新疆奎屯垦区棉花化学杀雄杂交制种试验*

王洪彬，张东风，赵永刚，黄丽叶，王志刚

（新疆生产建设兵团第七师农业科学研究所，新疆 奎屯 833200）

以草甘膦为杀雄剂，以转EPSPS -G6 基因抗草甘膦棉花品系为母本进行化学杀雄制种，是棉花杂交制种的新途径。第七师农业科学研究所自2014 年从浙江大学引进转EPSPS -G6 基因抗草甘膦棉花品系及相应制种方法，研究适合本地的草甘膦杀雄技术，寻求适合的施用浓度与次数，尝试小面积制种，旨在促使该技术成熟稳定并可应用于生产实际。2017 年，第七师农业科学研究所用95%草甘膦原药与NaOH 按物质的量1 ∶1 配制成浓度25 mmol/L 的草甘膦液于棉花初蕾期开始整株喷施，喷施间隔期为10 d，共喷施5 次，以达到完全杀雄的效果（在整个制种过程中，未调查到花药开裂散粉），420 m2棉田制杂交种产量折合籽棉单产达4 744.9 kg/hm2，通过农艺性状鉴定纯度为100%。但也发现制种地内经草甘膦杀雄处理后的棉株，中下部和内围杂交铃成铃率较低，且生长势强的棉株表现尤为明显[1]，前人研究表明：施用过高浓度的草甘膦除导致棉花雄性不育外，还会对棉花雌蕊造成伤害以致不能成铃[2-3]；多次喷施草甘膦对前期杂交铃发育影响较大[4]；多次喷施高浓度草甘膦可有效提高棉花杂交种纯度，但对棉花结铃率、铃重及籽棉产量会产生负效应[5]。因此，利用草甘膦作为杀雄剂制杂交种首要问题是结合本地实际情况摸索出最佳施用方案，一方面确保杀雄效果以提高杂交种纯度，一方面防止过量的草甘膦产生负效应影响制种产量。梅磊[2]等曾用10 mmol/L和20 mmol/L 浓度草甘膦处理的杂交后代（F1）纯度也可达100%，并提出即使草甘膦低浓度处理镜检时有少量可育的花粉粒，但它们也无法与正常花粉粒竞争。基于前人研究结果及第七师农业科学研究所的制种经验，2019 年设计试验，在保证杂交种纯度的前提下寻求最少的草甘膦施用量，以减少施用草甘膦的负面影响，最终获得最佳产量。

表1 不同浓度草甘膦药液施用日期 日/月

1 材料与方法

1.1 试验材料

杀雄剂为95%草甘膦原药，母本为从浙江大学引进的抗草膦棉花品系祝22，父本为经第七师农业科学研究所系统选育的超鸡脚叶性状棉花品系。

1.2 试验地概况

试验于2019—2020 年在第七师农业科学研究所驻一三〇团试验基地开展，试验地前茬作物棉花，土壤肥力均匀。

1.3 试验设计

草甘膦浓度处理：25 mmol/L、20 mmol/L、15 mmol/L、10 mmol/L 进行2～5 次施药，共设12 个处理，各处理均整株制种，并进行杂交种纯度鉴定和制种产量对比。另设清水对照处理（草甘膦浓度0 mmol/L），制少量杂交种进行纯度鉴定。

供试棉花品系种植模式为1 膜3 行，76 cm 等行距机采模式，理论种植密度12万株/hm2，试验处理小区采用单膜3行种植模式，宽2.28 m，长6.00 m，面积13.68 m2，4 月19 日播种，4 月22 日滴水，5 月1日出苗。

1.4 试验方法

1.4.1 草甘膦药液的配置及施用

草甘膦（钠盐）母液的配制：95%草甘膦177.89 g 加NaOH 40 g（按草甘膦与NaOH 摩尔质量比为1 ∶1 生成钠盐）溶于水中定容至l L，摩尔浓度为1 000 mmol/L。施药时将母液配置成浓度为25 mmol/L、20 mmol/L、15 mmol/L 和10 mmol/L 的草甘膦药液。

施药时间：6 月3 日棉花现蕾初期以手动单喷头喷雾器喷施草甘膦药液，要求整株均匀喷施，各处理施药日期见表1。

1.4.2 人工授粉

7月1日至30日进行人工授粉。授粉时间尽量控制在早上08：00～12：00，避免在有露水或雨水的情况下授粉，授粉时随手揪去部分花冠，作为授粉花朵标记,对于出现散粉的花朵，仍以同样的方法授粉制种。清水对照处理在7月14日至25日进行人工授粉，以红毛线作标记，仅制100个棉铃进行杂交种纯度鉴定。

1.5 调查项目与方法

1.5.1 散粉率的调查

分别于7 月10 日、7 月15 日、7 月19 日、7 月24 日、7月28日、7月29日进行散粉率的调查。调查时间统一为每日11：00左右，调查对象为当日小区内全部开放花朵。

1.5.2 纯度的调查

2020年种植2019年制成的杂交种，种植面积20 m2，调查小区棉花总株数与半鸡脚叶数量，计算杂交种的纯度。

1.5.3 制种产量2019年所制杂交种实收记产，以供纯度鉴定和制种产量对比。

2 结果与分析

2.1 散粉率的调查

表2 不同处理棉花花药散粉率调查 %

表3 不同处理棉花杂交种纯度 %

表4 不同处理棉花杂交制种产量 kg/hm2

草甘膦诱导的棉花雄性不育的一个基本特征就是花药不开裂[2]，试验中以花药完全不开裂散粉作为达到棉花完全杀雄的的1个指标，散粉率高则杀雄效果差，散粉率低则杀雄效果好。试验观察到，经草甘膦处理后，棉花散粉花朵虽散粉但其花药与正常花药相比明显变小，经高浓度草甘膦处理的花朵尤其明显。而不散粉的花朵花药则明显变小且不能开裂。

从表2可以看出，在草甘膦喷施次数相同的情况下，随着其施用浓度的增加散粉率有减少的趋势，在草甘膦浓度一定的情况下，随着施用次数的增加散粉率有减少的趋势。说明随着草甘膦浓度和施用次数的增加其杀雄效果也愈明显。本次试验以草甘膦25 mmol/L喷施4 次杀雄效果最好，但仍不能达到全程不散粉，据调查，7月28日散粉率高达50%。

2.2 杂交种纯度的调查

从表3 可以看出，随着草甘膦施用浓度和次数的增加，棉花杂交种纯度呈增加趋势。施药3 次以上，不同浓度处理之间棉花杂交种纯度差异相对明显，同一浓度不同施药次数之间差异相对较小。10 mmol/L 处理施药3 次、4 次和5 次杂交种纯度相近，在79%左右；15 mmol/L 处理施药3～5次纯度相近，在88%左右；20 mmol/L 施药3～4 次纯度达到了95%以上，但施药2 次纯度下降明显，仅为32.1%；25 mmol/L 施药3 次和4 次杂交种纯度分别达到了98.4%和99.2%，但施药2 次杂交种纯度较低，仅为28.7%；20 mmol/L 与25 mmol/L 施药2 次与不施药情况下的杂交种纯度（31.1%）相近，因此，20 mmol/L 与25 mmol/L 施药2 次杀雄的效果不明显。

2.3 制种产量

从表3和表4可以看出，10 mmol/L草甘膦处理3～4次与20 mmol/L 与25 mmol/L 草甘膦处理2 次的棉花杂交种纯度均不能达到用种要求，但制种产量相对较高且差异不明显。20 mmol/L或25 mmol/L草甘膦处理3～4次杂交种纯度均在95%以上，产量相近，均达3 300 kg/hm2以上。

3 讨论

3.1 棉花授精选择性

从本试验结果可以看出，即使以草甘膦浓度20 mmol/L 与25 mmol/L 处理3～4 次，棉花杂交种纯度可达95%以上，但每个处理棉花也都有一定的散粉率，如25 mmol/L 3 次处理，在制种期内，7 月28 日调查散粉率可达85%。韦贞国[6]等认为，棉花具有授精选择性，即异品种花粉竞争受精能力超过母本同品种异株花粉和自花花粉，即使母本花粉先授粉1～4 h，异品种花粉仍能竞争参与受精，不去雄的情况下授异品种花粉，杂交率在50%以上。喻树迅[7]等认为，利用陆地棉隐性无腺体，或芽黄为指示性状与有腺体或子叶色泽正常品种进行不去雄杂交，可获得杂交率70%左右的杂交种子。周心童[8]等以抗草甘膦品种为父本，与9个不同的母本进行不去雄制种，9 个组合F1杂交率介于33.60%～62.52%之间。在本次试验中，清水处理不去雄直接授粉情况下，杂交率33.10%。一方面棉花花粉具有授精选择性，另一方面经草甘膦处理的抗草甘膦棉花花粉已失去活性或活性已降低[2]，在人工授异品种花粉的情况下，异品种花粉竞争受精能力更强，这可能是低浓度草甘膦处理情况下，部分花朵花药虽能散粉，但授异品种花粉仍可保持较高的杂交率的原因。

3.2 草甘膦杀雄制种的复杂性

化学杀雄剂的应用技术比一般农药的使用要复杂得多，化学杀雄剂的药效与棉花品种及施药量、施药时间和环境（温度、湿度等）等均有关系[9]。本次试验结果与前人研究结果不尽相同，应是施药环境（温度、湿度等）不同而导致。王洪彬[1]等在2017 年和2019 年以25 mmol/L 草甘膦间隔10 d处理的制种结果中发现，每年杀雄结果不尽相同，认为除施药时的温度与湿度因素以外，制种土地的土质与水肥投入也可影响到杀雄效果。考虑到环境因素，作者认为施药次数应根据杀雄效果来决定，本次试验中，以25 mmol/L 草甘膦间隔10 d进行4 次处理，可获得较高纯度的杂交种，第4 次施药时已有花朵开放，此时调查花药散粉率，如完全不散粉或有少量散粉，可不进行第5 次施药，如散粉量花朵比例较大，为保障杂交种纯度应进行第5 次施药。

4 小结

本次试验中20 mmol/L草甘膦处理3～4 次，或25 mmol/L 草甘膦处理3～4 次，虽存在一定比例的散粉花朵，但纯度都达到了95%以上，这估计是经草甘膦处理的抗草甘膦棉花花药虽散粉但已失去活性或活性降低，加之棉花花药存在选择性授精而导致的结果。结合往年制种经验，考虑环境因素，就祝22这个棉花品系而言，在奎屯地区以草甘膦浓度25 mmol/L 间隔10 d 进行4～5 次喷施杀雄制种，可获得纯度95%以上的杂交种。