玉米自交系K365、K143和K115的花絲和花粉活力評價

賀 振，周 潔，柯永培，余學(xué)杰，周家偉，張詠紅，石海春*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，成都 611130；2.四川正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司，成都 610213；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第四師71團農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆伊犁 835801）

玉米自交系花絲和花粉活力高低及持續(xù)時間長短，不僅是保障玉米正常受精結(jié)實的關(guān)鍵因子，也對玉米育種雜交授粉和種子生產(chǎn)過程中制定花期調(diào)節(jié)措施等均具有重要的實踐指導(dǎo)意義[1-4]。研究表明玉米花絲和花粉活力隨著日齡的增加而逐漸下降，其活力維持時間主要與環(huán)境條件如溫度[5-8]、大氣濕度[9-10]和自身遺傳物質(zhì)[11-13]有關(guān)，不同自交系之間差異較大[14-15]，因此為更好地指導(dǎo)不同自交系的生產(chǎn)應(yīng)用，研究明確它們的花絲和花粉活力狀況十分重要。自交系K365、K143和K115是四川正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司（以下簡稱公司）新選育的骨干自交系，目前已培育出正紅431和正紅818等突破性強優(yōu)勢玉米新品種通過西南國審，研究這3個自交系不同日齡花絲和花粉的生理活性及結(jié)實率的變化進(jìn)而明確活力狀況，可為相應(yīng)雜交種的種子生產(chǎn)技術(shù)制定及后續(xù)新品種選育過程中雜交授粉提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗選用四川正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供的3個玉米骨干自交系K365、K143和K115。

1.2 試驗方法

2020年春季將試驗材料種植在公司四川成都育種基地，種植規(guī)模800株，密度48 000株/km2，室內(nèi)測定在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)完成。

花絲活力測定：選取3個自交系長勢一致的植株套袋、掛牌，標(biāo)識每個套袋植株的抽絲期，并于抽絲的第2天開始（即日齡1 d），每天同一時間采集新鮮花粉，分別為3個自交系授粉，每次授粉5株，持續(xù)14 d，收獲時統(tǒng)計結(jié)實情況，結(jié)實率=試驗株平均穗粒數(shù)/自然正常授粉株平均穗粒數(shù)×100%；另外連續(xù)14 d采集3個自交系套袋花絲，于實驗室內(nèi)測定花絲的丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性變化趨勢，其測定方法參照熊慶娥[16]7編著的《植物生理學(xué)試驗教程》。

花粉活力測定：一次性采集3個自交系的新鮮花粉保存，從取粉的當(dāng)天始，連續(xù)3 d同一時間段分別與整齊一致的新鮮花絲授粉，每次授粉5株，收獲時統(tǒng)計結(jié)實情況；另外，連續(xù)3 d在實驗室測定3個自交系花粉的SOD、POD以及MDA的含量變化趨勢。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)并作圖，采用SPSS 25進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同日齡花絲結(jié)實率與生理活性物質(zhì)的分析

2.1.1 不同日齡花絲結(jié)實率比較

不同日齡條件下3個玉米自交系花絲的結(jié)實率變化情況見表1。可見隨著日齡的增加，玉米自交系結(jié)實率逐漸下降，但變化速率各不相同。具體表現(xiàn)為：自交系K365抽絲的第2～4天，花絲的結(jié)實率最高，可達(dá)96%以上，抽絲的第5～7天，結(jié)實率依然可維持70%以上；從抽絲的第8天開始，結(jié)實率開始明顯下降，直到第15天結(jié)實率為0。自交系K115抽絲的第2天，花絲的結(jié)實率最高，但在抽絲的第3～7天，花絲的結(jié)實率差異不大，可達(dá)80%以上；從抽絲的第8天開始，花絲的結(jié)實率明顯開始下降，直到第15天趨近為0。自交系K143抽絲的第2～3天，花絲結(jié)實率最高，與自然授粉結(jié)實率一致；抽絲的第4～5天，結(jié)實率較高，可達(dá)80%左右，從第6天開始明顯下降，到第9天開始結(jié)實率就趨近于0。

表1 3個玉米自交系不同日齡花絲結(jié)實率的多重比較Table 1 Multiple comparison of seed setting rate of three maize inbred lines at different ages

2.1.2 不同日齡花絲丙二醛含量變化

不同日齡條件下3個自交系花絲MDA含量變化情況見表2?？梢婋S著日齡的增加，3個玉米自交系花絲中MDA含量均呈先增加后下降的趨勢，3個自交系花絲MDA含量均在抽絲的第6天時含量達(dá)到最大，隨后自交系K143花絲MDA含量于第10天下降到較低水平，自交系K115花絲MDA含量緩慢下降，在第14天時還有較高含量，自交系K365花絲MDA含量達(dá)到最高水平后快速下降，最終在較低水平下上下波動，相較于自交系K115、K143來說，自交系K365花絲MDA含量整體處于較低水平。

表2 3個玉米自交系不同日齡花絲POD活性的多重比較Table 2 Multiple comparison of POD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.1.3 不同日齡花絲過氧化物酶活性變化

不同日齡條件下3個自交系花絲POD活性變化情況見表3?？梢?個玉米自交系不同日齡花絲POD活性大致可以分為兩個階段。第一階段為抽絲后第2天至第7天，花絲POD活性微上升后下降，最終于第7天POD活性上升到較高狀態(tài)；第二階段為抽絲后第8至第15天，花絲POD活性呈波動上升狀態(tài)。

表3 3個玉米自交系不同日齡花絲POD活性的多重比較Table 3 Multiple comparison of POD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.1.4 不同日齡花絲過氧化物歧化酶活性變化

不同日齡條件下3個自交系花絲SOD活性變化情況見表4。可見隨著日齡的增加，自交系K365、K143花絲SOD活力呈單峰變化，自交系K115花絲SOD活力呈雙峰變化。K365花絲SOD活性于抽絲的第9天達(dá)到最大值，隨后酶活性快速下降，在第13天時下降到較低水平。K143花絲SOD活性于抽絲的第6天達(dá)到最大值，在第9天時酶活性開始明顯下降。K115花絲SOD活性在抽絲的第6天和第12天達(dá)到最大值，最終花絲SOD活性維持在較高水平。

表4 3個玉米自交系不同日齡花絲SOD活性的多重比較Table 4 Multiple comparison of SOD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.2 不同日齡花粉結(jié)實率與生理活性物質(zhì)的分析

在四川成都高溫高濕條件下，用K365、K115、K143這3個自交系的花粉授粉，其取粉當(dāng)天授粉的結(jié)實率分別為96.0%、84.0%和98.0%，但取粉在室內(nèi)自然保存至第2天和第3天再授粉，其結(jié)實率均為0，表明這3個玉米自交系的花粉活力保持時間在高溫高濕條件下，保持時間較短，不宜將花粉保存時間太長再授粉，雜交種子生產(chǎn)宜安排在低濕區(qū)域。

3個自交系不同日齡花粉的生理活性物質(zhì)測定結(jié)果見表5。可見隨著日齡的增加，3個玉米自交系花粉POD活性急劇下降，于取粉后3天活性完全喪失；自交系K365、K143花粉MDA含量呈下降趨勢，而K115花粉MDA含量呈先上升后下降趨勢，在取粉后3天3個玉米自交系花粉MDA含量均處在較低水平；3個自交系花粉SOD的活性也呈急劇下降趨勢，其中自交系K365、K115花粉活性于取粉后3 d完全喪失，而自交系K143還有較低活性。

表5 不同日齡花粉POD、MDA、SOD活性Table 5 POD、MDA and SOD vigor of pollen at different ages

3 結(jié)論與討論

3.1 玉米花絲花粉活力測定方法

目前常用的花粉活力檢測方法主要有離體萌發(fā)法、染色法和授粉法3類。其離體萌發(fā)法是將花粉在培養(yǎng)基上萌發(fā)，用顯微鏡觀察花粉的萌發(fā)率，易受培養(yǎng)溫度、營養(yǎng)物質(zhì)和礦質(zhì)元素等條件影響，但大量研究表明仍是最準(zhǔn)確有效的方法[17-20]；染色法是以花粉細(xì)胞各種活性物質(zhì)或細(xì)胞膜通透性與完整性為基礎(chǔ)，利用針對性的染液或觀測手段對花粉活力進(jìn)行間接檢測，其適用性和準(zhǔn)確性在物種之間存在極大差異[21-23]；授粉法則是根據(jù)花粉在柱頭上的萌發(fā)情況或通過結(jié)實情況來判斷花粉活性，結(jié)果比較準(zhǔn)確[24-25]。對于花絲活力的檢測方法，目前基本采用測定結(jié)實數(shù)/結(jié)實率的方法，于康珂[25]研究表明TTC染色法也可以很好地反映花絲活力。本研究采用授粉法以及測定生理活性物質(zhì)（MDA、POD、SOD）活性相結(jié)合的方法來判斷花絲、花粉活力，表明授粉法能夠直接準(zhǔn)確的反應(yīng)花絲花粉活力狀況，與其生理活性物質(zhì)的活性變化規(guī)律基本一致。

3.2 3個玉米自交系花絲活性

關(guān)于玉米花絲活力的研究，前人進(jìn)行了許多研究，但大部分研究內(nèi)容為環(huán)境條件如溫度、濕度和遺傳物質(zhì)等對花絲活力的影響[26-29]，其主要目的是對玉米雜交種授粉結(jié)實能力進(jìn)行評價，從而更好地為生產(chǎn)商品玉米服務(wù)，如王良發(fā)等[30]研究發(fā)現(xiàn)“浚單29”“浚單 3136”和“浚單 509”3 個玉米品種花絲活力轉(zhuǎn)折點為抽絲后第4天，李長建等[31]發(fā)現(xiàn)“浚單518”在抽絲后第2天是花絲活力的轉(zhuǎn)折點，“永優(yōu)618”在抽絲后第3天是花絲活力的轉(zhuǎn)折點。本研究以玉米自交系為材料，通過不同日齡花絲結(jié)實率與生理活性物質(zhì)變化的綜合分析可知，自交系K365、K143和K115花絲活力的轉(zhuǎn)折點分別在抽絲的第8、6和8天，表明其花絲活力的維持時間相對較長。應(yīng)用上表明，在種子生產(chǎn)過程中，花期調(diào)節(jié)的難度系數(shù)較低；在雜交授粉過程中，為保障結(jié)實率高及收獲種子的質(zhì)量，可分別在抽絲后的第8、6和8天之前完成授粉，效果較好。

3.3 3個玉米自交系花粉活力

玉米花粉活力隨著日齡的增加逐漸降低，宋方威等[22]研究發(fā)現(xiàn)25℃室溫條件下HY、CC等10個玉米自交系在 8 h后基本喪失活力；侯有良等[3]研究發(fā)現(xiàn)玉米自交系W314、3259和Q318花粉2 h以內(nèi)活性最好，結(jié)實率最高，花粉經(jīng)常溫保存26 h后仍有1.2%～3.4%的存活率。本研究以3個玉米自交系為材料，通過不同日齡花粉結(jié)實率與生理活性物質(zhì)的綜合分析表明，在四川高溫高濕條件下花粉活力持續(xù)時間在24 h以內(nèi)，超過24 h花粉將不再具有受精能力，表明在雜交授粉過程中，取當(dāng)天散出的新花粉效果較好；在雜交種子生產(chǎn)過程中，堅持“母等父”的原則，更能保障授粉結(jié)實率。

3.4 結(jié)論

自交系K365、K143和K115花絲活力的轉(zhuǎn)折點分別在抽絲的第8、6和8天，在四川成都高溫高濕條件下其花粉活力持續(xù)時間在24 h以內(nèi)。