低温处理对玉米自交系AS-599花粉生活力的影响

任明刚 李春红 赵艳花 张 毅 唐 谷 汪朝明 刘开锋

（1贵州省安顺市农业科学院，安顺 561000；2贵州省碧江区坝黄农业服务中心，铜仁 554307）

为加快种质资源创新利用，各育种单位都在不断引进各类型玉米种质资源。我国自20世纪80年代后期从美国先锋公司引进PN78599玉米杂交种以来[1]，其高抗、持绿性好、综合农艺性状好等特点很快被国内研究者重视，以此为基础群体，直接或间接选育出了一批优良自交系，并很快成为一个相对独立的遗传种质类群被应用研究，利用PN78599选系和衍生系组配出通过国家和省级农作物品种审定委员会审定的玉米品种100多个，累计推广面积已超过1333万hm2，已成为我国玉米遗传的重要骨干自交系之一[2-3]。近年来，贵州省加大对温带种质PN78599及改良系的利用和研究[4-8]，以 PN78599×Suwan、PN78599× 改 良 Reid以 及PN78599×地方种质为主要杂优模式，先后选育出了惠玉0806、山玉7号、金玉818、黔兴10号、贵农玉008、毕单19号、毕单17号、顺单6号等多个优良品种并大面积推广应用。根据贵州近几年的气候变化情况，每年4月中旬到5月中旬均出现不同程度的持续干旱后又连续降雨的气候现象，玉米制种过程中，时间隔离方法受该气候影响，造成花期不协调，父本开花比母本吐丝早，此时，可以通过采取父本花粉短期保存或促使母本吐丝提前等措施完成制种工作。本研究以利用PN78599改良育成的自交系AS-599为试验材料，研究其花粉在室内低温处理后的生活力持续时间的变化规律，为杂交种制种过程中花粉短期保存方法提供理论依据，解决大田制种中父本散粉比母本吐丝早或花期相遇不理想的实际问题。

1 材料与方法

1.1 试验材料及地点 （1）试验材料：玉米自交系AS-599，系贵州省安顺市农科院利用PN78599改良育成；试验冰箱为海尔BCD-130EN冰箱。（2）试验地点：试验材料种植于安顺市农科院科研试验旱地，海拔1395m，年降雨量1300mm，土壤类型为黄壤，前茬为绿肥，肥力中等。

1.2 试验设计 对田间采集的玉米花粉在室内设不同温度和时间2个因素储存处理，温度（A）设1℃（A1）、3℃（A2）、5℃（A3）、7℃（A4）4 个水 平，时 间（B）设 2d（B1）、4d（B2）、6d（B3）、8d（B4）、10d（B5）5个水平，共20个处理；设3个对照（CK），对照1（CK1）为新鲜花粉人工授粉，对照2（CK2）为空白，即只给雌穗套袋不授粉，对照3（CK3）为玉米花粉在室内常温（25℃）保存2d后人工授粉。采用随机区组设计，3次重复。

1.3 试验方法 （1）供试植株准备与选择。为保证供试植株数量和其花丝处于最具活力状态，供试种子分3期播种，每期相隔5d播种，每期播种10行，行长5m、宽0.8m，第1期播种时间为2016年4月27日。出苗后10d间苗，每行留20株，株距为25cm。吐丝期选择生长一致、吐丝整齐的植株，每个播期选择75株将雌穗套袋。

（2）花粉收集与低温处理。自雄穗散粉开始，选择气温大于20℃的多云或晴天天气采集花粉。采粉当天上午9：00，先抖去雄穗上的花粉，再于9：30开始用羊皮纸袋采集新鲜花粉，用1.5mL离心管量取1.5mL新鲜花粉给1个雌穗授粉（CK1，重复3株），其余花粉混合均匀后分装成21袋，每袋花粉量15mL；然后分别置于按试验设计调好温度的4个冰箱中的泡沫盒内（不加盖）进行冷藏处理。

（3）授粉。将经过低温处理后的花粉置于泡沫盒中（加盖）带至大田，用1.5mL离心管量取1.5mL花粉给1个套袋且吐丝的雌穗授粉（每个处理重复3次，要求重复间雌穗吐丝情况一致或相近），然后套袋。

（4）调查记载内容。玉米成熟后按处理及时收获，带回室内，自然风干后考查每穗穗粒数、百粒重、穗粒重。以新鲜花粉授粉果穗的结实数为对照，计算各处理的结实率。结实率=处理结实数/对照结实数×100%。

（5）发芽势和发芽率测定。育秧盘（规格为30cm×50cm）装满细土，将随机抽取的玉米种子整齐摆放于细土中层，每个育秧盘播种50粒，每个处理播3个育秧盘（3次重复），每天洒水1次（适量），并记载发芽数，测定发芽势和发芽率。发芽势=（3d内发芽种子数/试验种子数）×100%，发芽率=（7d内发芽种子数/试验种子数）×100%。

2 结果与分析

2.1 对照结实统计 试验结果显示，玉米自交系AS-599的新鲜花粉人工授粉（CK1）的穗粒数为340.67粒，百粒重为35.84g，单穗粒重为118.53g，发芽势为96%，发芽率为98%，说明试验所选植株雌花和新鲜花粉生活力强，果穗结实饱满，种子发芽率高。空白对照（CK2）不结实，表明试验不存在其他外源花粉干扰，花粉低温处理后再人工授粉所结实子粒均为试验处理结实。室内常温（25℃）保存（CK3）不结实，表明花粉常温保存2d，花粉已经失去生活力。

2.2 玉米自交系花粉低温处理后子粒产量 由表1可以看出，玉米自交系AS-599的花粉经不同低温处理（A）后再人工授粉，其穗粒数、百粒重、穗粒重和结实率差异较大。在低温处理2～10d的相同处理时间（B）条件下，穗粒数、百粒重、穗粒重、结实率均先随处理温度提高而增加，并以A2（3℃）处理为最高，然后随处理温度提高而减少，呈抛物线变化，从高至低为 A2＞A3＞A1＞A4。在1～7℃的相同处理温度（A）条件下，穗粒数、百粒重、穗粒重均随处理时间延长而逐渐减少，从高至低为 B1＞B2＞B3＞B4＞B5，以 B1（2d）处理的穗粒数最多，百粒重和穗粒重也最高。在3℃条件下保存2d（A2B1）处理的穗粒数、百粒重、穗粒重分别为333.67粒、35.79g、118.28g，分别较对照减少2.1%、0.1%、0.2%，是20个处理中结实情况表现最佳的处理；其次是在5℃条件下保存2d（A3B1）处理，其百粒重、穗粒重均与对照差异不显著，但穗粒数较对照极显著减少；第三是在3℃条件下保存4d（A2B2）处理，其穗粒数为259.67粒，为对照的76%；百粒重、穗粒重分别为31.28g、82.88g，是对照的87.3%和69.9%。其余处理的穗粒数、穗粒重、百粒重均较对照明显减少，其中A4、B4、B5条件下的处理基本不能正常结实。

表1 玉米自交系AS-599花粉低温处理后子粒性状表现

综上所述，自交系AS-599的花粉在3～5℃下存放2d，或在3℃下存放2～4d，花粉仍具有较高生活力，能够正常结实，百粒重可达对照的70%以上，穗粒重能达到对照的70%以上。

2.3 低温处理对玉米自交系结实率的影响 根据表1得出，玉米自交系AS-599的花粉经低温处理后，结实率均低于对照，不同处理间结实率差异较大。试验结果显示，穗粒数最多的处理是A2B1，穗粒数为333.67粒，结实率达97.99%，较对照差异不显著；其次为A3B1，穗粒数为308.67粒，结实率达90.61%，较对照差异极显著。在相同低温环境下，随储存时长增加，结实率极显著降低；在相同储存时长条件下，随储存温度降低，结实率以3℃（A2）为顶点呈先增后减的抛物线变化，处理间差异显著。说明在1～7℃低温环境下储存玉米花粉，其生活力持续时间受储存时间影响较大，储存时间越长，玉米花粉生活力越低，花粉在3～5℃条件下储存时间以不超过2d为最佳。

2.4 低温处理玉米自交系花粉后其子粒发芽势和发芽率变化 通过对不同处理产生结实的种子进行发芽试验，结果见表2。玉米自交系AS-599的花粉在1～5℃下保存2d，其种子发芽率均能达到97%以上，发芽势能达95%以上；在3～5℃下保存2～4d，其结实种子发芽率均达86%，最高达98%，发芽势达84%。说明其种子质量达到国家对玉米种子质量的强制标准。

表2 不同低温处理结实子粒发芽势和发芽率

3 结论与讨论

花粉低温保存是在目标父本散粉时间比目标母本雌花吐丝时间早的情况下采取的临时储存方式。从具有温带血缘的PN78599群体中选育的玉米遗传材料AS-599，作为目标父本，在播种至出苗期遇到持续干旱后又持续降雨天气情况，难免出现与目标母本花期不协调现象。本试验研究结果表明，即使在1～7℃的低温条件下，玉米自交系AS-599的花粉也不能够长期保存，温度也并非越低越好。保存温度对结实率的影响从小到大表现为3℃＞5℃＞1℃＞7℃；在相同低温环境下，保存时间越长，花粉生活力越低，其结实率越低，种子质量越差。在本研究中，AS-599花粉在3℃条件下保存2d，经人工授粉后，仍能产生有效结实，与新鲜花粉产生结实的穗粒数差异不显著，且种子发芽率在95%以上，符合国家对玉米种子质量的强制标准要求。在制种或遗传改良过程中，若遇到花期不协调，目标父本花粉较目标母本雌花吐丝早的情况，可以将新鲜花粉在3℃条件下保存2d后再人工授粉，对结实不会产生较大影响，但单位容积有效保存量还有待进一步深入研究。