长柱头棉花在杂交制种中的研究与利用

冀丽霞，郭宝德，杨芬，雷伟

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

长柱头棉花在杂交制种中的研究与利用

冀丽霞，郭宝德，杨芬，雷伟

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

以山西省农业科学院作物研究所棉花远缘杂交课题组近年来培育出的综合性状优良、柱头外露长度不同的4份长柱头材料为研究对象，分析研究了不同授粉方式、不同时段授粉、不同柱长不同时间杂交授粉等方面的差异性，并对杂交种主要经济性状的杂种优势指数进行了测定。结果表明，可以利用长柱头棉花不去雄授粉来简化去雄工序，提高杂交效率；柱头外露长度不同，异交率也不同；生产上宜选用柱头外露长度在10 mm以上、异交率在95%以上且具有较强杂种优势潜力的优良株系来进行转育或杂交制种，一般于8：00—10：00杂交效果最好。

棉花；长柱头；杂种优势指数；异交率

长柱头种质具有较高的杂种优势利用价值，长柱头性状在许多植物中被发现[1]。周瑞阳在红麻种子后代中发现了柱头外露的突变体，并已选育出4个长柱头自交系[2]；苏振喜等发现了具有柱头外露性状的油菜不育系；苏自强等选育出了高柱头外露的粳稻新品系4260[3]。

长柱头棉花种质即为棉株现蕾7 d后，柱头外露,而雄蕊仍被花瓣包裹在花冠内，直到开花才露出[4]。KOHEL最早从海岛棉和陆地棉杂交后代中鉴定出柱头外露是种突变性状[5]。我国从20世纪80年代先后开始发现了柱头外露性状的变异体[6]。长柱头棉花种质的发现,为棉花育种者在杂种优势利用上提供了一种新的思路，开辟了一条新的路径。黄完基等于2002年获得了经济性状较优的柱头外露系泅棉3号；纪家华等培育的93y23系和94-168系的各项经济性状已接近常规陆地棉[7]。利用棉花长柱头材料配制杂交组合时，不需人工去雄而直接授粉，可以省工节本，提高杂交制种效率[8]。

但在利用长柱头棉花杂种优势时也存在一些问题，如不去雄而直接授粉时，能否保证95%以上的异交率；异交率是否会随授粉时间推迟而下降；柱头外露长度的不同对异交率有无影响；长柱头棉花的杂种优势指数如何等。为了弄清这些问题，山西省农业科学院作物研究所棉花远缘杂交课题组从2010年开始对近年来培育出的综合性状优良、柱头外露长度不同的4份长柱头材料进行研究，旨在评价长柱头材料在棉花杂交制种上的利用价值，为棉花利用长柱头材料培育杂交种研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验在山西省农业科学院东阳基地棉花试验田进行。参试材料共4份，母本为TY35，TY23，TY10，TY16，均为山西省农业科学院作物研究所棉花远缘杂交课题组通过野生种瑟伯氏棉与栽培种陆地棉杂交培育出的柱头外露种质。对照为晋棉37号。

1.2 试验方法

1.2.1 不同杂交制种方法的异交率研究试验以柱头外露棉种质作母本，父本选用具有指示性状的毛株棉，采用直接授粉、纸片隔离授粉和人工去雄授粉3种杂交方法对杂交棉的异交率进行研究。其中，直接授粉是指不去雄，直接将父本的花粉授于母本外露柱头上；纸片隔离授粉是将圆形纸片中间挖直径大约0.3 cm的小孔，授粉时将其套在母本（不去雄）雄蕊管上面，柱头从小孔穿出，将花粉授于柱头上；人工去雄授粉是将父本花蕾的花瓣和花药剥离掉，次日进行人工授粉。

1.2.2 不同柱头外露长度和不同杂交时间段的异交率研究柱头外露长度在10.0 mm以上为长花柱，小于10 mm为短花柱。于7月20—25日和8月5—10日2期进行杂交，在这期间，每天于8：00—8：30，9：00—9：30，10：00—10：30，11：00—11：30共4个时间段进行杂交制种。

试验以不同柱头外露长度的棉花（分短、长2类）和晋棉37号为母本，以毛株棉作父本进行不去雄杂交，将柱长记录在塑料牌上，然后按设定的时段将毛株棉的花粉授于柱头上，再将塑料牌挂在花蕾的果柄上。每个试验处理各取20～50个花朵进行杂交，杂交铃吐絮后按挂牌分收，室内考种。2014年4月26日播种，出苗后10～15 d观察异交率。

1.3 测定项目及方法

在定苗之前，根据不同授粉方法随机调查植株200株，其中，无毛株为亲本株，毛株为杂种株，并按照公式（1）测算异交率。

异交率＝杂交种株数/调查株数×100%（1）

吐絮期田间调查亲本及其F1的株高，单株结铃数。并取植株中部籽棉20铃混收，室内考种，并根据公式（2）测算各性状的杂种优势指数。

杂种优势指数=hF1/（h（P1＋P2）/2）×100%（2）

式中，hP1，hP2分别为父本和母本的数量性状值，hF1为F1的数量性状值[9]。

2 结果与分析

2.1 3种不同杂交制种方法的异交率

以4个柱头外露种质为父本，毛株棉为母本，分别用人工去雄、纸片隔离、不去雄3种授粉方法进行杂交。从表1可以看出，不去雄方法的异交率最高达到88.70%，最低为81.90%。不去雄授粉法的平均异交率虽然比人工去雄授粉法低3.8百分点，比纸片隔离授粉法低0.4个百分点，但差异不明显。因此，可初步认定用柱头外露棉进行棉花杂交制种时，可不去雄，直接授粉。

表1 长柱头棉花不同杂交制种方法的异交率%

2.2 不同时间不去雄杂交授粉的异交率

表2 长柱头棉花不同时间不去雄杂交授粉的异交率%

由表2可知，长柱头棉花种质不去雄授粉时，7，8月份2个时间段的异交率存在很大差异，而且授粉时间越晚，异交率越低。7月份4个时间段内，8：00—8：30的异交率最高，达96.8%，11：00—11：30的异交率最低，为76.30%，二者相差20百分点。8月份4个杂交制种时间段的异交率较7月份的异交率均有所下降，下降幅度在4%～10%，但7，8月份均以8：00—8：30的异交率最高，分别为96.8%，87.2%；11：00—11：30异交率最低，分别为76.30%，72.10%，表明长柱头棉花在11：00以后已不适宜进行杂交授粉。长柱头棉花种质不去雄授粉时，7月份的平均异交率为87.30%，而对照晋棉37号正常花蕾的异交率仅为5.60%，相差81.7百分点，因此，长柱头棉花种质杂交授粉可以不去雄。

2.3 不同柱长不同时间不去雄杂交授粉的异交率

从表3可以看出，柱头长度在10 mm以下的短柱头外露棉进行不去雄杂交授粉时，随着授粉时间的推迟，异交率存在下降的趋势。柱头长度在10 mm以上的长柱头外露棉异交率基本不会随着授粉时间的推迟而下降。充分说明用短柱头外露棉杂交，其杂种纯度难以保证，而长柱头棉花的异交率与杂交时间关系不大。

表3 长柱头棉花不同柱长和不同时间不去雄授粉的异交率

因此，在育性尚不明确的情况下，生产上宜选用柱头外露长度在10 mm以上，且异交率在95%以上的柱头外露棉种质的优良株系来进行转育或杂交制种。

2.4 杂种优势指数测算结果分析

棉花杂种优势的表现是多方面的，本研究对长柱头棉花TY35与毛株棉及其杂种一代的主要经济性状杂种优势指数进行了测定。从表4可以看出，杂种一代株高、单株籽棉质量、单株皮棉质量3个性状的杂种优势指数均达到160%以上。衣分的优势指数虽低，但也达到98.91%，充分说明F1的杂种优势很大。由于长柱头棉花TY35是课题组利用瑟伯氏棉与陆地棉通过远缘杂交选育而成的，因此它具有较强的杂种优势潜力，可以进一步利用它和许多陆地棉品种组配大量杂交组合，从中筛选强优势超标组合在生产中应用[10]。

表4 （TY35×毛株棉）F1主要经济性状杂种优势指数测定结果

3 讨论与结论

多年来，国内许多专家曾对长柱头棉花进行研究。袁有禄试验使用的长柱头亲本柱头长度仅5～8 mm，其研究结论为，长柱头不去雄杂交制种时，异交率较低；张金发研究认为，长柱头棉花最高异交率为100%，最低为40%，平均为80.4%[11]；张正圣等（1999）选用的试验材料为柱头长度为12 m以上的长柱头种质系101-1，自花难以授粉，因此，他认为长柱头棉花杂交可以不去雄，可以在生产中直接利用来简化杂交制种手续、提高杂交制种效率[12]。

本研究利用新培育的长柱头棉花新种质系不去雄授粉的异交率为84.90%，而且省去了人工去雄的工序,产种效率也得到显著提高。说明可以利用长柱头棉花的杂种优势，利用不去雄授粉来简化去雄工序，提高杂交效率。但柱头外露长度不同，异交率不同，因此，棉花柱头外露长度是决定棉花异交率的关键[13]。根据对长柱头棉花异交率的研究结果可知，棉花柱头外露的长度与天然自花授粉率呈极显著负相关。当柱头外露长度低于10 mm时，天然自交率较高；当柱头长度在10 mm以上时，天然自花授粉率较低（一般低于5%）。柱头外露长度达10 mm以上且异交率在95%以上的长柱头棉花属于雌蕊异长类型的异花授粉作物。该结果为该类种质不去雄杂交制种提供了理论依据，具有重要的应用价值[14]。因此，在杂交制种生产上宜选用长柱头棉花种质的柱头外露长度在10 mm以上且异交率在95%以上的优良株系进行转育或杂交制种[15]。

但值得注意的是，光照、温度、湿度等环境因素变化会影响杂交效果，一般情况下，每天的8：00—10：00时杂交效果最好。不同时间段杂交的种子其平均异交率有很大差异，以8：00—8：30的异交率最高。但长柱头棉花的异交率与授粉时间的迟早没有太大关系，而与花朵的育性类型有关，该类种质异交习性的生理机制还需进一步探明[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

山西省农业科学院育种工程项目（17yzgc086）；山西省科技成果推广项目（201604D131049）

冀丽霞（1975-），女，山西平遥人，助理研究员，硕士，主要从事棉花、芸豆育种研究工作。