長(zhǎng)柱頭棉花在雜交制種中的研究與利用

冀麗霞，郭寶德，楊芬，雷偉

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

長(zhǎng)柱頭棉花在雜交制種中的研究與利用

冀麗霞，郭寶德，楊芬，雷偉

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

以山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組近年來培育出的綜合性狀優(yōu)良、柱頭外露長(zhǎng)度不同的4份長(zhǎng)柱頭材料為研究對(duì)象，分析研究了不同授粉方式、不同時(shí)段授粉、不同柱長(zhǎng)不同時(shí)間雜交授粉等方面的差異性，并對(duì)雜交種主要經(jīng)濟(jì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，可以利用長(zhǎng)柱頭棉花不去雄授粉來簡(jiǎn)化去雄工序，提高雜交效率；柱頭外露長(zhǎng)度不同，異交率也不同；生產(chǎn)上宜選用柱頭外露長(zhǎng)度在10 mm以上、異交率在95%以上且具有較強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)潛力的優(yōu)良株系來進(jìn)行轉(zhuǎn)育或雜交制種，一般于8：00—10：00雜交效果最好。

棉花；長(zhǎng)柱頭；雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)；異交率

長(zhǎng)柱頭種質(zhì)具有較高的雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值，長(zhǎng)柱頭性狀在許多植物中被發(fā)現(xiàn)[1]。周瑞陽(yáng)在紅麻種子后代中發(fā)現(xiàn)了柱頭外露的突變體，并已選育出4個(gè)長(zhǎng)柱頭自交系[2]；蘇振喜等發(fā)現(xiàn)了具有柱頭外露性狀的油菜不育系；蘇自強(qiáng)等選育出了高柱頭外露的粳稻新品系4260[3]。

長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)即為棉株現(xiàn)蕾7 d后，柱頭外露,而雄蕊仍被花瓣包裹在花冠內(nèi)，直到開花才露出[4]。KOHEL最早從海島棉和陸地棉雜交后代中鑒定出柱頭外露是種突變性狀[5]。我國(guó)從20世紀(jì)80年代先后開始發(fā)現(xiàn)了柱頭外露性狀的變異體[6]。長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)的發(fā)現(xiàn),為棉花育種者在雜種優(yōu)勢(shì)利用上提供了一種新的思路，開辟了一條新的路徑。黃完基等于2002年獲得了經(jīng)濟(jì)性狀較優(yōu)的柱頭外露系泅棉3號(hào)；紀(jì)家華等培育的93y23系和94-168系的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀已接近常規(guī)陸地棉[7]。利用棉花長(zhǎng)柱頭材料配制雜交組合時(shí)，不需人工去雄而直接授粉，可以省工節(jié)本，提高雜交制種效率[8]。

但在利用長(zhǎng)柱頭棉花雜種優(yōu)勢(shì)時(shí)也存在一些問題，如不去雄而直接授粉時(shí)，能否保證95%以上的異交率；異交率是否會(huì)隨授粉時(shí)間推遲而下降；柱頭外露長(zhǎng)度的不同對(duì)異交率有無(wú)影響；長(zhǎng)柱頭棉花的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)如何等。為了弄清這些問題，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組從2010年開始對(duì)近年來培育出的綜合性狀優(yōu)良、柱頭外露長(zhǎng)度不同的4份長(zhǎng)柱頭材料進(jìn)行研究，旨在評(píng)價(jià)長(zhǎng)柱頭材料在棉花雜交制種上的利用價(jià)值，為棉花利用長(zhǎng)柱頭材料培育雜交種研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)基地棉花試驗(yàn)田進(jìn)行。參試材料共4份，母本為TY35，TY23，TY10，TY16，均為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組通過野生種瑟伯氏棉與栽培種陸地棉雜交培育出的柱頭外露種質(zhì)。對(duì)照為晉棉37號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同雜交制種方法的異交率研究試驗(yàn)以柱頭外露棉種質(zhì)作母本，父本選用具有指示性狀的毛株棉，采用直接授粉、紙片隔離授粉和人工去雄授粉3種雜交方法對(duì)雜交棉的異交率進(jìn)行研究。其中，直接授粉是指不去雄，直接將父本的花粉授于母本外露柱頭上；紙片隔離授粉是將圓形紙片中間挖直徑大約0.3 cm的小孔，授粉時(shí)將其套在母本（不去雄）雄蕊管上面，柱頭從小孔穿出，將花粉授于柱頭上；人工去雄授粉是將父本花蕾的花瓣和花藥剝離掉，次日進(jìn)行人工授粉。

1.2.2 不同柱頭外露長(zhǎng)度和不同雜交時(shí)間段的異交率研究柱頭外露長(zhǎng)度在10.0 mm以上為長(zhǎng)花柱，小于10 mm為短花柱。于7月20—25日和8月5—10日2期進(jìn)行雜交，在這期間，每天于8：00—8：30，9：00—9：30，10：00—10：30，11：00—11：30共4個(gè)時(shí)間段進(jìn)行雜交制種。

試驗(yàn)以不同柱頭外露長(zhǎng)度的棉花（分短、長(zhǎng)2類）和晉棉37號(hào)為母本，以毛株棉作父本進(jìn)行不去雄雜交，將柱長(zhǎng)記錄在塑料牌上，然后按設(shè)定的時(shí)段將毛株棉的花粉授于柱頭上，再將塑料牌掛在花蕾的果柄上。每個(gè)試驗(yàn)處理各取20～50個(gè)花朵進(jìn)行雜交，雜交鈴?fù)滦鹾蟀磼炫品质眨覂?nèi)考種。2014年4月26日播種，出苗后10～15 d觀察異交率。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在定苗之前，根據(jù)不同授粉方法隨機(jī)調(diào)查植株200株，其中，無(wú)毛株為親本株，毛株為雜種株，并按照公式（1）測(cè)算異交率。

異交率＝雜交種株數(shù)/調(diào)查株數(shù)×100%（1）

吐絮期田間調(diào)查親本及其F1的株高，單株結(jié)鈴數(shù)。并取植株中部籽棉20鈴混收，室內(nèi)考種，并根據(jù)公式（2）測(cè)算各性狀的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)。

雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)=hF1/（h（P1＋P2）/2）×100%（2）

式中，hP1，hP2分別為父本和母本的數(shù)量性狀值，hF1為F1的數(shù)量性狀值[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種不同雜交制種方法的異交率

以4個(gè)柱頭外露種質(zhì)為父本，毛株棉為母本，分別用人工去雄、紙片隔離、不去雄3種授粉方法進(jìn)行雜交。從表1可以看出，不去雄方法的異交率最高達(dá)到88.70%，最低為81.90%。不去雄授粉法的平均異交率雖然比人工去雄授粉法低3.8百分點(diǎn)，比紙片隔離授粉法低0.4個(gè)百分點(diǎn)，但差異不明顯。因此，可初步認(rèn)定用柱頭外露棉進(jìn)行棉花雜交制種時(shí)，可不去雄，直接授粉。

表1 長(zhǎng)柱頭棉花不同雜交制種方法的異交率%

2.2 不同時(shí)間不去雄雜交授粉的異交率

表2 長(zhǎng)柱頭棉花不同時(shí)間不去雄雜交授粉的異交率%

由表2可知，長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)不去雄授粉時(shí)，7，8月份2個(gè)時(shí)間段的異交率存在很大差異，而且授粉時(shí)間越晚，異交率越低。7月份4個(gè)時(shí)間段內(nèi)，8：00—8：30的異交率最高，達(dá)96.8%，11：00—11：30的異交率最低，為76.30%，二者相差20百分點(diǎn)。8月份4個(gè)雜交制種時(shí)間段的異交率較7月份的異交率均有所下降，下降幅度在4%～10%，但7，8月份均以8：00—8：30的異交率最高，分別為96.8%，87.2%；11：00—11：30異交率最低，分別為76.30%，72.10%，表明長(zhǎng)柱頭棉花在11：00以后已不適宜進(jìn)行雜交授粉。長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)不去雄授粉時(shí)，7月份的平均異交率為87.30%，而對(duì)照晉棉37號(hào)正常花蕾的異交率僅為5.60%，相差81.7百分點(diǎn)，因此，長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)雜交授粉可以不去雄。

2.3 不同柱長(zhǎng)不同時(shí)間不去雄雜交授粉的異交率

從表3可以看出，柱頭長(zhǎng)度在10 mm以下的短柱頭外露棉進(jìn)行不去雄雜交授粉時(shí)，隨著授粉時(shí)間的推遲，異交率存在下降的趨勢(shì)。柱頭長(zhǎng)度在10 mm以上的長(zhǎng)柱頭外露棉異交率基本不會(huì)隨著授粉時(shí)間的推遲而下降。充分說明用短柱頭外露棉雜交，其雜種純度難以保證，而長(zhǎng)柱頭棉花的異交率與雜交時(shí)間關(guān)系不大。

表3 長(zhǎng)柱頭棉花不同柱長(zhǎng)和不同時(shí)間不去雄授粉的異交率

因此，在育性尚不明確的情況下，生產(chǎn)上宜選用柱頭外露長(zhǎng)度在10 mm以上，且異交率在95%以上的柱頭外露棉種質(zhì)的優(yōu)良株系來進(jìn)行轉(zhuǎn)育或雜交制種。

2.4 雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)測(cè)算結(jié)果分析

棉花雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)是多方面的，本研究對(duì)長(zhǎng)柱頭棉花TY35與毛株棉及其雜種一代的主要經(jīng)濟(jì)性狀雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。從表4可以看出，雜種一代株高、單株籽棉質(zhì)量、單株皮棉質(zhì)量3個(gè)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)均達(dá)到160%以上。衣分的優(yōu)勢(shì)指數(shù)雖低，但也達(dá)到98.91%，充分說明F1的雜種優(yōu)勢(shì)很大。由于長(zhǎng)柱頭棉花TY35是課題組利用瑟伯氏棉與陸地棉通過遠(yuǎn)緣雜交選育而成的，因此它具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)潛力，可以進(jìn)一步利用它和許多陸地棉品種組配大量雜交組合，從中篩選強(qiáng)優(yōu)勢(shì)超標(biāo)組合在生產(chǎn)中應(yīng)用[10]。

表4 （TY35×毛株棉）F1主要經(jīng)濟(jì)性狀雜種優(yōu)勢(shì)指數(shù)測(cè)定結(jié)果

3 討論與結(jié)論

多年來，國(guó)內(nèi)許多專家曾對(duì)長(zhǎng)柱頭棉花進(jìn)行研究。袁有祿試驗(yàn)使用的長(zhǎng)柱頭親本柱頭長(zhǎng)度僅5～8 mm，其研究結(jié)論為，長(zhǎng)柱頭不去雄雜交制種時(shí)，異交率較低；張金發(fā)研究認(rèn)為，長(zhǎng)柱頭棉花最高異交率為100%，最低為40%，平均為80.4%[11]；張正圣等（1999）選用的試驗(yàn)材料為柱頭長(zhǎng)度為12 m以上的長(zhǎng)柱頭種質(zhì)系101-1，自花難以授粉，因此，他認(rèn)為長(zhǎng)柱頭棉花雜交可以不去雄，可以在生產(chǎn)中直接利用來簡(jiǎn)化雜交制種手續(xù)、提高雜交制種效率[12]。

本研究利用新培育的長(zhǎng)柱頭棉花新種質(zhì)系不去雄授粉的異交率為84.90%，而且省去了人工去雄的工序,產(chǎn)種效率也得到顯著提高。說明可以利用長(zhǎng)柱頭棉花的雜種優(yōu)勢(shì)，利用不去雄授粉來簡(jiǎn)化去雄工序，提高雜交效率。但柱頭外露長(zhǎng)度不同，異交率不同，因此，棉花柱頭外露長(zhǎng)度是決定棉花異交率的關(guān)鍵[13]。根據(jù)對(duì)長(zhǎng)柱頭棉花異交率的研究結(jié)果可知，棉花柱頭外露的長(zhǎng)度與天然自花授粉率呈極顯著負(fù)相關(guān)。當(dāng)柱頭外露長(zhǎng)度低于10 mm時(shí)，天然自交率較高；當(dāng)柱頭長(zhǎng)度在10 mm以上時(shí)，天然自花授粉率較低（一般低于5%）。柱頭外露長(zhǎng)度達(dá)10 mm以上且異交率在95%以上的長(zhǎng)柱頭棉花屬于雌蕊異長(zhǎng)類型的異花授粉作物。該結(jié)果為該類種質(zhì)不去雄雜交制種提供了理論依據(jù)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值[14]。因此，在雜交制種生產(chǎn)上宜選用長(zhǎng)柱頭棉花種質(zhì)的柱頭外露長(zhǎng)度在10 mm以上且異交率在95%以上的優(yōu)良株系進(jìn)行轉(zhuǎn)育或雜交制種[15]。

但值得注意的是，光照、溫度、濕度等環(huán)境因素變化會(huì)影響雜交效果，一般情況下，每天的8：00—10：00時(shí)雜交效果最好。不同時(shí)間段雜交的種子其平均異交率有很大差異，以8：00—8：30的異交率最高。但長(zhǎng)柱頭棉花的異交率與授粉時(shí)間的遲早沒有太大關(guān)系，而與花朵的育性類型有關(guān)，該類種質(zhì)異交習(xí)性的生理機(jī)制還需進(jìn)一步探明[16]。

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Study and Utilization of Long-stigma Cotton in Hybridization Breeding

JI Lixia，GUOBaode，YANGFen，LEI Wei
（Institute ofCrop Sciences，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Four long-stigma materials with good comprehensive characters and different stigma length were studied in recent years. Their otherness were analyzed in different pollination methods,pollination at different times different periods of pollination,different column length and different pollination time,etc.The heterosis indices of major economic characters of hybrids were determined.The result showed that the efficiency of hybridization was improved by using long stigma cotton pollination to simplify the emasculation process.The length of stigma exserted was different,and the outcrossing rate was different.The excellent lines,which had 10 mm length of stigma exsertion,outcrossing rate in more than 95%and had strong heterosis,was cross breeding or hybrid seed production in production,and the hybrid effect was the best in general 8:00-10:00.

cotton;long-stigma;heterosis index;outcrossing rate

S562

：A

：1002-2481（2017）07-1058-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.03

2017-05-10

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育種工程項(xiàng)目（17yzgc086）；山西省科技成果推廣項(xiàng)目（201604D131049）

冀麗霞（1975-），女，山西平遙人，助理研究員，碩士，主要從事棉花、蕓豆育種研究工作。