長柱頭棉花在雜交制種中的研究與利用

冀麗霞，郭寶德，楊芬，雷偉

（山西省農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，山西太原030031）

長柱頭棉花在雜交制種中的研究與利用

冀麗霞，郭寶德，楊芬，雷偉

（山西省農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，山西太原030031）

以山西省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所棉花遠緣雜交課題組近年來培育出的綜合性狀優(yōu)良、柱頭外露長度不同的4份長柱頭材料為研究對象，分析研究了不同授粉方式、不同時段授粉、不同柱長不同時間雜交授粉等方面的差異性，并對雜交種主要經(jīng)濟性狀的雜種優(yōu)勢指數(shù)進行了測定。結果表明，可以利用長柱頭棉花不去雄授粉來簡化去雄工序，提高雜交效率；柱頭外露長度不同，異交率也不同；生產(chǎn)上宜選用柱頭外露長度在10 mm以上、異交率在95%以上且具有較強雜種優(yōu)勢潛力的優(yōu)良株系來進行轉育或雜交制種，一般于8：00—10：00雜交效果最好。

棉花；長柱頭；雜種優(yōu)勢指數(shù)；異交率

長柱頭種質具有較高的雜種優(yōu)勢利用價值，長柱頭性狀在許多植物中被發(fā)現(xiàn)[1]。周瑞陽在紅麻種子后代中發(fā)現(xiàn)了柱頭外露的突變體，并已選育出4個長柱頭自交系[2]；蘇振喜等發(fā)現(xiàn)了具有柱頭外露性狀的油菜不育系；蘇自強等選育出了高柱頭外露的粳稻新品系4260[3]。

長柱頭棉花種質即為棉株現(xiàn)蕾7 d后，柱頭外露,而雄蕊仍被花瓣包裹在花冠內(nèi)，直到開花才露出[4]。KOHEL最早從海島棉和陸地棉雜交后代中鑒定出柱頭外露是種突變性狀[5]。我國從20世紀80年代先后開始發(fā)現(xiàn)了柱頭外露性狀的變異體[6]。長柱頭棉花種質的發(fā)現(xiàn),為棉花育種者在雜種優(yōu)勢利用上提供了一種新的思路，開辟了一條新的路徑。黃完基等于2002年獲得了經(jīng)濟性狀較優(yōu)的柱頭外露系泅棉3號；紀家華等培育的93y23系和94-168系的各項經(jīng)濟性狀已接近常規(guī)陸地棉[7]。利用棉花長柱頭材料配制雜交組合時，不需人工去雄而直接授粉，可以省工節(jié)本，提高雜交制種效率[8]。

但在利用長柱頭棉花雜種優(yōu)勢時也存在一些問題，如不去雄而直接授粉時，能否保證95%以上的異交率；異交率是否會隨授粉時間推遲而下降；柱頭外露長度的不同對異交率有無影響；長柱頭棉花的雜種優(yōu)勢指數(shù)如何等。為了弄清這些問題，山西省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所棉花遠緣雜交課題組從2010年開始對近年來培育出的綜合性狀優(yōu)良、柱頭外露長度不同的4份長柱頭材料進行研究，旨在評價長柱頭材料在棉花雜交制種上的利用價值，為棉花利用長柱頭材料培育雜交種研究奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在山西省農(nóng)業(yè)科學院東陽基地棉花試驗田進行。參試材料共4份，母本為TY35，TY23，TY10，TY16，均為山西省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所棉花遠緣雜交課題組通過野生種瑟伯氏棉與栽培種陸地棉雜交培育出的柱頭外露種質。對照為晉棉37號。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同雜交制種方法的異交率研究試驗以柱頭外露棉種質作母本，父本選用具有指示性狀的毛株棉，采用直接授粉、紙片隔離授粉和人工去雄授粉3種雜交方法對雜交棉的異交率進行研究。其中，直接授粉是指不去雄，直接將父本的花粉授于母本外露柱頭上；紙片隔離授粉是將圓形紙片中間挖直徑大約0.3 cm的小孔，授粉時將其套在母本（不去雄）雄蕊管上面，柱頭從小孔穿出，將花粉授于柱頭上；人工去雄授粉是將父本花蕾的花瓣和花藥剝離掉，次日進行人工授粉。

1.2.2 不同柱頭外露長度和不同雜交時間段的異交率研究柱頭外露長度在10.0 mm以上為長花柱，小于10 mm為短花柱。于7月20—25日和8月5—10日2期進行雜交，在這期間，每天于8：00—8：30，9：00—9：30，10：00—10：30，11：00—11：30共4個時間段進行雜交制種。

試驗以不同柱頭外露長度的棉花（分短、長2類）和晉棉37號為母本，以毛株棉作父本進行不去雄雜交，將柱長記錄在塑料牌上，然后按設定的時段將毛株棉的花粉授于柱頭上，再將塑料牌掛在花蕾的果柄上。每個試驗處理各取20～50個花朵進行雜交，雜交鈴吐絮后按掛牌分收，室內(nèi)考種。2014年4月26日播種，出苗后10～15 d觀察異交率。

1.3 測定項目及方法

在定苗之前，根據(jù)不同授粉方法隨機調(diào)查植株200株，其中，無毛株為親本株，毛株為雜種株，并按照公式（1）測算異交率。

異交率＝雜交種株數(shù)/調(diào)查株數(shù)×100%（1）

吐絮期田間調(diào)查親本及其F1的株高，單株結鈴數(shù)。并取植株中部籽棉20鈴混收，室內(nèi)考種，并根據(jù)公式（2）測算各性狀的雜種優(yōu)勢指數(shù)。

雜種優(yōu)勢指數(shù)=hF1/（h（P1＋P2）/2）×100%（2）

式中，hP1，hP2分別為父本和母本的數(shù)量性狀值，hF1為F1的數(shù)量性狀值[9]。

2 結果與分析

2.1 3種不同雜交制種方法的異交率

以4個柱頭外露種質為父本，毛株棉為母本，分別用人工去雄、紙片隔離、不去雄3種授粉方法進行雜交。從表1可以看出，不去雄方法的異交率最高達到88.70%，最低為81.90%。不去雄授粉法的平均異交率雖然比人工去雄授粉法低3.8百分點，比紙片隔離授粉法低0.4個百分點，但差異不明顯。因此，可初步認定用柱頭外露棉進行棉花雜交制種時，可不去雄，直接授粉。

表1 長柱頭棉花不同雜交制種方法的異交率%

2.2 不同時間不去雄雜交授粉的異交率

表2 長柱頭棉花不同時間不去雄雜交授粉的異交率%

由表2可知，長柱頭棉花種質不去雄授粉時，7，8月份2個時間段的異交率存在很大差異，而且授粉時間越晚，異交率越低。7月份4個時間段內(nèi)，8：00—8：30的異交率最高，達96.8%，11：00—11：30的異交率最低，為76.30%，二者相差20百分點。8月份4個雜交制種時間段的異交率較7月份的異交率均有所下降，下降幅度在4%～10%，但7，8月份均以8：00—8：30的異交率最高，分別為96.8%，87.2%；11：00—11：30異交率最低，分別為76.30%，72.10%，表明長柱頭棉花在11：00以后已不適宜進行雜交授粉。長柱頭棉花種質不去雄授粉時，7月份的平均異交率為87.30%，而對照晉棉37號正?；ɡ俚漠惤宦蕛H為5.60%，相差81.7百分點，因此，長柱頭棉花種質雜交授粉可以不去雄。

2.3 不同柱長不同時間不去雄雜交授粉的異交率

從表3可以看出，柱頭長度在10 mm以下的短柱頭外露棉進行不去雄雜交授粉時，隨著授粉時間的推遲，異交率存在下降的趨勢。柱頭長度在10 mm以上的長柱頭外露棉異交率基本不會隨著授粉時間的推遲而下降。充分說明用短柱頭外露棉雜交，其雜種純度難以保證，而長柱頭棉花的異交率與雜交時間關系不大。

表3 長柱頭棉花不同柱長和不同時間不去雄授粉的異交率

因此，在育性尚不明確的情況下，生產(chǎn)上宜選用柱頭外露長度在10 mm以上，且異交率在95%以上的柱頭外露棉種質的優(yōu)良株系來進行轉育或雜交制種。

2.4 雜種優(yōu)勢指數(shù)測算結果分析

棉花雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)是多方面的，本研究對長柱頭棉花TY35與毛株棉及其雜種一代的主要經(jīng)濟性狀雜種優(yōu)勢指數(shù)進行了測定。從表4可以看出，雜種一代株高、單株籽棉質量、單株皮棉質量3個性狀的雜種優(yōu)勢指數(shù)均達到160%以上。衣分的優(yōu)勢指數(shù)雖低，但也達到98.91%，充分說明F1的雜種優(yōu)勢很大。由于長柱頭棉花TY35是課題組利用瑟伯氏棉與陸地棉通過遠緣雜交選育而成的，因此它具有較強的雜種優(yōu)勢潛力，可以進一步利用它和許多陸地棉品種組配大量雜交組合，從中篩選強優(yōu)勢超標組合在生產(chǎn)中應用[10]。

表4 （TY35×毛株棉）F1主要經(jīng)濟性狀雜種優(yōu)勢指數(shù)測定結果

3 討論與結論

多年來，國內(nèi)許多專家曾對長柱頭棉花進行研究。袁有祿試驗使用的長柱頭親本柱頭長度僅5～8 mm，其研究結論為，長柱頭不去雄雜交制種時，異交率較低；張金發(fā)研究認為，長柱頭棉花最高異交率為100%，最低為40%，平均為80.4%[11]；張正圣等（1999）選用的試驗材料為柱頭長度為12 m以上的長柱頭種質系101-1，自花難以授粉，因此，他認為長柱頭棉花雜交可以不去雄，可以在生產(chǎn)中直接利用來簡化雜交制種手續(xù)、提高雜交制種效率[12]。

本研究利用新培育的長柱頭棉花新種質系不去雄授粉的異交率為84.90%，而且省去了人工去雄的工序,產(chǎn)種效率也得到顯著提高。說明可以利用長柱頭棉花的雜種優(yōu)勢，利用不去雄授粉來簡化去雄工序，提高雜交效率。但柱頭外露長度不同，異交率不同，因此，棉花柱頭外露長度是決定棉花異交率的關鍵[13]。根據(jù)對長柱頭棉花異交率的研究結果可知，棉花柱頭外露的長度與天然自花授粉率呈極顯著負相關。當柱頭外露長度低于10 mm時，天然自交率較高；當柱頭長度在10 mm以上時，天然自花授粉率較低（一般低于5%）。柱頭外露長度達10 mm以上且異交率在95%以上的長柱頭棉花屬于雌蕊異長類型的異花授粉作物。該結果為該類種質不去雄雜交制種提供了理論依據(jù)，具有重要的應用價值[14]。因此，在雜交制種生產(chǎn)上宜選用長柱頭棉花種質的柱頭外露長度在10 mm以上且異交率在95%以上的優(yōu)良株系進行轉育或雜交制種[15]。

但值得注意的是，光照、溫度、濕度等環(huán)境因素變化會影響雜交效果，一般情況下，每天的8：00—10：00時雜交效果最好。不同時間段雜交的種子其平均異交率有很大差異，以8：00—8：30的異交率最高。但長柱頭棉花的異交率與授粉時間的遲早沒有太大關系，而與花朵的育性類型有關，該類種質異交習性的生理機制還需進一步探明[16]。

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Study and Utilization of Long-stigma Cotton in Hybridization Breeding

JI Lixia，GUOBaode，YANGFen，LEI Wei
（Institute ofCrop Sciences，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Four long-stigma materials with good comprehensive characters and different stigma length were studied in recent years. Their otherness were analyzed in different pollination methods,pollination at different times different periods of pollination,different column length and different pollination time,etc.The heterosis indices of major economic characters of hybrids were determined.The result showed that the efficiency of hybridization was improved by using long stigma cotton pollination to simplify the emasculation process.The length of stigma exserted was different,and the outcrossing rate was different.The excellent lines,which had 10 mm length of stigma exsertion,outcrossing rate in more than 95%and had strong heterosis,was cross breeding or hybrid seed production in production,and the hybrid effect was the best in general 8:00-10:00.

cotton;long-stigma;heterosis index;outcrossing rate

S562

：A

：1002-2481（2017）07-1058-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.03

2017-05-10

山西省農(nóng)業(yè)科學院育種工程項目（17yzgc086）；山西省科技成果推廣項目（201604D131049）

冀麗霞（1975-），女，山西平遙人，助理研究員，碩士，主要從事棉花、蕓豆育種研究工作。