棉花雄性不育系網室蜜蜂授粉技術研究

吳翠翠，李朋波,，曹彩榮，曹美蓮，楊六六，劉惠民（山西省農業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000；棉花種質資源利用與分子設計育種山西省重點實驗室，山西運城044000；農業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質創(chuàng)制重點實驗室，太原000）

棉花雄性不育系網室蜜蜂授粉技術研究

吳翠翠1,2，李朋波1,2,3，曹彩榮1,2，曹美蓮1,2，楊六六1,2，劉惠民1,3
（1山西省農業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000；
2棉花種質資源利用與分子設計育種山西省重點實驗室，山西運城044000；
3農業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質創(chuàng)制重點實驗室，太原030031）

摘要：旨在研究蜜蜂在棉花不育系上的傳粉特征以及是否適宜棉花三系制種。本試驗在網室內利用蜜蜂(Apis mellifera Ligustica Spinola)進行棉花不育系授粉，以人工授粉為對照，調查晴天與陰天蜜蜂在棉花保持系和不育系花朵上的造訪頻率和單花停留時間，并比較蜜蜂和人工授粉田間農藝性狀、制種產量及成本。結果表明，晴天條件下，蜜蜂在棉花保持系的造訪頻率為60次/h，不育系為49.2次/h，差異達顯著；陰天條件下，蜜蜂在保持系的造訪頻率為23.4次/h，不育系為13.8次/h，差異不顯著。蜜蜂授粉和人工授粉單鈴籽粒數有顯著差異，而單株鈴數和空果枝數差異達極顯著，果枝數、鈴重、衣分、子指、發(fā)芽率則無顯著差異。蜜蜂授粉種子產量可達人工授粉的70%左右，但其制種成本遠低于人工授粉，可節(jié)約費用三分之二。因此，合理利用蜜蜂授粉技術對棉花不育系制種具有重要的推動作用。

關鍵詞：蜜蜂；棉花不育系；網室；制種

0　引言

目前，雜交棉以人工去雄授粉制種為主，隨著勞動者工資大幅上漲，利用人工授粉制種成本越來越高，因此，降低棉花制種成本，提高制種產量，成為當前雜交棉推廣的一個重要前提。三系雜交棉是指用不育系、恢復系和保持系進行雜交制種，省去了去雄過程，能夠降低制種成本，但若采用人工授粉，雜交種子成本仍然較高。棉花屬蟲媒作物，可采用昆蟲進行傳粉。蜜蜂作為一種很好的傳粉媒介，已經在蘋果[1]、桃[2]、獼猴桃[3]、棗樹[4]、西瓜[5]、草莓[6]、西葫蘆[7]、黃瓜[8]、苦瓜[9]、甜椒[10]、白菜[11]、蓮花[12]、洋蔥[13]等瓜果蔬菜中獲得廣泛應用。蜜蜂應用于農作物制種研究較多的有油菜[14]、油葵[15]、大豆[16]、蕎麥[17]、苜蓿[18]等。在棉花中利用蜜蜂制種也有初步報道[19-21]，結果表明，用蜜蜂傳粉進行棉花雜交制種可節(jié)約成本，且制種效果較好。本試驗在網室條件下，利用棉花保持系與不育系進行蜜蜂授粉試驗，對網室內蜜蜂在棉花花朵上的授粉特征進行觀察，并比較與人工授粉制種在農藝性狀和制種產量的差異，探索低成本、高效率的棉花三系制種方法。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1蜜蜂采用蜂種為運城當地蜂農飼養(yǎng)的意大利蜜蜂(Apis mellifera Ligustica Spinola)，每箱蜂內放6個巢脾，約2000～2500只蜜蜂。

1.1.2棉花材料本課題組培育的6個不育系，分別為50-1A、50-2A、50-3A、50-4A、50-5A和50-6A，晉棉50號作為保持系。其中，不育系為母本，花藥敗育，完全無花粉；保持系為父本，花粉正常發(fā)育。

1.2方法

1.2.1棉花種植不育系和保持系的配置比例為2:1，密度為60000株/hm2，行距66.7 cm，株距25 cm，3次重復。不育系和保持系相間種植。于2013年將棉花親本種植在山西省農科院棉花所牛家凹農場網室內，網室長56 m，寬6 m，總面積為336 m2，其中蜜蜂授粉區(qū)為300 m2，人工授粉區(qū)（對照）為36 m2，網室四周用40目的尼龍網布隔嚴，蜜蜂授粉區(qū)與人工授粉區(qū)采用紗網隔離。

1.2.2田間管理在播種前用70%吡蟲啉5 g拌1 kg棉花毛籽的比例對種子進行拌種，防治苗期蚜蟲。棉花開花前3天，1 hm2用50%吡蚜酮300 g，兌水225 kg噴霧防治棉花蚜蟲，然后罩上紗網，停止一切噴施用藥。其他管理措施同大田。

1.2.3放蜂在不育系與保持系進入開花期時（6月下旬），早晨在網室中部進行放蜂，蜂箱放置在距離地面約50 cm高的木架上，巢門前設置喂水器，每天更換1次清水，至授粉結束（8月上旬）。

1.2.4測定方法在棉花盛花期，在晴天和陰天的不同氣象條件下上午9:00—11:00時，分別選取不育系和保持系當天開的2朵花，測定10 min內蜜蜂的訪問次數，計算1 h中對目標花朵的造訪頻率。蜜蜂訪問棉花不育系和保持系花朵的時間（樣本量為100個），計算單花停留時間。棉花收獲期間調查果枝數、單株結鈴數、單鈴種子數等性狀。用SPSS 16.0和EXCEL進行數據分析。用6個不育系蜜蜂傳粉和人工授粉種子各500粒在人工氣候箱中進行種子快速發(fā)芽試驗，統(tǒng)計發(fā)芽率。

2　結果與分析

2.1蜜蜂在網室棉花授粉中的訪花特性

蜜蜂飛行能力強，在網室內放蜂初期有撞網現象，3天后基本適應網室條件，活動規(guī)律與棉花花朵開放相協(xié)調，從日出到傍晚都可見有蜜蜂授粉，中午高溫時蜜蜂活動數量減少。網室內溫度相對較高，對蜜蜂的采蜜和授粉活動有一定影響，蜂群群勢有所下降。蜜蜂降落到棉花保持系后，用前足收集花粉，后足攜帶花粉，由上而下在雌蕊上活動，而后將喙伸向花基部尋找蜜源。蜜蜂落在不育系花朵上，由于花粉敗育，因此蜜蜂主要在花朵基部進行尋覓，將喙伸入花基部，然后在花朵上下活動，將身體攜帶花粉傳到柱頭上。

在網室條件下，棉花授粉最佳時段為上午9:00—11:00時，在這一時段調查結果表明（表1），晴天時蜜蜂對棉花保持系的造訪頻率范圍為24～78次/h，平均為60.0次/h；對不育系的造訪頻率范圍為30～78次/h，平均為49.2次/h。t檢驗結果顯示，蜜蜂對不育系的訪花頻率顯著低于可育的保持系。陰天時蜜蜂出巢活動減少，對棉花的造訪頻率與晴天比較顯著下降，而在不育系與保持系之間t檢驗結果無顯著性差異。晴天蜜蜂在不育系與保持系的單花停留時間差異達極顯著水平，兩者的單花停留時間最短均為2 s，不育系單花停留時間最長達151 s，保持系的最長停留時間為64 s。陰天時蜜蜂訪花時間略有降低，不育系與恢復系差異不顯著，但不育系比晴天條件下顯著降低。

表1　蜜蜂對棉花花朵的造訪特征

表2　蜜蜂與人工授粉性狀比較

表3　蜜蜂與人工授粉成本比較

2.2蜜蜂授粉效果分析

對6個不育系和人工授粉的田間性狀、產量等數據進行統(tǒng)計分析，結果如表2。其中，蜜蜂授粉和人工授粉的單鈴籽粒數有顯著性差異，而單株鈴數和空果枝數差異極顯著。果枝數、鈴重、衣分、子指無顯著差異。蜜蜂授粉在單株鈴數、空果枝數、鈴重、衣分和子指上較人工授粉結果好，而人工授粉在果枝數、單鈴籽粒數、籽棉產量和種子產量等性狀上好于蜜蜂授粉。可見，蜜蜂授粉通過反復刺激柱頭可提高單株鈴數，降低空果枝數，提高鈴重、衣分、子指等方面的作用。蜜蜂授粉種子發(fā)芽率為92.8%，較人工授粉的種子發(fā)芽率均值高1.8%，t檢驗兩者差異不顯著。

2.3蜜蜂制種效益分析

以2014年在山西夏縣的制種成本進行分析，每公頃需要2000～2500頭蜜蜂的蜂箱15箱，每箱使用30天費用為600元；人工制種每天4 h，每小時勞務費8元，每公頃每天需要38個人工授粉。比較蜜蜂和人工授粉的成本可知（表3），蜜蜂授粉每公頃制種費用為人工的24.7%，每千克雜交種子制種成本為9.77元，比人工授粉的成本降低65.5%。

3　討論與結論

本試驗通過對蜜蜂在棉花保持系和不育系進行造訪頻率和單花停留時間的調查，表明蜜蜂在保持系（晴天60.0次/h，陰天49.2次/h）的造訪頻率高于不育系（晴天23.4次/h，陰天13.8次/h）；而蜜蜂在保持系的單花停留時間（晴天14.2 s，陰天26.9 s）較不育系（晴天11.6 s，陰天13.4 s）長。田間性狀調查結果表明，蜜蜂授粉在單株鈴數、空果枝數、鈴重、衣分、子指、發(fā)芽率等性狀優(yōu)于人工授粉。生產1 kg棉花種子，蜜蜂授粉比人工授粉可節(jié)約成本18.54元。

3.1網室內蜜蜂在棉花上的活動特征

網室內小氣候特點是溫度較外界高2～4℃，風速較外界小。當溫度高于40℃時，蜜蜂授粉活動顯著減少，網室內晴天時一般在12:00—16:00之間溫度達40℃以上，而此時棉花花朵最佳授粉時間已過，因此影響較小。風速過大也會影響蜜蜂的授粉活動，網室具有遮擋作用，因此風速較小，在網室內蜜蜂活動能力較強。在晴好的天氣條件下，蜜蜂在棉花保持系的造訪頻率較不育系高，在棉花保持系的單花停留時間較不育系長，這可能與蜜蜂采集花粉的習性有關。在保持系花朵上較容易采集到足量的花粉，即可迅速飛往下一朵花就行采集授粉，而在不育系中，由于花藥敗育，沒有花粉，蜜蜂根據習性需要在花朵中活動更長時間以采集“花粉”，因此，蜜蜂在可育花與不育花的活動上并沒有生物學的選擇性。在陰天表現可育不育花朵停留時間差異不顯著，則可能是因為蜜蜂的活動能力下降導致。

3.2影響網室內蜜蜂制種的因素

3.2.1蜂群群勢強盛蜜蜂對于棉花的花粉和花蜜屬不喜類型，若選擇蜂群勢相對弱的進行授粉，則會效果較差。

3.2.2糖水飼喂量在授粉期間，不可持續(xù)給蜂箱內添加糖水，在花粉量極少時適當進行飼喂，以保證蜜蜂對于采粉的積極性。根據近兩年的蜜蜂授粉試驗，結果證明在授粉期間過度飼喂蜜蜂，授粉效果較差。蜜蜂對于棉花花朵屬不喜類型，因此如果添加糖水飼喂，則大大降低了蜜蜂對于采粉的積極性。蜜蜂除了對于棉花花朵的采集，還采集苞葉、莖、葉片等蜜腺上的蜜，會對一切可以采集的地方進行搜尋。

3.3.3網室蟲害防治在棉花開花期到盛花期之間，紅蜘蛛、蚜蟲等蟲害對棉花的侵害較大，因此在網室授粉種植時，播種前須進行藥劑拌種，減少棉蚜的危害，在授粉前徹底進行一次農藥的噴施，在授粉期間盡量減少噴施次數，對蜜蜂危害盡量減少。授粉期間需要進行防治時，可采用黃色粘蟲板防治蚜蟲，不可噴施化學農藥，以免殺死蜜蜂。

3.3.4氣象條件從試驗結果看，當遇到陰雨天氣，蜜蜂授粉也有其局限性，授粉效果較差時，要適當結合人工授粉作為補充。

3.3.5田間管理在將蜜蜂蜂箱撤離后，除去紗網，對棉株進行一次徹底的整理，剪除有生長點的頂部及側枝，以防混雜，進行精細的田間管理，保證雜交鈴生長通風透光，提高制種產量和質量。

3.3蜜蜂授粉可提質降本

蜜蜂授粉提高了單株鈴數，降低了空果枝數，并在鈴重、衣分、子指和發(fā)芽率等性狀上有所提高，但未達顯著水平。蜜蜂授粉對同一朵花有反復授粉的特點，因此可以使不育系和保持系都提早成熟，可大大提高霜前花率。本試驗10月25日最后一次收獲，全部為霜前花，較人工授粉提早10天左右。種子的發(fā)芽率均值較人工授粉高，說明種子成熟度較好，可以用于雜交制種。

近年來隨著人工費用的快速增加，蜜蜂授粉的比較優(yōu)勢逐漸明顯。邢朝柱[19]利用蜜蜂傳粉進行棉花雜交制種，結果表明采用蜜蜂傳粉40天的制種，每公頃節(jié)省4800元。本試驗授粉每公頃制種費用比人工節(jié)省75%左右，折合到制種成本相當于人工授粉的三分之一。

綜上所述，由于勞動力費用日漸增長，利用人工授粉進行雜交棉制種成本越來越高，嚴重阻礙了雜交棉的生產應用。采用蜜蜂對不育系進行制種產量雖比人工制種低，但可大量節(jié)約成本，因此，在棉花三系制種時，以蜜蜂為代表的昆蟲授粉效果好、成本低廉，必將成為三系雜交棉制種的首選技術措施。

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Study on Honeybee Pollination Technology of Cotton Cytoplasmic Male Sterile Lines in Net House

Wu Cuicui1,2, Li Pengbo1,2,3, Cao Cairong1,2, Cao Meilian1,2, Yang Liuliu1,2, Liu Huimin1,3
(1Cotton Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Yuncheng 044000, Shanxi, China;
2Shanxi Key Laboratory of Cotton Germplasm Resources Utilization and Molecular Design Breeding,
Yuncheng 044000, Shanxi, China;3Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau, Ministry of Agriculture, Taiyuan 030031, Shanxi, China)

Abstract:The aims were to study the pollination characteristics of honeybee in cotton CMS lines, and whether honeybee was suitable for production of three-line hybrid cotton or not. In this experiment, honeybee (Apis mellifera Ligustica Spinola) was used as pollinators on cotton cytoplasmic male sterile (CMS) lines in net house. The artificial pollination was used as a control. We investigated the visit frequency and single flower retention time of honeybee on cotton CMS maintainer and CMS lines in fine and cloudy days, and compared the agronomic traits, the yield of seed and the cost. In fine days, the visiting frequency of honeybee in cotton CMS maintainer and CMS lines were 60 and 49.2 times per hour, respectively, and the difference was significant. In cloudy days, the visiting frequency of honeybee in the two type lines were 23.4 and 13.8 times per hour, respectively, and the difference was not significant. In comparison of the characters between honeybee and artificial pollination, the difference of seed number per boll was significant, while boll number and empty branches per plant had extremely significant difference. The number of fruit branches, boll weight, lintpercentage, seed index, germination rate had no significant difference. The hybrid seed production of bee pollination could reach about 70% of artificial pollination. But its cost was two-third of artificial pollination. Therefore, the rational use of honeybee pollination technology could play an important role in cotton CMS hybrid seed production. Key words: Honeybee; Cotton Cytoplasmic Male Sterile Line; Net House; Hybrid Seed Production

中圖分類號：S891

文獻標志碼：A論文編號：cjas15060008

基金項目：轉基因生物新品種培育科技重大專項“轉基因抗蟲雜交棉新品種產業(yè)化”(2012ZX08013013)；山西省青年科技研究基金“壁蜂在棉花三系傳粉中的行為規(guī)律研究”(2013021026)。

第一作者簡介：吳翠翠，女，1982年出生，山西侯馬人，助理研究員，碩士，主要從事棉花遺傳育種研究。

通信地址：044000山西省運城市黃河大道118號山西省農業(yè)科學院棉花研究所，Tel：0359-2127135，E-mail：wucuicui19821021@163.com。 044000山西省運城市黃河大道118號山西省農業(yè)科學院棉花研究所，Tel：0359-2127135，E-mail：lpbmhs@126.com。

通訊作者：李朋波，男，1976年出生，山西芮城人，副研究員，博士，主要從事棉花遺傳育種研究。

收稿日期：2015-06-08，修回日期：2015-07-17。