玉米自交系K365、K143和K115的花丝和花粉活力评价

2021-11-04柯永培余学杰周家伟张咏红石海春

四川农业大学学报 2021年5期

贺振，周洁，柯永培，余学杰，周家伟，张咏红，石海春*

（1.四川农业大学农学院，成都 611130；2.四川正红生物技术有限责任公司，成都 610213；3.新疆生产建设兵团第四师71团农业发展服务中心，新疆伊犁 835801）

玉米自交系花丝和花粉活力高低及持续时间长短，不仅是保障玉米正常受精结实的关键因子，也对玉米育种杂交授粉和种子生产过程中制定花期调节措施等均具有重要的实践指导意义[1-4]。研究表明玉米花丝和花粉活力随着日龄的增加而逐渐下降，其活力维持时间主要与环境条件如温度[5-8]、大气湿度[9-10]和自身遗传物质[11-13]有关，不同自交系之间差异较大[14-15]，因此为更好地指导不同自交系的生产应用，研究明确它们的花丝和花粉活力状况十分重要。自交系K365、K143和K115是四川正红生物技术有限责任公司（以下简称公司）新选育的骨干自交系，目前已培育出正红431和正红818等突破性强优势玉米新品种通过西南国审，研究这3个自交系不同日龄花丝和花粉的生理活性及结实率的变化进而明确活力状况，可为相应杂交种的种子生产技术制定及后续新品种选育过程中杂交授粉提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验选用四川正红生物技术有限责任公司提供的3个玉米骨干自交系K365、K143和K115。

1.2 试验方法

2020年春季将试验材料种植在公司四川成都育种基地，种植规模800株，密度48 000株/km2，室内测定在四川农业大学完成。

花丝活力测定：选取3个自交系长势一致的植株套袋、挂牌，标识每个套袋植株的抽丝期，并于抽丝的第2天开始（即日龄1 d），每天同一时间采集新鲜花粉，分别为3个自交系授粉，每次授粉5株，持续14 d，收获时统计结实情况，结实率=试验株平均穗粒数/自然正常授粉株平均穗粒数×100%；另外连续14 d采集3个自交系套袋花丝，于实验室内测定花丝的丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性变化趋势，其测定方法参照熊庆娥[16]7编著的《植物生理学试验教程》。

花粉活力测定：一次性采集3个自交系的新鲜花粉保存，从取粉的当天始，连续3 d同一时间段分别与整齐一致的新鲜花丝授粉，每次授粉5株，收获时统计结实情况；另外，连续3 d在实验室测定3个自交系花粉的SOD、POD以及MDA的含量变化趋势。

1.3 数据处理分析

应用Microsoft Excel 2019整理数据并作图，采用SPSS 25进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同日龄花丝结实率与生理活性物质的分析

2.1.1 不同日龄花丝结实率比较

不同日龄条件下3个玉米自交系花丝的结实率变化情况见表1。可见随着日龄的增加，玉米自交系结实率逐渐下降，但变化速率各不相同。具体表现为：自交系K365抽丝的第2～4天，花丝的结实率最高，可达96%以上，抽丝的第5～7天，结实率依然可维持70%以上；从抽丝的第8天开始，结实率开始明显下降，直到第15天结实率为0。自交系K115抽丝的第2天，花丝的结实率最高，但在抽丝的第3～7天，花丝的结实率差异不大，可达80%以上；从抽丝的第8天开始，花丝的结实率明显开始下降，直到第15天趋近为0。自交系K143抽丝的第2～3天，花丝结实率最高，与自然授粉结实率一致；抽丝的第4～5天，结实率较高，可达80%左右，从第6天开始明显下降，到第9天开始结实率就趋近于0。

表1 3个玉米自交系不同日龄花丝结实率的多重比较Table 1 Multiple comparison of seed setting rate of three maize inbred lines at different ages

2.1.2 不同日龄花丝丙二醛含量变化

不同日龄条件下3个自交系花丝MDA含量变化情况见表2。可见随着日龄的增加，3个玉米自交系花丝中MDA含量均呈先增加后下降的趋势，3个自交系花丝MDA含量均在抽丝的第6天时含量达到最大，随后自交系K143花丝MDA含量于第10天下降到较低水平，自交系K115花丝MDA含量缓慢下降，在第14天时还有较高含量，自交系K365花丝MDA含量达到最高水平后快速下降，最终在较低水平下上下波动，相较于自交系K115、K143来说，自交系K365花丝MDA含量整体处于较低水平。

表2 3个玉米自交系不同日龄花丝POD活性的多重比较Table 2 Multiple comparison of POD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.1.3 不同日龄花丝过氧化物酶活性变化

不同日龄条件下3个自交系花丝POD活性变化情况见表3。可见3个玉米自交系不同日龄花丝POD活性大致可以分为两个阶段。第一阶段为抽丝后第2天至第7天，花丝POD活性微上升后下降，最终于第7天POD活性上升到较高状态；第二阶段为抽丝后第8至第15天，花丝POD活性呈波动上升状态。

表3 3个玉米自交系不同日龄花丝POD活性的多重比较Table 3 Multiple comparison of POD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.1.4 不同日龄花丝过氧化物歧化酶活性变化

不同日龄条件下3个自交系花丝SOD活性变化情况见表4。可见随着日龄的增加，自交系K365、K143花丝SOD活力呈单峰变化，自交系K115花丝SOD活力呈双峰变化。K365花丝SOD活性于抽丝的第9天达到最大值，随后酶活性快速下降，在第13天时下降到较低水平。K143花丝SOD活性于抽丝的第6天达到最大值，在第9天时酶活性开始明显下降。K115花丝SOD活性在抽丝的第6天和第12天达到最大值，最终花丝SOD活性维持在较高水平。

表4 3个玉米自交系不同日龄花丝SOD活性的多重比较Table 4 Multiple comparison of SOD vigor of filaments of three maize inbred lines at different ages

2.2 不同日龄花粉结实率与生理活性物质的分析

在四川成都高温高湿条件下，用K365、K115、K143这3个自交系的花粉授粉，其取粉当天授粉的结实率分别为96.0%、84.0%和98.0%，但取粉在室内自然保存至第2天和第3天再授粉，其结实率均为0，表明这3个玉米自交系的花粉活力保持时间在高温高湿条件下，保持时间较短，不宜将花粉保存时间太长再授粉，杂交种子生产宜安排在低湿区域。

3个自交系不同日龄花粉的生理活性物质测定结果见表5。可见随着日龄的增加，3个玉米自交系花粉POD活性急剧下降，于取粉后3天活性完全丧失；自交系K365、K143花粉MDA含量呈下降趋势，而K115花粉MDA含量呈先上升后下降趋势，在取粉后3天3个玉米自交系花粉MDA含量均处在较低水平；3个自交系花粉SOD的活性也呈急剧下降趋势，其中自交系K365、K115花粉活性于取粉后3 d完全丧失，而自交系K143还有较低活性。

表5 不同日龄花粉POD、MDA、SOD活性Table 5 POD、MDA and SOD vigor of pollen at different ages

3 结论与讨论

3.1 玉米花丝花粉活力测定方法

目前常用的花粉活力检测方法主要有离体萌发法、染色法和授粉法3类。其离体萌发法是将花粉在培养基上萌发，用显微镜观察花粉的萌发率，易受培养温度、营养物质和矿质元素等条件影响，但大量研究表明仍是最准确有效的方法[17-20]；染色法是以花粉细胞各种活性物质或细胞膜通透性与完整性为基础，利用针对性的染液或观测手段对花粉活力进行间接检测，其适用性和准确性在物种之间存在极大差异[21-23]；授粉法则是根据花粉在柱头上的萌发情况或通过结实情况来判断花粉活性，结果比较准确[24-25]。对于花丝活力的检测方法，目前基本采用测定结实数/结实率的方法，于康珂[25]研究表明TTC染色法也可以很好地反映花丝活力。本研究采用授粉法以及测定生理活性物质（MDA、POD、SOD）活性相结合的方法来判断花丝、花粉活力，表明授粉法能够直接准确的反应花丝花粉活力状况，与其生理活性物质的活性变化规律基本一致。

3.2 3个玉米自交系花丝活性

关于玉米花丝活力的研究，前人进行了许多研究，但大部分研究内容为环境条件如温度、湿度和遗传物质等对花丝活力的影响[26-29]，其主要目的是对玉米杂交种授粉结实能力进行评价，从而更好地为生产商品玉米服务，如王良发等[30]研究发现“浚单29”“浚单 3136”和“浚单 509”3 个玉米品种花丝活力转折点为抽丝后第4天，李长建等[31]发现“浚单518”在抽丝后第2天是花丝活力的转折点，“永优618”在抽丝后第3天是花丝活力的转折点。本研究以玉米自交系为材料，通过不同日龄花丝结实率与生理活性物质变化的综合分析可知，自交系K365、K143和K115花丝活力的转折点分别在抽丝的第8、6和8天，表明其花丝活力的维持时间相对较长。应用上表明，在种子生产过程中，花期调节的难度系数较低；在杂交授粉过程中，为保障结实率高及收获种子的质量，可分别在抽丝后的第8、6和8天之前完成授粉，效果较好。

3.3 3个玉米自交系花粉活力

玉米花粉活力随着日龄的增加逐渐降低，宋方威等[22]研究发现25℃室温条件下HY、CC等10个玉米自交系在 8 h后基本丧失活力；侯有良等[3]研究发现玉米自交系W314、3259和Q318花粉2 h以内活性最好，结实率最高，花粉经常温保存26 h后仍有1.2%～3.4%的存活率。本研究以3个玉米自交系为材料，通过不同日龄花粉结实率与生理活性物质的综合分析表明，在四川高温高湿条件下花粉活力持续时间在24 h以内，超过24 h花粉将不再具有受精能力，表明在杂交授粉过程中，取当天散出的新花粉效果较好；在杂交种子生产过程中，坚持“母等父”的原则，更能保障授粉结实率。