提高荚用菜豆人工杂交授粉率的关键技术

鲁铭颖 黄俊轩 刘艳军 韩启厚 于海龙 许莹楠 高逸卓 古 瑜*

（1 天津农学院园艺园林学院，天津 300380；2 天津科润蔬菜研究所，天津 300380；3 天津市农业科学院蔬菜研究所，天津 300380；4 蔬菜种质创新国家重点试验室，天津 300380；5 天津市蔬菜遗传育种企业重点试验室，天津 300380）

荚用菜豆（L.）属于豆科菜豆属菜豆种作物，在我国栽培历史悠久，是我国的大宗蔬菜作物之一，栽培面积和总产量均位居世界第一。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计数据显示，2019 年我国荚用菜豆种植面积约为 74.1 万hm（1 111.5 万亩），种植面积以每年约2%的增长速率连续11 年持续增加。菜豆是常规种，严格自花授粉作物，花为蝶形花，花蕾较小且花形特殊，雄蕊、雌蕊呈螺旋状，细小而脆弱，因此在进行人工授粉时雄蕊不易被彻底清除，雌蕊易折断，操作难度大，导致杂交成功率较低（中国科学院中国植物志编辑委员会，1995）。菜豆对花器的损伤较为敏感，一般人工杂交授粉的成功率为10.0%～22.6%（徐宗宝和慕桂兰，1995；徐兆生 等，1997；邸文静 等，2005；刘建慧 等，2010）。然而，人工杂交授粉是菜豆种质资源创新和新品种选育的有效途径，因此，提高杂交成功率对菜豆育种具有重要作用。

笔者在前人人工去雄授粉技术的基础上，选取部分矮生和蔓生荚用菜豆品种为试材，探索人工杂交授粉成功率与温湿度、植株性状、亲本生长时期和品种等因素之间的关系，通过细化人工杂交授粉步骤，总结出提高授粉成功率的关键技术，最终将授粉成功率从平均18%提高到约30%，效果显著。同时探讨了工作中遇到的问题及解决方案，以期为提高荚用菜豆授粉成功率提供有益经验。

1 试验结果分析

荚用菜豆人工杂交授粉试验在天津市农业科学院蔬菜研究所武清试验基地连栋塑料大棚和露地中进行。参试材料共19 份，其中8 份蔓生荚用菜豆品种，11 份矮生荚用菜豆品种。

1.1 温、湿度对授粉的影响为了探索温、湿度与人工杂交授粉成功率的关系，明确授粉的最佳时间，将授粉时间分为上午7：00—12：00 和下午14：00—17：00，分别统计杂交成功率。结果表明：只要温、湿度条件适宜，无论是上午还是下午，授粉的成功率基本持平。上午平均温度为19.5 ℃时，授粉成功率可达到53.3%；下午平均温度为24.5 ℃时，授粉成功率可达到55.9%；温度高于30 ℃或低于18 ℃不利于散粉，授粉成功率呈逐渐下降趋势。根据前人研究（山东农业大学，1980），菜豆授粉后在18～25 ℃条件下结荚最好，温度过高易落花落荚，10 ℃和45 ℃条件下不易结荚。所以笔者根据试验结果，认为22 ℃为荚用菜豆成功授粉的最适温度。通过测定棚内湿度，发现授粉的最佳相对湿度为44%～87%，授粉率最高可达到55.9%。

综上所述，荚用菜豆授粉的最适温度为22 ℃，最适相对湿度为44%～87%，在一天中只要温、湿度合适，无论上午还是下午均可以进行授粉工作。

1.2 植株特性和亲本生长时期对授粉的影响 植株本身特性和亲本生长时期与授粉成功率有直接联系。柱头较脆的植株，在始花期时其柱头会更加脆嫩，此时授粉成功率往往很低。因此，如果需要采用柱头较脆的材料作母本，应该在植株盛花期〔矮生品种播种后45～50 d（天），早熟蔓生品种播种后60～65 d（天），中熟蔓生品种播种后70～75 d（天），晚熟蔓生品种播种后80 d（天）左右〕进行授粉，此时花蕾较大，柱头更成熟且较为坚韧，授粉成功率较高。此外，当亲本植株处于开花末期时，花量较少，花朵质量差，花粉活力也逐渐减弱，坐荚率下降，甚至坐不住荚，致使授粉成功率降低。

综上所述，进行荚用菜豆人工杂交授粉需要在亲本植株盛花期迅速开展工作，防止因植株衰老导致授粉不良的情况发生。

1.3 花蕾大小对授粉的影响为研究母本花蕾大小与授粉成功率的关系，共配制17 个组合，分别选择母本植株总状花序上24、48、72 h（小时）后开放的饱满花蕾，用相同父本的花粉进行授粉。饱满花蕾的判断标准：当使用消毒后的镊子触碰花蕾时，旗瓣借助极少人工外力可自然张开。花蕾开放前的形态：24 h（小时）后开放的花蕾，形态饱满，颜色稍透明；48 h（小时）后开放的花蕾，蕾形稍扁，颜色饱和度较高；72 h（小时）后开放的花蕾，蕾形较小且颜色稍暗。结果发现：在17 个杂交组合中，有16 个组合利用24 h（小时）后开放的花蕾成功获得了杂交种，授粉成功率达94.1%；48 h（小时）后开放的花蕾授粉成功率明显降低，只有41.2%；72 h（小时）后开放的花蕾几乎不能成功授粉。因此，授粉时使用母本植株上24 h（小时）后开放的花蕾最好。

1.4 品种对授粉的影响为明确不同品种作母本时接受外界花粉的能力和作父本时花粉的活性，以及蔓生品种与矮生品种杂交是否存在基因型障碍，将试验材料配制成4 种杂交组合形式：蔓生×蔓生、蔓生×矮生、矮生×矮生、矮生×蔓生。结果表明，蔓生×蔓生的授粉成功率最高，为34.5%；蔓生×矮生的授粉成功率次之；授粉成功率较低的是矮生×矮生、矮生×蔓生，但经过SPSS 软件分 析，两者差异不显著。说明蔓生荚用菜豆品种与矮生荚用菜豆品种之间几乎没有授粉障碍，而且两种类型接受花粉能力和花粉活性无差别。将同一品种作父本和母本的杂交成功率分别进行统计，发现无论是作为母本还是父本，蔓生菜豆的授粉成功率都相对较高。

2 荚用菜豆人工授粉经验总结

2.1 父母本选择 父母本均要避免利用衰老期的植株。母本应选择生长盛期植株上的花序，每个花序上选取距离主枝最近、24 h（小时）后开放的1～2朵花蕾。若选择的花蕾过大，花蕾可能已经完成了自花授粉；若花蕾过小，去雄的时候易损伤花器，造成落花。父本应选择盛花期植株上当天开放的新鲜花朵，此时花粉活力较强，授粉成功率高。

2.2 授粉温度要求 在大棚中进行人工授粉时，温度尽量控制在18～25 ℃，22 ℃为荚用菜豆成功授粉的最适温度，当温度超过22 ℃，随着温度升高，授粉成功率会下降。

2.3 授粉时注意事项 注意观察柱头状态，未完成授粉的柱头有光泽，如果柱头上粘有花粉则表示已经完成授粉。操作过程中要注意，镊子在打开花蕾前和夹取花粉粒时先用酒精进行消毒，避免镊子上有其他品种花粉，造成花粉混杂；并用脱脂棉擦去镊子上残余的酒精，避免酒精导致花粉失活而影响授粉效果。用消毒后的镊子将父本的雄蕊放在母本的雌蕊柱头上，注意雄蕊正面（花粉爆开的一面）轻贴于柱头下部类似“吸盘”的位置，以保证花粉最大程度接触柱头，提高授粉成功率。

2.4 特殊材料授粉方法 在此次授粉试验中遇到一些问题，如一些菜豆品种的花蕾柱头相对其他品种更脆嫩易折，加大了人工授粉的难度；有的母本植株在人工授粉后出现了早衰情况，无法继续进行授粉，已经授粉成功的花蕾在生长一段时间后，大部分出现黄化现象，导致授粉花蕾掉落，经分析发现，该植株自身携带了菜豆普通花叶病毒，导致无法正常生长。因此，为了提高成功率，应选择健康植株盛花期即将开放的饱满花蕾，并采用极细头的镊子进行人工授粉，操作手法要更轻巧，以保护花蕾的完整性。

2.5 授粉环境的选择 相对于棚室授粉，露地授粉要经历和克服更多外界环境的影响，授粉后常因气候原因导致授粉成功率降低。此外，授粉成功后，当种荚内的种子已经膨大、种荚变黄软时，如果遇到雨水天气极易发生种子荚内发芽的情况，此时需紧急采收种荚，并将采收后的种荚放置在干燥处进行阴干，该方法可以避免种子在荚内发芽。