棉花雄性不育系网室蜜蜂授粉技术研究

吴翠翠，李朋波,，曹彩荣，曹美莲，杨六六，刘惠民（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室，山西运城044000；农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原000）

棉花雄性不育系网室蜜蜂授粉技术研究

吴翠翠1,2，李朋波1,2,3，曹彩荣1,2，曹美莲1,2，杨六六1,2，刘惠民1,3
（1山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；
2棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室，山西运城044000；
3农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原030031）

摘要：旨在研究蜜蜂在棉花不育系上的传粉特征以及是否适宜棉花三系制种。本试验在网室内利用蜜蜂(Apis mellifera Ligustica Spinola)进行棉花不育系授粉，以人工授粉为对照，调查晴天与阴天蜜蜂在棉花保持系和不育系花朵上的造访频率和单花停留时间，并比较蜜蜂和人工授粉田间农艺性状、制种产量及成本。结果表明，晴天条件下，蜜蜂在棉花保持系的造访频率为60次/h，不育系为49.2次/h，差异达显著；阴天条件下，蜜蜂在保持系的造访频率为23.4次/h，不育系为13.8次/h，差异不显著。蜜蜂授粉和人工授粉单铃籽粒数有显著差异，而单株铃数和空果枝数差异达极显著，果枝数、铃重、衣分、子指、发芽率则无显著差异。蜜蜂授粉种子产量可达人工授粉的70%左右，但其制种成本远低于人工授粉，可节约费用三分之二。因此，合理利用蜜蜂授粉技术对棉花不育系制种具有重要的推动作用。

关键词：蜜蜂；棉花不育系；网室；制种

0　引言

目前，杂交棉以人工去雄授粉制种为主，随着劳动者工资大幅上涨，利用人工授粉制种成本越来越高，因此，降低棉花制种成本，提高制种产量，成为当前杂交棉推广的一个重要前提。三系杂交棉是指用不育系、恢复系和保持系进行杂交制种，省去了去雄过程，能够降低制种成本，但若采用人工授粉，杂交种子成本仍然较高。棉花属虫媒作物，可采用昆虫进行传粉。蜜蜂作为一种很好的传粉媒介，已经在苹果[1]、桃[2]、猕猴桃[3]、枣树[4]、西瓜[5]、草莓[6]、西葫芦[7]、黄瓜[8]、苦瓜[9]、甜椒[10]、白菜[11]、莲花[12]、洋葱[13]等瓜果蔬菜中获得广泛应用。蜜蜂应用于农作物制种研究较多的有油菜[14]、油葵[15]、大豆[16]、荞麦[17]、苜蓿[18]等。在棉花中利用蜜蜂制种也有初步报道[19-21]，结果表明，用蜜蜂传粉进行棉花杂交制种可节约成本，且制种效果较好。本试验在网室条件下，利用棉花保持系与不育系进行蜜蜂授粉试验，对网室内蜜蜂在棉花花朵上的授粉特征进行观察，并比较与人工授粉制种在农艺性状和制种产量的差异，探索低成本、高效率的棉花三系制种方法。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1蜜蜂采用蜂种为运城当地蜂农饲养的意大利蜜蜂(Apis mellifera Ligustica Spinola)，每箱蜂内放6个巢脾，约2000～2500只蜜蜂。

1.1.2棉花材料本课题组培育的6个不育系，分别为50-1A、50-2A、50-3A、50-4A、50-5A和50-6A，晋棉50号作为保持系。其中，不育系为母本，花药败育，完全无花粉；保持系为父本，花粉正常发育。

1.2方法

1.2.1棉花种植不育系和保持系的配置比例为2:1，密度为60000株/hm2，行距66.7 cm，株距25 cm，3次重复。不育系和保持系相间种植。于2013年将棉花亲本种植在山西省农科院棉花所牛家凹农场网室内，网室长56 m，宽6 m，总面积为336 m2，其中蜜蜂授粉区为300 m2，人工授粉区（对照）为36 m2，网室四周用40目的尼龙网布隔严，蜜蜂授粉区与人工授粉区采用纱网隔离。

1.2.2田间管理在播种前用70%吡虫啉5 g拌1 kg棉花毛籽的比例对种子进行拌种，防治苗期蚜虫。棉花开花前3天，1 hm2用50%吡蚜酮300 g，兑水225 kg喷雾防治棉花蚜虫，然后罩上纱网，停止一切喷施用药。其他管理措施同大田。

1.2.3放蜂在不育系与保持系进入开花期时（6月下旬），早晨在网室中部进行放蜂，蜂箱放置在距离地面约50 cm高的木架上，巢门前设置喂水器，每天更换1次清水，至授粉结束（8月上旬）。

1.2.4测定方法在棉花盛花期，在晴天和阴天的不同气象条件下上午9:00—11:00时，分别选取不育系和保持系当天开的2朵花，测定10 min内蜜蜂的访问次数，计算1 h中对目标花朵的造访频率。蜜蜂访问棉花不育系和保持系花朵的时间（样本量为100个），计算单花停留时间。棉花收获期间调查果枝数、单株结铃数、单铃种子数等性状。用SPSS 16.0和EXCEL进行数据分析。用6个不育系蜜蜂传粉和人工授粉种子各500粒在人工气候箱中进行种子快速发芽试验，统计发芽率。

2　结果与分析

2.1蜜蜂在网室棉花授粉中的访花特性

蜜蜂飞行能力强，在网室内放蜂初期有撞网现象，3天后基本适应网室条件，活动规律与棉花花朵开放相协调，从日出到傍晚都可见有蜜蜂授粉，中午高温时蜜蜂活动数量减少。网室内温度相对较高，对蜜蜂的采蜜和授粉活动有一定影响，蜂群群势有所下降。蜜蜂降落到棉花保持系后，用前足收集花粉，后足携带花粉，由上而下在雌蕊上活动，而后将喙伸向花基部寻找蜜源。蜜蜂落在不育系花朵上，由于花粉败育，因此蜜蜂主要在花朵基部进行寻觅，将喙伸入花基部，然后在花朵上下活动，将身体携带花粉传到柱头上。

在网室条件下，棉花授粉最佳时段为上午9:00—11:00时，在这一时段调查结果表明（表1），晴天时蜜蜂对棉花保持系的造访频率范围为24～78次/h，平均为60.0次/h；对不育系的造访频率范围为30～78次/h，平均为49.2次/h。t检验结果显示，蜜蜂对不育系的访花频率显著低于可育的保持系。阴天时蜜蜂出巢活动减少，对棉花的造访频率与晴天比较显著下降，而在不育系与保持系之间t检验结果无显著性差异。晴天蜜蜂在不育系与保持系的单花停留时间差异达极显著水平，两者的单花停留时间最短均为2 s，不育系单花停留时间最长达151 s，保持系的最长停留时间为64 s。阴天时蜜蜂访花时间略有降低，不育系与恢复系差异不显著，但不育系比晴天条件下显著降低。

表1　蜜蜂对棉花花朵的造访特征

表2　蜜蜂与人工授粉性状比较

表3　蜜蜂与人工授粉成本比较

2.2蜜蜂授粉效果分析

对6个不育系和人工授粉的田间性状、产量等数据进行统计分析，结果如表2。其中，蜜蜂授粉和人工授粉的单铃籽粒数有显著性差异，而单株铃数和空果枝数差异极显著。果枝数、铃重、衣分、子指无显著差异。蜜蜂授粉在单株铃数、空果枝数、铃重、衣分和子指上较人工授粉结果好，而人工授粉在果枝数、单铃籽粒数、籽棉产量和种子产量等性状上好于蜜蜂授粉。可见，蜜蜂授粉通过反复刺激柱头可提高单株铃数，降低空果枝数，提高铃重、衣分、子指等方面的作用。蜜蜂授粉种子发芽率为92.8%，较人工授粉的种子发芽率均值高1.8%，t检验两者差异不显著。

2.3蜜蜂制种效益分析

以2014年在山西夏县的制种成本进行分析，每公顷需要2000～2500头蜜蜂的蜂箱15箱，每箱使用30天费用为600元；人工制种每天4 h，每小时劳务费8元，每公顷每天需要38个人工授粉。比较蜜蜂和人工授粉的成本可知（表3），蜜蜂授粉每公顷制种费用为人工的24.7%，每千克杂交种子制种成本为9.77元，比人工授粉的成本降低65.5%。

3　讨论与结论

本试验通过对蜜蜂在棉花保持系和不育系进行造访频率和单花停留时间的调查，表明蜜蜂在保持系（晴天60.0次/h，阴天49.2次/h）的造访频率高于不育系（晴天23.4次/h，阴天13.8次/h）；而蜜蜂在保持系的单花停留时间（晴天14.2 s，阴天26.9 s）较不育系（晴天11.6 s，阴天13.4 s）长。田间性状调查结果表明，蜜蜂授粉在单株铃数、空果枝数、铃重、衣分、子指、发芽率等性状优于人工授粉。生产1 kg棉花种子，蜜蜂授粉比人工授粉可节约成本18.54元。

3.1网室内蜜蜂在棉花上的活动特征

网室内小气候特点是温度较外界高2～4℃，风速较外界小。当温度高于40℃时，蜜蜂授粉活动显著减少，网室内晴天时一般在12:00—16:00之间温度达40℃以上，而此时棉花花朵最佳授粉时间已过，因此影响较小。风速过大也会影响蜜蜂的授粉活动，网室具有遮挡作用，因此风速较小，在网室内蜜蜂活动能力较强。在晴好的天气条件下，蜜蜂在棉花保持系的造访频率较不育系高，在棉花保持系的单花停留时间较不育系长，这可能与蜜蜂采集花粉的习性有关。在保持系花朵上较容易采集到足量的花粉，即可迅速飞往下一朵花就行采集授粉，而在不育系中，由于花药败育，没有花粉，蜜蜂根据习性需要在花朵中活动更长时间以采集“花粉”，因此，蜜蜂在可育花与不育花的活动上并没有生物学的选择性。在阴天表现可育不育花朵停留时间差异不显著，则可能是因为蜜蜂的活动能力下降导致。

3.2影响网室内蜜蜂制种的因素

3.2.1蜂群群势强盛蜜蜂对于棉花的花粉和花蜜属不喜类型，若选择蜂群势相对弱的进行授粉，则会效果较差。

3.2.2糖水饲喂量在授粉期间，不可持续给蜂箱内添加糖水，在花粉量极少时适当进行饲喂，以保证蜜蜂对于采粉的积极性。根据近两年的蜜蜂授粉试验，结果证明在授粉期间过度饲喂蜜蜂，授粉效果较差。蜜蜂对于棉花花朵属不喜类型，因此如果添加糖水饲喂，则大大降低了蜜蜂对于采粉的积极性。蜜蜂除了对于棉花花朵的采集，还采集苞叶、茎、叶片等蜜腺上的蜜，会对一切可以采集的地方进行搜寻。

3.3.3网室虫害防治在棉花开花期到盛花期之间，红蜘蛛、蚜虫等虫害对棉花的侵害较大，因此在网室授粉种植时，播种前须进行药剂拌种，减少棉蚜的危害，在授粉前彻底进行一次农药的喷施，在授粉期间尽量减少喷施次数，对蜜蜂危害尽量减少。授粉期间需要进行防治时，可采用黄色粘虫板防治蚜虫，不可喷施化学农药，以免杀死蜜蜂。

3.3.4气象条件从试验结果看，当遇到阴雨天气，蜜蜂授粉也有其局限性，授粉效果较差时，要适当结合人工授粉作为补充。

3.3.5田间管理在将蜜蜂蜂箱撤离后，除去纱网，对棉株进行一次彻底的整理，剪除有生长点的顶部及侧枝，以防混杂，进行精细的田间管理，保证杂交铃生长通风透光，提高制种产量和质量。

3.3蜜蜂授粉可提质降本

蜜蜂授粉提高了单株铃数，降低了空果枝数，并在铃重、衣分、子指和发芽率等性状上有所提高，但未达显著水平。蜜蜂授粉对同一朵花有反复授粉的特点，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。本试验10月25日最后一次收获，全部为霜前花，较人工授粉提早10天左右。种子的发芽率均值较人工授粉高，说明种子成熟度较好，可以用于杂交制种。

近年来随着人工费用的快速增加，蜜蜂授粉的比较优势逐渐明显。邢朝柱[19]利用蜜蜂传粉进行棉花杂交制种，结果表明采用蜜蜂传粉40天的制种，每公顷节省4800元。本试验授粉每公顷制种费用比人工节省75%左右，折合到制种成本相当于人工授粉的三分之一。

综上所述，由于劳动力费用日渐增长，利用人工授粉进行杂交棉制种成本越来越高，严重阻碍了杂交棉的生产应用。采用蜜蜂对不育系进行制种产量虽比人工制种低，但可大量节约成本，因此，在棉花三系制种时，以蜜蜂为代表的昆虫授粉效果好、成本低廉，必将成为三系杂交棉制种的首选技术措施。

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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

中图分类号：S891

文献标志码：A论文编号：cjas15060008

基金项目：转基因生物新品种培育科技重大专项“转基因抗虫杂交棉新品种产业化”(2012ZX08013013)；山西省青年科技研究基金“壁蜂在棉花三系传粉中的行为规律研究”(2013021026)。

第一作者简介：吴翠翠，女，1982年出生，山西侯马人，助理研究员，硕士，主要从事棉花遗传育种研究。

通信地址：044000山西省运城市黄河大道118号山西省农业科学院棉花研究所，Tel：0359-2127135，E-mail：wucuicui19821021@163.com。 044000山西省运城市黄河大道118号山西省农业科学院棉花研究所，Tel：0359-2127135，E-mail：lpbmhs@126.com。

通讯作者：李朋波，男，1976年出生，山西芮城人，副研究员，博士，主要从事棉花遗传育种研究。

收稿日期：2015-06-08，修回日期：2015-07-17。