玉米自交系花粉氮、磷養(yǎng)分含量差異

江杰 劉盼盼 周毅 王榮海等

摘要 [目的]探討玉米自交系的花粉養(yǎng)分含量作為組配良種的依據(jù)的可行性。[方法]在大田試驗中，采集60份花期接近的玉米自交系的花粉，測定其氮和磷含量，通過頻數(shù)分析明確其氮、磷含量的集中性和變異性的特征。[結(jié)果]花粉含氮量的變異系數(shù)（9.05%）明顯低于含磷量（17.66%）。鄭單958和鳳糯2146的父本自交系的花粉的含氮量與含磷量均相對高于其母本自交系，但其中只有花粉含氮量間的差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）。[結(jié)論]花粉大量元素養(yǎng)分含量的變異主要來自于其含磷量；可利用花粉的氮、磷含量作為選育新品種的父、母本材料的指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 玉米自交系；花粉；氮；磷；含量

中圖分類號 S513；S311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）05-054-02

Differences in Pollen Nitrogen and Phosphorus Content of Maize （Zea mays L.） Inbred lines

JIANG Jie1，2， LIU Panpan1，2， ZHOU Yi1，3* et al

（1. College of Urban Construction and Environment， Anhui Science and Technology University， Fengyang， Anhui 233100； 2. College of Resource and Environmental Science， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210095； 3. Maize Breeding in Anhui Province Engineering Technology Research Institute， Fengyang， Anhui 233100）

Abstract [Objective] The aim of study was to discuss if difference in pollen nutrients content of maize （Zea mays L.） inbred lines can be used as quality breeding criteria. [Method] Pollen nitrogen content and phosphorus content of 60 maize inbred lines were investigated using chemical measurement and frequency distribution analyses. [Result] The result showed that coefficient of variation （CV） of nitrogen content （9.05%） was obviously lower than that of phosphorus content （17.66%）. Both of nitrogen content （P<0.01） and phosphorus content of male parent inbred lines of hybrid cultivars Zhengdan 958 and Fengnuo 2146 were higher that of female parent inbred lines. [Conclusion] Diverse in pollen nutrient content of maize inbred lines was mainly due to the difference in the phosphorus content. Furthermore， we could conclude that great attention should be paid to pollen nitrogen content and phosphorus content in the selection of maize inbred lines.

Key words Maize inbred lines； Pollen； Nitrogen； Phosphorus； Content

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（31101598）；安徽省優(yōu)秀青年科技基金項目（10040606Y02）。

作者簡介 江杰（1991- ），男，安徽六安人，碩士研究生，研究方向：逆境植物營養(yǎng)生理與調(diào)控。

*通訊作者，副教授，博士，從事植物光合與水分氮生理調(diào)控研究。

收稿日期 20141223

花粉是植物組織中含氮量最高的器官。據(jù)估計，雄性不育可使玉米節(jié)約10～30 kg/hm2的氮素[1]，因此，包括散粉和授粉的過程可能也是養(yǎng)分傳遞的途徑之一。研究表明，植物的花粉粒大小、形狀、外壁的雕紋特征及數(shù)量和分布等具有明顯的基因型特征，即使同一植物的不同品系間也存在差異，故而是鑒定植物種屬的依據(jù)之一[2]。前人研究了花粉數(shù)量、花粉活力對種子產(chǎn)量的影響[3-4]，提出了以花粉量預(yù)測作物產(chǎn)量的方法[5]，然而依據(jù)花粉的數(shù)量性狀特征進(jìn)行新品種選育的相關(guān)研究卻鮮見報道，筆者通過比較分析不同玉米自交系的花粉含氮量和含磷量的集中性與變異性特征，以及已育成的品種的花粉養(yǎng)分含量特性，以期為玉米的品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料 2012年在安徽科技學(xué)院玉米育種安徽省工程技術(shù)研究中心海南南繁基地（108°52′ E、18°27′ N），采集花期接近的60份玉米自交系的花粉。

1.2 試驗方法 采用大田試驗方法。土壤類型為濱海砂土。供試土壤中含有機質(zhì)4.14 mg/kg、速效磷15.63 mg/kg、速效鉀26.15 mg/kg，堿解氮5.58 mg/kg，pH為6.0。施肥等農(nóng)藝措施按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)田管理。每個品種種植2～5行，株行距分別為25和60 cm，花粉分行采集，行內(nèi)采集的花粉混勻制樣。

1.3 測定項目

1.3.1

土壤基本農(nóng)化性質(zhì)。土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；速效磷含量采用鹽酸-硫酸浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用1 mol/L中性的乙酸-乙酸銨浸提，火焰光度計法測定；pH采用酸度計以土水比1∶2.5測定。

1.3.2 花粉全氮和全磷含量。樣品70～80 ℃烘干至恒重后，采用H2SO4H2O2法消煮，待測液中的含氮量采用流動分析儀（AA3，德國BRAN+LUEBBE公司）測定；含磷量采用鉬銻抗比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS（19.0）進(jìn)行頻數(shù)分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米自交系花粉養(yǎng)分含量的頻數(shù)分布特征 從圖1可以看出，在該試驗條件下，60份玉米自交系花粉的含氮量和含磷量的頻數(shù)分布曲線表現(xiàn)為偏正態(tài)分布的特點，且以含氮量的頻數(shù)分布曲線的偏度相對較低，而其含氮量的變異系數(shù)也明顯低于其含磷量的變異系數(shù)（表1），表明花粉的大量元素養(yǎng)分含量的變異可能主要來自其含磷量。

2.2 玉米父母本自交組合花粉養(yǎng)分含量差異 在60份花粉材料中，進(jìn)一步分析已經(jīng)培育出的具有優(yōu)良性狀的鄭單958和鳳糯2146這2個品種的父、母本自交系的花粉的含氮量與含磷量。由圖2可見，2個品種的父本自交系的花粉含氮量和含磷量均相對高于其母本自交系，但其中只有花粉含氮量間的差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）。

注：不同大（小）寫字母表示同一自交系組合養(yǎng)分含量的差異達(dá)極顯著（顯著）水平。

圖2 玉米父母親本自交組合花粉含氮量（a）和含磷量（b）的差異

3 結(jié)論與討論

測量組織器官的形狀及數(shù)量參數(shù)是玉米育種、栽培、新品種測試及品質(zhì)評估[6]等相關(guān)研究與實踐的基礎(chǔ)，具有直觀和簡單快速等優(yōu)點。雄穗是玉米的生殖器官，其穗性狀與分枝數(shù)等是與產(chǎn)量形成密切相關(guān)的重要農(nóng)藝性狀。長期的自然選擇常使玉米具有比較發(fā)達(dá)的雄穗，為個體的繁衍提供了穩(wěn)定的條件及競爭能力[7]。但雄穗開花時代謝水平高，因此，雄穗過大會增加營養(yǎng)物質(zhì)的消耗與競爭，反而不利于產(chǎn)量的形成[8-9]。已有研究證實，玉米單株雄穗可產(chǎn)花粉1 500萬～3 000萬粒，達(dá)實際授粉量的百倍以上，大大超過了授粉的需要[7]。因此，岳玉蘭等分析認(rèn)為注意選育具有適度較小雄穗的雜交種是玉米育種實踐中的趨勢之一[7-8]。但迄今為止，有關(guān)雄穗發(fā)育程度與花粉的活性及其內(nèi)在物質(zhì)成分之間的相關(guān)性分析的研究尚不多見。在該試驗中，盡管不同自交系花粉的含氮量的變異系數(shù)并不高，但已通過組配培育出良種的自交系組合——鄭58×昌72和糯系2214×糯6的花粉含氮量之間卻存在極顯著的差異。通過田間觀察發(fā)現(xiàn)，作為父本的昌72和糯6均具有相對較發(fā)達(dá)的雄穗；而作為母本的鄭58和糯系2214則具有相對發(fā)達(dá)的雌穗。一般認(rèn)為，玉米為雌雄同株異花植物，長在植株頂端的雄穗具有天然的營養(yǎng)競爭優(yōu)勢[7]。生產(chǎn)上除了可采用機械去雄和化學(xué)去雄降低雄穗發(fā)育的物質(zhì)消耗外，已有研究提出，利用雄穗分枝有較高的遺傳力的特點，可以對基礎(chǔ)材料進(jìn)行早代選擇，在能滿足授粉的前提下，兼顧雜種優(yōu)勢的不利影響，盡量減少自交或回交的每一代的雄穗分枝，以獲得雄穗分枝相對較少的雜交種[8]。目前，還不清楚親本的雄穗發(fā)育性狀與花粉素質(zhì)及子代穗發(fā)育的影響，相關(guān)的研究尚不多見。

王亞敏等通過X射線能譜分析發(fā)現(xiàn)，松花粉的含鉀量高于含磷量，且不同品種的花粉的無機元素含量存在明顯的差別，證實了在同等培養(yǎng)條件下，花粉養(yǎng)分含量可能確實存在基因型差異[10]。該試驗采用火焰光度計法測定花粉的鉀含量，獲得的結(jié)果數(shù)值偏低且自交系品種間無明顯的差異，所以未計入結(jié)果分析。但有研究認(rèn)為，在低氮環(huán)境下熱帶和溫帶作物中，玉米的遺傳多樣性比其他作物高[8]。在該試驗中，種植玉米的土壤相對較貧瘠，這可能也是父、母本自交系花粉含氮量表現(xiàn)明顯差異的原因之一。此外，玉米不同雄穗分枝數(shù)的基因型已被證實與氮肥間存在顯著的交互效應(yīng)[8]。因此，如何利用花粉的氮、磷養(yǎng)分?jǐn)?shù)量特征，進(jìn)行大范圍的品種篩選，并通過協(xié)調(diào)雄穗發(fā)育與花粉養(yǎng)分、以及籽粒的粒重潛力三者之間的關(guān)系，提高雜交制種的質(zhì)量和子代的成苗素質(zhì)，將是需要繼續(xù)深入研究的主要方向之一。

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責(zé)任編輯 劉月娟 責(zé)任校對 李巖