玉米花粉和花絲活力研究

鄭飛，孔令杰，劉瑞響，張美景，趙文明，袁建華(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，江蘇南京210015)

不同玉米自交系對不同氣候環(huán)境變化的敏感程度不同，可能出現(xiàn)花粉量減少、雄花退化、錯期不當、花期不遇等問題［1］。為了減少經(jīng)濟損失，人工輔助異地采粉，授粉技術需要對離體玉米花粉活力及花絲受粉結實活力保持的時間有較為確切的了解［1－2］。筆者探討在海南氣候條件下離體玉米花粉生活力和花絲受粉結實活力保持時間，以期為雜交制種、提高制種產(chǎn)量、配組補救措施等提供理論依據(jù)［3］。

1 材料與方法

1．1 試驗時間與地點 試驗于2013年冬季在海南省梅聯(lián)鎮(zhèn)進行。

1．2 試驗材料 供試材料為JS06730自選玉米自交系，該系花粉離體后容易起團結塊;另一份材料為JS651自選玉米自交系，該系散粉性好，花粉離體后不易結塊。

1．3 試驗方法

1．3．1 玉米花粉活力的測定。田間試驗于2013年11月6日進行。為了保證供試植株花絲處于最活力狀態(tài)，將玉米自交系JS06730和JS651分2期播種。在雌穗吐絲前，分別各選生長一致的植株65株套上白色羊皮袋，等待授粉。于12月28日Ⅰ期供試植株花絲吐齊后，徹底去雄。于上午8:00分別將所有Ⅱ期開花植株雄穗全部套上袋，10:00采集新鮮花粉，對照(CK)選5株套袋果穗立即用于人工授粉。其余每20袋花粉為1組，放入紗網(wǎng)袋內(nèi)，A組懸掛田間，B組加上硅膠用塑料袋包裹好放入(4℃)冰箱冷藏，C組加上硅膠用塑料袋包裹好放入(－20℃)冰箱冷凍儲藏。2 h后每個處理各取5袋花粉分別自交授粉;12月29日上午10:00每個處理各取5袋花粉分別授粉自交;12月30日上午10:00，即取粉后48 h每個處理各取5袋花粉分別授粉自交;第4天上午10:00即取粉儲藏72 h每個處理各取5袋花粉分別授粉自交。授粉后掛牌記載。

利用3個處理條件下花粉對充分吐絲的雌穗進行授粉，調(diào)查收獲后的果穗結實情況，用結實率反映玉米花粉活力。按照以下公式計算結實率:結實率(%)=(各處理平均單穗結實粒數(shù))/對照平均單穗結實粒數(shù)×100%。試驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進行統(tǒng)計與分析。

1．3．2 散粉期后玉米花絲活力的測定。試驗時間為2013年11月6日，為了保證供試植株花絲所授花粉處于最活力狀態(tài)，將玉米自交系JS06730分4期播種，間隔期為4 d。在雌穗吐絲前，選擇第1期生長一致的植株80株套上白色羊皮袋，等待授粉。待自交系第1期散粉期結束，即1月2日上午8:00將后期自交系開花雄穗全部套上袋，10:00采集新鮮花粉并立即對5株第1期套袋雌穗人工授粉，都標記為D1;第2天上午取粉和授粉方式同前，都標記為D2;以此類推，直至1月17日，即第16天授粉都標記為D16。

隨機取第1期田間開放授粉的結實果穗5穗作為對照(CK)，各處理平均單穗結實粒數(shù)與對照平均單穗結實粒數(shù)之比為各處理的結實率，用結實率反映玉米花絲活力。

結實率的計算公式如下:結實率(%)=(各處理平均單穗結實粒數(shù))/對照平均單穗結實粒數(shù)×100%。試驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進行統(tǒng)計與分析。

2 結果與分析

2．1 玉米自交系花粉活力結實情況 從圖1可以看出，常溫條件下取粉24 h后，JS06730自交系花粉已結塊成團，48和72 h結塊更為嚴重;JS651取粉后48 h開始輕微結塊，72 h結塊成團較多;在4℃和－20℃密封條件下2種自交系花粉均沒有結塊，但取出授粉時立即嚴重成團結塊。在環(huán)境適宜的條件下果穗結實率反映了花粉的生活力。該研究表明不同溫度條件下不同材料玉米花粉活性受到顯著影響，這種影響變化趨勢會隨著儲藏時間的長短而不同。

圖1 不同儲存條件下JS651和JS06730玉米花粉的結實率變化

不同溫度處理下，玉米花粉活性下降速率不同。從圖1可以看出，取粉24 h授粉自交，在室溫處理條件下JS651花粉活力已降至54%，JS06730則降至26%;在4℃條件下，JS651和JS06730的花粉活力均降至15%;在－20℃條件下，JS651和JS06730花粉均失去活性，無受精結實能力。超過48 h JS651和JS06730花粉在所有處理條件下均不能完成正常的受精作用，田間表現(xiàn)結實率為0。同時，在低溫條件下花粉壽命并沒有延長;在常溫條件下花粉壽命為24～48 h。

對離體玉米自交系花粉不同儲存條件下結實率進行方差分析，結果表明不同材料花粉采用不同的處理方法和處理時間段的差異均達極顯著水平(P=0．000 1)。這也說明花粉活力不僅受自身基因型的影響，也受儲存條件和時間長短的影響［3］。

由表1可知，玉米花粉活力在3種溫度條件下均達到顯著差異。尤其在24℃和4℃條件下，花粉活力達到極顯著水平。

表1 2個玉米自交系結實率在不同溫度處理條件下的比較

由表2可知，儲藏處理時間在2～24 h范圍內(nèi)各處理間存在極顯著差異。儲藏處理時間在48～72 h玉米花粉活力極低，此時的2個處理間沒有顯著差異。這表明超過48 h玉米花粉便失去活性，無受精結實能力。

表2 2個玉米自交系結實率在不同處理時間的比較

2．2 玉米自交系花絲活力結實情況 從圖2可以看出，玉米散粉期過后雌穗的花絲活力隨著吐絲天數(shù)的增加而降低。在散粉期結束后1～4 d花絲還能維持較強活力，第7天玉米花絲活力降至80%，此后隨著時間的延長而呈急劇下降趨勢。

圖2 散粉期后不同天數(shù)花絲受粉的結實率

對散粉期過后不同天數(shù)玉米自交系花絲授粉結實率進行方差分析，結果表明不同天數(shù)花絲授粉結實率的差異均達極顯著水平(P=0．000 1)。

由表3可知，散粉期過后第1～5天的結實率無明顯差異，花粉活力可達94%以上;第6天和第7天稍有下降，但結實率可保持在80%以上，此后隨著時間的延長而呈急劇下降趨勢;第15天和第16天結實率無顯著差異，此時花絲衰老無結實能力。

表3 不同時間花絲結實率的變化

3 討論

該研究發(fā)現(xiàn)在不同環(huán)境條件下不同基因型材料花粉活力存在顯著差異。前人的研究結果表明，低溫條件下可以顯著延長玉米花粉的生活力，在常溫條件和0～5℃條件下，玉米花粉能保持10 h的正常生活力;在5～10℃條件下，其生活力能保存 5 d［4］。幸享泰等［5］和石思信等［6］在超低溫(－70℃或－196℃)條件下發(fā)現(xiàn)花粉活力能保存1～2年。張紅梅等研究表明離體玉米花粉在室溫(24℃)、冷藏(4℃)和冷凍(－20℃)的生活力保存時間分別為4、4和9 d。亓文儉等研究發(fā)現(xiàn)在田間自然過夜條件下(22～30℃)容易結塊成團的自交系花粉活力維持的時間較短，其活性在24 h保持正常;不易結塊成團的玉米花粉活力保存的時間更長，48 h內(nèi)生活力正常。

該試驗結果表明，在常溫條件下不同的玉米自交系的花粉生活力不同，玉米花粉壽命為24～48 h，該結果與亓文儉等研究結果相一致。前人的研究表明，低溫條件下玉米花粉的生活力可以顯著延長［3］。該研究發(fā)現(xiàn)，在低溫條件下(4℃和－20℃)，花粉壽命未能如期延長。這些與前人的研究結果不同可能與試驗所選用的材料以及除溫度以外的其他環(huán)境因素的不同有關。此外，這可能與空氣的濕度和花粉相對含水量大小有關［7］。研究表明，花粉相對含水量是影響玉米花粉超低溫保存成功的主要因素，其中超低溫保存的最適宜相對含水量為11．3% ～14．7%［8］。該試驗2種自交系花粉在4℃和－20℃密封條件下均沒有結塊，但取出授粉時立即吸潮嚴重成團結塊。這可能導致了其活性降低的原因之一。

該試驗研究發(fā)現(xiàn)，玉米花絲活力能持續(xù)到開花期結束后1～7 d，結實率可達80%以上。前人研究表明，玉米花絲在吐絲后1～6 d生活力最強，超過15 d后授粉幾乎不能結實［3］。據(jù)文獻報道，玉米花絲活力在吐絲后的4～10 d明顯下降［9］。該試驗對花絲活力研究時限為16 d，側(cè)重于散粉期結束后花絲在不同時期活力的變化，而前人研究主要側(cè)重于玉米在剛吐絲后的花絲的活力變化。

在玉米育種和制種過程中，了解和掌握玉米花粉和花絲的活性規(guī)律有助于玉米育種和制種的成功［2，10］。雖然不同材料間和不同環(huán)境玉米花粉和花絲的活力變化有一定的差異［11－13］，但該研究結果所反映的玉米花粉和花絲活力的變化規(guī)律無論在玉米育種、制種還是在大田生產(chǎn)過程中都具有一定的參考性。

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