防蟲網(wǎng)隔離對玉米花粉擴(kuò)散的影響

楊光華，王學(xué)林，曹 明，柯用春，楊小鋒

(三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院，海南 三亞 572000)

花粉擴(kuò)散因物種不同及外界環(huán)境不同而不同，造成由花粉介導(dǎo)的基因漂流的方位、擴(kuò)散頻率和擴(kuò)散距離在不同的物種和不同外界環(huán)境下存在很大差異。這些差異主要取決于花粉供體的花粉產(chǎn)量、花粉受體的異交結(jié)合率、供體和受體花粉的競爭力以及授粉時(shí)的外界環(huán)境條件等[1-5]。玉米是雌雄同株異花、風(fēng)媒授粉作物，具有強(qiáng)大的雄花序和較大的花粉量，除了不良?xì)夂蚧蛉藶楣芾聿划?dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致出現(xiàn)異交結(jié)實(shí)率低的現(xiàn)象外[6-7]，通常情況下自交和異交都可以正常結(jié)實(shí)，并且異交率較高[8-9]。玉米異交率和隔離距離是轉(zhuǎn)基因玉米基因飄流風(fēng)險(xiǎn)評估和環(huán)境安全性評價(jià)的基本內(nèi)容，在自交系擴(kuò)繁、雜交制種等過程中，應(yīng)該采取相應(yīng)的隔離措施避免花粉供體之外的花粉發(fā)生擴(kuò)散[10]。玉米的隔離栽培主要應(yīng)用于玉米的雜交制種和甜糯玉米的種植，主要的隔離措施包括空間隔離、時(shí)間隔離、自然屏障隔離及高稈作物隔離等，空間隔離最好能達(dá)到300 m以上，高稈作物隔離也必須再加上50 m以上的距離隔離[11-13]。以上的隔離措施均能起到相應(yīng)的隔離效果，為了縮短隔離距離和節(jié)約土地資源，生產(chǎn)上一般采取塑料薄膜作為屏障進(jìn)行隔離，但其易老化并且受風(fēng)影響較大，基本不可重復(fù)利用。防蟲網(wǎng)具有易透風(fēng)、易固定、耐用等特點(diǎn)。汪德鋒等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，使用特定高度和孔徑的防蟲網(wǎng)隔離可以使水稻生產(chǎn)種子純度達(dá)到原種要求；秦紅艷等[16]利用防蟲網(wǎng)對獼猴桃進(jìn)行套袋處理后，其結(jié)實(shí)率為0。但防蟲網(wǎng)在玉米花粉隔離上的研究尚未見報(bào)道。為此，通過分析不同隔離距離、不同方位玉米異交結(jié)實(shí)率，研究防蟲網(wǎng)隔離對玉米花粉擴(kuò)散的影響，以期為生產(chǎn)上玉米小面積制種或育種過程中防蟲網(wǎng)隔離距離及高度的選擇提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為K玉8號。2015年1月，在海南省三亞市吉陽區(qū)大茅村三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院試驗(yàn)基地進(jìn)行播種，采用人工點(diǎn)播，每穴3粒，播種深度為4～5 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

1.2.1 不同孔徑防蟲網(wǎng)對玉米花粉擴(kuò)散的影響 試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，以不采用防蟲網(wǎng)隔離的處理為對照；處理2、3、4的防蟲網(wǎng)孔徑分別為0.106、0.058、0.042 mm。防蟲網(wǎng)高度為3.5 m，頂部敞開，試驗(yàn)采取同心正方形設(shè)計(jì)，中央5 m×5 m的隔離區(qū)為花粉供體區(qū)，供體區(qū)外圍為花粉擴(kuò)散觀察區(qū)。在玉米揚(yáng)花期之前，對花粉擴(kuò)散觀察區(qū)的全部植株進(jìn)行去雄處理。

玉米進(jìn)入收獲期后，以花粉供體正方形中心為圓點(diǎn)、邊界為起點(diǎn)，從花粉擴(kuò)散觀察區(qū)的北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個(gè)方位分別采集距離花粉供體區(qū)1.0 m、2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、7.5 m、10.0 m、15.0 m、20.0 m和30.0 m處玉米作為樣本，同一方位同一距離的樣本設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取5穗玉米統(tǒng)計(jì)異交結(jié)實(shí)率。異交結(jié)實(shí)率=總實(shí)粒數(shù)/總穎殼數(shù)×100%。

1.2.2 不同高度防蟲網(wǎng)對玉米花粉擴(kuò)散的影響 試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，分別為高3.0 m、3.5 m和4.0 m，孔徑為0.058 mm的防蟲網(wǎng)處理。其他試驗(yàn)田間布局及方法與1.2.1一致。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007和SPSS 19.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用鄧肯氏新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 無隔離條件下不同方位、不同距離玉米的異交結(jié)實(shí)率情況

從表1可以看出，在無隔離條件下，同一方位玉米異交結(jié)實(shí)率隨著離花粉供體區(qū)距離的增加而降低，1.0 m處玉米異交結(jié)實(shí)率最大(75.14%～98.56%)，30.0 m處異交結(jié)實(shí)率最低(0.04%～0.17%)。從北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個(gè)方位綜合來看，距離花粉供體區(qū)2.0 m內(nèi)玉米的異交結(jié)實(shí)率與2.0 m外玉米的異交結(jié)實(shí)率均存在顯著差異；2.0～10.0 m玉米的異交結(jié)實(shí)率隨著距離的增加而急劇降低；10.0～30.0 m玉米的異交結(jié)實(shí)率隨距離的增加而平緩降低最終趨于穩(wěn)定，且異交結(jié)實(shí)率均無顯著差異。

從表1可以看出，離花粉供體區(qū)相同距離時(shí)，不同方位的玉米異交結(jié)實(shí)率差異較大，西、西北、北和東北4個(gè)方位各距離處的玉米異交結(jié)實(shí)率都大于東、東南、南和西南4個(gè)方位對應(yīng)處的異交結(jié)實(shí)率。西北方位不同距離的玉米異交結(jié)實(shí)率均最大，與東南、南、西南和西4個(gè)方位對應(yīng)相同距離的異交結(jié)實(shí)率均存在顯著差異(西方位10.0 m處除外)；東南方位不同距離的玉米異交結(jié)實(shí)率均最小(10.0、30.0 m 除外)，與西北方位對應(yīng)相同距離的異交結(jié)實(shí)率均存在顯著差異。在東南、南和西南3個(gè)方位的各相同距離的玉米異交結(jié)實(shí)率差異均不顯著；當(dāng)距離大于3.0 m時(shí)，東、東南、南和西南4個(gè)方位的各距離玉米異交結(jié)實(shí)率差異均不顯著；當(dāng)距離大于15.0 m時(shí)，東、東南、南、西南和西5個(gè)方位相同距離的異交結(jié)實(shí)率差異均不顯著。西北方位距離花粉供體區(qū)1.0 m處的玉米異交結(jié)實(shí)率最大，為98.56%；西南方位距離花粉供體區(qū)30.0 m處最小，為0.04%。北和西北方位20.0 m處仍出現(xiàn)較高的異交結(jié)實(shí)率，分別為12.80%和19.27%；而在東南、南和西南方位距離花粉供體區(qū)20.0 m處玉米異交結(jié)實(shí)率均小于1.00%。

表1 無隔離條件下玉米異交結(jié)實(shí)率 %

注：小括號外標(biāo)注的字母表示同一方位不同距離玉米異交結(jié)實(shí)率在0.05水平上差異顯著; 小括號內(nèi)標(biāo)注的字母表示同一距離不同方位玉米異交結(jié)實(shí)率在0.05水平上差異顯著。

2.2 不同孔徑防蟲網(wǎng)對玉米花粉擴(kuò)散的影響

從表2可以看出，不同孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理同一方位玉米異交結(jié)實(shí)率均隨著離花粉供體區(qū)距離的增加而降低。經(jīng)防蟲網(wǎng)隔離后，相同方位等距離的玉米異交結(jié)實(shí)率與對照相比明顯降低。距離花粉供體區(qū)5.0 m范圍內(nèi)，3種不同孔徑的防蟲網(wǎng)隔離后同方位各處玉米異交結(jié)實(shí)率大部分與對照存在顯著差異，同方位離花粉供體區(qū)5.0 m外各處玉米異交結(jié)實(shí)率部分與對照存在顯著差異，20.0 m外大部分差異不顯著。0.106 mm孔徑的防蟲網(wǎng)隔離處理在各個(gè)方位離花粉供體區(qū)1.0 m處的異交結(jié)實(shí)率均低于30.00%，并且隨著距離增加異交結(jié)實(shí)率降低較明顯。0.058 mm和0.042 mm孔徑的防蟲網(wǎng)隔離處理各方位離花粉供體區(qū)1.0 m處的異交結(jié)實(shí)率均低于10.00%，兩處理間的異交結(jié)實(shí)率大部分無顯著差異，甚至0.042 mm孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理個(gè)別方位的異交結(jié)實(shí)率大于0.058 mm孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理。不同孔徑防蟲網(wǎng)隔離后，離花粉供體區(qū)30.0 m處仍然存在一定頻率的異交結(jié)實(shí)情況。

表2 不同孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理玉米異交結(jié)實(shí)率 %

注：同行數(shù)據(jù)后不同字母表示同一方位、同一距離不同孔徑防蟲網(wǎng)隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率在0.05水平上差異顯著。

2.3 不同高度防蟲網(wǎng)對玉米花粉擴(kuò)散的影響

從表3可以看出，各高度防蟲網(wǎng)處理同一方位的玉米異交結(jié)實(shí)率均隨著離花粉供體區(qū)距離的增加而降低。距離花粉供體區(qū)10 m范圍內(nèi)，3.0 m高的防蟲網(wǎng)隔離后同一方位相同距離處玉米異交結(jié)實(shí)率均顯著高于3.5 m和4.0 m高的防蟲網(wǎng)，而3.5 m與4.0 m高的防蟲網(wǎng)隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率均無顯著差異。3.0 m 高的防蟲網(wǎng)隔離后，不同方位上的玉米異交結(jié)實(shí)率差異較大，最大值在西北方位距離花粉供體區(qū)1.0 m處，為41.23%；最小值在東南方位距離花粉供體區(qū)20.0 m處，為0.04%。3.5 m高的防蟲網(wǎng)隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率均在3.00%以下，最大的異交結(jié)實(shí)率為西南方位距離花粉供體區(qū)1.0 m處，為2.90%，10.0 m 之外均低于1.00%。4.0 m高的防蟲網(wǎng)隔離后，除西南方位1.0～2.0 m外，其余方位異交結(jié)實(shí)率均在2.00%以下，西南方位距離花粉源2.0 m處最高，為2.20%，10.0 m之外均低于1.00%。

表3 不同隔離高度處理玉米異交結(jié)實(shí)率 %

注：同行數(shù)據(jù)后不同字母表示同一方位、同一距離不同高度防蟲網(wǎng)隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率在0.05水平上差異顯著。

3 結(jié)論與討論

在玉米花粉擴(kuò)散觀察區(qū)，不同方位玉米異交結(jié)實(shí)率均隨著離花粉供體區(qū)距離的增加而降低，即花粉擴(kuò)散頻率隨距離的增加而降低，因此距離隔離是最安全有效的隔離方法。在無防蟲網(wǎng)隔離條件下，西北和北2個(gè)方位離花粉供體區(qū)20.0 m處玉米異交結(jié)實(shí)率分別為19.27%和12.80%，而其他方位20.0 m處均小于2.00%(西方除外)，5個(gè)方位距花粉供體區(qū)30 m處的異交結(jié)實(shí)率為0.04%～0.17%，基本符合Hu等[17]建立的玉米基因漂流模型。花粉擴(kuò)散事件主要以西北方位為主，東南方位較少發(fā)生。根據(jù)玉米花期氣象信息，上述高異交結(jié)實(shí)率的區(qū)域在花粉供體區(qū)的主流風(fēng)下風(fēng)向，而低異交結(jié)實(shí)率的區(qū)域在花粉供體區(qū)的主流風(fēng)上風(fēng)向，這與影響花粉擴(kuò)散的主要因子是風(fēng)向和風(fēng)速基本一致[18-19]。離花粉供體區(qū)越近，不同方位相同距離處的玉米異交結(jié)實(shí)率差異越大；離花粉供體區(qū)越遠(yuǎn)，不同方位相同距離處的玉米異交結(jié)實(shí)率差異越小，風(fēng)對花粉擴(kuò)散的作用隨離花粉供體區(qū)距離的增加而降低，因?yàn)殡S著與花粉供體區(qū)距離的增大，空氣中的花粉密度逐漸降低[20]。

防止轉(zhuǎn)基因玉米基因向外擴(kuò)散的最佳途徑為設(shè)置隔離屏障再加一定的隔離距離[21-22]。本試驗(yàn)采用0.106、0.058、0.042 mm 3種不同孔徑的3.5 m 高的防蟲網(wǎng)對玉米花粉進(jìn)行隔離，隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率為0.05%～29.27%，不采用防蟲網(wǎng)隔離的玉米異交結(jié)實(shí)率為0.04%～98.56%，兩者差異顯著；0.058 mm孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理玉米異交結(jié)實(shí)率大部分與0.042 mm孔徑防蟲網(wǎng)隔離處理無顯著差異，經(jīng)過孔徑為0.058 mm和0.042 mm的防蟲網(wǎng)隔離后，不同方位上同一距離的玉米異交結(jié)實(shí)率差異不大，防蟲網(wǎng)隔離可以減少風(fēng)對花粉擴(kuò)散的影響。這是由于經(jīng)過了防蟲網(wǎng)的阻擋，只有部分花粉從頂部飛出或者從防蟲網(wǎng)孔隙透過，極大地降低了花粉密度。

3.0 m高、0.058 mm孔徑的防蟲網(wǎng)隔離后還出現(xiàn)較高的玉米異交結(jié)實(shí)率(西北方位離花粉供體區(qū)1 m處為41.23%)，顯著高于3.5 m和4.0 m高的0.058 mm孔徑防蟲網(wǎng)隔離(3.5 m高的隔離網(wǎng)西南方位離花粉供體區(qū)1.0 m處為2.90%)，而3.5 m與4.0 m高的防蟲網(wǎng)隔離后玉米異交結(jié)實(shí)率均無顯著差異。所選玉米品種株高為2.2 m左右，因此利用防蟲網(wǎng)隔離時(shí)，隔離高度應(yīng)高出玉米株高至少1.0 m，才能起到較好的隔離效果。綜合上述的不同隔離網(wǎng)孔徑和不同隔離高度試驗(yàn)，在三亞地區(qū)，4.0 m 高的隔離網(wǎng)也需要再加距離隔離才能達(dá)到較好的隔離效果，考慮到隔離設(shè)施的抗風(fēng)能力問題，推薦使用3.5 m高、0.058 mm孔徑的隔離網(wǎng)作為玉米花粉漂移控制的隔離設(shè)施。

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