4個糯高粱雄性不育系柱頭生活力的研究

摘 要：高粱雄性不育系柱頭生活力的強弱和持續時間的長短，是影響高粱制種的主要因素。為探明糯高粱雄性不育系的特性，對4個糯高粱雄性不育系的柱頭生活力進行了研究。結果表明，開花后6 d內，4個不育系的柱頭生活力強，授粉結實率均可達80.0%以上；開花后第7天，45A和18A的柱頭生活力急劇下降，而L407A和3268A則無明顯變化。L407A和3268A的柱頭生活力比45A和18A強，開花后第11天仍能保持60%以上的授粉結實率。4個不育系的柱頭生活力都可持續13 d及以上，且持續時間由長到短依次為：3268A>L407A>45A>18A。不育系間的柱頭生活力互不相同，表明柱頭生活力與材料本身的遺傳特性有關。

關鍵詞：糯高粱；雄性不育系；柱頭生活力

中圖分類號：S514.035 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2014）04-0023-04

Abstract： The intensity and duration of stigma vitality in sorghum CMS line is the main factor influencing the sorghum seeds production. To find out characteristics of glutinous sorghum CMS lines， the stigma vitality of four glutinous sorghum CMS lines was studied. The results showed that within 6 d after flowering， the stigma vitality of the four CMS lines was all strong， which can reach more than 80.0% of the pollination rate； 7 d after flowering， the stigma vitality of 45A and 18A fell sharply， while L407A and 3268A had no significant changes. The stigma vitality of L407A and 3268A was stronger than 45A and 18A， which can maintain more than 60.0% of the pollination rate until the 11th days after flowering. The stigma vitality of the four CMS lines can remained more than 13 d， and the duration ranged from long to short as 3268A， L407A， 45A， 18A. The stigma viability was different among CMS lines， indicating that there is a certain relationship between the stigma viability and genetic characteristics of materials.

Key words： glutinous sorghum； CMS； stigma vitality

在雜交種的選育和制種過程中，不育系的柱頭生活力及恢復系的花期調配是影響制種產量的主要因素。不育系雜交制種產量是影響雜交種能否用于生產的關鍵問題之一。在高粱雜種優勢利用中，親本不育系柱頭生活力和存活周期是影響授粉、結實、制種的主要因素，對花期調節及高梁制種產量有直接的關系。不同植物柱頭生活力的持續時間從幾小時到十幾天不等，開花時間的長短、一天中的不同時間以及柱頭分泌物的有無等對其均有影響，環境因素同樣可影響柱頭的可授性[1]。

在育種過程中，許多學者對植物花粉的生活力和柱頭的可授性進行了研究[2-8]。趙暉等[9]認為扁桃花柱頭的可授性可持續4～5 d，但在花后1～2 d的可授性最強，隨著開花時間的延長，在花后5 d柱頭可授性完全喪失。扶尚文等[10]的研究表明，高粱雄性不育系的柱頭生活力在干旱環境下會減弱，授粉期縮短2～3 d，干旱時間越長，柱頭生活力減弱、存活時間越短。大部分的研究認為，高粱雄性不育系的柱頭生活力可持續10 d以上，但以開花后6 d內的活力最強；不同的材料表現有所不同[11-15]。一些研究還表明，柱頭的形狀與異型雜交或雜交育種有關[16-18]。由此可見，植物柱頭的生活力也可能受其他因素的影響。

糯高粱不育系45A屬南方地區三系核不育系，由四川省農業科學院水稻高粱研究所選育而成，有株型適中、穗大粒重、配合力高、不育性穩定、敗育徹底等特點。以45A為母本已育成瀘糯3號、瀘糯8號、瀘糯9號、瀘糯10號、晉糯1號等優質高產糯高粱品種。近年來，受氣候變化和45A本身特性不明確等因素的影響，以45A為母本制種的產量長期得不到提高，穩定性較差，制約了優質糯高粱品種的推廣、應用與進一步發展。因此，研究糯高粱雄性不育系的柱頭生活力，探明糯高粱雄性不育系的特性，對糯高粱品種的選育和糯高粱制種生產具有十分重要的意義。以4個不同來源的糯高粱雄性不育系為材料，研究了其柱頭生活力，以期為糯高粱不育系的選育和雜交糯高粱制種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料及來源

糯不育系45A和18A由四川省農業科學院水稻高粱研究所自育而成，L407A和3268A由遼寧省農業科學院植保所和高粱研究所提供。

1.2 田間試驗設計

試驗于2011年在四川省農業科學院水稻高粱研究所云南基地進行。采用隨機區組設計，3次重復，2行區，每行11穴，每穴雙苗，株行距33.3 cm×66.7 cm，四周種植恢復系以便提供花粉源。由于3268A和18A生育期較短，為保證試驗材料花期相近，減少環境誤差，這兩個不育系推遲3 d播種，所有試材于8月底播種。其他田間管理同一般大田生產。

1.3 柱頭生活力研究

在盛花前期，每個材料區選開花期相近且無敗育的15個植株進行整穗，下午將參試材料穗上部開花部分全部剪掉，并嚴格套袋。第2天上午取足量的花粉分別給各區的1個套袋穗授粉，拴牌注明開花日期和授粉日期，并全部剪掉未開花小穗，不再套袋。下午將各區剩余14個套袋穗的未開花小穗全部剪掉，并嚴格套袋，以免昆蟲攜帶花粉進入袋內，拴牌注明開花日期。之后，分別在開花后的第2天至第15天分別取粉給各區不育系授粉1穗，授粉后不再套袋，注明授粉日期。每天授粉在9︰30～11︰00進行，并且要保證足夠的花粉量，最大程度減小因授粉不足而造成的結實誤差。授粉后摘去紙袋，使之處于田間自然條件下，以避免由于繼續套袋產生的高溫、高濕、透氣性差等不良環境，以及由此引起的病蟲害，而造成結實低的誤差。授粉后灌漿前套尼龍網袋以防鳥害，并注意防治蟲害，蠟熟期調查空殼數和結實數，計算結實率。每天早、中、晚3次分別記錄授粉期間的田間溫度和濕度。

1.4 數據處理

授粉結實率以3次重復的平均值計算，根據溫度和濕度查表得出相對濕度。數據處理和統計分析采用Excel和DPS軟件進行。

2 結果與分析

2.1 45A和18A的柱頭生活力

在自然條件下，采用自然花粉授粉，母本的雜交結實特性反映了花粉及柱頭活力的綜合效應特征，試驗均采用相同父本的自然花粉授粉，主要考查授粉結實率。

由表1和表2可知，開花后4個材料同天授粉的結實率各不相同；除第6天授粉區組間差異顯著外，其他區組間的差異均不顯著；材料間除第4天授粉差異顯著外，其他處理間都達到了極顯著水平。這說明柱頭生活力主要是由材料本身的特性決定的，不同不育系材料間的柱頭生活力存在差異。

開花后6 d內，4個材料間的差異不明顯，授粉結實率均達到80.0%以上；L407A和3268A的平均授粉結實率達到94.0%以上，45A次之，18A最低，但其平均授粉結實率也達到86.5%。這說明在這段時間內4個材料都具有較強的柱頭生活力（82.3%～98.8%）。45A和18A的柱頭生活力在開花后6 d內最強，從第7天開始，45A和18A的柱頭生活力急劇下降，授粉結實率降至70.0%以下，但至開花后第8天，兩者均能保持50.0%以上的授粉結實率；而L407A和3268A的變化幅度不大，仍保持在80.0%以上。

開花后第9天，45A仍有60.0%以上的授粉結實率，說明其柱頭生活力仍較強；而18A的授粉結實率則降至50%以下。開花9 d內，45A的平均授粉結實率為80.4%。開花后第10天，45A和18A的柱頭生活力再次大幅下降，45A的授粉結實率降至40.0%以下，18A則降至29.3%。

從表1中還可看出，18A的柱頭可授期為13 d，開花后第14天，18A的柱頭生活力完全喪失，不再具有可授性；而45A的柱頭生活力能持續14 d。4個材料中，18A的柱頭生活力下降速度最快，持續時間最短。

2.2 L407A和3268A的柱頭生活力

開花后第11天，L407A仍能保持70.0%以上的授粉結實率，3268A次之（65.9%），18A最差，僅有13.2%的授粉結實率。開花11 d內，L407A的柱頭生活力強，平均授粉結實率為87.2%。

從圖1可見，開花后第12天，L407A的柱頭生活力迅速下降，結實率降至50.0%以下，而3268A仍保有50.0%以上的授粉結實率，且下降的速度和幅度均比L407A小。3268A在開花后12天內的平均授粉結實率達84.3%，說明其柱頭生活力強。至開花后第13天，3268A仍有48.8%的授粉結實率，此后則大幅下降。

開花11 d內，L407A和3268A柱頭生活力的強度和下降幅度差異不大，兩者的平均授粉結實率差異不大（87.2%、86.8%）。但開花后第12～15天，L407A柱頭生活力的強度和下降幅度比3268A要大。L407A和3268A的柱頭生活力強，可授期長，直至開花后第15天，兩者仍有8.4%和13.1%的授粉結實率。由此推測，3268A柱頭生活力的持續時間可能比L407A要長。

2.3 4個不育系柱頭生活力的比較

開花6 d后，4個材料的授粉結實率變化趨勢如圖1。從圖1中看出，45A和18A的變化趨勢和幅度相似，L407A和3268A的也較一致；但45A和18A的柱頭生活力比L407A和3268A下降速度更快，幅度更大。4個材料中，3268A的柱頭生活力下降速度最慢，幅度最小；L407A次之；18A最大。L407A和3268A的柱頭生活力比45A和18A更強，且持續時間更長。4個不育系柱頭生活力的持續時間由長到短依次為：3268A>L407A>45A>18A。不同不育系柱頭生活力的強弱和持續時間的長短表現出一定差異，說明柱頭生活力主要與材料本身的特性有關。

2.4 溫度和濕度對柱頭生活力的影響

從表3中看出，授粉期間田間溫度為19.5～25.0℃，平均氣溫為22.1℃，相對濕度為75.7%～91.6%，平均相對濕度為83.1%。開花后第7天，45A和18A的授粉結實率都出現了明顯下降，這可能與夜間下雨導致溫度較低、濕度較大（相對濕度達91.6%）有關。較高的空氣濕度有利于高粱授粉，但露水、降雨和過高的空氣濕度則是不利因素。開花后15 d內，田間溫度和相對濕度的總體變化均不顯著（t1=0.968 9，t2=1.934 4），開花6 d內，3268A的平均授粉結實率變化差異不明顯（t=2.534 9），與溫度和相對濕度的相關性也未達顯著水平（r1=0.418 07，r2=-0.324 56）。這說明：在試驗設計的條件下，溫度和濕度對柱頭生活力的影響較小，授粉結實率與溫度和相對濕度并無顯著的相關關系。

3 結論與討論

高粱雄性不育系柱頭生命力是一個可遺傳的性狀，有研究認為它主要是由核基因控制，細胞質對該性狀基本沒有影響。不同不育系柱頭生活力的變化雖然不同，但都具有相同的趨勢。隨著時間的延長，柱頭逐漸老化，生活力趨于減弱，而結實率也相應降低，超過一定的限度，則失去生活力。

試驗結果表明：L407A和3268A的柱頭生活力強，且持續時間長，45A和18A的柱頭生活力則相對較弱，開花后6 d內其平均結實率也比L407A和3268A低。在柱頭的整個可授期內，4個不育系的柱頭生活力整體變化趨勢相同，但L407A和3268A的變化幅度更小，速度更慢，柱頭生活力比45A和18A更強，持續時間更長，這可能與材料自身的遺傳因素和來源有關，同時也可能與環境因素有關。

L407A和3268A兩個材料來自北方，而45A和18A為南方高溫多濕環境下選育而成，在南北方溫差、濕度、日照等不同氣候環境的自然選擇下，育成材料的特性自然也有所不同。此外，試驗時間在11月中下旬，這段時期試驗環境的光照、溫度和濕度剛好與北方氣候環境相似，這可能也更有利于兩個北方材料的生長，而由于低溫的影響，45A和18A在此條件下出現了部分小花敗育現象。北方材料的柱頭生活力是否比南方材料的要強，這還需要進一步的探討和研究。但不可否認的是，試驗中所用的兩個北方材料對低溫的適應性更好，更不易出現小花敗育現象。

試驗中，溫度和相對濕度與授粉結實率有一定的相關關系，但均未達顯著水平。4個不育系間的柱頭生命力存在一定的差異，說明柱頭生命力主要是由不育系本身的特性所決定的，是可遺傳的性狀。不育系的柱頭生活力周期是雜交育種成功率的一個重要技術參數，長的活力周期也是種子生產獲得高產的保證。因此，在選育不育系時，應適當注意柱頭生活力的選擇。

研究糯高粱雄性不育系的柱頭生活力，探明糯高粱雄性不育系的特性，有利于對糯高粱不育系的進一步利用，為雜交組合的配制和制種生產提供依據。試驗中，4個雄性不育系的柱頭生活力都可持續13 d及以上，且開花后6 d內的授粉結實率較高，這與其他研究者的結論一致。同時，這也說明試驗中所用的4個糯高粱雄性不育系柱頭生活力都較強且持續時間長，這為這些糯高粱不育系的進一步利用奠定了基礎。

45A是一個優質的南方糯高粱雄性不育系，近年來以45A為母本已育成了多個優質糯高粱品種，目前生產上大力推廣的瀘糯8號就是以45A為母本。但是，由于氣候環境的異常變化和45A本身的遺傳特性，瀘糯8號的制種產量一直在較低水平上徘徊。試驗結果表明，45A在開花后6 d內柱頭生活力最強，授粉結實率最高，開花后第9天仍具有60.0%以上的授粉結實率，而45A一穗開花所需時間大約在7 d左右。因此，在以45A為母本進行制種時，恢復系的開花期應比45A推后4～6 d，且最多不宜超過9 d，這樣可避免開花后期因花粉量不足而影響不育系穗下部的結實率，以保證整穗的結實率，提高制種產量。此外，在高粱制種生產中，尤其在一父多母的制種過程中，應充分考慮所有母本的開花期和柱頭生活力，合理適當的調節播差期，使母本的開花期基本一致，并與父本的花期相遇，這樣既可以獲得較高的結實率和制種產量，又可以減少制種工序和成本。

（致謝：感謝遼寧省農業科學院縐劍秋老師和徐秀德老師為本研究提供的材料）

參考文獻：

[1] 葉要妹，張俊衛，齊迎春，等. 百日草柱頭可授性和花粉生活力的研究[J]. 中國農業科學，2007，40（10）：2376-2381.

[2] Dafni A，Maues M M. A rapid and simple procedure to determine stigma receptivity[J]. Sexual Plant Reproduction，1998，（11）：177-180.

[3] 高金鋒，張 超，李 玲，等. “圍選1號”授粉試驗及花粉生活力和柱頭可授性的測定[J]. 河北農業大學學報，2012，35（1）：18-22.

[4] 劉林德，張洪軍，祝 寧，等. 刺五加花粉活力和柱頭可授性的研究[J]. 植物研究，2001，21（3）：375-379.

[5] 劉林德，張 萍，張 麗，等. 錦帶花的花粉活力、柱頭可授性及傳粉者的觀察[J]. 西北植物學報，2004，24（8）：1431-1433.

[6] Jones M L. Ethylene responsiveness in carnation styles is associated with stigma receptivity[J]. Sexual Plant Reproduction，2002，（15）：107-112.

[7] 紅 雨，劉 強，韓 嵐. 芍藥花粉活力和柱頭可授性的研究[J]. 廣西植物，2003，23（1）：90-92.

[8] 殷東生，沈海龍，蘭士波. 風箱果花粉生活力、柱頭可授性及傳粉者的觀察[J]. 東北林業大學學報，2010，38（4）：80-81，113.

[9] 趙 暉，馬海霞，李 勝，等. 扁桃雌蕊形態及其保水能力研究[J]. 甘肅農業大學學報，2004，39（3）：285-289.

[10] 扶尚文，周生福. 高粱雄性不育系柱頭生活力的研究初報[J]. 甘肅農業科技，1992，（6）：8-9.

[11] 趙麗芳，張福耀. 高粱雄性不育系柱頭生活力、小花敗育與細胞質效應研究[J]. 作物雜志，2009，（2）：79-82.

[12] 王景雪. 高粱Al、A2雄性不育系柱頭生命力的研究[J]. 山西農業科學，1990，（7）：1-2.

[13] 潘景芳. 雄性不育高粱柱頭生活力的研究[J]. 遼寧農業科學，1966，（4）：52.

[14] 牛天堂，侯荷亭，檀文清. 高粱不育系柱頭生命力的初步研究[J]. 山西農業科學，1982，（4）：7-8.

[15] 陳 悅，孫貴荒，石玉學，等. 不同細胞質高粱柱頭生活力的研究[J]. 遼寧農業科學，1996，（5）：26-28.

[16] Fetscher A E，Kohn J R. Stigma behavior in Mimulus aurantiacus（Scrophulariaceae）[J]. American Journal of Botany，1999，86（8）：1130-1135.

[17] Li Q J，Xu Z F，Kress W J，et al. Flexible style that encourages outcrossing[J]. Nature，2001，410：432.

[18] 李三棉，儀治本，李團銀，等. 高粱新選不育系柱頭生活力研究[J]. 華北農學報，1993，8（3）：56-62.

（責任編輯：成 平）