棉花诱导长柱头制种方法

摘要

本发明涉及一种棉花人工长柱头制种方法，属于杂交棉杂交种子生产技术范畴，适用于生产棉花杂交种子。该方法是用100PPM浓度的GA3溶液点滴8-18天的蕾的基部，每花点量150~200μl，诱导95%以上的柱头高出雄蕊簇8毫米以上，棉花开花后，不去雄直接授粉。本发明采用外源激素GA3定量点花，能够稳定诱导95%以上的柱头高出雄蕊簇8毫米以上，生产的杂交种其纯度才能够符合生产要求。

说明书

技术领域

本发明棉花人工长柱头制种方法，属于杂交棉杂交种子生产技术范畴，适用于生产棉花杂交种子。

背景技术

杂种具有优势是生物界的普遍现象。棉花和其他作物一样，杂种优势也普遍存在。利用种间或品种间互相杂交，都能产生杂种优势。杂种一代一般增产20％一30％，杂种二、三代仍有10％一12％的增产优势。而杂种棉要用于大面积生产，一是要选育出高优势的杂交组合，二是要有简便快速大量生产其杂交棉种子的方法。

在棉花杂交种子的生产技术上，根据棉花的开花习性，人们研究了多种利用途径，主要概括为三种类型：1、人工制种。这是目前中国和印度等国家应用最多的一种技术，该制种技术最大的优点是亲本不受育性限制，配组自由；可及时选用有苗头的新品种作亲本，筛选强优势组合相对容易，选育周期短；缺点是用工量多，劳动强度大，制种效率低。2、利用特异性状杂交制种。以雄性不育、雌雄蕊异熟、柱头外露和高柱头等材料做母本，可省去人工去雄环节，用工相对减少，但由于这些特异性状往往与一些不良性状连锁，而且配组时母本已经确定，只有父本可供选择，筛选强优势组合难度相对较大，而制种时仍需人工采粉与授粉，并且其亲本的繁殖保纯也较复杂。3、化学杀雄制种技术就是对母本棉株喷施化学药剂来达到杀死雄蕊，而不损伤雌蕊的正常受精能力，以替代手工去雄工作，此法配组方便、灵活。但由于杀雄效果不稳定，用药量受环境影响较大，不易掌握，且常引起棉花药害，从而难以在生产上应用。

自2001年以来，我国转基因抗虫杂交棉花在生产上快速发展，尤以育苗移栽的长江流域棉区发展迅速。但推广应用的转基因抗虫杂交棉基本上是采用人工去雄授粉的方法生产的种子，生产成本较高，每公斤种子零售价格一般在100-140元，在育苗移栽棉区，每亩用种量为0.30-0.35公斤，而在直播棉区，每亩用种量即使采用精量穴播，至少也要0.75公斤，是育苗移栽棉区用种量的一倍。较高的种子生产成本已成为我国进一步发展转基因抗虫杂交棉的制约“瓶颈”，迫切需要研发一种节本、高效的杂交棉种子生产技术。

Kohel(1973)，Rhyhe(1979)和Enelkizzi(1991)从海岛棉和陆地棉杂种后代中先后鉴定出棉花柱头外露种质，我国80年代开始从海陆杂种后代中，分离出柱头外露性状的棉株，李治华等（1990）从陆地棉引种鉴定材料中发现柱头外露株。

柱头外露种质的发现，为棉花杂交制种开辟了一条新途径。采用该途径制种可免去用工最多的去雄环节，从而显著提高制种效率。但是，由于陆地棉高柱头材料多来自于海陆的杂种后代或采用辐射手段所获得，高柱头基因多和不良性状基因存在连锁，难以培育出综合性状优良的高柱头亲本，同时配制组合时亲本选择的自由度小，所以至今未选育出大面积推广的强优势组合。

何循宏等（2002）报道，利用赤霉素（GA3）涂抹幼蕾和对棉株整株喷雾，可获得棉花长柱头表现型性状，而不改变亲本的基因型，用于棉花杂交制种，亲本选配自由，可使亲本始终处在最新水平上，利于选育出强优势组合。此研究虽然明确了GA3诱导长柱头的适宜浓度，但是诱导的花与花之间差异大，生产的杂种纯度不能达到生产要求。能用于实际生产的稳定的诱导方法及稳定诱导的使用量仍有待进一步的研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足，改进棉花杂交种子生产技术，降低制种用工及劳动强度，提高制种效率，使杂交种子生产成本降低。本发明对利用GA3诱导棉花长柱头，用于棉花杂交制种的具体方法进行了研究，明确了稳定诱导长柱头的使用量和适宜的使用方法，提供了一种棉花诱导长柱头制种方法，该方法能应用于大面积生产可显著提高棉花制种工效。

本发明采用以下技术方案：一种适用于棉花人工辅助制种的方法，是：用100PPM浓度的GA3溶液点滴8-18天的蕾（直径约在2.5厘米以下）的基部，每花点量150~200ul，诱导95%以上的柱头高出雄蕊簇8毫米以上，棉花开花后，不去雄直接授粉。

上述方法中，不去雄直接授粉的具体操作可以是每天上午在田间花药破裂出现散粉后，用杂交棉锥型涡轮式负压采粉器在父本田间取粉，然后放入内有贮能式授粉器的保温桶中，授粉时随时取用。授粉方法：右手拿贮能式授粉器，打开授粉孔，左手轻捏柱头并将柱头插入授粉孔内，轻转取出授粉结束，授粉后不需再作标记。

本发明中所说的花粉收集用锥型涡轮式负压采粉器见专利号为ZL 2009 2 0231156.6。

所说的低温贮能式棉花授粉器包括花粉盒、贮能液容器、保温层，贮能液容器置于保温层内；花粉盒伸入至贮能液容器内部，开口于贮能液容器外；花粉盒的开口处设有可装卸的授粉盖，授粉盖上有授粉孔和能密封授粉孔的防潮盖；贮能液容器上设有加液孔，加液孔外侧设有密封盖。

上述所说的授粉器还可以设有一保温层前挡，保温层前挡上有孔，该孔与花粉盒开口位置相对应，不小于花粉盒开口。

上述所说的授粉器中花粉盒、贮能液容器及授粉盖由亚克力材料制成，保温层用聚脂类发泡保温材料。

低温贮能式棉花授粉器取粉后存放180分钟以上，花粉仍保持高活力水平，应用于生产后，可提高工效5-10%。

本发明采用外源激素GA3定量点花，明确每花每次点量150-200ul，能够稳定诱导95%以上的柱头高出雄蕊簇8毫米以上，生产的杂交种其纯度才能够符合生产要求。本发明方法人为使棉花柱头伸长，在棉花制种时可省去用工最多的去雄环节，可显著降低制种用工，提高制种工效；在育种程序上，亲本不受育性等限制，配组自由，配制新组合时可及时选用有苗头的新品种作亲本，使亲本始终处在最新水平上，应变能力强，选育周期短；若组合选配适当，杂种二代还可利用，使制种效率更高；人工长柱头杂交棉，其亲本的繁殖技术简单，即等同于一般棉花原种的繁殖，注意防杂保纯复壮即可。锥型涡轮式负压采粉器和低温贮能式棉花授粉器，操作简单，使用方便，一般制种人员均可操作。

附图说明

图1是100PPM浓度的GA3溶液定量点花效果图，即柱头高出雄蕊簇8毫米以上。

具体实施方式

1.材料和方法

1.1 供试品种：苏棉22、美国鸡脚叶。

1.2试验地点：江苏省农科院溧水植物科学基地。

1.3 试验处理：

试验在2008-2010年之间进行，2008年主要开展了GA3溶液适宜诱导浓度、诱导方法，小型采粉器及隔热式授粉器等的研制工作。2009年在上一年工作的基础上，完成了锥型涡轮式负压采粉器配套采粉的技术研究；在隔热式授粉器的基础上，开始研制低温贮能式棉花授粉器；在诱导长柱头技术方面，开展了稳定诱导95%以上柱头高出雄蕊簇8mm以上，用于棉花杂交制种的实际效果研究，具体试验内容有：GA3溶液使用浓度为100PPM，使用方法是在同一品种苏棉22中，用定向点滴（试验时用移液枪，生产中可使用250毫升的塑料洗瓶）和毛笔涂蕾2种方法进行比较。处理棉蕾的蕾龄为7-20天。蕾中定向点滴用5种处理量：50ul/花、100ul/花、130ul/花，200ul/花，300ul/花。GA3溶液处理开花后，不去雄用美国鸡脚叶棉种的花粉直接授粉，以人工去雄为对照。以下试验结果即为2009年的研究结果。2010年主要完成低温贮能式棉花授粉器的相关试验，对2009年的种子进行纯度鉴定。

1.4测定内容与方法：

     柱头外露长度：自然开花后，上午9-11时测量柱头外露于花药簇之上的长度。

杂种纯度计算：鸡脚叶株占调查总株数的比率，即为杂种纯度。

2. 结果：

2.1诱导方法和诱导量：

    试验结果表明，毛笔涂花效果较差，开花后柱头平均高出雄蕊簇的高度为0.64cm，高于8mm的花数仅占总数的39.09%。每花点量50-100ul，由于用量较少处理效果不理想，而每花点量130~300ul的处理，开花后柱头平均高出雄蕊簇8mm以上的花数均在95%以上。由此可知，每花点量130~300ul，处理8-18天的蕾，95%以上的柱头可高出雄蕊簇0.8cm以上，实际用于棉花杂交制种，从稳定达效和节约考虑,，用100PPM浓度的GA3溶液，处理8-18天的蕾，每花点量150~200ul较适宜。具体见图1、表1:

2.2杂交制种产量

    7/19-7/20采用100PPM的GA3溶液处理直径约在2.5厘米以下的幼蕾，8/5选当日开放花朵，选择每花点量130ul、200ul柱头外露稳定的处理行进行杂交，不去雄用美国鸡脚叶棉种的花粉直接授粉，以人工去雄后授粉为对照。每组合做50朵花，杂交结果见表2：

表2

处   理杂交花数（个）收获铃数（个）成铃率（%）铃重（克）健籽数（个/铃）理论产量（kg/亩）130ul不去雄503468.005.8523 .53117.65200ul不去雄503366.005.7922.61113.05人工去雄（对照）503264.005.9824.32121.60

   由表2可以看出，不去雄直接授粉的成铃率略高于对照；铃重和单铃健籽数，对照略高于处理；理论产种量，人工去雄后授粉略高于诱导长柱头不去雄直接授粉处理，这可能与授粉质量及个别柱头伸的过长而影响到受精，从而造成单铃健籽数略少有关。但采用长柱头杂交制种可省去人工去雄环节，从而节省大量人工。

2.3杂交制种纯度

杂交种子纯度采用田间种植鉴定：收获的杂交种，为了避免出苗不整齐和苗病发生对鉴定结果的影响，杂种纯度鉴定的播种时间，一般在次年5月上旬，气温稳定，阳光充足时进行。待苗龄6-7叶时，田间拔苗，逐株鉴定，分别记载阔叶株和鸡脚叶株。本试验用表2中各处理的杂交种，于2010年5月4日地膜直播，6月22日田间拔苗鉴定，结果如表3：

表3

处  理播种粒数（个）鉴定苗数（株）出苗率（%）鸡脚叶苗数（株）阔叶苗数（株）纯度(%)130ul不去雄78065884.366372396.80200ul不去雄70661386.835912596.36人工去雄（对照）74363285.066320100.00

    由表3可以看出，人工去雄后授粉，田间种植无阔叶株，种子纯度即为100%， GA3溶液处理不去雄直接授粉，杂种纯度在96%以上，符合国家良种标准。

3. 结论

     棉花诱导长柱头制种技术包括三个关键环节：稳定诱导技术、取粉技术、授粉技术。通过近3年的研究，完成了田间采粉与授粉技术，并分别申报了专利；明确了用于棉花杂交制种，GA3溶液适宜的诱导浓度为100PPM；稳定诱导95%以上的柱头高出雄蕊簇0.8cm以上，其诱导方法为定量点滴，每花点量为150~200ul，用于棉花制种，开花后不去雄直接授粉，可使杂交种子纯度稳定在95%以上，符合国家良种标准，若授粉时选择长柱头授粉，摘除少量柱头伸长不明显的花（为漏滴或滴到花外而引起），杂种纯度将更高。此配套制种技术应用于棉花大面积杂交制种，可节省大量人工，增加父本田棉花产量，降低杂交种成本，显著提高棉花制种效益。

本发明的稳定诱导方法与锥型涡轮式负压采粉器和低温贮能式棉花授粉器结合应用于棉花杂交制种，可节省大量人工，增加父本田棉花产量，降低杂交种成本，显著提高棉花制种效益。