馬鈴薯雜交育種技術(shù)研究

王 丹， 張志成， 林團(tuán)榮， 于 卓

(1.集寧師范學(xué)院， 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000； 2.烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院， 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)， 呼和浩特 010019)

雜交育種是根據(jù)選育目標(biāo)來(lái)選擇優(yōu)良的親本，經(jīng)人工雜交將雙親的基因重新組合，并對(duì)雜交后代進(jìn)行篩選與鑒定，選育出優(yōu)良的新品種。親本的選配是雜交育種成敗的關(guān)鍵，因此，選用雙親基因型差異大、親緣關(guān)系遠(yuǎn)、配合力強(qiáng)的親本進(jìn)行雜交，充分應(yīng)用雜種優(yōu)勢(shì)是增加育種概率的有效途徑。目前，雜交育種是主要的品種選育方法之一[1-3]。

馬鈴薯(SolanumtuberosunL.)栽培在中國(guó)歷史上已有400多年，世界各國(guó)都有栽種[4-5]。2017年，我國(guó)馬鈴薯栽種面積約577萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量超過(guò)1億t，居世界首位[6]。李克強(qiáng)總理在2019年2月1日—2月2日在內(nèi)蒙古烏蘭察布市考察時(shí)強(qiáng)調(diào)：“馬鈴薯主糧化很有發(fā)展，要結(jié)合我國(guó)‘鐮刀彎’地區(qū)調(diào)減玉米面積策略，研究支持農(nóng)民擴(kuò)大栽種品質(zhì)好、有優(yōu)勢(shì)的馬鈴薯，發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)，助力脫貧攻堅(jiān)”。內(nèi)蒙古自治區(qū)主席2019年2月11日到烏蘭察布市考察馬鈴薯發(fā)展時(shí)指出：要立足馬鈴薯主糧化方向，深入推進(jìn)馬鈴薯全產(chǎn)業(yè)鏈，探索實(shí)施馬鈴薯的種植補(bǔ)貼試點(diǎn)，提升“烏蘭察布市馬鈴薯”品牌的影響力和價(jià)值。

選育馬鈴薯新品種是改善烏蘭察布市馬鈴薯品種單一特性的重要途徑，而雜交育種是目前我國(guó)乃至世界馬鈴薯新品種選育的重要方法之一，因此掌握馬鈴薯雜交授粉技術(shù)是提高馬鈴薯雜交結(jié)實(shí)率的重要環(huán)節(jié)，但是目前關(guān)于通過(guò)改良雜交育種方法來(lái)提高結(jié)實(shí)率的報(bào)道較少。因此，本研究將資料查閱和大田實(shí)踐相結(jié)合提出幾種切實(shí)可行且經(jīng)實(shí)踐可明顯提高坐果率的雜交方法，為馬鈴薯新品種選育奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可給其他馬鈴薯育種工作者提供參考。

1 馬鈴薯雜交育種程序

1.1 優(yōu)良親本的配制

根據(jù)市場(chǎng)需求制定雜交育種方案，明確選育品種的目標(biāo)性狀，選擇兩個(gè)優(yōu)良的互補(bǔ)親本對(duì)培育新品種至關(guān)重要[7]，往往是基于它們的表型性狀，如塊莖形狀，芽眼深淺，皮色和肉色等。馬鈴薯雜交時(shí)部分品種雄性不育，如克新1號(hào)，不適合作為父本。但是一個(gè)品種是否雄性不育通常需要試驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)一個(gè)父本與多個(gè)不同母本雜交后仍然不能成功，那么這個(gè)父本很可能是雄性不育。馬鈴薯的雌性不育非常罕見(jiàn)，無(wú)花或極少開(kāi)花的品種是很少用于育種計(jì)劃的。育種方案作為所有可能雜交組合的概述和整個(gè)雜交過(guò)程的指南，雜交計(jì)劃里應(yīng)確定每個(gè)親本的種植株數(shù)，溫室空間的面積等。雜交計(jì)劃是配制雜交組合的基礎(chǔ)[8]。

1.2 雜交方法

1.2.1大田雜交

大田雜交是雜交常用的一種方式，由于早晨開(kāi)放的花冠可能會(huì)沾有清晨的露水，下午部分花冠就會(huì)關(guān)閉，為提高雜交結(jié)實(shí)率，避免被大黃蜂自然授粉，應(yīng)在10：00時(shí)前進(jìn)行雜交授粉。

1.2.2溫室雜交

溫室雜交的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)植株不受惡劣天氣和害蟲(chóng)等因素的影響，同時(shí)可以調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和空氣濕度。溫度和濕度是影響雜交成功至關(guān)重要的因素，溫度應(yīng)低于25 ℃，當(dāng)溫度太高時(shí)，已授粉的花朵通常會(huì)凋落；相對(duì)濕度也不應(yīng)太低，在炎熱的天氣做雜交時(shí)，應(yīng)適當(dāng)在溫室的地面灑水。若無(wú)條件在溫室雜交，應(yīng)選擇合適的溫度和濕度條件下來(lái)進(jìn)行雜交，可提高雜交的結(jié)實(shí)率。

1.2.3網(wǎng)室雜交

網(wǎng)室雜交目前是使用上比較方面的一種雜交方式，它既可以緩解溫室溫度的影響，又可以避免惡劣天氣和害蟲(chóng)(主要以大黃蜂為主)等因素的影響。目前在網(wǎng)棚上加一層遮雨布，可以解決雜交后雨水的影響，可通過(guò)噴水增加網(wǎng)室的濕度來(lái)增加雜交結(jié)實(shí)率。

1.3 親本的種植

根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒o(wú)霜期及雜交方式等情況來(lái)確定種植時(shí)間，若溫室雜交可以適當(dāng)提前種植。塊莖最好播種到容積至少20 L的花盆或桶內(nèi)，可每年更換土壤從而避免病原菌的傳播。

親本種植時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：塊莖種植時(shí)應(yīng)做好標(biāo)記，以防種植位置錯(cuò)誤；通過(guò)在容器上方放置硬質(zhì)營(yíng)養(yǎng)缽的方法抑制塊莖的形成促進(jìn)地上部分生長(zhǎng)，促使親本最大程度的開(kāi)花，如生成氣生薯，將其拔出即可；因溫室溫度較高，待植株長(zhǎng)到一定高度時(shí)應(yīng)及時(shí)用支架支撐；為使花和漿果發(fā)育良好，冠層應(yīng)保持開(kāi)展，可以保留少量分枝，但應(yīng)將葉腋新發(fā)的芽去除。當(dāng)植株不能在溫室但可以在大田開(kāi)花時(shí)，雜交可以在田間進(jìn)行，或者可以把花帶到室內(nèi)進(jìn)行；當(dāng)植株用作母本時(shí)，帶花的主莖上應(yīng)保留1～2個(gè)葉片，植株用作父本，只需摘下花朵收集花粉即可[9]。

1.4 花粉的采集

清晨07：00時(shí)左右采摘父本花蕾，通過(guò)改裝的電動(dòng)牙刷振動(dòng)花藥，把花粉收集到離心管中。部分育種者用食指輕敲花藥，讓花粉落在拇指的指甲上，直接對(duì)柱頭進(jìn)行授粉。為了防止花粉混雜，在每個(gè)父本采集完花粉后，應(yīng)及時(shí)清洗振動(dòng)器、拇指及玻璃容器。

1.5 花粉的保存

采集的花粉在-20 ℃條件下能保持活力一至三年。若短期使用，則置于4 ℃條件下保存，放置花粉的離心管上應(yīng)標(biāo)注父本的編號(hào)和保存日期?；ǚ蹆?chǔ)存有利于雜交組合配制，尤其適用于父本和母本花期不遇的時(shí)候。

1.6 去 雄

馬鈴薯為自花授粉作物，不同品種的自交程度不同，在一定程度上取決于柱頭和花藥之間的距離，通常自花受精的后代缺乏優(yōu)勢(shì)和活力，在篩選早期就會(huì)被淘汰。

去雄是保證雜交順利進(jìn)行的重要步驟，去雄的最佳時(shí)間為開(kāi)花前1～2 d，這時(shí)花藥未成熟且花蕾較大，用鑷子將花瓣打開(kāi)，小心夾除花藥即可。

1.7 授 粉

授粉在去雄后1～2 d且花朵完全開(kāi)放時(shí)進(jìn)行，成功概率較高，因?yàn)榛ü谠谖绾髸?huì)再次關(guān)閉，從而阻礙授粉。雜交時(shí)將柱頭輕輕伸入采集有花粉的離心管中，沾滿花粉即可。

授粉時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：每更換1次父本花粉，應(yīng)使用干凈的容器(或拇指指甲)防止混雜；授粉后要掛標(biāo)有雜交代碼的標(biāo)簽，一個(gè)花序最好只使用同一個(gè)父本授粉，以避免雜交組合的混雜；由于花蕾開(kāi)放時(shí)間不同，相同組合可以在幾天后重復(fù)授粉以生產(chǎn)足夠的漿果；同一花序最好雜交4～6朵花，可提高受精概率；后期為防止?jié){果脫落可用網(wǎng)袋將其套住。

1.8 數(shù)據(jù)的記錄

數(shù)據(jù)記錄包括雜交組合名稱、編號(hào)、親本、雜交日期、雜交編碼、花數(shù)、雜交花數(shù)、漿果數(shù)及每個(gè)雜交組合得到的種子數(shù)以完成雜交記錄。每個(gè)育種者可以建立自己的記錄方法，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。所有記錄的信息均可幫助分析雜交結(jié)果，從而建立起個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和洞察力。

1.9 漿果的收集

漿果在花序最后一次授粉后六周收獲，讓種子有足夠的時(shí)間發(fā)育成熟，但是要防止?jié){果腐爛，以免降低種子的質(zhì)量并使種子收集更為困難。收獲時(shí)漿果連著網(wǎng)袋從植株上取下，同時(shí)確保附上記有編號(hào)和雜交親本名稱的標(biāo)簽，漿果可在冷藏庫(kù)中貯存一段時(shí)間，如果早收獲或貯存過(guò)程中發(fā)現(xiàn)任何腐爛或非常柔軟的漿果時(shí)應(yīng)立即清洗漿果收集種子。

1.10 種子的收集

當(dāng)漿果變軟時(shí)說(shuō)明已充分成熟即可收集種子，相同雜交組合的漿果可一并處理。漿果用水沖洗擠出種子，當(dāng)種子沉到容器底部時(shí)將果肉和果皮小心去除[10]，不停換水過(guò)濾直到僅剩下水和種子后，通過(guò)小篩濾除種子周圍的粘液，在濾紙或過(guò)濾器上晾干，然后用信封袋(紙，塑料)保存種子，同時(shí)放入標(biāo)有雜交組合代碼、儲(chǔ)存時(shí)間的標(biāo)簽。大多數(shù)種子在密封的容器內(nèi)保存十年后仍能發(fā)芽。

2 展 望

2.1 雜交授粉技術(shù)的更新改良

近年來(lái)，由于馬鈴薯品種更新?lián)Q代較快，黃皮黃肉品種具有非常大的受眾市場(chǎng)，但馬鈴薯受人為選擇因素和生態(tài)環(huán)境影響較大，野生種和老品種不斷被淘汰，使得馬鈴薯遺傳基礎(chǔ)越來(lái)越狹窄[11]，總體上仍然處于品種匱乏狀態(tài)，因此新品種的選育一直是育種者工作的重中之重。雖然生物技術(shù)育種發(fā)展迅速，但是引種鑒定、實(shí)生種育種、雜交育種仍然是馬鈴薯新品種選育的主要方法之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自開(kāi)展馬鈴薯雜交育種工作以來(lái)共選育出100多個(gè)新品種，克新、高原、壩薯、中薯、晉薯、鄂薯、春薯、鄭薯、隴薯、青薯系列品種的育成推廣在我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用[12-15]，除了親本選配外，雜交授粉技術(shù)的掌握至關(guān)重要，隨著不斷地探索和發(fā)掘改良雜交技術(shù)，從而提高雜交結(jié)實(shí)率在馬鈴薯新品種選育中非常關(guān)鍵。

2.2 加強(qiáng)傳統(tǒng)育種與生物技術(shù)的結(jié)合

在馬鈴薯育種工作中，適當(dāng)結(jié)合生物技術(shù)育種方法，可提高馬鈴薯新品種選育進(jìn)程[16-18]。較傳統(tǒng)育種相比，生物技術(shù)能夠?qū)χ参锬繕?biāo)特征進(jìn)行定向選擇，縮短育種年限，為育種工作者開(kāi)拓新思路，提供新方法。根據(jù)育種目標(biāo)有針對(duì)性地采用細(xì)胞工程、基因工程和分子輔助育種等手段和傳統(tǒng)育種相結(jié)合，培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的專用型新品種[19-20]。