玉米花粉寿命及有效控制花粉飘逸的隔离距离研究

玉米花粉寿命及有效控制花粉飘逸的隔离距离研究 玉米花粉寿命及有效控制花粉飘逸的隔离 距离研究 ? 种业天地? 《中国农技推广》2009年第12期 ChinaAgriculturalTechnologyExtension2009,Vo1.25.No.12 玉米花粉寿命及有效控制花粉 飘逸的隔离距离研究 马志强何庆学译 (全国农业技术推广服务中心北京100125) 摘要:花粉是玉米基因飘逸的重要载体.研究了花粉活力的持续时间和有效控制基因飘逸的隔离距离.在花药刚开 裂时采集花粉.置于薄膜层上,放在室外自然条件下保存,每隔一定时间对采集的花粉进行目测和授粉,通过对花 粉的目测评判和计算结实率评估花粉活力.试验花粉源区域4000rn,在其周围不同距离的地方种植若干玉米小 区,每个小区面积为12.8m2,以测定隔离距离的有效性.作为花粉源的玉米材料包含可用于测定花粉飘逸的叶色 标记或种子标记.由于大气压不同,花粉可在花药开裂后1,2小时内保持活力.假定花粉以当地下午平均最大风速 直线传播,并可在2小时内保持花粉活力,且忽略花粉沉降率因素,理论上讲,具有活力的花粉可以传播的最大距 离为32km.试验结果是在离花粉源100m发生了一定数量的异花授粉,离花粉源200m处有个别异花授粉发生, 离花粉源300m处没有异花授粉发生.试验结果与玉米花粉不耐干燥并具高沉降速率的结论一致.试验结果明 距离隔离是控制玉米因授粉而发生基因飘逸的有效方法. 关键词:玉米;花粉;飘逸;隔离距离 中图分类号:$339.5+1文献标识码:B文章编号:1002—381X(2009)12—0012—02 按语我国《玉米杂交种繁育制种技术操 作规程》(GB/T17315—1998)要求在生产玉米杂 交种过程中,若制种田采用空间隔离,则须与其 他玉米花粉来源地不少于300m的隔离距离, 甜,糯玉米和白玉米须在400m以上.随着我国 西北玉米制种基地的迅速发展,规模不断扩大, 原有的以县为单位的小规模制种模式被大公司 大规模制种所取代.生产面积越来越大,玉米种 子生产的实际隔离距离与规程要求存在很大差 距.本文研究了玉米花粉活力,气候条件对隔离 距离效果的影响.国内在这方面的研究鲜有报 道.故译此文以供参考. 1材料和方法 本试验于19971999年在国际先锋种子公司 研究中心进行,该中心位于墨西哥纳亚里特州,靠 近圣何塞峡谷(北纬20.49,西经105.55,海拔 26m).所有试验小区密度为50000株/公顷,行距 为0.8m. 1.1花粉寿命试验本试验采用完全随机区组设 计,设4个重复,通过结实率测定花粉活性.采取每 一 12一 天完成一个完全重复处理来隔开各重复.7个花粉 处理在2年的试验中是相同的.并对1998年种植 的试验增加了1个额外处理.每天按处理对4个样 本或植株进行授粉.种植日期为1997年l1月27 日和1998年12月30日,授粉日期分别为1998年 1月27,28,29和30日以及1999年3月10,11,12 和13日.试验玉米品种为单交杂种P3394,试验小 区宽5m. 在2年里通过结实率测定花粉活性的7个处理 是:对照处理和在空气中暴露不同时间(0.25小时, 0.5小时,1小时,2小时,4小时和6小时)后授粉的 处理. 对于1998年种植的试验.所有处理在授粉前, 采用25倍的手持放大镜在地里进行目测评分.把花 粉粒置于黑色背景上.目测白色圆球形花粉粒(这是 鲜活开裂花粉的特征),深黄色花粉粒以及败坏花粉 粒的百分比. 在开花期花药刚开裂时采集大约10花粉, 采集时间为上午10,1l时.所有花粉过筛去除花药 和小虫,均匀平摊于白色塑料托盘的薄层之上,按照 不同处理,于户外阳光下晾晒相应时间.把相同数量 的花粉(约2L)放到具有相似花丝长度(8~9cm) 的穗上进行授粉. 《中国农技推广》2009年第12期 ChinaAgriculturalTechnologyExtension2009,Vo1.25.No.12?种业天地? 1.2隔离距离试验所有试验包括一个4000 m2的自交系花粉源方形小区.花粉源自交系品种携 带遗传标记,并在花粉源小区周围主要方向设置4, 5个区域种植白色种子杂交种P3428,以测试异花 授粉率.每一白色杂交种小区种植4行,4m长.这 些小区离花粉源的距离为100m,200m,300m和 400rn.除此以外在试验中增加1个离花粉源150m 距离的小区试验,用作下一年的重复.因此,本试验 包含2O个P3428的试验地块. 2试验结果 2.1花粉寿命 2.1.1授粉结实测定.通过测定结实率表明,在空气 中暴露1小时后花粉活性平均下降80%,2小时后 平均下降100%.2年的试验中花粉在空气中暴露1 小时的处理的结果不同.大气压较低的年份花粉活 力在开裂后1小时内下降了96%.在湿度更大的年 份,在空气中暴露1小时后花粉活性下降58%.在2 年的处理中.在空气中暴露2小时后所有花粉失去 活力,花粉采集15,3O分钟后授粉,结实率有轻微 的增加. 2.1.2目测评判.目测花粉外观特征是早期估测花 粉活力的有用方法.1999年3月的试验中,在授粉 处理前进行花粉活力目测评判.结果表明,所有目测 分值皆随时间的变化而变化.并与花粉活力存在关 联.圆形白色花粉粒的百分比从开花期时的100% 下降为开花期后1小时的O%.具有深黄色特征的 老化或死亡花粉与败坏花粉比例一致相关. 2.2隔离距离离含有遗传标记的4000m的花 粉源能发生异交的最大距离是200m.采用紫色种 子遗传标记作为遗传标记花粉源时发生2次异花授 粉.这2次异花授粉皆为单粒状况,1次在花粉源北 边200m处,另1次在花粉源南边150m处.采用 紫色叶遗传标记时在花粉源南边100m处发生1 次异花授粉. 3结果讨论 3.1花粉寿命在玉米异花授粉的过程中,花粉从 花药散落一般发生在上午时段.花粉在开花期开始 部分脱水,并在空气中运动持续脱水,直到花粉截 落在花丝上.由于花药开裂一般在上午发生,此时 温度开始上升,相对湿度下降以及辐射负载增加, 花粉因此快速失去活力.在本试验中,2年的试验处 理结果表明花粉皆在2小时内全部失去活力:而在 气候较干燥的年份里,花粉在1小时也完全失去活 力.花粉采集后在空气中暴露15—30分钟,结果发 现其结实率有轻微的上升.这可能是由于穗的外壳 有多余的花丝存在并且这些花粉在这些处理中依 然是存活的. 试验结果与观察结论一致,即:玉米花粉不耐干 燥,并因在花粉开裂后迅速干燥失去水分而丧失活 力.花粉外观特征的变化与花粉活力正好相关.圆形 饱满的花粉是具有活力的.结实率的降低与深黄色 的变化存在高度相关,这也为花粉活力估计提供了 另外一个方式.试验结果表明.在大田使用倍数相对 较低的手持放大镜(25倍)观察花粉外观性状,是监 测花粉活力的快速有效方法. 3.2隔离距离携带有遗传标记的花粉源小区与 白色种子杂交种的小区之间发生异交的次数很少. 在本次试验中仅观察到3次异花授粉,分别在离花 粉源南100rn,南150m和北200m的小区里. 本次试验的异花授粉的数据与主流风速的理论 以及以前有关隔离距离和玉米花粉沉降速率的试验 结论是一致的.本试验结果为通过距离隔离控制花 粉飘逸提供了有用的信息.有数据清楚表明,在墨西 哥纳亚里特靠近美国圣何塞地区玉米花粉在空气中 存活的时间不超过2小时.从理论上讲,如果上午花 粉逸落时的风速与下午平均最高风速相同,且花粉 保持线性运动而不沉降,保持活性的花粉可以飘逸 32km之遥.但通过对研究材料的异交实际测定表 明.玉米花粉在离花粉源200m的地方很少发现仍 然保持活性.而在300rn外没有发现活性花粉的存 在.本研究结果表明距离隔离是在规模种植条件下 控制花粉飘逸的有效措施. (文章来源:作物科学41:1551—1557(2001), 美国作物科学学会.原作者:S.LunaV.,J. FigueroaM.,B.BaltazarM.,R.GomezL.,R. TownsendandJ.B.Schoper原作者单位:墨西哥 先锋种子公司) 收稿日期:2009—10—10 — 13—