烟草雄性不育系与其同型可育品种雌蕊性状比较

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(1.玉溪中烟种子有限责任公司，　云南 玉溪 653100；　2.云南省烟草农业科学研究院，　云南 玉溪 653100)

烟草是一种重要的经济作物，也是我国财政收入的重要支撑。目前我国烟草种植面积为世界最大[1-2]，2016年烤烟种植面积达127.73 hm2。要满足如此大面积的种植，必须要有高质量的烟草种子作为保证[3]。烟草是自花授粉作物，天然异交率一般为1%～2%[4]，但为了保证烟草品种纯度，在烟草良种生产过程中一般采用的是人工辅助授粉的方式。

授粉对植物的生殖生长具有重要意义。有活力的花粉授到具有可授性的柱头上才算完成授粉过程，保证生殖生长正常进行[5]。柱头发育到一定时期后可以接受花粉，并随着柱头的老化接受花粉的能力也随之降低，这段时期就是柱头的可授期[6]。花粉只能在柱头的可授期内接触柱头才能完成授粉。近些年，有较多学者在花卉、林木及药用植物等的花柱和柱头及花粉方面做了大量研究。红雨等研究发现，不同品种芍药的柱头可授性及可授期均存在明显差异[7]。刘林德等的研究表明，锦带花在开花3 h后才具有柱头可授性且可授期较短[8]。宋振巧等用田间授粉测定法对丹参的柱头可授性进行了研究，发现丹参在花前2 d至花后6 h内保持较强的柱头可授性，自开花至花后6 h内的可授性最强[9]。王其刚等研究发现，月季柱头形态发育与其可授性有直接关系[10]。同时Cai、Lush W等国外学者对烟草花粉管萌发伸长、花粉与柱头超微结构及亲和机制等进行了大量研究[11-14]。郑昀晔等[15]，廖雪芳等[16]，颜合洪等[17]也对烟草栽培种的花粉活力、授粉时期等进行了相关研究。姚志敏等[18]也对烟草野生种花粉活力、柱头可授性及结实性方面与常规品种进行了比较研究。

同时不少学者对于常规品种与不育系品种在花柱与柱头上的区别的研究也做了大量工作。李红等研究发现，苜蓿不育系与常规品种在花柱与柱头在粗细、柱头大小、分泌物等方面存在较大差别[19]。邓群仙等研究发现，在枇杷中不同长度花柱柱头其可授性及分泌物形成的时间也不一致[20]。由于目前对烟草不育系与常规品种的花柱特性比较的研究较少，本实验对烤烟雄性不育系品种与其同型可育品种的雌蕊性状进行研究，比较其花柱与柱头的特性，旨在为烟草杂交育种及良种生产提供依据。

1　材料和方法

1.1　材　料

2017年3月将来源于玉溪中烟种子有限责任公司种质库中的K 326和MSK 326播种于公司温室大棚中，经过育苗、剪叶、锻苗等一系列管理，在5月移栽，于花期进行实验。

1.2　方　法

1.2.1K 326与MSK 326柱头可授性比较

烟草花的发育过程从花蕾形成到花开时间为12 d左右[21]，从能够进行试验操作的第3天开始对于整个花朵柱头的可授性进行观察比较。由于花粉会影响柱头可授性的试验结果，因此K 326的花朵在开花前1 d花药尚未散开时去雄。

采用联苯胺-过氧化氢法进行烟草柱头可授性观察[22]。在每天柱头活力最强的14：00时随机筛选符合要求的花将其柱头切下，浸入含有联苯胺-过氧化氢反应液[V(1%联苯胺)∶V(W=3%过氧化氢)∶V(水)=4∶11∶22]的凹面载玻片的凹陷处， 20 min后用放大镜观察柱头染色与气泡出现情况。柱头颜色越深、气泡越多表示可授性越强，反之，柱头无颜色变化、无气泡冒出，表示无可授性。柱头可授性强弱根据柱头显色程度与气泡数量进行判断。

1.2.2去雄对雌蕊发育的影响

在花开前4 d对K 326的花朵进行去雄处理，设计对照试验，在盛花期对花柱长度，柱头表面积，柱头颜色及柱头可授性等方面进行比较。

1.2.3花柱长度与柱头表面积比较

在盛花期随机选取10朵花进行观察，在显微镜下进行测量。每瓣柱头表面积公式按照椭圆球体表面积公式计算，柱头总表面积为柱头分瓣数与每瓣表面积相乘所得。多瓣柱头选取中间大小的分瓣进行测量。椭圆球体面积公式计算为：S=4π(ab+bc+ac)/3，式中：a、b、c分别代表柱头的长、宽、高。

1.3　统计分析

利用Excel 2013和SAS 8.0统计软件进行后期数据统计与分析。

2　结果与分析

2.1　柱头分瓣数

对随机选取的100朵K 326的花进行调查发现，K 326的柱头全部为常规2瓣柱头，无其他形状柱头出现。但是如图1所示，MSK 326的柱头与K 326的柱头性状有所差异，除了有与K 326相同的2瓣柱头之外，还会有3、4、5、6瓣柱头。在对随机选取的145朵MSK 326花进行观察发现，其中以3瓣柱头最高，为32.41%，其次是4瓣柱头，占比为30.34%，5瓣柱头占20.69%，略高于2瓣柱头的15.86%，6瓣柱头虽然存在，但是数量极少，只占0.70%(表1) 。

表1不育系品种中不同分瓣数柱头个数

柱头分瓣数23456个数234744301占比(%)15．8632．4130．3420．690．70

图1　不育系品种不同分瓣数柱头

2.2　花柱长度比较

从图2可以看出，在K 326的花柱和MSK 326的2瓣到5瓣柱头的花柱中K 326的花柱是最长的。MSK 326的4种分瓣数柱头中最长的是2瓣柱头，最短的是5瓣柱头，其长度随着分瓣数的增加而降低。但是MSK 326的最长花柱仍然比K 326的花柱要短。通过方差分析得知，K 326花柱、2瓣柱头花柱、3瓣柱头花柱与4瓣柱头花柱和5瓣柱头花柱长度之间的差异性显著。同时K 326与MSK 326的3瓣柱头长度的也具有显著的差异性。只有K 326花柱与MSK 326的2瓣柱头花柱之间无显著性差异。

注：a、b、c表示不同材料之间的差异显著性(p<0.05)。图2　不同分瓣数柱头花柱长度

2.3　柱头表面积

从图3中可以看出，K 326的柱头表面积最小，MSK 326的柱头表面积整体上均要大于K 326，但是MSK 326的2瓣柱头与K 326的柱头表面积相差不大。在MSK 326中，随着柱头分瓣数的增多，柱头表面积也随之增大，5瓣柱头表面积最大，比K 326的柱头表面积大了21.16%，2瓣到4瓣柱头表面积增长不是很明显，基本呈等差数列增大。

表2MSK 326与K 326柱头可授性比较

品种花朵发育时间(d)3456789101112131415161718MSK326+++++++++++++++++++++++++++++++++++K326++++++++++++++++++++++++--

注：“-”不具可授性，“+”具可授性，“++”具较强可授性，“+++”具强可授性。

图3　不同分瓣数柱头表面积

图4　烟草花发育过程

2.4　柱头可授性检测

如图4所示，烟草花朵从现蕾到盛开共需要12 d，由于前期花朵发育不完全，无法进行试验操作，因此从花朵发育的第3天进行柱头可授性检测。结果如表2所示，MSK 326的柱头在花朵发育第3天开始就具有一定的可授性，但是联苯胺-过氧化氢溶液检测时颜色基本无变化且气泡较少。从第5天开始，MSK 326的柱头可授性就开始增强，颜色变化明显，气泡较多；从第9天开始，柱头颜色为深蓝色，并有大量气泡冒出，柱头可授性达到最强；从第15天才开始柱头可授性减弱，但减弱趋势较为平缓；从第18天开始柱头可授性变弱表现较为明显。与MSK 326相比K 326的柱头同样是从第3天就具有一定的可授性，且可授性能力同样表现为微弱；从第8天开始柱头可授性增强；从第11天开始柱头表现出最强的可授性；从第14天柱头可授性开始下降；从第15天开始可授性急剧下降；从第17天开始不具有可授性。

结果可以看出，MSK 326的柱头在开花前3 d就具有最强的可授性，持续到开花后2 d，持续时间为6 d；K 326柱头在开花前1 d，柱头表现最强可授性，到花后1 d开始下降，持续时间为3 d。

图5　提前去雄对花柱长度与柱头表面积的影响

2.5　去雄处理对雌蕊的影响

在花开前4 d对K 326的花进行去雄处理，设置同期对照，在花盛开时期进行花柱性状调查。从图5和图6中可以看出，试验材料花柱长度较正常花柱短了22.05%，柱头长度和宽度分别缩小了15.84%和58.64%，高度基本无变化，柱头表面积降低了50.44%。从颜色上观察柱头两侧部分颜色变成褐色或黑色。从结果可以看出，柱头宽度变化最为明显，表明烟草柱头在发育受阻或萎缩时先是从柱头两侧开始。柱头可授性试验结果显示，无明显颜色变化，具有少量气泡冒出，可授性比正常对照花朵柱头弱很多，不建议进行授粉。因此，提前去雄对烟草花柱的影响较大，雌蕊发育受到抑制，柱头接受花粉的能力大幅度降低，因此在进行烟草人工辅助授粉时最好是选择边去雄边授粉。

图6　提前去雄对柱头的影响

3　结论与讨论

花柱性状受遗传因素影响在不同品种当中的表现存在差异[23]。本研究发现，K 326的柱头是常规2瓣柱头，MSK 326柱头有2～6瓣等不同分瓣形式。其中以3瓣和4瓣为主，2瓣为15.86%，6瓣最少，仅占0.7%。花柱长度为K 326最长，其次为MSK 326的2瓣柱头花柱，5瓣最短。柱头表面积表现为K 326最小，MSK 326中随着柱头分瓣数的增加，柱头表面积也随之增大。因此可以看出，烟草花柱长度与分瓣数成反比，柱头表面积与柱头分瓣数成正比，可能是柱头瓣数的增加影响了花柱长度的发育。

柱头表面积与授粉成功率相关[24]。本研究发现，烟草柱头表面积随着柱头分瓣数的增加而增大，并且不育系品种的2瓣柱头表面积也比常规品种2瓣柱头表面积要大。这可能有利于不育系品种能更好的接受外来花粉，增加授粉成功率。

柱头具有可授性是植物生殖成功的前提保证，而不同植物的柱头可授性不同，不同品种间可授性也存在一定的差异。从柱头可授性结果来看，不育系品种MSK 326的柱头表现出较强可授性的时间更早，在最强可授性时期持续的时间也更长。不育系品种在进行人工授粉时可以选择在开花前3 d进行，加快种子发育，缩短种子生产时间。常规品种进行人工授粉时最好是选择在开花前1 d，花朵尚未开发且顶端发红时进行。

对常规品种K 326在开花前4 d进行去雄处理后发现，去雄花朵雌蕊发育也受到影响，花柱长度变短，柱头长度和宽度变小，表面积缩小50%以上。同时柱头两侧或部分变成褐色或黑色，可授性极其微弱，已经基本失去授粉能力。本研究发现，柱头弱化基本是由柱头两侧开始，柱头长度和高度变化不大。同时表明提前进行去雄能够对雌蕊发育产生影响，因此在常规种人工杂交时最好选择边去雄边授粉的操作。

本研究通过对MSK 326和K 326雌蕊性状进行观察，对柱头分瓣数、柱头表面积、花柱长度、柱头可授性等方面进行了比较研究，有待通过内含物、生理生化指标等来进行检测对比，同时花柱长度与授粉时间的相关性有待试验验证，从而更加明确常规品种与不育系品种在人工授粉进行良种生产中的可用性，也能够更好的服务于烟草良种繁殖与生产。

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