鉴定和强化选择理论后，由中国农业科学院棉花研究所谭联望等认真总结育种经验，通过选择高产、抗病的引进品种乌干达3号和优质、广适的邢台6871作亲本，杂交后代连续在试验田接种棉花枯、黄萎病病菌，连续鉴定和强化选择育成的品种。
中棉所12打破了高产与抗病性和纤维品质的遗传负相关，先后通过国家和河南、山东等6省审定，推广范围遍及全国三大棉区的12个产棉省，至1993年累计推广种植730万公顷，1990年获国家发明一等奖。
中棉所17是以抗病、优质材料7259×6651的后代为母本，以早熟、高产的中棉所10号作父本进行复合杂交育成，具有早熟、高产、优质、抗病、综合性状优良、适于麦棉套种等优良特性，1990年通过山东省审定和全国审定。该品种生育期125天，是黄淮海棉区麦棉套种的主导品种；株型紧凑，适播期长，抗枯萎病、耐黄萎病，纤维品质优异，洁白有丝光；耐盐碱，适于黄淮海棉区麦棉套种和滨海滩涂碱地种植。中棉所17累计推广种植75万公顷以上，对于发展麦棉套种，缓解粮棉争地矛盾，以及开拓滨海滩涂碱地植棉有重要意义。
中棉所16是从中10选系×辽4086组合后代中经连续选择而成的抗病、早熟短季棉品种，1990年通过河南、山东省审定。该品种生长发育快，生育期114天，吐絮期落叶晚，表现早熟不早衰，丰产、优质，高抗枯萎病、兼抗黄萎病，成功地解决了麦田夏套棉早熟、抗病和不早衰的难题，累计种植面积67万公顷以上。至此，中棉所系列品种成为我国棉花生产的主导品种，迅速覆盖黄河流域、长江流域和西北内陆三大棉区。“中”字号棉花品种年推广面积270万公顷左右，占全国棉田面积50％。长江流域以泗棉2号、江苏棉1号、盐棉48和鄂抗棉5号为主。特早熟棉区推广辽棉12。
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（五）转基因育种与我国棉种的第六次更换（）
自1995年以来，随着现代生物技术的发展和棉花生产中棉铃虫、棉红铃虫的严重危害，棉花育种目标迅速调整，在黄河流域和长江流域逐步以培育和推广转基因抗虫棉和杂交棉的迅速推广为特征，分子育种技术与常规技术相结合，品种的科技含量进一步增加。
进入20世纪90年代后，棉铃虫和红铃虫的危害成为我国棉花生产的灾难性害虫，棉铃虫每年造成的直接经济损失高达100亿元以上。继美国Agrocitus公司成功构建来自苏云金芽孢杆菌的Bt基因并在棉花上表达后，美国孟山都公司采用改造土壤农杆菌的Ti？质粒转化载体的启动子，即在35s小亚基作启动子的基础上加入重复的强化表达区，使基因合成毒素的表达水平提高了100倍。同时，在不改变Bt基因合成毒蛋白的氨基酸序列的情况下，对Bt基因进行修饰改造，对构成该基因的21％的核苷酸序列进行相应的替换，使A、T、G、C四种碱基趋于平衡，使其更适合在植物中表达。这样，Bt基因合成杀虫晶体蛋白的量从原来的占可溶性蛋白的0。001％提高到0。05％～0。1％，抗虫效果得到明显改善。美国育成的抗虫棉品种33B、99B迅速占领中国棉种市场，至1998年，美国抗虫棉面积占我国抗虫棉总面积的95％，我国民族育种业面临严峻挑战。
中国农业科学院生物技术研究所继成功构建具有自主知识产权的Bt基因后，又构建了Bt与豇豆胰蛋白酶抑制剂（CpTI）双价基因的复合体，使我国成为世界第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家。河北省石家庄市农业科学院把该双价基因导入石远321，育成的双价抗虫棉sGK321于2001年通过河北省审定，2002年通过国家审定；中国农业科学院棉花研究所合作把该双价基因通过花粉管通道法转入中棉所23，育成的中棉所41抗虫性强，产量与抗虫杂交棉中棉所29持平，于2002年通过国家审定，2007年获得陕西省科技进步一等奖，至2008年，在黄河流域6省累计推广面积265万公顷，2009年获得国家科技进步二等奖。中棉所45、47等双价抗虫棉相继问世，我国推广种植抗虫棉面积迅速扩大，品种综合性状不断提高。据统计，1998年我国抗虫棉面积共25万公顷，我国自育品种面积小于5％；2002年抗虫棉总面积194。3万公顷，国产抗虫棉面积为73。3万公顷，占抗虫棉总面积的38％；2004年抗虫棉总面积310。4万公顷，国产抗虫棉面积186。7万公顷，占60％；2006年国产抗虫棉面积已占我国抗虫棉面积的80％以上，彻底结束了美国抗虫棉垄断我国种子市场的被动局面。
此阶段我国转基因抗虫棉育种成绩斐然，主要育成品种有我国第一个国审双价转基因抗虫棉中棉所41以及中棉所45，山东棉花中心的鲁棉研15、16和河北省石家庄农业科学院的sGK321。西北内陆棉区大面积推广中棉所35、中棉所36、中棉所43、中棉所49和新陆中5号等。这次换种的显著特征是：常规育种技术与生物技术密切结合，育种水平和效率显著提高，我国棉花的抗虫性得到明显改善，我国自主知识产权的抗虫基因广为应用，节本增效和保护生态环境初见成效，2001—2006年我国棉田面积、总产及单产持续增加，在世界棉花生产中占重要地位（表1？1）。
表1？1 2001—2006年全国和世界棉花种植面积、总产和单产比较
注：世界数据来自USDA，中国数据来源中国农业部
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（六）现代育种技术的发展与品种改良（）
分子标记辅助育种是继转基因育种之后新兴的分子育种技术，与传统育种技术相比较，具有跟踪目标基因（性状）、提高育种效率、减少遗传累赘等优点。中国农业科学院棉花研究所和南京农业大学对棉纤维品种的研究中发现了控制纤维比强度的主效基因fs1和其他8个基因，可以解释30％的比强度变异；河北农业大学马峙英等构建了高纤维强力种质系苏远7235的细菌人工染色体（BAC）基因文库，为优质纤维基因克隆奠定了基础；浙江大学祝水金等用扩增片段长度多态性（AFLP）标记进行陆地棉黄萎病抗性基因辅助筛选。
生化辅助育种是中国农业科学院棉花�
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