不同授粉時(shí)期對(duì)花魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響

孫道旺，趙 琴，楊 奕，尹桂芳，馬繼瓊，潘開華，吳 康，徐道楠，王 玲*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所/云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部西南作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650223； 2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院富源魔芋研究所，云南 富源 655500；3.永善縣魔芋開發(fā)研究所，云南 永善 675300)

不同授粉時(shí)期對(duì)花魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響

孫道旺1，趙 琴2，楊 奕1，尹桂芳1，馬繼瓊1，潘開華2，吳 康2，徐道楠3，王 玲1*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所/云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部西南作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650223； 2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院富源魔芋研究所，云南 富源 655500；3.永善縣魔芋開發(fā)研究所，云南 永善 675300)

魔芋在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，長(zhǎng)期無(wú)性繁殖導(dǎo)致種性退化和品質(zhì)下降。利用魔芋雜交有性繁殖，是保持種性、品種定向培育和豐富遺傳資源的有效途徑。魔芋有性繁殖周期為4～5年，為提高雜交結(jié)實(shí)率，獲得需要的雜交種子量，研究雜交種子繁育技術(shù)尤其必要。文章通過(guò)人工授粉試驗(yàn)，初步研究了不同授粉時(shí)期對(duì)花魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，魔芋開花第2天和上午9:00-10:00時(shí)是人工雜交授粉的最佳時(shí)期，有明顯的雜交結(jié)實(shí)效果。

花魔芋；雜交；人工授粉；結(jié)實(shí)率

魔芋是天南星科(Araceae)魔芋屬(AmorphophallusBlume)多年生草本植物，是目前自然界富含葡甘聚糖的一類重要經(jīng)濟(jì)作物。魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan，KGM)是一種優(yōu)異的膳食纖維，它具有膠凝性、粘結(jié)性、成膜性、可溶性、增稠性和保水性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域[1-2]。隨著KGM用途不斷擴(kuò)大和用量的不斷增加，魔芋種植也隨之受到人們的高度重視，相關(guān)研究工作也越來(lái)越深入，魔芋產(chǎn)業(yè)逐漸成為中國(guó)西南山區(qū)半山區(qū)農(nóng)民脫貧致富的重要產(chǎn)業(yè)之一。

魔芋在零星自然生長(zhǎng)狀態(tài)下，繁殖方式為塊莖無(wú)性繁殖和雜交有性繁殖，長(zhǎng)期以自然變異和雜交優(yōu)勢(shì)得以進(jìn)化和繁衍后代。自魔芋被作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展以來(lái)，由于塊莖繁殖留種既經(jīng)濟(jì)又便捷，芋農(nóng)使用無(wú)性繁殖種芋種植已成為習(xí)慣。但長(zhǎng)期使用塊莖種芋、過(guò)量施用化學(xué)肥料、病害發(fā)生嚴(yán)重、連作現(xiàn)象突出等問(wèn)題，導(dǎo)致魔芋種性退化嚴(yán)重，抗逆性下降[3]，給魔芋產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展造成嚴(yán)重影響。魔芋經(jīng)過(guò)4～5年生長(zhǎng)，才能完成一個(gè)有性繁殖周期[4]，此時(shí)正好生長(zhǎng)成為商品芋，被出售或加工，人為切斷了魔芋的有性繁殖及雜交進(jìn)化過(guò)程。充分利用雜交種子優(yōu)勢(shì)，研究和完善魔芋有性繁殖技術(shù)，掌握魔芋人工授粉的最佳時(shí)期，提高雜交結(jié)實(shí)率，對(duì)有效開展人工雜交種子繁育和雜交新品種選育和穩(wěn)步推進(jìn)魔芋產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)?zāi)в?收集于云南省富源縣栽培的具花芽分化的健康花魔芋(A.konjac)球莖，將1～2個(gè)魔芋球莖種植于花盆內(nèi)，每試驗(yàn)每處理種植魔芋4株。

1.1.2 試驗(yàn)花粉 將魔芋成熟花粉收集于帶蓋的培養(yǎng)皿中，置于4 ℃的冰箱中黑暗保存[5]，保存時(shí)間不超過(guò)9 h，當(dāng)天收集花粉當(dāng)天使用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 開花的界定 佛焰苞張開2/3、附屬器還未釋放氣味為開花；雄蕊花粉成熟、完成釋放花粉后為開花結(jié)束。

1.2.2 試驗(yàn)處理及記錄 試驗(yàn)包括不同開花天數(shù)授粉對(duì)魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響(試驗(yàn)1)和不同時(shí)段授粉對(duì)魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響(試驗(yàn)2)2個(gè)試驗(yàn)，“試驗(yàn)1”的處理為魔芋不同的開花天數(shù)，開花第1天記為Ⅰ，開花第2天記為Ⅱ，開花第3天記為Ⅲ，開花第4天記為Ⅳ，以此類推，授粉時(shí)間為早上9:00-10:00時(shí)；“試驗(yàn)2”的處理為9:00-10:00時(shí)、13:00-14:00時(shí)、15:00-16:00時(shí)3個(gè)授粉時(shí)段。試驗(yàn)分別在昆明溫室中和富源露天條件下進(jìn)行。

1.2.3 授粉子房及結(jié)實(shí)計(jì)數(shù) 授粉1～2周后，統(tǒng)計(jì)授粉子房數(shù)。種子成熟后，統(tǒng)計(jì)結(jié)實(shí)數(shù)。

1.2.4 試驗(yàn)期間溫、濕度記錄 試驗(yàn)授粉期內(nèi)，用溫、濕度自記儀(HJX-WS210)記錄每天1:00時(shí)、3:00時(shí)、6:00時(shí)、9:00時(shí)、12:00時(shí)、15:00時(shí)、18:00時(shí)、21:00時(shí)魔芋生長(zhǎng)環(huán)境的溫、濕度，計(jì)算試驗(yàn)授粉期內(nèi)日平均溫、濕度。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件進(jìn)行處理，多重比較采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件Duncan新復(fù)極差法比較，小寫字母表示5 %顯著水平，大寫字母表示1 %顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同開花天數(shù)授粉對(duì)魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響

2.1.1 昆明試驗(yàn) 昆明試驗(yàn)在溫室中進(jìn)行，授粉試驗(yàn)期間，日平均溫為25.7 ℃，日平均濕度為27.2 %，在這樣溫濕條件下，花魔芋開花天數(shù)只有3 d。開花第1天授粉即可結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)率為72.7 %(表1)，表明魔芋佛焰苞張開時(shí)，魔芋雌蕊已經(jīng)成熟，此時(shí)即可進(jìn)行人工授粉。魔芋開花第2天時(shí)，附屬器釋放出濃烈的臭氣，目的在于吸引昆蟲前來(lái)授粉，表明此時(shí)雌蕊完全發(fā)育成熟，是最佳授粉期。試驗(yàn)結(jié)果表明，魔芋開花第2天人工授粉，可得到較好的授粉效果，結(jié)實(shí)率為77.0 %。魔芋開花第3天時(shí)，已有部分魔芋雄蕊開始釋放花粉，此時(shí)人工授粉，只有部分雌蕊結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)率為48.6 %。3 d結(jié)實(shí)率經(jīng)多重比較，在5 %水平上有顯著差異，在1 %水平上無(wú)顯著差異。

表1 不同開花天數(shù)授粉魔芋結(jié)實(shí)率(2014年昆明)

表2 不同開花天數(shù)授粉魔芋結(jié)實(shí)率(2013年富源)

2.1.2 富源試驗(yàn) 富源試驗(yàn)在露天條件下進(jìn)行，授粉試驗(yàn)期間，日平均溫為17.6 ℃，日平均濕度為60.8 %，在溫度偏低條件下，魔芋開花天數(shù)比昆明多2 d左右，可達(dá)5 d，其結(jié)實(shí)率分別為90.7 %、93.3 %、92.0 %、69.8 %和71.4 %，試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明，花魔芋在佛焰苞張開到雄蕊花粉未釋放期間，對(duì)雌蕊授粉均可結(jié)實(shí)，但越往后結(jié)實(shí)率逐漸降低，雄蕊花粉釋放后授粉便不能結(jié)實(shí)。富源試驗(yàn)最佳的人工授粉時(shí)期也表現(xiàn)為開花第2天，結(jié)實(shí)率達(dá)93.3 %。5 d結(jié)實(shí)率經(jīng)多重比較，前3 d在5 %和1 %水平上有顯著差異，后2 d在5 %水平上有顯著差異，在1 %水平上仍然無(wú)顯著差異(表2)。

2.2 不同時(shí)段授粉對(duì)魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響

2.2.1 昆明試驗(yàn) 在昆明溫室條件下， 9:00-10:00時(shí)、13:00-14:00時(shí)和15:00-16:00時(shí)3個(gè)時(shí)段授粉，魔芋結(jié)實(shí)率分別為77.0 %、70.9 %和74.9 %，授粉效果最好為9:00-10:00時(shí)段。試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)多重比較，在5 %和1 %水平上差異不顯著(表3)。

2.2.2 富源試驗(yàn) 在富源露天條件下， 9:00-10:00時(shí)、13:00-14:00時(shí)和15:00-16:00時(shí)3個(gè)時(shí)段授粉，花魔芋結(jié)實(shí)率分別為93.3.0 %、60.5 %和56.0 %，授粉效果最好仍為9:00-10:00時(shí)段，結(jié)實(shí)率高達(dá)93.3 %，其效果與另外2個(gè)時(shí)段相比，在5 %平上有顯著差異，但在1 %水平上差異不顯著(表4)。

3 討 論

魔芋具有特殊的花序結(jié)構(gòu)，肉穗花序的下部為雌花序，中間為雄花序，最上部為附屬器，為雌蕊先熟型雌雄同株花序[6]，一般情況雌蕊比雄蕊先熟1～2 d，形成自花不育，需經(jīng)異花授粉才能雜交結(jié)實(shí)。另外，不同種魔芋之間每年開花時(shí)期相差1～4個(gè)月不等[7]，形成種間花期不遇。魔芋這種同株及種間花期不遇的自然屬性特點(diǎn)和4～5年較長(zhǎng)的有性繁殖周期，給開展魔芋人工雜交種子繁育和種內(nèi)種間雜交育種帶來(lái)諸多困難，成為進(jìn)行魔芋雜交技術(shù)研究必先解決的問(wèn)題。在解決有性繁殖周期問(wèn)題方面，早在1988年孫遠(yuǎn)明等[8]試驗(yàn)報(bào)道了外源赤霉素(GA3)處理花魔芋塊莖，誘導(dǎo)成花率極高，達(dá)到100 %，但屬于雄性不育，試驗(yàn)對(duì)誘導(dǎo)的雌蕊是否可育，沒(méi)有得到可靠的結(jié)論。10年后，張盛林等[9]用GA3處理營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期花魔芋和白魔芋球莖，結(jié)果表明，GA3誘導(dǎo)的花魔芋和白魔芋雄蕊敗育，但花魔芋雌蕊可育，而白魔芋雌蕊不育。在2007-2010年期間，李勇軍等[10]2齡花魔芋和白魔芋球莖，通過(guò)聯(lián)苯胺—過(guò)氧化氫法測(cè)定柱頭可授性、花粉離體萌發(fā)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)，表明誘導(dǎo)的花序雌、雄蕊都可育，但育性隨GA3處理濃度升高而降低。吳詩(shī)斌等[11]用GA3處理2年生珠芽黃魔芋球莖，也成功得到了種子。以上研究報(bào)道表明，通過(guò)不斷的摸索和試驗(yàn)，利用GA3處理營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期魔芋，可以得到魔芋雜交種子，從而縮短魔芋有性繁殖周期，有效推進(jìn)魔芋雜交品種的選育進(jìn)程。

表3 不同時(shí)段授粉魔芋結(jié)實(shí)率(2014年昆明)

在解決魔芋種間花期不遇問(wèn)題方面，1997-1998年，張玉進(jìn)等[12]研究了魔芋花粉低溫和超低溫保存技術(shù)，利用干燥法和玻璃化法，魔芋花粉能夠在4 ℃下保存1個(gè)月和在負(fù)20 ℃下保存6個(gè)月。10年后，2008-2009年，李勇軍等[4]進(jìn)一步研究了魔芋花粉的保存方法，結(jié)果表明，魔芋花粉保存效果主要影響因素是花粉含水量和花粉保存環(huán)境溫度，如果對(duì)魔芋花粉真空干燥3 h后保存于負(fù)20 ℃保條件下，魔芋花粉可保存360 d，保存的花粉授粉結(jié)實(shí)率可達(dá)到23.63 %。為方便快速了解保存花粉的活力和貯藏方法是否有效，李勇軍等[13]比較了魔芋花粉生活力檢測(cè)方法，TTC 染色法適用于魔芋花粉活力的快速檢測(cè)，而無(wú)機(jī)酸法適于魔芋花粉活力的準(zhǔn)確測(cè)定。

表4 不同時(shí)段授粉魔芋結(jié)實(shí)率(2013年富源)

中國(guó)魔芋栽培已有2000 多年的歷史，目前關(guān)于魔芋的研究多集中在KGM開發(fā)利用、魔芋種質(zhì)資源多樣性分析、魔芋新品種系統(tǒng)選育、魔芋豐產(chǎn)栽培技術(shù)等[14-15]，在魔芋有性種子繁殖及雜交新品種選育的研究較少，這方面還存在許多需要研究的技術(shù)問(wèn)題。文章初步通過(guò)不同開花天數(shù)和每天不同時(shí)段授粉對(duì)魔芋雜交結(jié)實(shí)率的影響試驗(yàn)，明確了魔芋開花第2天和上午9:00-10:00時(shí)是人工雜交授粉的最佳時(shí)期，結(jié)果對(duì)提高魔芋雜交結(jié)實(shí)率具有一定的指導(dǎo)作用。在試驗(yàn)中觀察到，魔芋開花到雄蕊花粉未釋放期間，對(duì)雌蕊授粉均可結(jié)實(shí)，結(jié)果與劉克頤等[16]的研究結(jié)果基本一致。魔芋授粉期間的溫度和濕度對(duì)魔芋結(jié)實(shí)率也有明顯的影響，牟方貴等[17]研究表明，魔芋結(jié)實(shí)株花粉成熟后連續(xù)5 d的平均溫度和濕度分別為24 ℃和64 %。文章在昆明和富源的試驗(yàn)結(jié)果顯示，授粉時(shí)期，昆明試驗(yàn)溫室的平均溫濕度分別為25.7 ℃和27.2 %，濕度偏低，富源的平均溫濕度分別為17.6 ℃和60.8 %，溫度不夠，導(dǎo)致2地的試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。溫濕度對(duì)魔芋花期及結(jié)實(shí)率的互作關(guān)系，有待于進(jìn)一步的深入研究。

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(責(zé)任編輯 王家銀)

Effects of Different Pollination Period on Hybridization Percentage of Seed-setting ofAmorphophalluskonjac

SUN Dao-wang1，ZHAO Qin2，YANG Yi1，YIN Gui-fang1， MA Ji-qiong1，PAN Kai-hua2， WU Kang2， XU Dao-nan3，WANG Ling1*

(1.Biotechnology and Germplasm Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Provincial Key Lab of Agricultural Biotechnology / Key Lab of Southwestern Crop Gene Resources and Germplasm Innovation, Ministry of Agriculture, Yunnan Kunming 650023, China；2.Fuyuan Institute of Konjac, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Fuyuan 655500,China；3.Yongshan Development Institute of Konjac, Yunnan Yongshan 675300,China)

In industrial development, the seeds ofAmorphophallus.konjacwere reproduced with long-term asexual, therefore theA.konjacquality degenerate and decline. The use ofA.konjachybrid sexual reproduction was the effective way to maintain species, varieties of directional cultivation and rich genetic resources. The cycle ofA.konjacsexual reproduction was 4-5 years. In order to improve the hybrid seed production and acquire the hybrid seeds, the hybrid seeds breeding technology was particularly necessary. Based on the artificial pollination experiments, the effects of different pollination period on hybridization Percentage of seed-setting ofA.konjacwas preliminary studied. The results showed that the best period of artificial hybridization pollination was the next day of blossom and from 9:00 to 10:00 on morning .TheA.konjachybrid seed setting rate could be obviously improved.

Amorphophalluskonjac；Hybridization；Artificial pollination；Percentage of seed-setting

1001-4829(2016)10-2436-08

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.034

2014-11-24

云南省科技廳重點(diǎn)新產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃(2011BB008)；云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院項(xiàng)目(2014CZZY001)

孫道旺(1971-)，男，云南宣威人，副研究員，主要從事魔芋品種選育及栽培技術(shù)研究，E-mail:dwsun03@sina.com，*為通訊作者，E-mail:wangling-66@163.com。

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