木薯定向育種授粉技術(shù)優(yōu)化

雷開文，俞奔馳，陳炯宇，馬崇熙，盧賽清，韋麗君

（廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究，廣西南寧 530001）

木薯（Manihot esculentaCrant）別名木蕃薯，是大戟科（Euporbiaceae）木薯屬（Manihot）植物。自18 世紀(jì)傳入中國(guó)，在淮河、秦嶺以南的長(zhǎng)江流域廣有種植。2020 年，廣西木薯種植面約17.38 萬(wàn)hm2，是中國(guó)的木薯主產(chǎn)區(qū)，面積和產(chǎn)量均占全國(guó)60%[1]，木薯已成為重要的熱帶作物。但我國(guó)的木薯育種情況不容樂觀，當(dāng)前品種更新慢，優(yōu)良品種少，嚴(yán)重制約著我國(guó)木薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。造成這種結(jié)果主要有兩個(gè)因素，一是木薯在我國(guó)大部分種植區(qū)不易成花[2]，成花也大多在10 月份以后，正逢冬季低溫，種子無法完全成熟[3]；二是木薯雜交育種孕性差，授粉率低[4-5]。木薯一般雜交授粉率為26%～30%[6]，在天然情況下更低，為5%～20%[7]，嚴(yán)重影響木薯的育種效率。相關(guān)學(xué)者對(duì)木薯人工雜交育種不斷進(jìn)行嘗試與改進(jìn)，也取得了一定的效果[8-11]，但涉及品種較少，對(duì)影響授粉的關(guān)鍵細(xì)節(jié)未明確。本文研究擬在觀測(cè)木薯自然授粉規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工調(diào)控開花技術(shù)[12]，開展木薯多品種雜交授粉試驗(yàn)，探索影響木薯授粉的關(guān)鍵因素，尋找能提高木薯授粉成功率的方法，為木薯定向育種提供助力。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2020—2021 年在廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所木薯基地進(jìn)行。材料由基地提供，木薯品種有：南植199、新選048、SC205、SC5、SC124。

1.2 方法

1.2.1 木薯自然蟲媒授粉觀測(cè)試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)基地長(zhǎng)期觀察木薯開花時(shí)間的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，木薯開花時(shí)間一般晴天在中午12:40 左右，陰天則推遲至13:00。于2020 年10 月8—10 日以南植199 為材料，通過自然雜交授粉，采用5 點(diǎn)取樣觀察法，每個(gè)樣點(diǎn)每天觀察5 朵雌花開放后蟲媒的授粉狀況，記錄每朵花的受粉次數(shù)。授粉結(jié)束后當(dāng)天套袋，于12 月25 日收獲種子，統(tǒng)計(jì)結(jié)實(shí)率。

1.2.2 木薯人工催花雜交授粉試驗(yàn)優(yōu)化

借助木薯開花調(diào)控技術(shù)，使木薯在5—9 月份開花[12]，使雌雄花花期一致，以新選048、南植199為父本，新選048、南植199、SC205、SC5、SC124 為母本進(jìn)行人工雜交或自交試驗(yàn)，結(jié)合自然觀測(cè)結(jié)果及試驗(yàn)基地木薯開花規(guī)律，就授粉時(shí)間選擇和方式進(jìn)行優(yōu)化處理。

授粉預(yù)處理及方法：木薯雌花開放之前，用尼龍紗袋把雌花套上，綁好固定，以避免風(fēng)和昆蟲傳粉；選定健壯花穗的目標(biāo)雄花作為父本，在雄花開放之前，用尼龍紗袋把雄花套上，綁好固定，以防昆蟲采集花粉，并除去多余的雄花和其它品種的雄花，以防同一品種不同植株之間自花授粉。

授粉方式采用傳統(tǒng)授粉法和美工筆授粉法（模擬蟲媒授粉法）進(jìn)行比對(duì)。傳統(tǒng)授粉法，采下雄花，除去花瓣，讓雄蕊花藥輕輕接觸雌蕊柱頭，讓花藥粘在雌蕊的柱頭上，最后用尼龍紗袋把雌花套上，綁好固定，完成授粉，授粉后2～3 d，移去套袋；美工筆授粉法則為模擬自然蟲媒授粉法，以美工筆為工具，先用美工筆粘取雄蕊花藥上的花粉后再來回輕掃接觸雌蕊柱頭，完成授粉后，同傳統(tǒng)授粉法一樣把雌花套袋綁好固定，2～3 d 后，去除套袋。授粉時(shí)間選擇：以木薯開花時(shí)間為原點(diǎn)（經(jīng)前期觀察，人工催花花開節(jié)點(diǎn)與自然開花一致，晴天為12:40，陰天為13:00），以每0.5 h 為一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段，比較在開花前后不同時(shí)間段內(nèi)（開花節(jié)點(diǎn)為0，前為負(fù)時(shí)段，后為正時(shí)段）進(jìn)行授粉的效果，根據(jù)參考文獻(xiàn)和實(shí)際觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，選擇試驗(yàn)時(shí)段為開花前2.5 h至花后3.5 h，為方便記錄，時(shí)段標(biāo)記為該數(shù)值前0.5 h 內(nèi)時(shí)段，如開花前0～0.5 h 標(biāo)記為-0.5 h，開花后0.5～1 h 則標(biāo)記為1 h，以此類推。每個(gè)時(shí)段每個(gè)品種兩種方式各授粉60 朵雌花。授粉完成60 d后，統(tǒng)計(jì)有種子的果實(shí)數(shù)，計(jì)算結(jié)實(shí)率。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用生物統(tǒng)計(jì)分析軟件Spss 11.5 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)就不同時(shí)段、不同方法授粉及不同木薯品種間授粉結(jié)果的差異進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 木薯自然蟲媒授粉觀測(cè)結(jié)果

觀測(cè)期內(nèi)，木薯授粉蟲媒主要為蜜蜂，未見其他昆蟲，所有授粉均在開花后0.5 h 內(nèi)完成，開花0.5 h 之后，授粉次數(shù)為0 次，平均每朵雌花授粉次數(shù)6.0 次，單朵雌花蜜蜂授粉最多14 次，最少4次，詳見表1。5 個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)5 朵雌花，3 d共觀察標(biāo)記了75 朵雌花授粉情況，于12 月25 日收獲有種子果實(shí)共計(jì)41 顆，平均結(jié)實(shí)率為54.67%，詳見表2。

表1 木薯開花后不同時(shí)段蟲媒授粉情況觀測(cè)結(jié)果

表2 木薯蟲媒授粉結(jié)實(shí)觀測(cè)結(jié)果

2.2 木薯人工催花雜交授粉試驗(yàn)結(jié)果

木薯人工催花雜交授粉優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果匯總于表3。可見授粉結(jié)果數(shù)在開花節(jié)點(diǎn)前后時(shí)間段兩頭遞減，以開花節(jié)點(diǎn)后0.5 h 內(nèi)授粉活力最佳，效果最好；模擬蟲媒授粉法優(yōu)于傳統(tǒng)人工授粉方式；各雜交組合結(jié)果數(shù)不等，最低為傳統(tǒng)人工方式的南植199（父本）× SC205（母本）組合，最高為模擬蟲媒人工授粉方式的南植199 自交組合，結(jié)果數(shù)為138，其次為相同授粉方式的新選048（父本）×南植199（母本）組合，結(jié)果數(shù)為131。

表3 木薯人工催花雜交授粉優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同時(shí)段授粉結(jié)果比較

試驗(yàn)對(duì)木薯的授粉時(shí)段進(jìn)行不同方法授粉試驗(yàn)，分別以新選048、南植199 為父本同5 個(gè)品種雜交或自交組合平均結(jié)實(shí)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，采用傳統(tǒng)授粉法，開花節(jié)點(diǎn)前0.5 h，雌、雄花均具授粉力，開花節(jié)點(diǎn)后2 h 失去授粉力，其中花后0.5 h內(nèi)結(jié)實(shí)率最好，達(dá)11.33%，然后向前后時(shí)間段逐漸遞減，直至失去授粉力，其中花后失去授粉能力時(shí)間慢于花前；采用模擬蟲媒授粉法，也基本表現(xiàn)相同趨勢(shì)，結(jié)實(shí)率高峰期同樣出現(xiàn)在花后0.5 h 內(nèi)的授粉；無論以新選048 還是以南植199 為父本，各品種授粉力隨時(shí)間段變化的趨勢(shì)表現(xiàn)一致。對(duì)授粉時(shí)間段之間結(jié)實(shí)率進(jìn)行方差分析，授粉時(shí)段之間有顯著差異（P=0＜0.05），進(jìn)一步對(duì)授粉時(shí)間段之間結(jié)實(shí)率的多重比較（LSD）分析，結(jié)果表明，木薯花開放0.5 h 內(nèi)授粉同其他各時(shí)段結(jié)實(shí)率差異達(dá)顯著水平；1 h 內(nèi)授粉同其他各時(shí)段結(jié)實(shí)率差異亦顯著，表明花開1 h 內(nèi)授粉效果最佳。傳統(tǒng)授法和模擬蟲媒授粉法5 個(gè)品種平均結(jié)實(shí)率分別為7.9%、51.67%；花后0.5 h 結(jié)實(shí)率最好，平均分別達(dá)11.33%、66%。

表4 木薯花開節(jié)點(diǎn)不同時(shí)段內(nèi)各授粉處理組合平均結(jié)實(shí)率比較

2.2.2 兩種不同人工授粉法結(jié)果比較

對(duì)各時(shí)段的木薯授粉通過傳統(tǒng)授粉法和模擬蟲媒授粉法獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用生物統(tǒng)計(jì)分軟件Spss 11.5，對(duì)兩種授粉法進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示兩種授粉方法在1.5h 之前有顯著差異（P=0＜0.05）（見表5）。結(jié)果表明，模擬蟲媒授粉法可大幅度提高結(jié)實(shí)率，增幅效果從0.33%到54.67%；另外傳統(tǒng)授粉法，具授粉力時(shí)間為花前0.5 h 至花后2 h，而模擬蟲媒授粉法，則延伸為花前1 h 至花后3 h。

表5 兩種不同授粉方法效果比較

2.2.3 不同木薯品種雜交組合授粉結(jié)果比較

從表3 結(jié)果可見，不同木薯品種雜交組合授粉結(jié)果中，對(duì)于同一種授粉方式，母本相同，父本不同，結(jié)果總數(shù)差異不大，但父本相同，母本不同，結(jié)果差異卻較大。如模擬蟲媒授粉法中SC124 為母本，父本分別為新選048 和南植199 的兩個(gè)雜交組合，不同授粉結(jié)果總數(shù)（結(jié)實(shí)率）差異不大；而無論是以新選048 還是南植199 為父本的組合系中，各母本系的結(jié)果數(shù)由大到小排列均為南植199 最大，其次為SC124，其余品種（新選048、SC205、SC5）結(jié)果數(shù)相對(duì)較低，說明各品種作為母本，南植199 孕性最好，其次為SC124。

3 結(jié)論與討論

3.1 木薯開花0.5 h 內(nèi)是授粉最佳時(shí)機(jī)，開花前后1h 是進(jìn)行人工授粉的適宜時(shí)段

結(jié)合木薯自然蟲媒授粉觀測(cè)結(jié)果和人工雜交授粉試驗(yàn)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，木薯開花0.5 h 內(nèi)是最佳授粉時(shí)機(jī)，此時(shí)花粉粘性大，活力最強(qiáng)，雌花發(fā)育成熟，分泌黏液最盛，氣味最濃，能吸引來更多的蟲媒（如蜜蜂）幫助授粉，也有利于花粉附著在花托柱頭上。花開0.5 h 后，可能花蜜氣味散發(fā)殆盡，無法再吸引蜜蜂前來，但黏液未干，人工授粉仍然有成功的可能，試驗(yàn)結(jié)果顯示開花后1h 仍是較適宜的授粉時(shí)間，之后的時(shí)間段進(jìn)行授粉，效果將越來越差。比較與木薯人工授粉研究相關(guān)的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，不同學(xué)者的結(jié)實(shí)率差異很大，除了試驗(yàn)品種等因素造成的差異外，可能也與授粉時(shí)段不同有關(guān)，如果進(jìn)行人工授粉的時(shí)間偏離花開節(jié)點(diǎn)過長(zhǎng)，則成功率下降，結(jié)實(shí)率會(huì)偏低。如俞奔馳等[4]在10:00-11:30 采集雄花，13:00-14:30 進(jìn)行人工授粉，授粉率（實(shí)為結(jié)實(shí)率）最大僅為0.34%，就有可能是因雄花采集過早，花粉活力不足導(dǎo)致的；梁振華等[10]在確認(rèn)木薯試驗(yàn)品種的開花時(shí)間為13:00 時(shí)±10 min 的前提下，采用開花前1h 人工破蕾授粉技術(shù)，結(jié)實(shí)率高達(dá)88.3%，花后人工授粉結(jié)實(shí)率為76.7%，除了品種和操作等影響因素外，與授粉時(shí)段的選擇也密切相關(guān)。

3.2 增加花粉與柱頭的接觸機(jī)會(huì)與停留時(shí)間，可以提高授粉成功率

試驗(yàn)中兩種授粉方式的最大區(qū)別是用美工筆作為媒介工具，模擬自然蟲媒授粉法進(jìn)行授粉，粘取的花粉較多，和柱頭接觸的時(shí)間更長(zhǎng)。同時(shí)對(duì)比文獻(xiàn)報(bào)道的授粉操作細(xì)節(jié)，來回輕掃接觸和直接輕輕觸碰的授粉時(shí)結(jié)實(shí)率有差異，前者較高[4，10]。因此，任何增加花粉與柱頭的接觸機(jī)會(huì)與停留時(shí)間的措施，都有利于提高授粉成功率，使用美工筆人工授粉法是傳統(tǒng)花藥花托直接接觸授粉法的改進(jìn)，可以提高結(jié)實(shí)率。

3.3 親本（母本）孕性對(duì)授粉成功率影響極大

木薯為異花授粉植物，雌雄同序，各品種雜交親和力差異較大，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，同一組合，正反交時(shí)結(jié)實(shí)率差別較大。葉劍秋等[5]以華南5 號(hào)（SC5）、華南6 號(hào)（SC6）和華南7 號(hào)（SC7）3 個(gè)品種分別作父母本進(jìn)行了不同配組正反雜交授粉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同父母本正反交稔實(shí)率差異明顯，不同父母本組配的正反交稔實(shí)率也不同，以SC5 和SC6作母本的雜交結(jié)實(shí)率相對(duì)較高，稔實(shí)率的高低與母本的關(guān)系頗大，和本文試驗(yàn)結(jié)果相吻合。但忠等[2]在對(duì)廣西武鳴木薯開花結(jié)果現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，80個(gè)品種（品系）中，有42 個(gè)品種（品系）未能調(diào)查到開花，能正常結(jié)實(shí)，且種子數(shù)＞10 的品種（品系）只有7 個(gè)，品種特性差異較大。因此，親本的選擇對(duì)人工雜交授粉成功率影響很大。

綜上，無論是自然成花還是人工催花，木薯在桂南地區(qū)開花時(shí)間在13:00 左右，陰晴天會(huì)稍有偏差，具體實(shí)施時(shí)最好預(yù)先觀察。花開前后1 h 是授粉的適宜時(shí)段，其余時(shí)段效果不佳。授粉時(shí)要注意細(xì)節(jié)，用美工筆等輔助工具沾取足夠的花粉，來回輕掃花托，讓花粉和柱頭按觸充分，增加授粉機(jī)會(huì)。目標(biāo)性狀親本作為母本和父本，獲得成熟雜交種子的概率會(huì)有很大差異，有些品種孕性好，很適合作為優(yōu)質(zhì)母本提高育種效率，但目標(biāo)性狀的傳遞與親本作為父本和母本的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究，為木薯定向育種提供參考。