棉花胞质不育恢复系花粉活力研究

王宗文，孔凡金，王景会，邓永胜，韩宗福，申贵芳，段冰，李汝忠

（山东棉花研究中心/农业部黄淮海棉花遗传改良与栽培生理重点实验室，山东济南250100)

棉花具有较强的杂种优势[1-4]，但由于其无限生长等生物学特性，棉花杂种优势利用的主要形式依然是手工剥花、去雄杂交制种。杂交制种用工多、成本高一直是棉花杂种优势利用的主要限制因素[5]。利用棉花胞质不育的“三系法”（不育系、保持系和恢复系）杂交制种，无需剥花去雄，是棉花杂种优势利用的理想方法之一[6]。近年来，我国强优势“三系”杂交棉选育与应用取得了较大进展[7-8]。棉花花粉、柱头对温度、光周期[9]、空气湿度[10]等环境条件较为敏感，会直接影响其活力，进而影响杂交制种产量和制种技术规程的制定。前人研究表明，花粉活力极易受外界因素，尤其是温度的影响[11-15]；开花期32℃以上的平均温度会导致花粉粒活力降低、花药不开裂、棉铃脱落、产量降低。在避光、超低温条件下，花粉保藏效果更好，活力持续时间会大大延长[16-17]，并提出了一些行之有效的提高棉花杂交制种产量的方式方法[18-19]。然而，对胞质不育系花粉活力的研究却少见报道。本研究以本团队选育的骨干胞质不育系、恢复系为亲本，配制3个杂交组合，以杂交结铃率为评价指标，研究不同处理下恢复系花粉活力的差异，以期为提高棉花“三系”法杂交制种效率提供指导和借鉴。

1 材料与方法

试验于2015年在山东棉花研究中心临清试验站进行。以本团队选育的具有哈克尼西棉遗传背景的3个骨干胞质不育系588A、547A、666A为母本，2个骨干育性恢复系31R、75R为父本，配制3个杂交组合 588A×31R、666A×75R、547A×75R，于盛花期 （7月20－25日）17时取恢复系次日要开的花，经不同温度和不同放置时间处理后，分别为不育系中部第一果节花 （开花当天或第2天的花）授粉，共设置11个处理（表1），以正常授粉杂交处理（开花当日上午取恢复系花粉为不育系中部第一果节当日开花的柱头授粉）为对照（CK）。

于每天上午9时和下午4时开始授粉，授完为止。每个处理授粉40～50朵花，设3次重复，授粉后挂牌标记。8月25日调查记录各处理的成铃数，计算成铃率。用Excel 2007和SPSS 11.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

3个杂交组合在不同处理下的成铃率见表2。

在给当日花授粉的前7个花粉处理中，3个组合有4个处理的平均成铃率高于CK，其中T3处理成铃率最高，平均达46.7%，较CK增加13.6百分点；T2次之，平均成铃率为44.1%，较CK增加11.0百分点。两处理成铃率较CK增幅均达显著水平。T6位列第三，平均成铃率为39.3%，较CK增加6.2百分点。而T5处理平均成铃率为34.6%，较CK仅增1.5百分点。以T4处理成铃率最低，仅为23.9%，较CK降低9.2百分点。2℃低温保存分别至第3天后上、下午授粉的T7、T8两处理的成铃率仍分别达28.9%和26.4%，分别较CK降低4.2和6.7百分点。上述结果说明，恢复系花粉室温放置过夜（夜间室内温度高于田间温度）和短时间适当高温处理，可提高其活力。低温保存可有效延长花粉活力，但在低温条件下花粉活力受到抑制，授粉前需提前置于室温一段时间或适当高温处理以恢复其活力。

表1 试验处理

就不同组合成铃率来看，表现出较为一致的趋势，但组合间仍有一定差异。以588A×31R组合不同处理成铃率最为稳定，在给当日开花柱头授粉的处理中除T4、T8处理成铃率较CK略有降低外，其他处理成铃率都有提高，其中，T2处理成铃率达53.5%，较CK增加20.9百分点，达显著水平。而666A×75R组合除T2、T3处理外，其他处理成铃率较CK均大幅度降低。547A×75R组合除T2、T3处理成铃率较对照提高外，T6处理成铃率亦较CK提高了7.7百分点，其他处理成铃率均有降低，但降幅小于666A×75R组合。后两组合父本为同一恢复系，成铃率的差异，反映了母本不育系的遗传背景对成铃的影响。

无论是当日花粉，还是低温保存处理花粉，给花后第2天的柱头授粉，成铃率都大幅降低。T9～T11处理3组合平均较CK降低22.9～28.1百分点，均达极显著水平。以2℃低温保存36 h、室温放置至第3天下午授粉处理（T11）最低，2℃保存24h、室内放置过夜至第3天上午授粉处理（T10）稍高。T10成铃率略高于开花当天恢复系花粉（T9）结果与前述花粉活力差异相吻合。3组合表现出高度的一致性，降幅均达显著水平，其中547A×75R组合T11处理成铃率仅为2.7%，较CK降低32.6百分点，差异极显著。

3 讨论与结论

前人研究表明，4℃低温保存可有效延缓棉花花粉活力的下降速度[20-21]。本研究结果表明，2℃低温保存可有效延长胞质不育恢复系花粉活力，与前人对常规棉花粉活力的研究结果相一致。但本研究结果同时还表明，低温条件下恢复系花粉活力受到抑制，恢复系花粉离体室温放置过夜和室温放置过夜加短时间适当高温（35℃）处理，可显著提高恢复系花粉活力，这可能是由于棉花胞质不育恢复系对温度更加敏感，拟或是胞质不育恢复系花粉发育成熟需要更高的积温，有待于进一步研究。

不同授粉处理的杂交结铃率差异是杂交亲本花粉与柱头活力的综合体现。景忆莲等[18]研究表明，常规棉柱头活力保持时间仅为1.5 d，开花当天柱头活力呈“不对称双峰”特征，9:30―10:30及15:30―16:30是柱头活力旺盛时段。崔瑞敏等[19]研究表明，棉花柱头在每天10时和16时活力最强。张昭伟等[22]对三系杂交棉亲本花粉和柱头活力研究表明，不育系柱头活力可从开花当天持续到第2天上午，开花当天下午到第2天上午授粉仍可获得一定的结铃率。本研究结果表明，棉花胞质不育系柱头活力与前人对常规棉柱头活力的研究结果基本一致，不论是用恢复系当日花粉还是低温保存花粉授粉，开花翌日不育系柱头活力都极显著低于开花当日柱头，但仍有9.9%和10.2%的成铃率。利用2℃低温保存36 h花粉授粉，不育系次日下午柱头成铃率仍达5.0%。

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表2 不同花粉处理的成铃率

利用棉花胞质不育三系配套杂交制种，省去了人工剥花去雄过程，可大幅度减少制种用工，但在大规模杂交制种时，如同手工剥花去雄制种一样，只是上午授粉制种，就会造成下午劳动力闲置，不利于降低制种成本。本研究结果表明，通过低温保存恢复系花粉，全天授粉制种是可行的，这可大幅提高劳动效率，降低制种成本。基于本研究和借鉴前人研究结果，推荐胞质不育“三系”杂交制种模式为：17时左右取下恢复系次日要开的花，分成两份，其中一份置于室内均匀摊放过夜，次日上午采粉、授粉。另一份则放入冰箱2℃下低温保存，次日上午10时左右从冰箱中取出，置于室内均匀摊放5～6 h，于下午4时左右采粉、授粉。如制种期间遇雨，当日不能完成授粉，在劳动力允许的情况下，可同时给开花次日的柱头补授粉，以最大限度增加杂交成铃，提高制种产量。

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