提高馬鈴薯開花結(jié)實率的技術(shù)研究進展

吳 靜 楊小華 喬冰潔 徐寶連 王佃強

（1 濟寧市農(nóng)業(yè)科學研究院，山東濟寧 272131；2 山東省鄒城市看莊鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，鄒城 273502）

我國是馬鈴薯生產(chǎn)大國，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。自馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略實施以來，馬鈴薯已成為繼水稻、小麥、玉米之后我國的第四大糧食作物，對于糧食安全而言，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。然而馬鈴薯發(fā)展的基礎(chǔ)是優(yōu)良的品種，尤其隨著社會需求的提高，對馬鈴薯品種的多元化要求越來越高，馬鈴薯育種工作迫在眉睫。細胞工程和基因工程的快速發(fā)展，在馬鈴薯種質(zhì)資源的拓寬和改良上起到了作用，但常規(guī)育種仍然是目前馬鈴薯育種的主要方法[1-3]。常規(guī)育種的關(guān)鍵是雜交技術(shù)，馬鈴薯是自花授粉作物，結(jié)實率低是馬鈴薯雜交的關(guān)鍵問題。在馬鈴薯雜交育種工作中，常出現(xiàn)親本不開花、花朵發(fā)育不良、落花落果等現(xiàn)象，致使馬鈴薯的雜交坐果率只有2%左右，馬鈴薯的開花習性、花粉孕性、結(jié)實率等與遺傳因素有關(guān)，但受環(huán)境條件的影響更大。近年來，國內(nèi)外專家通過植物激素的調(diào)節(jié)、栽培方法的改進、雜交技術(shù)的改變等多方面研究對馬鈴薯開花結(jié)實率的影響，以期研究出提高馬鈴薯開花結(jié)實率的技術(shù)。通過查閱文獻資料，針對馬鈴薯開花結(jié)實率低的問題概述能提高馬鈴薯開花結(jié)實率的技術(shù)研究進展，為馬鈴薯育種者提供技術(shù)參考[4-5]。

1 馬鈴薯開花結(jié)實率低的原因

1.1 馬鈴薯開花習性馬鈴薯的開花習性對其結(jié)實率有很大的影響。馬鈴薯的花芽由頂芽分化而成，大部分馬鈴薯早熟品種開花早、花量少、花期短，只開1 層花。中晚熟品種開花晚、花序多、花期長，第1 層花開放后，第2 層和第3 層花序陸續(xù)開放。不同馬鈴薯品種容易花期不遇，雜交不成功。由于馬鈴薯的特性，大多數(shù)品種開花后雌蕊就成熟，雄蕊在1～2d 后成熟，而少數(shù)品種在開花時柱頭與雄蕊同時成熟，或者開花前雄蕊就成熟散粉，這也會影響雜交結(jié)實[6]。

1.2 親本材料的遺傳因素馬鈴薯的開花習性、坐果結(jié)實率等性狀因品種而異，品種不同，表現(xiàn)也不同。馬鈴薯在生產(chǎn)中屬于無性繁殖，病毒在塊莖中逐年累積，病毒量越來越大，其有性繁殖機能不斷退化，導致親本材料不現(xiàn)蕾、花器官發(fā)育不全，開花少、落花落蕾、花粉活力弱或無活力等。

1.3 環(huán)境因素光照 馬鈴薯多為長日照類型，日照時數(shù)以每天12～14h 為宜?；ɡ俚姆只残枰渥愕墓庹?，光照對花期短、開花少的品種影響更明顯。溫度 馬鈴薯喜冷涼的氣候，既怕低溫，也怕高溫。馬鈴薯開花最適宜溫度為15～17℃，12℃時馬鈴薯能形成花芽，但不開花，溫度高于23℃，影響雜交，溫度高于26℃花粉死亡、活力喪失。濕度 馬鈴薯雜交的適宜濕度為80%～90%，濕度低于65%，雜交效果差，濕度低會導致花粉敗育、落花落果。有的馬鈴薯品種即使開花，花粉是可育的，雜交后如果不能保證水分供應(yīng)，處于干旱條件，結(jié)實率也會大大降低[7-10]。種植區(qū)域 同一個馬鈴薯品種在不同地區(qū)栽培，開花習性表現(xiàn)也不一樣，在一個地區(qū)表現(xiàn)花期長、花粉活力強，坐果率高，如果種植在另一個地區(qū)可能出現(xiàn)花量少、坐果率低，甚至不開花的現(xiàn)象。

1.4 田間管理因素在馬鈴薯田間生長期間，由于馬鈴薯親本材料的花期不遇，不能進行有效的雜交工作。在馬鈴薯的開花結(jié)實期，需要補充養(yǎng)分，因為這個階段是馬鈴薯營養(yǎng)生長和生殖生長競爭養(yǎng)分最激烈的時期，如果施肥跟不上或施肥量不足，則無法滿足植株對養(yǎng)分的需求而造成落花、落果的現(xiàn)象。

2 提高馬鈴薯開花結(jié)實率的技術(shù)研究

2.1 植物激素調(diào)控利用植物激素的生理作用，可以促進馬鈴薯開花，提高坐果率[11-12]。李佩華等[13]先利用不同方法對父本的花粉活力進行測定，花粉活力高于50%的材料適宜作父本。在母本孕蕾期用6-BA 20mg/L+GA3 50mg/L噴施頂部，能提高馬鈴薯的開花率，并延長花期，降低花柄節(jié)離層現(xiàn)象，從而減少落花落果，提高馬鈴薯的結(jié)實率，使馬鈴薯最高結(jié)實率達到71.57%。吳巧玉等[14]的研究表明用50mg/L 的GA3 處理馬鈴薯不同品種，不現(xiàn)蕾或開花性弱的材料能開花，開花率達到50%；而且GA3能使開花性強的材料提前開花。白小娟等[15]研究表明雜交后第3 天噴10mg/L 的2，4-D 能提高臨薯17 號的雜交結(jié)實率。國際馬鈴薯中心研究指出：在花序剛?cè)庋劭梢姇r，將20mg/L 激動素和50mg/L的GA3 混合液噴灑植株頂部，能增加馬鈴薯開花數(shù)量和花粉量，而且花粉萌發(fā)率也顯著提高[16]。王志虹[17]研究7 種植物生長調(diào)節(jié)劑對馬鈴薯坐果的作用，在促進馬鈴薯坐果方面均有效果，復硝酚鈉對促進馬鈴薯實生果的坐果效果最好，對氯苯氧乙酸和1-萘乙酸、GA3 效果也不錯，6-糠氨基嘌呤（激動素）和6-BA 雖然效果也顯著，但與上面4 種相比效果較差，氯吡苯脲效果最差。1-萘乙酸和復硝酚鈉的適宜濃度均為600～800mg/L，對氯苯氧乙酸適宜濃度為100mg/L，GA3 適宜濃度為60～100mg/L，氯吡苯脲適宜濃度為60～80mg/L，6-BA 適宜濃度為60mg/L，6-糠氨基嘌呤（激動素）適宜濃度為40～80mg/L。

2.2 優(yōu)化雜交技術(shù)

2.2.1 優(yōu)選親本選擇性狀優(yōu)良、不帶病毒、無退化的親本材料，有條件的選擇脫毒馬鈴薯品種作為雜交親本。選擇天然結(jié)實率高的材料作為母本；選擇花粉量大且活力強的材料作父本；同時做好親本花期的選擇。

對于植物而言，營養(yǎng)生長和生殖生長本身就是一對矛盾體，兩者存在競爭的關(guān)系，要提高馬鈴薯的開花結(jié)實率，就要調(diào)節(jié)馬鈴薯的生殖生長，因此在技術(shù)措施上要抑制營養(yǎng)生長，促進生殖生長[18-19]。

2.2.2 優(yōu)化授粉方法首先選擇成熟的父母本，父本花粉活力強，花粉量足，母本柱頭要成熟，成熟的柱頭為淺綠色，分泌黏性液體；其次授粉時間要把握好，適宜的授粉溫度是18～23℃，最佳空氣濕度為80%～90%，陰天全天可進行授粉，晴天在早上或傍晚進行；最后需要進行重復授粉、多次授粉。王琳等[20]為解決馬鈴薯雜交結(jié)實率低的問題，改善配套設(shè)施條件，選擇優(yōu)良親本，根據(jù)親本的開花習性合理安排播種期，運用科學方法進行花粉的收集和保存，根據(jù)育種目標，精確配制組合，授粉采用重復授粉等使馬鈴薯結(jié)實率提高到60%。重復授粉的時間間隔最好控制在8～12h 之間。魏明等[21]研究表明，重復3 次授粉，馬鈴薯結(jié)果率達到91.3%。

馬恢等[22]在研究中表明父本花粉活性最好的時期分為3 個時期：花藥頂端1/5 開裂、3/5 開裂和全部開裂。開花前24h 至花冠開放后48h 之間是母本柱頭適宜授粉時期。凡是在17：00-18：00 授粉的結(jié)實率一致表現(xiàn)良好，而上午授粉的結(jié)實率表現(xiàn)較差。

2.2.3 加強授粉期的管理馬鈴薯雜交授粉期也是地下部塊莖的膨大期，存在地上部和地下部營養(yǎng)競爭，因此在此時期要加強肥水管理，施足肥料，保證植株對養(yǎng)分的需求。小水勤澆，保證空氣濕度?；蛘卟扇∪サ糍橘肭o和塊莖的方法減少營養(yǎng)物質(zhì)向塊莖的輸送，促進地上部植株開花結(jié)果。田間管理工作也要做好。陳晨等[23]研究表明馬鈴薯花芽分化越早，塊莖開始形成就越早，營養(yǎng)物質(zhì)向塊莖積累的時間越長，馬鈴薯產(chǎn)量就越高。因此在馬鈴薯花期要注重施肥，注意氮磷鉀肥和有機肥的合理配施。

馬鈴薯植株進行剪枝打叉時每個馬鈴薯母本植株留3～4 個花序進行雜交，選定雜交的花朵后，把花序上其余的花朵去掉，雜交后將母本上除雜交枝外的側(cè)枝全部剪去，可以集中營養(yǎng)進行生殖生長[24]。

2.2.4 保果馬鈴薯雜交授粉后，即使果實膨大、結(jié)實良好，也存在落果的現(xiàn)象，因此保果也是重要的一個環(huán)節(jié)。雜交后，采用莖部環(huán)狀剝皮、輕微折莖、刨土取薯以及花柄離層處涂抹α-萘乙酸鈉羊毛脂等方法都有保果作用。羊毛脂用α-萘乙酸鈉化開，在做過雜交的母本花柄節(jié)處環(huán)涂一圈。潘曉春[24]研究表明用2，4-D 5mg/L 涂過以后再涂羊毛脂，雜交結(jié)實率更高；授粉后，用0.2%萘乙酸羊毛脂涂抹花柄節(jié)處，可以抑制花柄節(jié)離層產(chǎn)生，從而起到防止落果的作用。需要注意的是不可涂抹過多，以防假果的產(chǎn)生。

2.3 人工誘導的方法

2.3.1 封雄法此法是利用植物油處理雜交母本的雄蕊。用帶細長嘴的小塑料瓶盛少許植物油，在馬鈴薯母本花冠剛開放但粉囊頂孔尚未破裂時，把植物油涂抹在花藥的頂端，并使植物油滲入花藥內(nèi)粘住花粉，避免花藥開裂時花粉掉到柱頭上進行自交授粉；采用封雄法進行雜交授粉，雜交結(jié)實率比去雄法可提高1～2 倍。

2.3.2 磚塊法荷蘭在馬鈴薯育種上廣泛應(yīng)用磚塊法，即將馬鈴薯種薯播于擺到營養(yǎng)缽中帶孔的磚塊上，用基質(zhì)或蛭石覆蓋種薯，種薯發(fā)芽后，根系通過磚塊上的孔吸收土中的養(yǎng)分和水分。根據(jù)根系的生長情況，分次把覆蓋物撥去，最后根系完全外露，便于觀察，及時去除匍匐莖和塊莖，這樣在保證正常營養(yǎng)吸收的同時不損傷根系，使營養(yǎng)集中輸送給生殖生長，促進開花結(jié)實[25]。

2.3.3 人工加倍技術(shù)張麗娟[26]通過染色體加倍，探索提高馬鈴薯結(jié)實率的可能性。采用0.3%的秋水仙素處理野生馬鈴薯幼苗，達到染色體加倍的目的。結(jié)果顯示，經(jīng)過加倍處理的雜交組合收獲的漿果種子數(shù)多于不經(jīng)加倍處理的，說明通過人工多倍體對提高馬鈴薯結(jié)實率是有效的。

2.3.4 嫁接法用番茄作砧木，馬鈴薯作接穗。番茄不會產(chǎn)生匍匐莖和塊莖，不存在養(yǎng)分競爭，養(yǎng)分集中供給作為接穗的馬鈴薯，可以減少因養(yǎng)分不足而造成的落花、落蕾。蘇云[27]以二倍體野生種材料為砧木，栽培品種為接穗，以獲得的嫁接株為母本、砧木野生種為父本進行雜交，結(jié)果表明嫁接法可以提高坐果率和單果結(jié)實率。

2.3.5 離體雜交法選擇剛開放的母本花序，將花序下方0.4m 處剪下，插入盛水的瓶中置于溫室內(nèi)。保持白天溫度20～22℃，夜間溫度15～16℃。雜交時，每個花序保留2～3 朵花蕾，進行去雄授粉。離體雜交法易于控制室內(nèi)的溫度和濕度，為馬鈴薯雜交結(jié)實創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，比一般田間雜交結(jié)實率提高5～10 倍[1，7]。離體雜交法雖然可以控制環(huán)境條件，但在馬鈴薯漿果發(fā)育期間，莖的末端腐爛快，從而堵塞維管素組織，對種子的成熟不利。

2.3.6 氣霧栽培法此法屬于營養(yǎng)液栽培法，適用于馬鈴薯脫毒試管苗，試管苗煉苗后固定于支持物上，根據(jù)馬鈴薯生長的不同時期對養(yǎng)分的需求配制營養(yǎng)液，向根部噴施營養(yǎng)液。氣霧栽培法比傳統(tǒng)的栽培方式更有優(yōu)勢，首先選用的是馬鈴薯脫毒苗；其次使用的營養(yǎng)液能滿足馬鈴薯各個時期對養(yǎng)分的需求，更能保證馬鈴薯漿果和種子的生長；再者，氣霧栽培法控制在溫室內(nèi)，小范圍的氣候能夠調(diào)控。適時根據(jù)根部發(fā)育的情況，及時摘除膨大的塊莖，使更多的養(yǎng)分促進生殖生長，提高開花數(shù)量和坐果率。對待雜交的父母本在出苗后進行根部灌水，尤其是雜交后再灌根，能提高結(jié)實率。

2.3.7 套麥稈法麥稈剪成2cm 左右長度，將其套在已授粉的雌蕊上隔離花粉，這樣可以免去雄，減少對母本花朵的傷害，從而提高雜交結(jié)實。對雜交的花序掛牌，寫上父母本和日期，雜交成功后待雜交漿果長到1cm 左右就可以進行套袋操作，用網(wǎng)袋套上雜交果，可避免自然掉落[28]。

2.4 溫室雜交利用溫室內(nèi)環(huán)境可控的優(yōu)勢，在溫室內(nèi)進行雜交授粉，從而提高馬鈴薯的開花坐果率。溫室內(nèi)需要密切關(guān)注蚜蟲，及時預防、科學防治。姚琪[29]研究設(shè)施溫室環(huán)境對馬鈴薯雜交結(jié)實的影響，結(jié)果表明，人工授粉的溫度控制在18～23℃之間，授粉后4h 內(nèi)溫度保持在20～30℃之間，早大白×新大坪組合的坐果率達到39.2%；人工授粉的濕度控制在75%～90%之間，授粉后4h 內(nèi)保持濕度在70%～85%之間，早大白×新大坪組合的坐果率達到47.1%；在土壤含水量為田間持水量70%～90%時，母本柱頭的可授性最強。何二良等[30]在網(wǎng)室內(nèi)對4 個組合進行雜交，有3 個組合的雜交結(jié)實率高達69.7%，結(jié)果表明在網(wǎng)室內(nèi)高濕度條件下，馬鈴薯雜交可獲得更多的漿果。

3 小結(jié)

影響馬鈴薯開花結(jié)實率的因素很多，包括馬鈴薯品種特性、環(huán)境條件、田間管理等多方面。要提高馬鈴薯的開花結(jié)實率就要全面考慮，統(tǒng)籌安排，從親本的選擇、雜交技術(shù)的優(yōu)化、田間管理的加強，結(jié)合植物調(diào)節(jié)激素的應(yīng)用和人工誘導等多方面提高馬鈴薯的開花結(jié)實率[31-33]。

隨著社會需求的增加，馬鈴薯品種的更新較快，消費者的需求也在變化。育種者要以市場需求為目標，注重優(yōu)良材料的保存，利用好一些馬鈴薯野生種特性，進行馬鈴薯雜交育種，我們需要不斷探索新的雜交方法，改良更新雜交技術(shù)，從而提高馬鈴薯雜交結(jié)實率[33]。馬鈴薯結(jié)實率是雜交育種成敗的關(guān)鍵，而雜交育種在馬鈴薯育種中是最基本的方法，馬鈴薯育種過程中可以通過技術(shù)方法的改進來提高雜交效果，從而培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的新品種[34-35]。