甘藍型油菜單株雜交的壁蜂授粉效果分析

尹 璐，曾 川，楊旖旎，徐洪志，黃 涌，唐玉琴，包鵬琴，鄭 楠

（1.重慶三峽學院，重慶萬州 404120；2.重慶三峽農(nóng)業(yè)科學院，重慶萬州 404155）

甘藍型油菜具有較強的雜種優(yōu)勢，雜交種是目前油菜生產(chǎn)中的主要品種類型。人工授粉雜交技術(shù)是目前育種科研工作者在創(chuàng)制油菜新材料、新品種的過程中最常用的技術(shù)。目前在小規(guī)模配制雜交種的過程中大多采用人工授粉雜交，只有在需要大規(guī)模生產(chǎn)雜交種時才采用蜜蜂網(wǎng)室授粉雜交、時間隔離和空間隔離雜交技術(shù)。雜交種采用的母本不育系類型主要分為細胞核不育系、細胞質(zhì)不育系、自交不親和不育系、化學殺雄不育系等。

目前的人工雜交授粉配制雜交種的技術(shù)流程一般為：1）父本套袋。中選的父本植株選取主序和上部3～4 個分枝提前4～5 d 摘除已經(jīng)開放的花朵，留下未開放的花蕾，套上硫酸紙袋以備取粉。2）母本整序。選取母本植株合適的花序，摘除當選花序下部已經(jīng)開放的花朵和上部的幼小花蕾，僅留下花序中間約20個大小較為適宜的花蕾。3）母本剝蕾。將母本植株花序上留下的花蕾用鑷子剝開，露出柱頭。4）人工授粉。將事先取好的父本花粉人工授到母本柱頭上，套上硫酸紙袋，填好標簽。5）每3～5 d 將硫酸紙袋上提以利于花序和幼果的發(fā)育。6）15～20 d后母本植株中選花序上的花蕾全部謝花，即可將硫酸紙袋取掉。整個操作過程中需要注意操作用具的消毒，嚴格避免外界的其他花粉沾染到母本柱頭上。

目前來說人工雜交授粉技術(shù)的主要缺陷有：1）獲得的雜交種子數(shù)量少，經(jīng)常因種子數(shù)量不足而影響了下一季度的種植計劃，為了獲得足量的雜交種子必須成倍增加投入。2）人工剝蕾、人工授粉的效率極其低下，浪費大量的人力、物力和科研人員的精力。3）油菜花蕾一般較小，特別是母本不育系植株的花蕾更小，直徑一般不足3 mm，有的甚至只有1～2 mm，這就造成了人工剝蕾授粉只有年輕勞動力才能勝任的窘境；同時由于接近油菜花蕾部分的莖枝比較脆弱，在剝蕾授粉的過程中很容易不慎折斷中選花序，造成剝蕾授粉工作白費。4）在操作過程中難免受到環(huán)境風力影響、蜜蜂等昆蟲影響、用具消毒不徹底等不可控因素，稍有不慎就容易造成非中選父本植株的其他花粉污染，從而造成雜交授粉工作失敗。5）由于父本植株提前3～4 d 套袋，人工授粉之前需要將父本的硫酸紙袋打開，摘取已經(jīng)開放的花朵用以給母本剝蕾植株授粉，取完花粉之后又要重新將父本的硫酸紙袋套上，有時候甚至需要反復多次在父本硫酸紙袋內(nèi)多次取粉，在這樣反復的套紙袋-取紙袋-套紙袋的過程不但費時費力，在取粉的過程中還很容易造成父本花粉的污染，不僅影響雜交種子純度，也影響了將來收取的父本種子的純度。6）由于父本硫酸紙袋內(nèi)的種子是需要保留的，有時候由于取粉較多，導致父本紙袋內(nèi)的將來成熟收獲的種子量偏少，從而影響下一步工作計劃。

壁蜂屬膜翅目切葉蜂科的野生蜂，是果樹及十字花科蔬菜的優(yōu)良傳粉昆蟲[1]，其性情溫順，一年發(fā)生一代，一年中約320 d 在管巢中生活，在管巢外授粉活動時間約為40 d。壁蜂作油菜雜交授粉蟲媒具有多種優(yōu)勢：壁蜂羽化時間與油菜開花時間基本吻合；壁蜂巢外授粉活動為30～40 d，也與油菜花期相吻合，可避免壁蜂授粉活動與油菜病蟲害防治噴藥沖突；壁蜂具有發(fā)育起點溫度低、日活動時間長、訪花頻率快、授粉效率高、活動范圍小、繁殖率高、管理簡便、使用成本低等優(yōu)點且性情溫順，無毒刺，使用安全[2-4]。

雜種優(yōu)勢可以使作物產(chǎn)量得到大幅度提升，有研究表明，優(yōu)良的油菜雜種組合一般可增產(chǎn)20%～30%，甚至更高[5]。雜交油菜的生產(chǎn)應(yīng)用是提高油菜單產(chǎn)和總產(chǎn)的主要途徑[6]。油菜雜交育種過程中經(jīng)常需要進行單株雜交，目前大多采用的是人工輔助授粉，授粉效率低、結(jié)實效果差。油菜雜交授粉主要采取風媒、蟲媒和人工3種輔助授粉方法。實踐生產(chǎn)中主要運用蟲媒和人工授粉2 種方法[3]，相比蜜蜂而言，壁蜂因其耐低溫，應(yīng)用成本低，管理便捷，使用安全，制種純度高等特點，正逐漸成為蜜蜂授粉的替代傳粉昆蟲[7-8]。本研究比較了壁蜂輔助授粉和人工輔助授粉的在甘藍型油菜單株雜交授粉工作中的效應(yīng)，以期找出一種獲得的雜交種子數(shù)量多，雜交授粉的效率高，減少人力、物力和科研人員的精力耗費的油菜單株雜交的授粉方法，為油菜育種科研工作提高單株雜交效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2022 年3—5 月在重慶三峽農(nóng)業(yè)科學院甘寧試驗基地進行。

甘寧鎮(zhèn)位于萬州區(qū)西部，土壤以微酸性、中性為主，深厚肥沃，蓄水能力強，氣候溫和，雨量充沛，且有“有效積溫高，早春地溫回升快”的氣候特點，是典型的亞熱帶季風濕潤區(qū)。年平均氣溫17 ℃，年均降水量1 293.3 mm，年平均日照時數(shù)1 204.5 h，年均空氣相對濕度81%，無霜期260～283 d，適宜各類農(nóng)作物的生長[9]。

1.2 試驗材料

壁蜂采用凹唇壁蜂，油菜選用甘藍型波利馬細胞質(zhì)不育系和蘿卜細胞質(zhì)不育系。

1.3 試驗處理

3 月份油菜開花季節(jié)，常規(guī)人工剝蕾授粉雜交作為對照，壁蜂輔助授粉雜交作為處理。

兩個授粉處理均為5 個人工作1 天，即每個授粉處理5個工日。

具體操作步驟如下。

1）父本套袋，中選的父本植株選取主序和上部3～4 個分枝，摘除已經(jīng)開放的花朵，留下未開放的花蕾，套上硫酸紙袋。

2）獲取父本授粉花序，在中選父本植株剩余的未套袋花序上選育2～3 個花序，摘除已開放的花朵，留取未開放的花蕾連同下部約10 cm 長的分枝用剪刀剪下來作為父本授粉花序。

3）母本花序整序，選取母本植株的主序和上部3～4 個花序，摘除母本植株當選花序下部已經(jīng)開放的花朵和花序頂端的細小花蕾，留下花序中間約30～40個未開放的花蕾。

4）將所述步驟“2）”中剪下來的父本授粉花序與步驟“3）”中整理好的母本花序同時套入同一個硫酸紙袋內(nèi)。

5）選取20 個左右尚未孵化的健康壁蜂蜂卵放進所述步驟“4）”的硫酸紙袋內(nèi)，并封好硫酸紙袋，填好標簽，硫酸紙袋內(nèi)的壁蜂蜂卵隨著母本花序和父本花序逐步開放而孵化，孵化后的壁蜂自動在硫酸紙袋內(nèi)活動從而完成授粉工作。

6）每3～5 d 將硫酸紙袋上提一次，以利于花序和幼果的發(fā)育，也利于硫酸紙袋內(nèi)的壁蜂活動。

7）15～20 d后母本植株硫酸紙袋內(nèi)的花蕾全部謝花，即可將硫酸紙袋取掉。

1.4 測定項目與方法

剔除嚴重感病無法收獲種子的雜交單株后，收獲正常雜交單株種子，測量對照和處理獲得的有效單株數(shù)、單株產(chǎn)量及工作效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 有效單株數(shù)及工作效率

由表1 可知，甘藍型油菜單株雜交壁蜂授粉共處理150 株，獲得有效結(jié)實單株124 株，有效株率82.7%；人工輔助授粉處理100株，獲得有效結(jié)實單株58株，有效株率58.0%。

表1 壁蜂授粉處理對2個甘藍型油菜不育系工作效率的影響

甘藍型油菜單株雜交壁蜂授粉工作效率為每個工日24.8 株有效單株，人工授粉工作效率為每個工日11.6株有效單株。

2.2 有效單株數(shù)及其頻次分布

由表2 可知，壁蜂授粉處理對提高甘藍型油菜單株產(chǎn)量效果明顯，其主要體現(xiàn)在單株產(chǎn)量更高的株數(shù)大大增加，例如單株產(chǎn)量大于4 g 的株數(shù)頻次分布比人工授粉高51.39個百分點。

表2 壁蜂授粉處理對甘藍型油菜單株產(chǎn)量的影響

2.3 不同育性類型

將同一母本分別進行人工授粉和壁蜂授粉處理的單株產(chǎn)量分別平均，得到24對有效的人工授粉與壁蜂授粉單株產(chǎn)量的對比數(shù)據(jù)，每一對授粉處理作為一個重復進行方差分析，結(jié)果見表3。由表可見，壁蜂授粉平均單株產(chǎn)量4.26 g，變幅0.88～7.88 g；人工授粉平均單株產(chǎn)量1.79 g，變幅0.24～4.55 g，且壁蜂授粉與人工授粉之間的單株產(chǎn)量差異達到極顯著水平。同一授粉處理的不同育性類型之間的單株產(chǎn)量差異不顯著，說明授粉處理適用于各種不育類型。本試驗中，人工授粉處理的波利馬細胞質(zhì)不育平均單株產(chǎn)量為2.15 g，蘿卜質(zhì)不育平均單株產(chǎn)量為1.36 g，兩種不育類型之間的單株產(chǎn)量差異不顯著；壁蜂授粉處理的波利馬細胞質(zhì)不育平均單株產(chǎn)量為4.59 g，蘿卜質(zhì)不育平均單株產(chǎn)量為3.87 g，兩種不育類型之間的單株產(chǎn)量差異不顯著。

表3 壁蜂授粉處理對不同母本的甘藍型油菜不育系單株產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

1）本試驗中壁蜂授粉有效株率82.7%，明顯高于人工授粉有效株率（58.0%），可能是因為人工授粉的剝蕾操作破壞了花蕾及柱頭表皮，結(jié)實率降低，同時導致感病增加，故而有效株率偏低。壁蜂授粉雜交的工作效率（24.8 個有效單株/工日）是傳統(tǒng)人工雜交授粉工作效率（11.6 個有效單株/工日）的兩倍以上，是因為壁蜂授粉雜交的工作程序大為簡化所致。

2）壁蜂授粉處理的平均單株產(chǎn)量（4.26 g）極顯著高于傳統(tǒng)人工授粉處理（1.79 g），且不同雜交組合的平均單株產(chǎn)量差異達到極顯著水平。這可能是因為相對于人工剝蕾授粉來說，壁蜂授粉處理保留了更多母本植株的完整花蕾有關(guān)，同時壁蜂在紙袋內(nèi)孵化后活動時間長達7 d以上，授粉更充分。

3）壁蜂授粉處理的絕大部分雜交單株產(chǎn)量高于傳統(tǒng)人工授粉處理。如果以2 g 作為劃分界限，則人工授粉單株產(chǎn)量低于2 g 的有43 株，占人工授粉總單株數(shù)的74.13%；人工授粉單株產(chǎn)量高于2 g 的僅有15株，占人工授粉單株總數(shù)的25.86%。而壁蜂授粉單株產(chǎn)量低于2 g 的有30 株，占壁蜂授粉單株總數(shù)的24.19%；壁蜂授粉單株產(chǎn)量高于2 g 的有94 株，占壁蜂授粉單株總數(shù)的75.81%。

4）本試驗未考慮不同授粉處理的紙袋內(nèi)部莢果的病害發(fā)生情況，這有待進一步試驗研究。

本試驗表明，壁蜂授粉處理的授粉效果及工作效率極顯著優(yōu)于傳統(tǒng)人工雜交授粉處理，在甘藍型油菜單株雜交育種工作中可以全面推廣應(yīng)用。