棉花是重要的经济作物,是纺织工业的重要原料。棉属除陆地棉、海岛棉、亚洲棉、草棉四个栽培种外,还有46个野生种,分属于A、B、c、D、E、F、G、K和AD基因组,是改良栽培棉花的重要基因资源。但由于种间存在生物学隔离,陆地棉与野生二倍体种杂交转育,存在杂交不亲和性、杂种F₁的不育性以及杂种后代不易稳定等障碍,给野生棉的育种利用带来了很大困难。为了进一步拓宽陆地棉的遗传基因库,丰富品质育种的基因资源,本研究利用棉属野生种广泛开展了棉花种间杂交研究,包括种间杂交不可交配性和杂种F₁不育性等种间杂交育种障碍的克服,将野生棉的优良基因广泛转入栽培品种,改良栽培棉花品种的纤维品质,为育种利用野生棉架起桥梁。此外,利用细胞遗传学手段对棉花种间关系进行研究。对种间杂交后代进行分子细胞遗传鉴定、外源DNA/染色体的检测鉴定、渐渗系纤维品质性状QTL的分子标记筛选及杂交后代的辅助选择、纤维品质性状的遗传和偏相关分析,为棉花育种利用提供理论依据。主要研究结果如下:1.只要针对棉花不同的生长环境,采取适宜的杂交手段,都可以克服种间杂交的不可交配性,成功获得种间杂种。如在南京,则必须进行栽培环境的控制（主要是温度）并与激素保铃相结合;在海南三亚冬季,棉花开花时适逢旱季,空气湿度较低,天气较凉爽,有利于棉花的种间杂交工作,无需附加其它辅助条件。共获得了细胞学和形态学证实的种间杂种F₁植株组合60个,涉及B、C、D、E、G、K等8个染色体组中的6个,这些种间杂种的获得为棉花种间杂交育种研究奠定了基础。2.采用以海岛棉7124为桥梁亲本法,与瑟伯氏棉、松散棉、拟似棉杂交,然后与陆地棉直接杂交,成功地获得了[（栽培四倍体海岛棉×野生二倍体棉）F₁×陆地棉]F₁的可育三元杂种;采用直接回交法,成功克服了栽培四倍体陆地棉与野生二倍体棉斯特提棉种间三倍体杂种F₁的不育性。共使4个野生二倍体棉成功进入育种程度,为育种利用提供了非常宝贵的中间材料。桥梁亲本法和直接回交法的优点是无需经过染色体加倍、无需经历六倍体和五倍体阶段,可以缩短育种年限,也为今后野生棉的育种应用提供了技术基础。3.对棉属的22个种间杂种F₁花粉母细胞（PMC）减数分裂中期Ⅰ（MⅠ）的染色体行为进行了细胞遗传学研究,涉及到A、B、C、D、E、G、AD等七个染色体组棉种,从细胞学上证实了所获得的杂种为真杂种,获得了它们的染色体构型。这22个种间杂种F₁的PMCMⅠ的染色体行为研究表明,①Gherbaceum与Ganomalum,Gbarbosanum间的亲缘关系非常近,染色体间的同源性非常高,但由于出现较高频率的四价体,表明其存在染色体的易位等结构变异。②A与E、G染色体组棉种间的亲缘关系较远,染色体间的同源性不高。③异源四倍体棉的A、D染色体亚组与C或G染色体的亲缘关系较远,染色体间的同源程度很低。④异源四倍体棉（拟似棉除外）的D染色体亚组与D染色体组棉种的染色体同源性较好,其中与雷蒙德氏棉的亲缘关系最近,它最接近于四倍体D亚组的供体;但拟似棉的D染色体与AD四倍体的D亚组染色体配对频率明显低于其它D染色体组棉种,与四倍体中的D亚组染色体同源性较低。’4.采用陆地棉（G hirsutum L）标准系TM-1体细胞有丝分裂中期染色体为靶标,以野生种斯特提棉（G sturtianum Willis）为探针,通过提高封阻DNA与探针浓度比例、洗脱液中甲酰胺浓度、洗脱温度、延长洗脱时间等,以增强DNA杂交反应的严谨性,使靶标中刚刚没有杂交信号为止。结果,封阻DNA与探针之比为100:1、洗脱液中甲酰胺浓度为60%、洗脱温度为43℃、洗脱时间13 min时,TM-1的靶标染色体上无杂交信号,而以TM.1与斯特提棉杂种F₁（基因组组成为A_tD_tC₁）体细胞有丝分裂中期DNA为靶标,则可清晰地将斯特提棉的C₁基因组染色体与陆地棉基因组染色体鉴定出来,建立了棉花外源染色体鉴定的基因组原位杂交（GISH）技术体系。并在此基础上,以A₁基因组的阿非利加草棉（G herbaceum Lvar.africanum）和C₁基因组的斯特提棉两个棉种的DNA同时为探针,可以清晰地区分A_t、D_t和C₁基因组染色体,且重复性好,建立了棉花多色GISH技术体系,并成功应用于种间杂种的鉴定。对引自澳大利亚CSIRO的陆地棉与澳洲棉（G australe F.v.M.）（G₂基因组）六倍体杂种（基因组组成为A_tA_tD_tD_tG₂G₂）进行的多色GISH,可清晰地区分A₁、D_t和G₂基因组染色体。为渐渗系中的外源DNA片段及其整合方式提供了技术基础。5.对比克氏棉（G基因组）、澳洲棉（G基因组）、斯特提棉（C基因组）、雷蒙德氏棉（D基因组）、异常棉（B基因组）、司笃克氏棉（E基因组）等6个野生棉渐渗后代的22个种质系利用SSR标记进行基于高密度分子图谱的全基因组扫描,发现中遗红9种质系中存在比克氏棉特异的NAU 2628、NAU 2186、NAU 2627、NAU 2620标记的DNA片段,位于陆地棉D₇染色体上,长度为1.6cM。为野生棉DNA片段在栽培棉背景中的遗传效应研究提供了可能。6.通过对异常棉、辣根棉、雷蒙德氏棉与陆地棉种间杂交后代连续定向的纤维品质选择,培育出了一系列的纤维细、长、强的高品质棉花新种质,成为高品质育种的种质基因库和基因组学研究的重要资源。J415等10个种质系,其纤维长度都达到35mm,纤维比强度均在40cN/tex以上,马克隆值在3.6-4.2之间。在上述三个野生棉渐渗后代中,以异常棉后代的纤维品质最优;其次为辣根棉后代种质系;再次为雷蒙德氏棉后代种质系。纤维品质远优于陆地棉常规品种。7.以高品质的异常棉渐渗系J381和J415为母本,分别与苏棉12杂交,开展亲本P₁、P₂,杂种F1,回交后代B₁、B₂等6个世代纤维品质性状偏相关分析。结果表明,有7个性状在所有世代均表现出一致的极显著相关,即长度、整齐度、比强度、反射率、黄度等两两间呈极显著负相关,与马克隆值、纺纱均匀性指数均为极显著正相关;马克隆值与纺纱均匀性指数间为极显著负相关。8.利用野生种异常棉渐渗后代获得的高品质种质系J381和J415为材料,分别与推广品种苏棉12号杂交,构建了亲本P₁、P₂、F₁、B₁、B₂等六个世代群体,采用盖钧镒等提出的主基因-多基因遗传模型进行纤维品质的遗传分析。结果表明:（1）纤维长度存在1对主效基因,多基因的遗传率较高,F₂世代多基因的遗传率分别为34.34%和32.98%;（2）纤维强度存在2对主效基因,其遗传率较高,F₂的主基因遗传率分别30.42%和38.77%;（3）马克隆值存在1对主效基因,F₂的主基因遗传率仅为0.41%和0.15%。9.利用BSA法,对J415×苏棉12的F₂群体及其F_2:3群体根据纤维长度、强度、马克隆值、整齐度建立了4个极端值库,经单标记分析,获得了与纤维强度QTL密切相关的SSR标记4个,所解释的表型变异为3.0-9.2%,与纤维长度OTL密切相关的SSR标记4个,所解释的表型变异为4.5-18.3%,与纤维长度整齐度QTL密切相关的SSR分子标记6个,所解释的表型变异为5.2-11.6%。10.采用从J415中筛选获得的与强度紧密连锁的分子标记,对（苏棉12号xJ415）F_2:4群体,同时采用NAU1125和NAU1336两个强度QTL标记进行强度选择,结果纤维比强度可提高3.9 cN/tex,获得了05-342、05-343、05-344和05-352等4个高强优异种质系,连续三年平均比强度均在37.2 cN/tex以上,最高的达42.8 cN/tex。