農(nóng)達(dá)41%水劑作為棉花殺雄劑的雜交棉制種技術(shù)研究

孟慶忠　宋志紅　王貴春　張濤　李國(guó)榮

摘要：以轉(zhuǎn)EPSPS基因的抗草甘膦棉花品系R3136為材料，研究了農(nóng)達(dá)41%水劑作為棉花殺雄劑的雜交棉制種技術(shù)。結(jié)果表明，農(nóng)達(dá)作為化學(xué)殺雄劑應(yīng)用于雜交棉制種是切實(shí)可行的；在湖北棉區(qū)盛花期，用農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液間隔7 d噴藥4～5次，可以得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的雜交棉種子。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)達(dá)41%水劑；殺雄劑；花粉敗育；制種

中圖分類號(hào)：S562.048 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）24-6170-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.017

Abstract： Taking the transgenic glyphosate-resistant cotton germplasm R3136 with EPSPS as material， the hybrid cotton seed production technology of chemical hybridizing with Roundup 41% aqua was studied. The results showed that Roundup 41% aqua was feasible to apply in hybrid cotton seed production as a chemical hybridizing agent. The experiment results found that it could obtain hybrid cotton seeds in line with national standards in Hubei province， as long as the transgenic cotton germplasms K01 with EPSPS gene were treated by Roundup 41% aqua（diluted 400 times） every 7 days for 4 5 times from full-bloom stage.

Key words：Roundup 41% aqua； chemical hybridizing agent； pollen abortion； seed production

自2000年以來(lái)，雜交棉為長(zhǎng)江中游棉區(qū)增產(chǎn)增收做出了積極貢獻(xiàn)，但傳統(tǒng)的人工去雄雜交方法隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人工費(fèi)用逐年增加，以致棉花雜交種制種成本增加，制種純度難于把關(guān)。1999年美國(guó)孟山都公司在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)專利“殺配子劑草甘膦”（申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào) 99806006）。最近幾年很多文章報(bào)道了草甘膦作為殺雄劑的應(yīng)用。草甘膦的作用機(jī)理是特異的抑制植物中5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）的活性，耐草甘膦棉花葉片中EPSPS的表達(dá)量比非抗材料高57.0倍，但在果枝和花蕾中只高出12.4和4.0倍[1]，可見(jiàn)EPSPS在抗草甘膦棉花的生殖器官中表達(dá)量比營(yíng)養(yǎng)器官低，累積高濃度草甘膦對(duì)花粉發(fā)育產(chǎn)生影響，這是造成花粉敗育的主要原因。

2005年引進(jìn)抗草甘膦種質(zhì)系K01，利用系譜法選育出一批優(yōu)異品系。在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院武昌棉花基地研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以不同濃度的農(nóng)達(dá)41%水劑（孟山都公司生產(chǎn)）噴施抗草甘膦品系，農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液可致全株不育，比較其他草甘膦產(chǎn)品負(fù)效應(yīng)最低[2]，為下一步化學(xué)殺雄應(yīng)用于棉花雜交制種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

自育抗草甘膦品系R3136（母本，莖稈少毛）、常規(guī)品系P13（父本，顯性光稈性狀），41%農(nóng)達(dá)水劑（孟山都公司）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011和2012年在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所棉花試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)6種處理方式（表1），每種處理方式種植133.4 m2，密度為1 500株/667m2。于6月下旬開(kāi)始試驗(yàn)，每種處理方式不育花出現(xiàn)后剪掉開(kāi)花超過(guò)2個(gè)的果枝，并去除其余自交鈴，于上午人工授粉。最后一次噴藥10 d后，如果連續(xù)出現(xiàn)3 d可育花超過(guò)5%的情況時(shí)停止授粉，剪掉剩余花蕾，一周內(nèi)每天檢查漏掉花并全部摘除。所得雜交種于次年種植，鑒定光稈為雜交種，毛稈為自交種。

1.3 取樣及測(cè)定

自第一朵不育花出現(xiàn)時(shí)，選取5株記載每天的開(kāi)花數(shù)和花粉育性（育性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[2]：可育、半不育、不育）。吐絮期每處理取樣50鈴。每處理隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)連續(xù)10株記載鈴數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉育性分析

2011年處理2中可育花比例為6.48%，其他3個(gè)處理可育花比例都較低（圖1），2012年處理2和處理4可育花比例都超過(guò)10.00%，處理3可育花比例更是達(dá)到27.75%（圖2）。從兩年的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，處理1花粉育性在年份間差異小，其他處理方式年份間差異大。

棉花花粉發(fā)育的過(guò)程中最敏感時(shí)期是開(kāi)花前15 d前后，這一時(shí)期遭遇高溫會(huì)導(dǎo)致花粉敗育[4]，同時(shí)也是抗草甘膦棉花花粉對(duì)草甘膦最敏感的時(shí)期[2，5]。2011年四個(gè)噴藥處理可育花的數(shù)量較少，可育花集中出現(xiàn)在7月30日至8月5日，與7月14日至7月19日武漢經(jīng)歷了連續(xù)的低溫陰雨天氣有關(guān)（圖3）。2012年7月25日至7月31日期間，處理3、處理4可育花量猛增（圖4），2012年7月13日棉花試驗(yàn)地降下大雨，溫度22～27 ℃，之后連續(xù)幾日溫度較低。在降水充足、適宜溫度環(huán)境下，棉株生長(zhǎng)旺盛，EPSPS活性增大，降解了大部分藥劑，使生殖器官中農(nóng)達(dá)含量降低，對(duì)花粉育性影響變小，出現(xiàn)可育花。2012年第二個(gè)不育花出現(xiàn)高峰在噴藥處理末期，處理3噴藥時(shí)間間隔為9 d，最后噴藥時(shí)間為8月3日，到8月12日后生殖器官內(nèi)農(nóng)達(dá)的濃度降低到一個(gè)不足以導(dǎo)致花粉敗育的水平（圖4）。

2.2 產(chǎn)量分析

由表2可知，2011和2012年處理6單株結(jié)鈴數(shù)最高，處理5由于人工去雄對(duì)子房造成機(jī)械損傷導(dǎo)致棉鈴脫落增加，結(jié)鈴性降低，或成鈴畸形，導(dǎo)致每鈴種子數(shù)降低，直接影響鈴重和制種產(chǎn)量。處理1～處理4則是農(nóng)達(dá)對(duì)授粉受精過(guò)程的負(fù)效應(yīng)導(dǎo)致棉鈴脫落增加[2]，進(jìn)而結(jié)鈴性降低，對(duì)產(chǎn)量造成一定影響。2011年各處理可育花比例均較低，制種純度均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（96.00%）。2012年處理4制種純度95.66%，處理3制種純度最低90.69%，未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 小結(jié)

草甘膦的噴藥濃度和噴藥間隔期對(duì)抗草甘膦棉花的花粉育性有很大影響[2，5]，本試驗(yàn)中農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液間隔7 d使用在不同年份間不育花比例最高，完全滿足雜交棉制種要求。值得注意的是，在2012年試驗(yàn)中降水后低溫對(duì)花粉的育性有很大影響，這一點(diǎn)在2012年河北省武強(qiáng)縣進(jìn)行的另一個(gè)試驗(yàn)可以得到驗(yàn)證，農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液在武強(qiáng)縣對(duì)R3136花粉育性無(wú)影響，農(nóng)達(dá)41%水劑200倍液可達(dá)到全株不育，而且結(jié)鈴性與對(duì)照相當(dāng)，制種產(chǎn)量高。武強(qiáng)縣2012年7月份平均溫度為23～32 ℃，而武漢2012年7月份平均溫度為27～34 ℃，可見(jiàn)在較低溫度環(huán)境下EPSPS在生殖器官中活性增大，降解農(nóng)達(dá)能力加強(qiáng)，從而低濃度農(nóng)達(dá)41%水劑累積在生殖器官的農(nóng)達(dá)量不足以導(dǎo)致花粉敗育。湖北棉區(qū)歷年7月份溫度為26～36 ℃，而且會(huì)出現(xiàn) 7 d左右的高溫導(dǎo)致大部分棉花品種花粉敗育出現(xiàn)，其自然條件已經(jīng)對(duì)花粉的發(fā)育造成一定影響[3]，與農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液效應(yīng)累加造成花粉敗育。在不同制種基地用農(nóng)達(dá)作為殺雄劑時(shí)，一定要對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛴兴私猓?jīng)過(guò)試驗(yàn)后制定合理的制種方案。

棉花人工去雄制種需要配備45～60人/hm2，2012年普遍工價(jià)在50元/d，制種時(shí)間大約30 d，以高制種產(chǎn)量2 250 kg/hm2為例，折合毛子僅人工成本就高達(dá)30～40元/kg，在普通年份制種產(chǎn)量較低，人工成本還要增加。以農(nóng)達(dá)41%水劑為殺雄劑制種，只需要配備20人/hm2左右，折合毛子人工成本僅13.5元/kg。農(nóng)達(dá)41%水劑作為化學(xué)殺雄劑可以大大降低制種成本。

國(guó)家規(guī)定雜交棉種子純度不低于96%，處理1和處理2制種純度都在96%以上，農(nóng)達(dá)41%水劑作為殺雄劑所制雜交種完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

本研究表明農(nóng)達(dá)作為化學(xué)殺雄劑應(yīng)用于雜交棉制種是切實(shí)可行的，湖北棉區(qū)以農(nóng)達(dá)41%水劑400倍液間隔7 d在盛花期噴藥，噴藥次數(shù)依制種進(jìn)度控制在4～5次。現(xiàn)在棉花制種基地多在河北邯鄲地區(qū)，人工成本低，干旱少雨利于棉花生長(zhǎng)，下一步工作將在河北武強(qiáng)縣繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，已得到大面積制種可行的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華水金，袁淑娜，邵明彥，等.抗草甘膦棉花研究進(jìn)展[J].分子植物育種，2007，5（4）：534-539.

[2] 孟慶忠，王貴春，李國(guó)榮，等.草甘膦作為棉花殺雄劑應(yīng)用研究初報(bào)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（10）：2706-2708.

[3] 董合忠，代建龍.轉(zhuǎn)基因抗草甘膦棉花及其對(duì)草甘膦抗性的時(shí)空表達(dá)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（2）355-357.

[4] 金桂紅，宋發(fā)祥.高溫誘發(fā)棉花花粉敗育的初步探討[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，1981，7（3）：27-30.

[5] 梅 磊，陳進(jìn)紅，何秋伶，等.草甘膦對(duì)轉(zhuǎn)EPSPS-G6基因棉花種質(zhì)系配子育性的影響[J].棉花學(xué)報(bào)，2013，25（2）：115-120.