張學(xué)賢，郭立平，吳建勇，戚廷香，唐會妮，王海林，喬秀琴，邢朝柱

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽455000）

雜種優(yōu)勢是生物界普遍存在的現(xiàn)象，棉花也不例外。利用雜種優(yōu)勢可以顯著提高棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)[1]。利用“三系”制種法生產(chǎn)雜交種，可降低制種成本，是棉花制種方法發(fā)展的必然趨勢。但由于棉花恢復(fù)系來源狹窄，其恢復(fù)能力不強(qiáng)以及容易受到外界環(huán)境條件影響等因素，制約了三系雜交種的發(fā)展與利用。棉花恢復(fù)系分為可育胞質(zhì)型和不育胞質(zhì)型，當(dāng)前育種工作中利用的大多是以哈克尼西棉細(xì)胞質(zhì)雄性不育胞質(zhì)為背景選育的不育胞質(zhì)型恢復(fù)系，其育性恢復(fù)能力容易受到高溫環(huán)境影響，當(dāng)環(huán)境溫度超過35℃時(shí)會影響花粉正常的生長發(fā)育，出現(xiàn)少粉現(xiàn)象，阻礙授粉過程[2-3]。目前，關(guān)于棉花恢復(fù)系恢復(fù)能力與環(huán)境因素的關(guān)系已有報(bào)道。崔艷利等[4]研究結(jié)果表明，恢復(fù)系花粉發(fā)育隨著溫度的變化而有所改變，且在不同的生態(tài)區(qū)其育性表達(dá)也不盡相同。吳翠翠等[5]針對氣象因子與棉花恢復(fù)系恢復(fù)能力的關(guān)系開展研究，結(jié)果表明：最高氣溫、相對濕度對花粉育性恢復(fù)度直接影響較大且為負(fù)效應(yīng)，而平均氣溫、地面最低溫度和日照時(shí)間對花粉育性恢復(fù)度為正向效應(yīng)。近年來，由于氣候變化等原因，極端高溫天氣出現(xiàn)頻率增高，尤其是長江流域棉區(qū)在7―8月最高溫度接近40℃，不利于花藥散粉，影響結(jié)鈴率，給三系雜交種的培育造成了一定困難。因此，本試驗(yàn)通過對3個(gè)不育胞質(zhì)型恢復(fù)系及3個(gè)可育胞質(zhì)型恢復(fù)系在高溫脅迫下花藥散粉情況及籽棉產(chǎn)量進(jìn)行觀測統(tǒng)計(jì)，旨在明確不同胞質(zhì)類型恢復(fù)系對花藥散粉情況及自身產(chǎn)量的影響，為恢復(fù)系的選育提供新的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用本團(tuán)隊(duì)前期選育的3個(gè)不育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料和其對應(yīng)的同核異質(zhì)的3個(gè)可育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料 （表1），6個(gè)恢復(fù)系材料恢復(fù)基因均來源于同一恢復(fù)系。

表1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)安排

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所海南科研中心大茅基地溫室開展。2017年2月下旬播種，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積13.3 m2，田間管理與普通大田管理一致。

1.3 花粉量調(diào)查及恢復(fù)系產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

花朵花藥散粉情況調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)參照崔艷利等[4]性狀調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)：花朵多粉指花粉粒飽滿、花藥正常開裂；花朵少粉是指花粉粒干癟、花藥不開裂或僅有少量花粉。

2017年5月棉花進(jìn)入盛花期，溫室內(nèi)最高溫度持續(xù)保持在40℃以上。連續(xù)10 d（5月10―20日）對6個(gè)參試材料花朵花藥散粉情況進(jìn)行調(diào)查記錄。統(tǒng)計(jì)多粉及少粉花朵數(shù)量，計(jì)算多粉花率及少粉花率。

計(jì)算公式：

多粉花率=多粉花數(shù)/調(diào)查總花數(shù)×100%；

少粉花率=少粉花數(shù)/調(diào)查總花數(shù)×100%.

6個(gè)恢復(fù)系材料均收獲自然鈴，計(jì)算籽棉產(chǎn)量，折算每667 m2籽棉產(chǎn)量。利用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用Duncan's新極差法進(jìn)行多重比較。

圖1 高溫脅迫下多粉花藥與少粉花藥形態(tài)

2 結(jié)果與分析

2.1 花藥散粉參考標(biāo)準(zhǔn)確定

在高溫脅迫下，多粉花藥與少粉花藥的花苞直徑、長度、形狀大小等外觀基本一致，主要在花粉量方面存在差異（圖1）。

2.2 花粉量調(diào)查分析

在高溫脅迫下，參試的6個(gè)恢復(fù)系材料均表現(xiàn)出不同程度的少粉現(xiàn)象（表2）。不育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料多粉花率最高為51.42%，最低為40.31%；可育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料多粉花率最高為77.30%，最低為60.69%（表3）?？捎|(zhì)型恢復(fù)系多粉花率均顯著高于不育胞質(zhì)型恢復(fù)系。說明在高溫脅迫下，可育胞質(zhì)恢復(fù)系較不育胞質(zhì)型恢復(fù)系能夠提供更多的花粉。就同一胞質(zhì)類型來看，由于在恢復(fù)系材料轉(zhuǎn)育過程中供體的遺傳背景不同，因此花粉發(fā)育情況也存在一定差異，其中，不育胞質(zhì)型恢復(fù)系S1多粉花率顯著高于S2和S3，可育胞質(zhì)型恢復(fù)系N2多粉花率顯著高于N1和N3。

表2 不同試驗(yàn)材料花藥散粉情況統(tǒng)計(jì)朵

2.3 籽棉產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表4可知：可育胞質(zhì)型恢復(fù)系籽棉產(chǎn)量均顯著高于不育胞質(zhì)型恢復(fù)系。6個(gè)恢復(fù)系材料中，籽棉產(chǎn)量最高的是N2，產(chǎn)量最低的是S3。在高溫脅迫條件下，可育胞質(zhì)型恢復(fù)系較不育胞質(zhì)型恢復(fù)系能夠產(chǎn)生更多的花粉，授粉過程受到影響較小，因此可育胞質(zhì)型恢復(fù)系籽棉產(chǎn)量較高。3個(gè)可育胞質(zhì)型恢復(fù)系之間籽棉產(chǎn)量存在一定差異，N1籽棉產(chǎn)量顯著低于N2和N3，而 3個(gè)不育胞質(zhì)型恢復(fù)系之間籽棉產(chǎn)量沒有顯著差異。

表3 不同試驗(yàn)材料多粉花率 %

表4 不同試驗(yàn)材料每667 m2籽棉產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) kg

3 小結(jié)與討論

對棉花三系雜交種而言，溫度是影響恢復(fù)系花粉發(fā)育過程的重要因素之一，長期持續(xù)高溫，會導(dǎo)致恢復(fù)系花粉正常發(fā)育受到影響[6-7]，造成花藥不開裂，影響棉花結(jié)鈴率，從而影響雜交制種，降低收益。本試驗(yàn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)了3個(gè)可育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料及3個(gè)不育胞質(zhì)型恢復(fù)系材料在高溫脅迫下花藥散粉及籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)，結(jié)果表明：與不育胞質(zhì)型恢復(fù)系相比，可育胞質(zhì)型恢復(fù)系具有更強(qiáng)的耐高溫性，其多粉花率及籽棉產(chǎn)量均顯著高于不育胞質(zhì)型恢復(fù)系。在核基因背景一致的情況下，胞質(zhì)對恢復(fù)系花藥散粉過程存在一定影響。當(dāng)前大多數(shù)棉花恢復(fù)系屬于不育胞質(zhì)型恢復(fù)系，在其選育過程中，只需淘汰雜交后代中不育株，保留可育株即可；但可育胞質(zhì)恢復(fù)系與陸地棉品種雜交后代不出現(xiàn)育性分離，待選單株須與不育系測交才能確定恢復(fù)基因是否存在。因此，育種家為了選擇方便，往往更加偏向不育胞質(zhì)型恢復(fù)系[8]。本研究發(fā)現(xiàn)，可育胞質(zhì)型恢復(fù)系比不育胞質(zhì)型恢復(fù)系能夠提供更多的花粉，具有更好的耐高溫性。在棉花三系雜交制種過程中，可育胞質(zhì)型恢復(fù)系能夠提供更多的花粉，便于花粉采集，可減少制種田父本種植面積，提高雜交制種產(chǎn)量，同時(shí)也可確保恢復(fù)系自身繁殖產(chǎn)量，降低了極端天氣造成的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，利用分子標(biāo)記技術(shù)可快速鑒定棉花胞質(zhì)類型[9]，免去了測交的過程，可以更好地利用可育胞質(zhì)型恢復(fù)系培育三系雜交種。在今后的研究中，可進(jìn)一步研究胞質(zhì)對花藥發(fā)育及育性恢復(fù)能力的影響，為棉花恢復(fù)系的選育及雜交種培育提供理論指導(dǎo)。