玉米花粉和花丝活力研究

郑飞，孔令杰，刘瑞响，张美景，赵文明，袁建华(江苏省农业科学院粮食作物研究所，江苏南京210015)

不同玉米自交系对不同气候环境变化的敏感程度不同，可能出现花粉量减少、雄花退化、错期不当、花期不遇等问题［1］。为了减少经济损失，人工辅助异地采粉，授粉技术需要对离体玉米花粉活力及花丝受粉结实活力保持的时间有较为确切的了解［1－2］。笔者探讨在海南气候条件下离体玉米花粉生活力和花丝受粉结实活力保持时间，以期为杂交制种、提高制种产量、配组补救措施等提供理论依据［3］。

1 材料与方法

1．1 试验时间与地点 试验于2013年冬季在海南省梅联镇进行。

1．2 试验材料 供试材料为JS06730自选玉米自交系，该系花粉离体后容易起团结块;另一份材料为JS651自选玉米自交系，该系散粉性好，花粉离体后不易结块。

1．3 试验方法

1．3．1 玉米花粉活力的测定。田间试验于2013年11月6日进行。为了保证供试植株花丝处于最活力状态，将玉米自交系JS06730和JS651分2期播种。在雌穗吐丝前，分别各选生长一致的植株65株套上白色羊皮袋，等待授粉。于12月28日Ⅰ期供试植株花丝吐齐后，彻底去雄。于上午8:00分别将所有Ⅱ期开花植株雄穗全部套上袋，10:00采集新鲜花粉，对照(CK)选5株套袋果穗立即用于人工授粉。其余每20袋花粉为1组，放入纱网袋内，A组悬挂田间，B组加上硅胶用塑料袋包裹好放入(4℃)冰箱冷藏，C组加上硅胶用塑料袋包裹好放入(－20℃)冰箱冷冻储藏。2 h后每个处理各取5袋花粉分别自交授粉;12月29日上午10:00每个处理各取5袋花粉分别授粉自交;12月30日上午10:00，即取粉后48 h每个处理各取5袋花粉分别授粉自交;第4天上午10:00即取粉储藏72 h每个处理各取5袋花粉分别授粉自交。授粉后挂牌记载。

利用3个处理条件下花粉对充分吐丝的雌穗进行授粉，调查收获后的果穗结实情况，用结实率反映玉米花粉活力。按照以下公式计算结实率:结实率(%)=(各处理平均单穗结实粒数)/对照平均单穗结实粒数×100%。试验数据采用Excel和DPS软件进行统计与分析。

1．3．2 散粉期后玉米花丝活力的测定。试验时间为2013年11月6日，为了保证供试植株花丝所授花粉处于最活力状态，将玉米自交系JS06730分4期播种，间隔期为4 d。在雌穗吐丝前，选择第1期生长一致的植株80株套上白色羊皮袋，等待授粉。待自交系第1期散粉期结束，即1月2日上午8:00将后期自交系开花雄穗全部套上袋，10:00采集新鲜花粉并立即对5株第1期套袋雌穗人工授粉，都标记为D1;第2天上午取粉和授粉方式同前，都标记为D2;以此类推，直至1月17日，即第16天授粉都标记为D16。

随机取第1期田间开放授粉的结实果穗5穗作为对照(CK)，各处理平均单穗结实粒数与对照平均单穗结实粒数之比为各处理的结实率，用结实率反映玉米花丝活力。

结实率的计算公式如下:结实率(%)=(各处理平均单穗结实粒数)/对照平均单穗结实粒数×100%。试验数据采用Excel和DPS软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2．1 玉米自交系花粉活力结实情况 从图1可以看出，常温条件下取粉24 h后，JS06730自交系花粉已结块成团，48和72 h结块更为严重;JS651取粉后48 h开始轻微结块，72 h结块成团较多;在4℃和－20℃密封条件下2种自交系花粉均没有结块，但取出授粉时立即严重成团结块。在环境适宜的条件下果穗结实率反映了花粉的生活力。该研究表明不同温度条件下不同材料玉米花粉活性受到显著影响，这种影响变化趋势会随着储藏时间的长短而不同。

图1 不同储存条件下JS651和JS06730玉米花粉的结实率变化

不同温度处理下，玉米花粉活性下降速率不同。从图1可以看出，取粉24 h授粉自交，在室温处理条件下JS651花粉活力已降至54%，JS06730则降至26%;在4℃条件下，JS651和JS06730的花粉活力均降至15%;在－20℃条件下，JS651和JS06730花粉均失去活性，无受精结实能力。超过48 h JS651和JS06730花粉在所有处理条件下均不能完成正常的受精作用，田间表现结实率为0。同时，在低温条件下花粉寿命并没有延长;在常温条件下花粉寿命为24～48 h。

对离体玉米自交系花粉不同储存条件下结实率进行方差分析，结果表明不同材料花粉采用不同的处理方法和处理时间段的差异均达极显著水平(P=0．000 1)。这也说明花粉活力不仅受自身基因型的影响，也受储存条件和时间长短的影响［3］。

由表1可知，玉米花粉活力在3种温度条件下均达到显著差异。尤其在24℃和4℃条件下，花粉活力达到极显著水平。

表1 2个玉米自交系结实率在不同温度处理条件下的比较

由表2可知，储藏处理时间在2～24 h范围内各处理间存在极显著差异。储藏处理时间在48～72 h玉米花粉活力极低，此时的2个处理间没有显著差异。这表明超过48 h玉米花粉便失去活性，无受精结实能力。

表2 2个玉米自交系结实率在不同处理时间的比较

2．2 玉米自交系花丝活力结实情况 从图2可以看出，玉米散粉期过后雌穗的花丝活力随着吐丝天数的增加而降低。在散粉期结束后1～4 d花丝还能维持较强活力，第7天玉米花丝活力降至80%，此后随着时间的延长而呈急剧下降趋势。

图2 散粉期后不同天数花丝受粉的结实率

对散粉期过后不同天数玉米自交系花丝授粉结实率进行方差分析，结果表明不同天数花丝授粉结实率的差异均达极显著水平(P=0．000 1)。

由表3可知，散粉期过后第1～5天的结实率无明显差异，花粉活力可达94%以上;第6天和第7天稍有下降，但结实率可保持在80%以上，此后随着时间的延长而呈急剧下降趋势;第15天和第16天结实率无显著差异，此时花丝衰老无结实能力。

表3 不同时间花丝结实率的变化

3 讨论

该研究发现在不同环境条件下不同基因型材料花粉活力存在显著差异。前人的研究结果表明，低温条件下可以显著延长玉米花粉的生活力，在常温条件和0～5℃条件下，玉米花粉能保持10 h的正常生活力;在5～10℃条件下，其生活力能保存 5 d［4］。幸享泰等［5］和石思信等［6］在超低温(－70℃或－196℃)条件下发现花粉活力能保存1～2年。张红梅等研究表明离体玉米花粉在室温(24℃)、冷藏(4℃)和冷冻(－20℃)的生活力保存时间分别为4、4和9 d。亓文俭等研究发现在田间自然过夜条件下(22～30℃)容易结块成团的自交系花粉活力维持的时间较短，其活性在24 h保持正常;不易结块成团的玉米花粉活力保存的时间更长，48 h内生活力正常。

该试验结果表明，在常温条件下不同的玉米自交系的花粉生活力不同，玉米花粉寿命为24～48 h，该结果与亓文俭等研究结果相一致。前人的研究表明，低温条件下玉米花粉的生活力可以显著延长［3］。该研究发现，在低温条件下(4℃和－20℃)，花粉寿命未能如期延长。这些与前人的研究结果不同可能与试验所选用的材料以及除温度以外的其他环境因素的不同有关。此外，这可能与空气的湿度和花粉相对含水量大小有关［7］。研究表明，花粉相对含水量是影响玉米花粉超低温保存成功的主要因素，其中超低温保存的最适宜相对含水量为11．3% ～14．7%［8］。该试验2种自交系花粉在4℃和－20℃密封条件下均没有结块，但取出授粉时立即吸潮严重成团结块。这可能导致了其活性降低的原因之一。

该试验研究发现，玉米花丝活力能持续到开花期结束后1～7 d，结实率可达80%以上。前人研究表明，玉米花丝在吐丝后1～6 d生活力最强，超过15 d后授粉几乎不能结实［3］。据文献报道，玉米花丝活力在吐丝后的4～10 d明显下降［9］。该试验对花丝活力研究时限为16 d，侧重于散粉期结束后花丝在不同时期活力的变化，而前人研究主要侧重于玉米在刚吐丝后的花丝的活力变化。

在玉米育种和制种过程中，了解和掌握玉米花粉和花丝的活性规律有助于玉米育种和制种的成功［2，10］。虽然不同材料间和不同环境玉米花粉和花丝的活力变化有一定的差异［11－13］，但该研究结果所反映的玉米花粉和花丝活力的变化规律无论在玉米育种、制种还是在大田生产过程中都具有一定的参考性。

［1］亓文俭，亓晓光，刘新国．玉米花粉的活性试验与玉米育种制种［J］．中国种业，2009(S1):79－80．

［2］牛道平，姚亚妮，雍海虹，等．杂交玉米制种花期调节与不遇的对策［J］．玉米科学，2004，12(3):80 －81．

［3］张红梅，智建奇，董立红，等．玉米花粉和花丝生活力研究［J］．作物杂志，2005(6):28－31．

［4］任转滩，洪德峰，马毅．低温环境下玉米花粉生活力保持时间的研究［J］．玉米科学，2008，16(4):199 －200．

［5］幸享泰，梁万福．玉米花粉的冷藏研究［J］．西北植物学报，1994(6):33－39．

［6］石思信，田玥．玉米花粉超低温(－196℃)保存一年后的结实能力［J］．作物学报，1989，15(3):283 －286．

［7］孙果忠．超低温保存花粉技术在温室玉米加代育种上的应用［J］．河北农业科学，2013，17(1):65 －67．

［8］王钦丽，卢龙斗，吴小琴，等．花粉的保存及其生活力测定［J］．植物学通报，2002，19(3):365 －373．

［9］BASSETTI P．Study on the maize silk aging and fertilization［J］．Crop Science，1993，33(2):275 －278．

［10］徐美玲．温度对玉米花丝的影响［J］．浙江农业科学，2002(3):120－121．

［11］窦云河，张建国，赵伟，等．高赖氨酸玉米花粉生活力的研究［J］．现代化农业，2002，5(3):21 －22．

［12］王艳哲，崔彦宏，张丽华．玉米花粉生活力研究进展［J］．玉米科学，2008，16(5):144 －146．

［13］侯有良，卢宝红，钟改荣，等．玉米自交系花粉生活力研究［J］．玉米科学，2001，9(2):30 －31．