馬鈴薯有性雜交結(jié)實(shí)研究

柯劍鴻， 焦大春， 周 見(jiàn)， 楊波華， 崔俊娟

（1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 重慶 九龍坡401329；2.重慶市石柱土家族自治縣武陵山研究院， 重慶 石柱409100）

雜交育種是根據(jù)選育目標(biāo)選擇雜交親本，經(jīng)人工雜交將雙親的基因重新組合到種子中，并對(duì)雜交后代進(jìn)行篩選、鑒定，選育出優(yōu)良新品種的育種方法。親本的選配是雜交育種成敗的關(guān)鍵，因此，選用雙親基因型差異大、親緣關(guān)系遠(yuǎn)、配合力強(qiáng)的親本進(jìn)行雜交，充分應(yīng)用雜種優(yōu)勢(shì)是增加育種概率的有效途徑；目前，雜交育種是主要的品種選育方法。

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是茄科茄屬的一年生草本植物，我國(guó)是世界上馬鈴薯第一生產(chǎn)國(guó)，但產(chǎn)量較低、優(yōu)良品種少，制約著我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，在我國(guó)培育出的300余個(gè)馬鈴薯品種中，大多數(shù)是通過(guò)雜交育種選育而成的；但由于雜交育種的低概率因素，導(dǎo)致雜交育種效率較低［1－3］，據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)馬鈴薯雜交獲得實(shí)生種子，經(jīng)實(shí)生苗選育出1個(gè)新品種的幾率是二十萬(wàn)分之一，而選育出1個(gè)重要品種的幾率是百萬(wàn)分之一［4］。為選育出馬鈴薯新品種，必須收獲足夠的實(shí)生種子，在實(shí)生苗中篩選、鑒定出優(yōu)良性狀的新品種；然而，在馬鈴薯雜交育種工作中，經(jīng)常出現(xiàn)親本無(wú)花、花朵發(fā)育不良、雜交后落果等現(xiàn)象，據(jù)羅磊報(bào)道，馬鈴薯田間雜交坐果率只有2%左右，給育種工作帶來(lái)很大的困難［5］。因此，如何解決馬鈴薯雜交坐果率低、提高育種效率等問(wèn)題，是馬鈴薯育種工作者研究的重點(diǎn)。

1 有性雜交坐果率低的主要原因

1.1 親本自身的遺傳因素

馬鈴薯在長(zhǎng)期無(wú)性繁殖過(guò)程中，其有性繁殖機(jī)能不斷退化，導(dǎo)致親本材料不能正常形成花蕾、早期落蕾落花、雌蕊和雄蕊發(fā)育不良而不能進(jìn)行有效雜交，主要分為以下4種情況。

1）落蕾落花。采用無(wú)性繁殖方式在田間種植親本材料，病毒在塊莖內(nèi)逐代積累，病毒系統(tǒng)浸染至植株各個(gè)器官，使馬鈴薯植株不能形成花蕾、花期短、落蕾落花嚴(yán)重、雜交坐果率低［6］。

2）花器官發(fā)育不完全。有些親本材料的花器官發(fā)育不完全，需外源刺激才能完成開(kāi)花過(guò)程，如采取增加光照、噴施激素等措施刺激親本開(kāi)花；深眼窩品種，植株現(xiàn)蕾后如不及時(shí)噴“920”刺激花蕾，不但不開(kāi)花，反而花蕾會(huì)在短時(shí)間內(nèi)脫落。

3）花粉無(wú)活力。部分馬鈴薯親本的花器官構(gòu)造正常，但雄蕊花藥粉囊頂孔不產(chǎn)生或產(chǎn)生少量花粉，經(jīng)檢測(cè)其花粉活力很低，而不能作為雜交父本，如東農(nóng)303為雄性不育類型、麗薯200202的花粉活力低于10%［7－8］。

4）雌蕊發(fā)育不良。在雜交過(guò)程中，雌蕊柱頭不分泌粘液或畸形，花粉不能附著完成受精，而導(dǎo)致雜交不成功，如克新1號(hào)雌雄蕊均不育。

1.2 環(huán)境因素

1）溫度和濕度。馬鈴薯性喜冷涼，12℃時(shí)能形成花芽但不開(kāi)花，在現(xiàn)蕾期和開(kāi)花期時(shí)，植株需水量是整個(gè)生育的1／3，若遇干旱天氣或持續(xù)25℃以上氣溫，不但影響花粉母細(xì)胞的正常減數(shù)分裂，而且易使花蕾脫落、花期縮短［9－10］。

2）光照。馬鈴薯屬長(zhǎng)日照作物，充足的光照能有效地促進(jìn)花蕾分化與形成，而對(duì)于花期短、開(kāi)花少的早熟品種，光照的影響更為明顯。

3）栽培區(qū)域不適宜。種植區(qū)域變化導(dǎo)致親本出現(xiàn)不開(kāi)花或花期縮短、不結(jié)實(shí)等現(xiàn)象，如重慶市農(nóng)科院種植的馬鈴薯品種“2015051043”，在重慶種植時(shí)不開(kāi)花，而在云南種植時(shí)花期長(zhǎng)、花粉量大、坐果率高。

1.3 人為因素

1）花期不遇。由于馬鈴薯雜交親本的生育期各不相同，很難使得各親本材料在同一時(shí)期內(nèi)開(kāi)花，致使親本花期不遇，即不能進(jìn)行有效雜交。

2）施肥不當(dāng)。馬鈴薯的開(kāi)花結(jié)實(shí)期，處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)階段，若植株沒(méi)有充足的養(yǎng)分，容易造成植株生長(zhǎng)旺盛期脫肥，最終由于無(wú)法滿足塊莖對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求而出現(xiàn)落蕾落花、花期縮短、落果等現(xiàn)象，導(dǎo)致不能有效開(kāi)展馬鈴薯雜交工作。

2 提高雜交坐果率的方法

鑒于以上原因，必須采取針對(duì)性的措施，促進(jìn)馬鈴薯開(kāi)花結(jié)實(shí)和加快馬鈴薯新品種選育進(jìn)程，以達(dá)到育種目標(biāo)；選擇雜交親本和掌握授粉時(shí)間是提高馬鈴薯雜交坐果率的主要措施。

2.1 加強(qiáng)開(kāi)花授粉期管理

由于馬鈴薯開(kāi)花結(jié)實(shí)期正處于塊莖快速膨大期，在晝夜溫差大的種植區(qū)域，花蕾、花、漿果對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)能力明顯弱于塊莖；因此，可在此期間施加水肥，補(bǔ)充整個(gè)植株對(duì)養(yǎng)分的需求；或采取摘除正在膨大的塊莖和匍匐莖等方法抑制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向塊莖運(yùn)輸，促進(jìn)養(yǎng)分集中到植株地上部分，從而有效促進(jìn)植株開(kāi)花坐果。同時(shí)做好鋤草、病蟲(chóng)害防治、灌溉排水等田間管理工作。

2.2 雜交親本的選擇

在西南單雙季混作區(qū)，應(yīng)以選育抗晚疫病、抗青枯病、高產(chǎn)、高商品率、色香食味好的食用型和加工型馬鈴薯品種為目標(biāo)［11－12］；根據(jù)各品種的生長(zhǎng)特性，選取適宜親本，分期播種脫毒種薯，以達(dá)到花期相遇的目的，以高抗晚疫病、抗青枯病、健壯植株作為雜交親本，開(kāi)展不同組合雜交育種工作。

2.3 授粉方法的優(yōu)化

2.3.1 完善雜交技術(shù)

選取發(fā)育良好的母本花序，去除幼蕾和已開(kāi)放的花朵，每個(gè)花序留下2～4朵即將開(kāi)放或次日開(kāi)放的花朵，去雄后立即授粉；授粉時(shí)將花粉抖落在指甲上，輕柔地涂于母本柱頭上，在花柄處掛上標(biāo)記吊牌。授粉后1周，即可檢查雜交坐果情況，凡出現(xiàn)花冠脫落、子房膨大、花梗彎曲現(xiàn)象，則表明雜交成功；未受精的柱頭則在花梗處產(chǎn)生離層，整個(gè)花朵脫落。

2.3.2 選擇成熟親本

一般來(lái)說(shuō)，馬鈴薯花粉活力在花朵開(kāi)放后1d最強(qiáng)，因此，在授粉前1d采集剛開(kāi)放（無(wú)露、水花瓣蓬松、花瓣展開(kāi)、花藥呈橙黃色、23℃以下）的父本花朵，于避光、陰涼處干燥保存，授粉前通過(guò)顯微鏡觀察花粉是否具有活力。雌蕊柱頭一般在開(kāi)花后2d內(nèi)成熟，成熟時(shí)為淺綠色、有光澤、分泌黏性液體（用手指觸摸時(shí)有黏性），這種黏性液體可附著花粉，完成雜交受精。

2.3.3 選擇授粉時(shí)間

馬鈴薯雜交最適宜授粉溫度為18～23℃，濕度80%～90%，溫度高于26℃則花粉失去活性，雜交不易坐果；選擇在西南地區(qū)的春季和秋季、氣溫20℃左右的地區(qū)或溫室，在晴天10：00時(shí)前、18：00時(shí)后，陰天全天、雨后進(jìn)行授粉；如在溫室、大棚進(jìn)行，可通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、濕度和光照等條件，促進(jìn)親本花朵成熟，或噴施30～50mg／L赤霉素（GA3）溶液刺激花朵開(kāi)放。

2.3.4 優(yōu)化雜交方法

由于馬鈴薯花朵較小，在授粉過(guò)程中應(yīng)小心操作，為提高雜交坐果率，授粉過(guò)程應(yīng)全程戴手套、口罩，以防止花粉混亂；去雄（特別是授粉）時(shí)，不能損傷柱頭，授粉時(shí)柱頭輕柔觸及花粉即可；多次授粉（間隔8～12h）可顯著提高雜交坐果率和漿果中的坐果粒數(shù)；在雨天套硫酸紙袋，防止雨水沖刷柱頭；在花梗處涂抹0.1%～0.2%奈乙酸溶液，可防止落花落果。

3 展 望

3.1 加強(qiáng)種質(zhì)資源搜集和發(fā)掘

作物種質(zhì)資源又稱品種資源、遺傳資源或基因資源，是生物資源的重要組成部分，是培育優(yōu)良品種的物質(zhì)基礎(chǔ)［13－14］。近年來(lái)，由于人為選擇因素和生態(tài)環(huán)境變化，馬鈴薯野生種和老品種不斷被淘汰、消失，致使馬鈴薯遺傳基礎(chǔ)越來(lái)越狹窄；為加快馬鈴薯育種進(jìn)程，應(yīng)進(jìn)一步搜集和鑒定馬鈴薯種質(zhì)資源，并對(duì)這些品種的品質(zhì)、產(chǎn)量、抗病蟲(chóng)性和抗逆性進(jìn)行發(fā)掘分析，為馬鈴薯選配親本提供特征明確的優(yōu)良種質(zhì)資源。

3.2 加強(qiáng)傳統(tǒng)育種和生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合

生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)對(duì)植物目標(biāo)特征進(jìn)行定向選擇，能夠在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高抗性的優(yōu)良品種，為育種工作提供新途徑［15］。在馬鈴薯育種工作中，應(yīng)加大馬鈴薯遺傳改良理論與技術(shù)研究力度，同時(shí)，根據(jù)育種目標(biāo)有針對(duì)性地采用細(xì)胞工程技術(shù)、基因工程技術(shù)和分子標(biāo)記輔助育種等現(xiàn)代生物技術(shù)和傳統(tǒng)育種相結(jié)合的育種手段，培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的專用型新品種。

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