棉花胞質(zhì)不育恢復(fù)系花粉活力研究

王宗文，孔凡金，王景會，鄧永勝，韓宗福，申貴芳，段冰，李汝忠

（山東棉花研究中心/農(nóng)業(yè)部黃淮海棉花遺傳改良與栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250100)

棉花具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢[1-4]，但由于其無限生長等生物學(xué)特性，棉花雜種優(yōu)勢利用的主要形式依然是手工剝花、去雄雜交制種。雜交制種用工多、成本高一直是棉花雜種優(yōu)勢利用的主要限制因素[5]。利用棉花胞質(zhì)不育的“三系法”（不育系、保持系和恢復(fù)系）雜交制種，無需剝花去雄，是棉花雜種優(yōu)勢利用的理想方法之一[6]。近年來，我國強(qiáng)優(yōu)勢“三系”雜交棉選育與應(yīng)用取得了較大進(jìn)展[7-8]。棉花花粉、柱頭對溫度、光周期[9]、空氣濕度[10]等環(huán)境條件較為敏感，會直接影響其活力，進(jìn)而影響雜交制種產(chǎn)量和制種技術(shù)規(guī)程的制定。前人研究表明，花粉活力極易受外界因素，尤其是溫度的影響[11-15]；開花期32℃以上的平均溫度會導(dǎo)致花粉?；盍档?、花藥不開裂、棉鈴脫落、產(chǎn)量降低。在避光、超低溫條件下，花粉保藏效果更好，活力持續(xù)時(shí)間會大大延長[16-17]，并提出了一些行之有效的提高棉花雜交制種產(chǎn)量的方式方法[18-19]。然而，對胞質(zhì)不育系花粉活力的研究卻少見報(bào)道。本研究以本團(tuán)隊(duì)選育的骨干胞質(zhì)不育系、恢復(fù)系為親本，配制3個(gè)雜交組合，以雜交結(jié)鈴率為評價(jià)指標(biāo)，研究不同處理下恢復(fù)系花粉活力的差異，以期為提高棉花“三系”法雜交制種效率提供指導(dǎo)和借鑒。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2015年在山東棉花研究中心臨清試驗(yàn)站進(jìn)行。以本團(tuán)隊(duì)選育的具有哈克尼西棉遺傳背景的3個(gè)骨干胞質(zhì)不育系588A、547A、666A為母本，2個(gè)骨干育性恢復(fù)系31R、75R為父本，配制3個(gè)雜交組合 588A×31R、666A×75R、547A×75R，于盛花期 （7月20－25日）17時(shí)取恢復(fù)系次日要開的花，經(jīng)不同溫度和不同放置時(shí)間處理后，分別為不育系中部第一果節(jié)花 （開花當(dāng)天或第2天的花）授粉，共設(shè)置11個(gè)處理（表1），以正常授粉雜交處理（開花當(dāng)日上午取恢復(fù)系花粉為不育系中部第一果節(jié)當(dāng)日開花的柱頭授粉）為對照（CK）。

于每天上午9時(shí)和下午4時(shí)開始授粉，授完為止。每個(gè)處理授粉40～50朵花，設(shè)3次重復(fù)，授粉后掛牌標(biāo)記。8月25日調(diào)查記錄各處理的成鈴數(shù)，計(jì)算成鈴率。用Excel 2007和SPSS 11.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

3個(gè)雜交組合在不同處理下的成鈴率見表2。

在給當(dāng)日花授粉的前7個(gè)花粉處理中，3個(gè)組合有4個(gè)處理的平均成鈴率高于CK，其中T3處理成鈴率最高，平均達(dá)46.7%，較CK增加13.6百分點(diǎn)；T2次之，平均成鈴率為44.1%，較CK增加11.0百分點(diǎn)。兩處理成鈴率較CK增幅均達(dá)顯著水平。T6位列第三，平均成鈴率為39.3%，較CK增加6.2百分點(diǎn)。而T5處理平均成鈴率為34.6%，較CK僅增1.5百分點(diǎn)。以T4處理成鈴率最低，僅為23.9%，較CK降低9.2百分點(diǎn)。2℃低溫保存分別至第3天后上、下午授粉的T7、T8兩處理的成鈴率仍分別達(dá)28.9%和26.4%，分別較CK降低4.2和6.7百分點(diǎn)。上述結(jié)果說明，恢復(fù)系花粉室溫放置過夜（夜間室內(nèi)溫度高于田間溫度）和短時(shí)間適當(dāng)高溫處理，可提高其活力。低溫保存可有效延長花粉活力，但在低溫條件下花粉活力受到抑制，授粉前需提前置于室溫一段時(shí)間或適當(dāng)高溫處理以恢復(fù)其活力。

表1 試驗(yàn)處理

就不同組合成鈴率來看，表現(xiàn)出較為一致的趨勢，但組合間仍有一定差異。以588A×31R組合不同處理成鈴率最為穩(wěn)定，在給當(dāng)日開花柱頭授粉的處理中除T4、T8處理成鈴率較CK略有降低外，其他處理成鈴率都有提高，其中，T2處理成鈴率達(dá)53.5%，較CK增加20.9百分點(diǎn)，達(dá)顯著水平。而666A×75R組合除T2、T3處理外，其他處理成鈴率較CK均大幅度降低。547A×75R組合除T2、T3處理成鈴率較對照提高外，T6處理成鈴率亦較CK提高了7.7百分點(diǎn)，其他處理成鈴率均有降低，但降幅小于666A×75R組合。后兩組合父本為同一恢復(fù)系，成鈴率的差異，反映了母本不育系的遺傳背景對成鈴的影響。

無論是當(dāng)日花粉，還是低溫保存處理花粉，給花后第2天的柱頭授粉，成鈴率都大幅降低。T9～T11處理3組合平均較CK降低22.9～28.1百分點(diǎn)，均達(dá)極顯著水平。以2℃低溫保存36 h、室溫放置至第3天下午授粉處理（T11）最低，2℃保存24h、室內(nèi)放置過夜至第3天上午授粉處理（T10）稍高。T10成鈴率略高于開花當(dāng)天恢復(fù)系花粉（T9）結(jié)果與前述花粉活力差異相吻合。3組合表現(xiàn)出高度的一致性，降幅均達(dá)顯著水平，其中547A×75R組合T11處理成鈴率僅為2.7%，較CK降低32.6百分點(diǎn)，差異極顯著。

3 討論與結(jié)論

前人研究表明，4℃低溫保存可有效延緩棉花花粉活力的下降速度[20-21]。本研究結(jié)果表明，2℃低溫保存可有效延長胞質(zhì)不育恢復(fù)系花粉活力，與前人對常規(guī)棉花粉活力的研究結(jié)果相一致。但本研究結(jié)果同時(shí)還表明，低溫條件下恢復(fù)系花粉活力受到抑制，恢復(fù)系花粉離體室溫放置過夜和室溫放置過夜加短時(shí)間適當(dāng)高溫（35℃）處理，可顯著提高恢復(fù)系花粉活力，這可能是由于棉花胞質(zhì)不育恢復(fù)系對溫度更加敏感，擬或是胞質(zhì)不育恢復(fù)系花粉發(fā)育成熟需要更高的積溫，有待于進(jìn)一步研究。

不同授粉處理的雜交結(jié)鈴率差異是雜交親本花粉與柱頭活力的綜合體現(xiàn)。景憶蓮等[18]研究表明，常規(guī)棉柱頭活力保持時(shí)間僅為1.5 d，開花當(dāng)天柱頭活力呈“不對稱雙峰”特征，9:30―10:30及15:30―16:30是柱頭活力旺盛時(shí)段。崔瑞敏等[19]研究表明，棉花柱頭在每天10時(shí)和16時(shí)活力最強(qiáng)。張昭偉等[22]對三系雜交棉親本花粉和柱頭活力研究表明，不育系柱頭活力可從開花當(dāng)天持續(xù)到第2天上午，開花當(dāng)天下午到第2天上午授粉仍可獲得一定的結(jié)鈴率。本研究結(jié)果表明，棉花胞質(zhì)不育系柱頭活力與前人對常規(guī)棉柱頭活力的研究結(jié)果基本一致，不論是用恢復(fù)系當(dāng)日花粉還是低溫保存花粉授粉，開花翌日不育系柱頭活力都極顯著低于開花當(dāng)日柱頭，但仍有9.9%和10.2%的成鈴率。利用2℃低溫保存36 h花粉授粉，不育系次日下午柱頭成鈴率仍達(dá)5.0%。

%

表2 不同花粉處理的成鈴率

利用棉花胞質(zhì)不育三系配套雜交制種，省去了人工剝花去雄過程，可大幅度減少制種用工，但在大規(guī)模雜交制種時(shí)，如同手工剝花去雄制種一樣，只是上午授粉制種，就會造成下午勞動(dòng)力閑置，不利于降低制種成本。本研究結(jié)果表明，通過低溫保存恢復(fù)系花粉，全天授粉制種是可行的，這可大幅提高勞動(dòng)效率，降低制種成本?；诒狙芯亢徒梃b前人研究結(jié)果，推薦胞質(zhì)不育“三系”雜交制種模式為：17時(shí)左右取下恢復(fù)系次日要開的花，分成兩份，其中一份置于室內(nèi)均勻攤放過夜，次日上午采粉、授粉。另一份則放入冰箱2℃下低溫保存，次日上午10時(shí)左右從冰箱中取出，置于室內(nèi)均勻攤放5～6 h，于下午4時(shí)左右采粉、授粉。如制種期間遇雨，當(dāng)日不能完成授粉，在勞動(dòng)力允許的情況下，可同時(shí)給開花次日的柱頭補(bǔ)授粉，以最大限度增加雜交成鈴，提高制種產(chǎn)量。

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