美國新引進甘蔗親本開花習性及其遺傳分析

雷敬超，周 會，高麗花，韋金菊，黃海榮，鄧宇馳，李 翔，李楊瑞，楊榮仲，吳 楊，高軼靜*

(1. 廣西農業科學院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/農業部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室，廣西 南寧 530007；2.福建農業職業技術學院生物技術系，福建 福州 350007)

【研究意義】目前，通過選配甘蔗親本進行授粉雜交仍是甘蔗育種的主要方式，因此，甘蔗親本抽穗開花及其花粉活力是選配親本的重要因素，有關甘蔗親本的開花習性及其花粉活力方面的研究可為甘蔗育種的親本選配提供參考依據。【前人研究進展】近年來，國內甘蔗育種工作者有關甘蔗常用親本開花習性及其花粉活力方面的研究主要由廣州甘蔗糖業研究所海南甘蔗育種場報道。早期，黃錦福等[1-2]先后對海南甘蔗育種場常用甘蔗親本的開花習性進行了初步研究及遺傳分析，周耀輝等[3-4]、何紅等[5]還研究了甘蔗花粉的貯藏方法及其活力；最近，吳建濤等[6]對不同環境甘蔗親本的開花情況進行了比較和遺傳力分析，陳俊呂等[7]、常海龍等[8-9]在甘蔗花粉活力方面進行了研究報道。國外的Durai等[10]和Ghallab等[11]分別調查了甘蔗親本的開花習性，Melloni等[12]開展了不同人工光周期條件下的甘蔗親本開花誘導研究，但均未進行進一步的遺傳分析。研究結果表明，甘蔗親本始花期和抽穗率的廣義遺傳力均屬遺傳力較高的性狀。【本研究切入點】我國目前種植的甘蔗品種皆為少數幾個早期品種的近親雜交后代，遺傳基礎狹窄，嚴重制約著甘蔗品種的改良。因此，有針對性地引進外來品種，篩選適合當地利用的品種和親本材料，是擴大栽培品種和雜交親本的遺傳多樣性和促進甘蔗品種改良的重要舉措。【擬解決的關鍵】選取12個優良的美國新引進親本作為試驗材料，試驗地點設在中國農業科學院甘蔗研究中心海南甘蔗雜交基地，于2013/14至2017/18年連續5個雜交季調查上述親本的開花和抽穗情況，并觀察花粉量和染色率，進行始花期、抽穗率和染色率廣義遺傳力分析。以期為甘蔗育種的親本選配、雜交利用以及常規品種選育提供參考，為進一步研究甘蔗開花性狀的相關遺傳規律打下基礎。

表1 甘蔗親本的花粉特性及開花特點Table 1 Characteristics of pollen and blooming of 12 sugarcane parents

注：用3位數數值組合來表示花粉量和染色率，百位數代表花粉量，1表示少，2表示多；十位和個位數以百分數形式表示染色率。
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 材料與方法

1.1 供試材料

供試的12份甘蔗親本為近年廣西農業科學院甘蔗研究所項目新引進的美國品系(表1)，試驗地點設在中國農業科學院甘蔗研究中心海南甘蔗雜交基地，調查時間為2013/14至2017/18年連續5個雜交季的開花季始末。

1.2 性狀調查與數據分析

每個親本種植為8 m行長，無重復。在2013/14至2017/18共5個雜交季中，每天調查并記錄供試材料的開花情況，以各親本第1個小穗裂開的當天為該親本的始花期，花期用數值表示[2]，為方便分析，將所有親本始花期中最早的一天(11月19日，CP07-1618，2015/16雜交季)記為1，始花期每推遲1 d，數字相應增加1，如11月23日開花，始花期記為5。

記錄各親本甘蔗的總株數和開花株數，統計供試材料的抽穗率，抽穗率(%)=(抽穗株數/總株數) × 100。

花粉染色率采用碘-碘化鉀染色檢測法。選取開花1/4～1/3的花穗，剪下同時含有已開和未開穎花的花軸5～8枝，選取每枝花軸上已開穎花臨近的未開穎花2朵，共選擇3枝有效花軸，用鑷子小心地擠出穎花里的黃色花藥(每朵穎花含3枚花藥，共獲得2×3×3=18枚花藥)，用玻棒將花藥搗碎，并將花粉鋪勻，在載玻片上滴1滴碘-碘化鉀溶液，蓋上蓋玻片，置于顯微鏡(10×4倍)下觀察。凡是花粉粒成球形且被染成藍褐色的視為可能具有活性的花粉，而呈三角形或皺縮且未被染色或染色很淺的則視為沒有活性的花粉。連續觀察3個視野，評估花粉量和染色率。采用從澳大利亞甘蔗產業研究所(Sugar Research Australia，SRA)引進的3位數數值組合表示花粉量和染色率(表1)：估算視野中花粉量占據總視野面積的比例，低于50 %時百位數上數字用1表示，超過50 %時百位數上數字用2表示；十位和個位數表示花粉染色率。染色率( %)=視野中被染色的花粉粒數/視野中所有的花粉粒數×100。如圖1所示，CP01-1178在2016/17雜交季的花粉量及平均染色率數值為250，說明該親本花粉量較大，染色率約為50 %。

圖1 2016/17雜交季CP01-1178花粉鏡檢結果Fig.1 Pollen microscopic examination of CP01-1178 in 2016/17 crossing season

圖2 12個甘蔗親本5個雜交季的始花期Fig.2 Initial flowering time of 12sugarcane parents in 5crossing seasons

1.3 數據分析

2 結果與分析

2.1 甘蔗親本始花期遺傳分析

2.2 甘蔗親本抽穗率遺傳分析

圖3 甘蔗親本始花期的5個雜交季Fig.3 The initial flowering time of sugarcane parents in 5 crossing seasons

圖4 12個甘蔗親本5個雜交季的抽穗率Fig.4 Heading rate of 12sugarcane parents in 5crossing seasons

圖5 甘蔗親本抽穗率的5個雜交季統計Fig.5 The heading rate of sugarcane parents in 5 crossing seasons

2.3 甘蔗親本花粉染色率遺傳分析及開花特性

各親本的花粉特性及開花特點(表1)表明：只有CP09-4257的花粉量少(百位數為1)，其余親本花粉量為中等或較多(百位數為2)；CP06-2422和CP06-3458的開花特點為先抽后開，其余親本開花特點均為邊抽邊開。

圖6 12個甘蔗親本5個雜交季的染色率Fig.6 Pollen dyeing rate of 12 sugarcane parents in 5 crossing seasons

圖7 甘蔗親本染色率的5個雜交季Fig.7 The pollen dyeing rate of sugarcane parents in 5 crossing seasons

3 討 論

由于甘蔗開花受環境影響較大，尤其是開花習性受到溫度、光照、光周期等外界環境條件的高度制約[13]，自然條件下，很多甘蔗品種(系)無法抽穗開花，因此，對甘蔗親本的開花習性及其遺傳分析方面的研究報道較少。

研究結果表明始花期和抽穗率的廣義遺傳力分別為0.9518和0.7961，屬遺傳力較高的性狀，與前人研究結果一致[2,6]，而本研究對甘蔗親本花粉染色率的廣義遺傳力研究尚屬首例。3個性狀均屬遺傳力較高的可遺傳性狀，在雜交組合配制階段即可有目的、有針對性地對親本進行選擇，例如雜交后代選擇以選育生產品種為目的，就應避開早開花或抽穗率高的親本(如CP07-1618，始花期早且抽穗率高)；如以選育親本材料為目的, 則可有針對性地選擇一些不同始花期的優良品系配制雜交組合。

本研究結果顯示，品系的始花期特性(早花或遲花)與年際間始花期差異的大小并無必然聯系, 即早花品系的年際間變化不一定比遲花品系的變化小，反之亦然，與前人的研究推論一致[2]。并且，親本始花期的早晚對抽穗率和花粉染色率并無直接影響。

從澳大利亞甘蔗產業研究所(SRA)引進的3位數數值方法可同時表示花粉量和染色率，非常直觀和方便，更有利于親本雜交選配研究的開展，該方法的引進和使用在國內屬首例(表1)。

4 結 論

甘蔗親本始花期、抽穗率和花粉染色率的廣義遺傳力均屬遺傳力較高的性狀，可在雜交組合配制階段對該親本進行較嚴格的選擇。