低溫處理對(duì)玉米自交系A(chǔ)S-599花粉生活力的影響

任明剛 李春紅 趙艷花 張 毅 唐 谷 汪朝明 劉開鋒

（1貴州省安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安順 561000；2貴州省碧江區(qū)壩黃農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，銅仁 554307）

為加快種質(zhì)資源創(chuàng)新利用，各育種單位都在不斷引進(jìn)各類型玉米種質(zhì)資源。我國(guó)自20世紀(jì)80年代后期從美國(guó)先鋒公司引進(jìn)PN78599玉米雜交種以來[1]，其高抗、持綠性好、綜合農(nóng)藝性狀好等特點(diǎn)很快被國(guó)內(nèi)研究者重視，以此為基礎(chǔ)群體，直接或間接選育出了一批優(yōu)良自交系，并很快成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的遺傳種質(zhì)類群被應(yīng)用研究，利用PN78599選系和衍生系組配出通過國(guó)家和省級(jí)農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定的玉米品種100多個(gè)，累計(jì)推廣面積已超過1333萬hm2，已成為我國(guó)玉米遺傳的重要骨干自交系之一[2-3]。近年來，貴州省加大對(duì)溫帶種質(zhì)PN78599及改良系的利用和研究[4-8]，以 PN78599×Suwan、PN78599× 改 良 Reid以 及PN78599×地方種質(zhì)為主要雜優(yōu)模式，先后選育出了惠玉0806、山玉7號(hào)、金玉818、黔興10號(hào)、貴農(nóng)玉008、畢單19號(hào)、畢單17號(hào)、順單6號(hào)等多個(gè)優(yōu)良品種并大面積推廣應(yīng)用。根據(jù)貴州近幾年的氣候變化情況，每年4月中旬到5月中旬均出現(xiàn)不同程度的持續(xù)干旱后又連續(xù)降雨的氣候現(xiàn)象，玉米制種過程中，時(shí)間隔離方法受該氣候影響，造成花期不協(xié)調(diào)，父本開花比母本吐絲早，此時(shí)，可以通過采取父本花粉短期保存或促使母本吐絲提前等措施完成制種工作。本研究以利用PN78599改良育成的自交系A(chǔ)S-599為試驗(yàn)材料，研究其花粉在室內(nèi)低溫處理后的生活力持續(xù)時(shí)間的變化規(guī)律，為雜交種制種過程中花粉短期保存方法提供理論依據(jù)，解決大田制種中父本散粉比母本吐絲早或花期相遇不理想的實(shí)際問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及地點(diǎn) （1）試驗(yàn)材料：玉米自交系A(chǔ)S-599，系貴州省安順市農(nóng)科院利用PN78599改良育成；試驗(yàn)冰箱為海爾BCD-130EN冰箱。（2）試驗(yàn)地點(diǎn)：試驗(yàn)材料種植于安順市農(nóng)科院科研試驗(yàn)旱地，海拔1395m，年降雨量1300mm，土壤類型為黃壤，前茬為綠肥，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 對(duì)田間采集的玉米花粉在室內(nèi)設(shè)不同溫度和時(shí)間2個(gè)因素儲(chǔ)存處理，溫度（A）設(shè)1℃（A1）、3℃（A2）、5℃（A3）、7℃（A4）4 個(gè)水 平，時(shí) 間（B）設(shè) 2d（B1）、4d（B2）、6d（B3）、8d（B4）、10d（B5）5個(gè)水平，共20個(gè)處理；設(shè)3個(gè)對(duì)照（CK），對(duì)照1（CK1）為新鮮花粉人工授粉，對(duì)照2（CK2）為空白，即只給雌穗套袋不授粉，對(duì)照3（CK3）為玉米花粉在室內(nèi)常溫（25℃）保存2d后人工授粉。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法 （1）供試植株準(zhǔn)備與選擇。為保證供試植株數(shù)量和其花絲處于最具活力狀態(tài)，供試種子分3期播種，每期相隔5d播種，每期播種10行，行長(zhǎng)5m、寬0.8m，第1期播種時(shí)間為2016年4月27日。出苗后10d間苗，每行留20株，株距為25cm。吐絲期選擇生長(zhǎng)一致、吐絲整齊的植株，每個(gè)播期選擇75株將雌穗套袋。

（2）花粉收集與低溫處理。自雄穗散粉開始，選擇氣溫大于20℃的多云或晴天天氣采集花粉。采粉當(dāng)天上午9：00，先抖去雄穗上的花粉，再于9：30開始用羊皮紙袋采集新鮮花粉，用1.5mL離心管量取1.5mL新鮮花粉給1個(gè)雌穗授粉（CK1，重復(fù)3株），其余花粉混合均勻后分裝成21袋，每袋花粉量15mL；然后分別置于按試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)好溫度的4個(gè)冰箱中的泡沫盒內(nèi)（不加蓋）進(jìn)行冷藏處理。

（3）授粉。將經(jīng)過低溫處理后的花粉置于泡沫盒中（加蓋）帶至大田，用1.5mL離心管量取1.5mL花粉給1個(gè)套袋且吐絲的雌穗授粉（每個(gè)處理重復(fù)3次，要求重復(fù)間雌穗吐絲情況一致或相近），然后套袋。

（4）調(diào)查記載內(nèi)容。玉米成熟后按處理及時(shí)收獲，帶回室內(nèi)，自然風(fēng)干后考查每穗穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重。以新鮮花粉授粉果穗的結(jié)實(shí)數(shù)為對(duì)照，計(jì)算各處理的結(jié)實(shí)率。結(jié)實(shí)率=處理結(jié)實(shí)數(shù)/對(duì)照結(jié)實(shí)數(shù)×100%。

（5）發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率測(cè)定。育秧盤（規(guī)格為30cm×50cm）裝滿細(xì)土，將隨機(jī)抽取的玉米種子整齊擺放于細(xì)土中層，每個(gè)育秧盤播種50粒，每個(gè)處理播3個(gè)育秧盤（3次重復(fù)），每天灑水1次（適量），并記載發(fā)芽數(shù)，測(cè)定發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。發(fā)芽勢(shì)=（3d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/試驗(yàn)種子數(shù)）×100%，發(fā)芽率=（7d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/試驗(yàn)種子數(shù)）×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)照結(jié)實(shí)統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)結(jié)果顯示，玉米自交系A(chǔ)S-599的新鮮花粉人工授粉（CK1）的穗粒數(shù)為340.67粒，百粒重為35.84g，單穗粒重為118.53g，發(fā)芽勢(shì)為96%，發(fā)芽率為98%，說明試驗(yàn)所選植株雌花和新鮮花粉生活力強(qiáng)，果穗結(jié)實(shí)飽滿，種子發(fā)芽率高?？瞻讓?duì)照（CK2）不結(jié)實(shí)，表明試驗(yàn)不存在其他外源花粉干擾，花粉低溫處理后再人工授粉所結(jié)實(shí)子粒均為試驗(yàn)處理結(jié)實(shí)。室內(nèi)常溫（25℃）保存（CK3）不結(jié)實(shí)，表明花粉常溫保存2d，花粉已經(jīng)失去生活力。

2.2 玉米自交系花粉低溫處理后子粒產(chǎn)量 由表1可以看出，玉米自交系A(chǔ)S-599的花粉經(jīng)不同低溫處理（A）后再人工授粉，其穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重和結(jié)實(shí)率差異較大。在低溫處理2～10d的相同處理時(shí)間（B）條件下，穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重、結(jié)實(shí)率均先隨處理溫度提高而增加，并以A2（3℃）處理為最高，然后隨處理溫度提高而減少，呈拋物線變化，從高至低為 A2＞A3＞A1＞A4。在1～7℃的相同處理溫度（A）條件下，穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重均隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減少，從高至低為 B1＞B2＞B3＞B4＞B5，以 B1（2d）處理的穗粒數(shù)最多，百粒重和穗粒重也最高。在3℃條件下保存2d（A2B1）處理的穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重分別為333.67粒、35.79g、118.28g，分別較對(duì)照減少2.1%、0.1%、0.2%，是20個(gè)處理中結(jié)實(shí)情況表現(xiàn)最佳的處理；其次是在5℃條件下保存2d（A3B1）處理，其百粒重、穗粒重均與對(duì)照差異不顯著，但穗粒數(shù)較對(duì)照極顯著減少；第三是在3℃條件下保存4d（A2B2）處理，其穗粒數(shù)為259.67粒，為對(duì)照的76%；百粒重、穗粒重分別為31.28g、82.88g，是對(duì)照的87.3%和69.9%。其余處理的穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重均較對(duì)照明顯減少，其中A4、B4、B5條件下的處理基本不能正常結(jié)實(shí)。

表1 玉米自交系A(chǔ)S-599花粉低溫處理后子粒性狀表現(xiàn)

綜上所述，自交系A(chǔ)S-599的花粉在3～5℃下存放2d，或在3℃下存放2～4d，花粉仍具有較高生活力，能夠正常結(jié)實(shí)，百粒重可達(dá)對(duì)照的70%以上，穗粒重能達(dá)到對(duì)照的70%以上。

2.3 低溫處理對(duì)玉米自交系結(jié)實(shí)率的影響 根據(jù)表1得出，玉米自交系A(chǔ)S-599的花粉經(jīng)低溫處理后，結(jié)實(shí)率均低于對(duì)照，不同處理間結(jié)實(shí)率差異較大。試驗(yàn)結(jié)果顯示，穗粒數(shù)最多的處理是A2B1，穗粒數(shù)為333.67粒，結(jié)實(shí)率達(dá)97.99%，較對(duì)照差異不顯著；其次為A3B1，穗粒數(shù)為308.67粒，結(jié)實(shí)率達(dá)90.61%，較對(duì)照差異極顯著。在相同低溫環(huán)境下，隨儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)增加，結(jié)實(shí)率極顯著降低；在相同儲(chǔ)存時(shí)長(zhǎng)條件下，隨儲(chǔ)存溫度降低，結(jié)實(shí)率以3℃（A2）為頂點(diǎn)呈先增后減的拋物線變化，處理間差異顯著。說明在1～7℃低溫環(huán)境下儲(chǔ)存玉米花粉，其生活力持續(xù)時(shí)間受儲(chǔ)存時(shí)間影響較大，儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，玉米花粉生活力越低，花粉在3～5℃條件下儲(chǔ)存時(shí)間以不超過2d為最佳。

2.4 低溫處理玉米自交系花粉后其子粒發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率變化 通過對(duì)不同處理產(chǎn)生結(jié)實(shí)的種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，結(jié)果見表2。玉米自交系A(chǔ)S-599的花粉在1～5℃下保存2d，其種子發(fā)芽率均能達(dá)到97%以上，發(fā)芽勢(shì)能達(dá)95%以上；在3～5℃下保存2～4d，其結(jié)實(shí)種子發(fā)芽率均達(dá)86%，最高達(dá)98%，發(fā)芽勢(shì)達(dá)84%。說明其種子質(zhì)量達(dá)到國(guó)家對(duì)玉米種子質(zhì)量的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同低溫處理結(jié)實(shí)子粒發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率

3 結(jié)論與討論

花粉低溫保存是在目標(biāo)父本散粉時(shí)間比目標(biāo)母本雌花吐絲時(shí)間早的情況下采取的臨時(shí)儲(chǔ)存方式。從具有溫帶血緣的PN78599群體中選育的玉米遺傳材料AS-599，作為目標(biāo)父本，在播種至出苗期遇到持續(xù)干旱后又持續(xù)降雨天氣情況，難免出現(xiàn)與目標(biāo)母本花期不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，即使在1～7℃的低溫條件下，玉米自交系A(chǔ)S-599的花粉也不能夠長(zhǎng)期保存，溫度也并非越低越好。保存溫度對(duì)結(jié)實(shí)率的影響從小到大表現(xiàn)為3℃＞5℃＞1℃＞7℃；在相同低溫環(huán)境下，保存時(shí)間越長(zhǎng)，花粉生活力越低，其結(jié)實(shí)率越低，種子質(zhì)量越差。在本研究中，AS-599花粉在3℃條件下保存2d，經(jīng)人工授粉后，仍能產(chǎn)生有效結(jié)實(shí)，與新鮮花粉產(chǎn)生結(jié)實(shí)的穗粒數(shù)差異不顯著，且種子發(fā)芽率在95%以上，符合國(guó)家對(duì)玉米種子質(zhì)量的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求。在制種或遺傳改良過程中，若遇到花期不協(xié)調(diào)，目標(biāo)父本花粉較目標(biāo)母本雌花吐絲早的情況，可以將新鮮花粉在3℃條件下保存2d后再人工授粉，對(duì)結(jié)實(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大影響，但單位容積有效保存量還有待進(jìn)一步深入研究。