美国新引进甘蔗亲本开花习性及其遗传分析

雷敬超，周 会，高丽花，韦金菊，黄海荣，邓宇驰，李 翔，李杨瑞，杨荣仲，吴 杨，高轶静*

(1. 广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007；2.福建农业职业技术学院生物技术系，福建 福州 350007)

【研究意义】目前，通过选配甘蔗亲本进行授粉杂交仍是甘蔗育种的主要方式，因此，甘蔗亲本抽穗开花及其花粉活力是选配亲本的重要因素，有关甘蔗亲本的开花习性及其花粉活力方面的研究可为甘蔗育种的亲本选配提供参考依据。【前人研究进展】近年来，国内甘蔗育种工作者有关甘蔗常用亲本开花习性及其花粉活力方面的研究主要由广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场报道。早期，黄锦福等[1-2]先后对海南甘蔗育种场常用甘蔗亲本的开花习性进行了初步研究及遗传分析，周耀辉等[3-4]、何红等[5]还研究了甘蔗花粉的贮藏方法及其活力；最近，吴建涛等[6]对不同环境甘蔗亲本的开花情况进行了比较和遗传力分析，陈俊吕等[7]、常海龙等[8-9]在甘蔗花粉活力方面进行了研究报道。国外的Durai等[10]和Ghallab等[11]分别调查了甘蔗亲本的开花习性，Melloni等[12]开展了不同人工光周期条件下的甘蔗亲本开花诱导研究，但均未进行进一步的遗传分析。研究结果表明，甘蔗亲本始花期和抽穗率的广义遗传力均属遗传力较高的性状。【本研究切入点】我国目前种植的甘蔗品种皆为少数几个早期品种的近亲杂交后代，遗传基础狭窄，严重制约着甘蔗品种的改良。因此，有针对性地引进外来品种，筛选适合当地利用的品种和亲本材料，是扩大栽培品种和杂交亲本的遗传多样性和促进甘蔗品种改良的重要举措。【拟解决的关键】选取12个优良的美国新引进亲本作为试验材料，试验地点设在中国农业科学院甘蔗研究中心海南甘蔗杂交基地，于2013/14至2017/18年连续5个杂交季调查上述亲本的开花和抽穗情况，并观察花粉量和染色率，进行始花期、抽穗率和染色率广义遗传力分析。以期为甘蔗育种的亲本选配、杂交利用以及常规品种选育提供参考，为进一步研究甘蔗开花性状的相关遗传规律打下基础。

表1 甘蔗亲本的花粉特性及开花特点Table 1 Characteristics of pollen and blooming of 12 sugarcane parents

注：用3位数数值组合来表示花粉量和染色率，百位数代表花粉量，1表示少，2表示多；十位和个位数以百分数形式表示染色率。
Note: Quantity and dyeing rate of pollen were represented by three-digit numerical combination, with hundreds representing pollen quantity, 1 representing a few and 2 representing a lot. Tens and single-digit represent dyeing rate in percentage form.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试的12份甘蔗亲本为近年广西农业科学院甘蔗研究所项目新引进的美国品系(表1)，试验地点设在中国农业科学院甘蔗研究中心海南甘蔗杂交基地，调查时间为2013/14至2017/18年连续5个杂交季的开花季始末。

1.2 性状调查与数据分析

每个亲本种植为8 m行长，无重复。在2013/14至2017/18共5个杂交季中，每天调查并记录供试材料的开花情况，以各亲本第1个小穗裂开的当天为该亲本的始花期，花期用数值表示[2]，为方便分析，将所有亲本始花期中最早的一天(11月19日，CP07-1618，2015/16杂交季)记为1，始花期每推迟1 d，数字相应增加1，如11月23日开花，始花期记为5。

记录各亲本甘蔗的总株数和开花株数，统计供试材料的抽穗率，抽穗率(%)=(抽穗株数/总株数) × 100。

花粉染色率采用碘-碘化钾染色检测法。选取开花1/4～1/3的花穗，剪下同时含有已开和未开颖花的花轴5～8枝，选取每枝花轴上已开颖花临近的未开颖花2朵，共选择3枝有效花轴，用镊子小心地挤出颖花里的黄色花药(每朵颖花含3枚花药，共获得2×3×3=18枚花药)，用玻棒将花药捣碎，并将花粉铺匀，在载玻片上滴1滴碘-碘化钾溶液，盖上盖玻片，置于显微镜(10×4倍)下观察。凡是花粉粒成球形且被染成蓝褐色的视为可能具有活性的花粉，而呈三角形或皱缩且未被染色或染色很浅的则视为没有活性的花粉。连续观察3个视野，评估花粉量和染色率。采用从澳大利亚甘蔗产业研究所(Sugar Research Australia，SRA)引进的3位数数值组合表示花粉量和染色率(表1)：估算视野中花粉量占据总视野面积的比例，低于50 %时百位数上数字用1表示，超过50 %时百位数上数字用2表示；十位和个位数表示花粉染色率。染色率( %)=视野中被染色的花粉粒数/视野中所有的花粉粒数×100。如图1所示，CP01-1178在2016/17杂交季的花粉量及平均染色率数值为250，说明该亲本花粉量较大，染色率约为50 %。

图1 2016/17杂交季CP01-1178花粉镜检结果Fig.1 Pollen microscopic examination of CP01-1178 in 2016/17 crossing season

图2 12个甘蔗亲本5个杂交季的始花期Fig.2 Initial flowering time of 12sugarcane parents in 5crossing seasons

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 甘蔗亲本始花期遗传分析

2.2 甘蔗亲本抽穗率遗传分析

图3 甘蔗亲本始花期的5个杂交季Fig.3 The initial flowering time of sugarcane parents in 5 crossing seasons

图4 12个甘蔗亲本5个杂交季的抽穗率Fig.4 Heading rate of 12sugarcane parents in 5crossing seasons

图5 甘蔗亲本抽穗率的5个杂交季统计Fig.5 The heading rate of sugarcane parents in 5 crossing seasons

2.3 甘蔗亲本花粉染色率遗传分析及开花特性

各亲本的花粉特性及开花特点(表1)表明：只有CP09-4257的花粉量少(百位数为1)，其余亲本花粉量为中等或较多(百位数为2)；CP06-2422和CP06-3458的开花特点为先抽后开，其余亲本开花特点均为边抽边开。

图6 12个甘蔗亲本5个杂交季的染色率Fig.6 Pollen dyeing rate of 12 sugarcane parents in 5 crossing seasons

图7 甘蔗亲本染色率的5个杂交季Fig.7 The pollen dyeing rate of sugarcane parents in 5 crossing seasons

3 讨 论

由于甘蔗开花受环境影响较大，尤其是开花习性受到温度、光照、光周期等外界环境条件的高度制约[13]，自然条件下，很多甘蔗品种(系)无法抽穗开花，因此，对甘蔗亲本的开花习性及其遗传分析方面的研究报道较少。

研究结果表明始花期和抽穗率的广义遗传力分别为0.9518和0.7961，属遗传力较高的性状，与前人研究结果一致[2,6]，而本研究对甘蔗亲本花粉染色率的广义遗传力研究尚属首例。3个性状均属遗传力较高的可遗传性状，在杂交组合配制阶段即可有目的、有针对性地对亲本进行选择，例如杂交后代选择以选育生产品种为目的，就应避开早开花或抽穗率高的亲本(如CP07-1618，始花期早且抽穗率高)；如以选育亲本材料为目的, 则可有针对性地选择一些不同始花期的优良品系配制杂交组合。

本研究结果显示，品系的始花期特性(早花或迟花)与年际间始花期差异的大小并无必然联系, 即早花品系的年际间变化不一定比迟花品系的变化小，反之亦然，与前人的研究推论一致[2]。并且，亲本始花期的早晚对抽穗率和花粉染色率并无直接影响。

从澳大利亚甘蔗产业研究所(SRA)引进的3位数数值方法可同时表示花粉量和染色率，非常直观和方便，更有利于亲本杂交选配研究的开展，该方法的引进和使用在国内属首例(表1)。

4 结 论

甘蔗亲本始花期、抽穗率和花粉染色率的广义遗传力均属遗传力较高的性状，可在杂交组合配制阶段对该亲本进行较严格的选择。