1.1 研究背景

1.1.1 棉花产业在中国经济发展中的重要地位

棉花是世界主要农作物之一，在世界经济发展中具有举足轻重的地位。棉花喜光喜温，在不同生长时期对水分的要求不同，对生长环境要求相对较高，主要分布在热带沙漠气候地区、地中海气候地区和温带大陆性气候地区。世界上主要的产棉国家包括中国、美国、印度、巴西、墨西哥、乌兹别克斯坦、埃及等。棉花分为亚洲棉（粗绒棉）、非洲棉（草棉）、陆地棉（细绒棉）和海岛棉（长绒棉）四个栽培种，其中以陆地棉的纤维品质最为优良，因此，陆地棉的种植最广泛，占世界棉纤维总产量的95%左右 [1]。棉花不仅产量大、生产成本低、制品廉价，而且被广泛应用于国防、医药、轻工业、汽车工业等领域，其主、副产品都有很高的利用价值。棉纤维是纺织工业的主要原料，棉籽是重要的食用油和化工原料，棉籽饼可以做成优质的饲料和肥料，棉杆则可以用来造纸。总之，棉花是满足国民经济发展需求的重要农作物之一，也是涉及国计民生的重大战略物资。

中国种植棉花的历史长达2000多年，是目前世界上最大的棉花生产、贸易和消费国家之一。2017年，中国棉花的产量、进口量和消费量分别占全球的19.62%、13.98%和29.04%，贸易差额为-1034.55万吨① 1，总供给呈紧缩状态。中国的棉花种植主要分布在西北内陆地区、黄河流域和长江流域，主要产棉省份包括新疆、甘肃、陕西、河北、山东、河南、江苏、安徽、江西、湖北、湖南等。然而，长久以来，中国棉花的生产成本高、低品质棉的比例高 [2]，严重制约了中国棉花产业的健康发展，影响了农民收入。在一些经济欠发达地区，棉花的商品率超过95%[3]，是当地农民的重要收入来源，“质”“量”双增仍然是中国棉花产业亟待解决的问题。目前，中国依然坚持棉花在国民经济中的战略地位，鼓励棉花企业向“中高端品质棉加工”转型，引领棉花产业发展，这是未来有利于中国棉花产业保规模、保产能的关键举措 [4]。

棉花是关系国计民生的重要战略物资，长期以来中国政府制定了一系列政策措施，促进棉花产业的不断发展。国务院于1998年12月发布《关于深化棉花流通体制改革的决定》，标志着依靠市场机制实现资源合理配置的新型棉花流通体制基本建成，供销社和棉花企业实现了社企分开，储备棉的管理和经营从供销总社分离出去，全国棉花交易市场投入运行，中国棉花协会正式成立。特别是在2004年，棉花期货开始在交易所上市交易，标志着中国棉花产业结构正在向市场化和组织化调整 [5]。近年来，中国的棉花种植面积持续下降，主要原因在于种植成本上涨导致棉农无法维持稳定收益。为了发挥市场自我调节机制、保证农民基本收益，中国于2014年在新疆启动了棉花目标价格改革试点，取消了棉花临时收储政策。按照政策规定，当采价期内的棉花平均市场价格低于目标价格时，由中央财政对生产者进行补贴。中国农业科学院棉花研究所的监测数据显示，2016年全国加权补贴额为358.50元/亩，而2013年仅为20.1元/亩，目标价格政策极大地保护了农民种植棉花的积极性，同时也缩小了国内外棉花价差。2017年4月，国务院出台了《关于建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区的指导意见》，要求加大对“两区”（粮食生产功能区和重要农产品生产保护区）的支持力度，给予保护区基础设施建设、财政、金融等多方面的优惠政策，为提高棉花种植水平、实现棉花规模化生产提供了便利条件。由此可见，中国政府对棉花产业的发展十分重视，棉花产业依然拥有很大的发展潜力。

1983年，中国成为全球棉花产量第一大国 [6]；2017年，中国的棉花播种面积为3229.6千公顷，单位面积产量为1698.6千克/公顷，总产量达548.6万吨① 2，棉花产业的蓬勃发展极大地带动了中国经济社会的进步。作为国民经济的重要支柱产业，棉花产业链涉及种植、加工、纺织、印染、服装、出口等多个行业。可以说，棉花是中国产业链最长、产业关联度最高的经济作物。棉花产业的稳定、协调发展，不仅关系到棉农增收和出口创汇，而且也关系到经济发展和社会安定。然而，近年来，受棉花种植成本上涨等影响，黄河流域和长江流域的棉农大量流失，棉花种植面积不断下降，只有新疆产区的棉花产量相对平稳 [7]；全国棉花供需存在大量缺口，每年需要大量进口以满足国内需求。同时，中国“高等级棉”短缺、“低等级棉”过剩、国内外价格倒挂的问题进一步凸显。加快推进棉花产业的供给侧改革、全面提升国产棉的品质和效益，是推进中国迈向产棉强国的重要抓手。

1.1.2 棉花育种在棉花产业中的基础性作用

技术进步一直是推动农业发展的重要因素。随着棉花育种技术的不断革新，中国棉花的生产效率也在不断提升。棉花育种是指通过人工选择作物遗传变异的方式改良棉花性状，使其满足人类生产生活的需要。通常而言，棉花育种最主要的目标就是提高棉花的产量和质量。2017年4月，国务院发布的《关于建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区的指导意见》指出，棉花生产要以新疆产区为重点，以黄河流域和长江流域产区为补充，划定3500万亩的棉花生产保护区。因此，随着未来种植面积的进一步减少，提升棉花的单产将成为保证中国棉花产量的重中之重。同时，由于棉花纤维是重要的纺织原料，因此，对其长度、细度、强度的品质都有较高要求。目前，中国的棉花种类繁杂、质量不高，低品级棉花较多，在一定程度上阻碍了棉花产业的整体发展，也无法满足新型棉纺织业的发展需求。如何在确保产量的前提下提高棉花质量，是中国相关科研工作者不断努力的方向。棉花育种技术可以打破生殖隔离、缩短育种周期，实现基因的直接选择和有效聚合 [8]，为解决棉花的“质”“量”双增提供有力保障。

在目前的棉花生产过程中，病虫害带来的负面影响不可避免，严重时甚至会导致大面积绝产。因此，棉花抗虫、抗病的能力是保证棉花产量和质量的关键因素。棉花育种的目的之一就是通过一系列的人为干涉手段，增强棉花的抗虫、抗病能力，抑制病虫害的发生。特别是对虫害来说，以往中国主要依靠化学药剂进行治理，既增加了种植棉花的成本，又污染了环境，破坏了生态平衡，更增加了害虫的抗药性。通过育种方法，可以增加棉花的拒虫性、抗生性和耐虫性等遗传抗性，从根本上杜绝虫害的发生。另外，棉花育种还可以通过促早熟、抗环境胁迫等多种方式提高棉花产量，并对棉纤维品质、棉纤维颜色、种子含油量、光合作用效率等进行改良 [8]，满足棉花生产的特定要求。

1.1.3 中国棉花育种发展概况、阶段及特征

中国对棉花种业的研究可以追溯到20世纪20年代，至今已经经历了7次大规模的换种 [9]，从单纯追求高产变成了高产、优质、早熟等多方面兼顾。中华人民共和国成立以来，棉花育种工作主要经历了四个阶段：①1950-1959年，采用系统育种和引种方式；②1960-1970年，处于杂交育种和系统育种共同发展阶段；③1980-1989年，杂交育种迅猛发展阶段；④1990年以后，随着生物技术的不断完善，分子育种和转基因育种技术进入了繁荣发展阶段 [10]。中国杂交育种的发展时间较长，技术处于全球领先水平，但杂交育种周期较长，在新品种选育速度上有一定的局限性。分子育种和转基因育种技术可以快速、有效地提升棉花的抗病虫害、抗环境胁迫能力，但技术体系仍不完善。纵观棉花育种的发展历程，棉花育种手段正在由常规育种向生物技术育种转型，只有将两者有机结合，才能最大限度地发挥棉花育种的潜力。

1.分子标记辅助育种

中国的棉花分子育种起步较晚，但发展速度较快。分子标记辅助育种是通过标记分子选择目标性状基因型改良作物的一种辅助手段。近年来，中国的分子标记辅助育种技术日益完善，尤其是在构建遗传图谱和提高纤维品质、抗病性、耐盐性、含油量、光合效率等性状方面取得了重大突破，分子标记正在向以单核苷酸多态性（SNP）为代表的第三代高通量测序技术快速发展 [11]。

2.转基因育种

20世纪90年代以来，以转基因育种技术为标志的棉花产业得到了世界各国的广泛认可。受棉铃虫害连年爆发的影响，中国政府高度重视对抗虫棉的问题研究，以“863计划”为依托，启动了“棉花抗虫基因工程育种研究”项目。通过广大科研人员的不懈努力，中国于1994年成功研制出抗虫性超过85%的抗虫棉，成为世界上第二个独立研制抗虫棉的国家。1999年，中国将国产双价抗虫棉应用于生产；2005年，中国成功研制出三系杂交的抗虫棉育种技术体系，“银棉2号”实现增产26.8%；2015年，中国转基因抗虫棉的种植面积已达5000多万亩；1996-2014年，抗虫棉的累计推广面积超过5.79亿亩，减少农药用量超过5万吨，直接、间接产生的各项经济效益超过1000亿元 [12]。目前，转基因抗虫棉是中国仅有的商业化生产的转基因棉花，同时也是中国唯一大规模应用转基因的农作物。