木薯定向育种授粉技术优化

雷开文，俞奔驰，陈炯宇，马崇熙，卢赛清，韦丽君

（广西壮族自治区亚热带作物研究，广西南宁 530001）

木薯（Manihot esculentaCrant）别名木蕃薯，是大戟科（Euporbiaceae）木薯属（Manihot）植物。自18 世纪传入中国，在淮河、秦岭以南的长江流域广有种植。2020 年，广西木薯种植面约17.38 万hm2，是中国的木薯主产区，面积和产量均占全国60%[1]，木薯已成为重要的热带作物。但我国的木薯育种情况不容乐观，当前品种更新慢，优良品种少，严重制约着我国木薯产业的发展。造成这种结果主要有两个因素，一是木薯在我国大部分种植区不易成花[2]，成花也大多在10 月份以后，正逢冬季低温，种子无法完全成熟[3]；二是木薯杂交育种孕性差，授粉率低[4-5]。木薯一般杂交授粉率为26%～30%[6]，在天然情况下更低，为5%～20%[7]，严重影响木薯的育种效率。相关学者对木薯人工杂交育种不断进行尝试与改进，也取得了一定的效果[8-11]，但涉及品种较少，对影响授粉的关键细节未明确。本文研究拟在观测木薯自然授粉规律的基础上，结合人工调控开花技术[12]，开展木薯多品种杂交授粉试验，探索影响木薯授粉的关键因素，寻找能提高木薯授粉成功率的方法，为木薯定向育种提供助力。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2020—2021 年在广西壮族自治区亚热带作物研究所木薯基地进行。材料由基地提供，木薯品种有：南植199、新选048、SC205、SC5、SC124。

1.2 方法

1.2.1 木薯自然虫媒授粉观测试验

根据试验基地长期观察木薯开花时间的结果发现，木薯开花时间一般晴天在中午12:40 左右，阴天则推迟至13:00。于2020 年10 月8—10 日以南植199 为材料，通过自然杂交授粉，采用5 点取样观察法，每个样点每天观察5 朵雌花开放后虫媒的授粉状况，记录每朵花的受粉次数。授粉结束后当天套袋，于12 月25 日收获种子，统计结实率。

1.2.2 木薯人工催花杂交授粉试验优化

借助木薯开花调控技术，使木薯在5—9 月份开花[12]，使雌雄花花期一致，以新选048、南植199为父本，新选048、南植199、SC205、SC5、SC124 为母本进行人工杂交或自交试验，结合自然观测结果及试验基地木薯开花规律，就授粉时间选择和方式进行优化处理。

授粉预处理及方法：木薯雌花开放之前，用尼龙纱袋把雌花套上，绑好固定，以避免风和昆虫传粉；选定健壮花穗的目标雄花作为父本，在雄花开放之前，用尼龙纱袋把雄花套上，绑好固定，以防昆虫采集花粉，并除去多余的雄花和其它品种的雄花，以防同一品种不同植株之间自花授粉。

授粉方式采用传统授粉法和美工笔授粉法（模拟虫媒授粉法）进行比对。传统授粉法，采下雄花，除去花瓣，让雄蕊花药轻轻接触雌蕊柱头，让花药粘在雌蕊的柱头上，最后用尼龙纱袋把雌花套上，绑好固定，完成授粉，授粉后2～3 d，移去套袋；美工笔授粉法则为模拟自然虫媒授粉法，以美工笔为工具，先用美工笔粘取雄蕊花药上的花粉后再来回轻扫接触雌蕊柱头，完成授粉后，同传统授粉法一样把雌花套袋绑好固定，2～3 d 后，去除套袋。授粉时间选择：以木薯开花时间为原点（经前期观察，人工催花花开节点与自然开花一致，晴天为12:40，阴天为13:00），以每0.5 h 为一个统计时段，比较在开花前后不同时间段内（开花节点为0，前为负时段，后为正时段）进行授粉的效果，根据参考文献和实际观测经验，选择试验时段为开花前2.5 h至花后3.5 h，为方便记录，时段标记为该数值前0.5 h 内时段，如开花前0～0.5 h 标记为-0.5 h，开花后0.5～1 h 则标记为1 h，以此类推。每个时段每个品种两种方式各授粉60 朵雌花。授粉完成60 d后，统计有种子的果实数，计算结实率。

1.3 数据处理及分析

采用生物统计分析软件Spss 11.5 对试验数据就不同时段、不同方法授粉及不同木薯品种间授粉结果的差异进行分析。

2 试验结果与分析

2.1 木薯自然虫媒授粉观测结果

观测期内，木薯授粉虫媒主要为蜜蜂，未见其他昆虫，所有授粉均在开花后0.5 h 内完成，开花0.5 h 之后，授粉次数为0 次，平均每朵雌花授粉次数6.0 次，单朵雌花蜜蜂授粉最多14 次，最少4次，详见表1。5 个样点，每个样点5 朵雌花，3 d共观察标记了75 朵雌花授粉情况，于12 月25 日收获有种子果实共计41 颗，平均结实率为54.67%，详见表2。

表1 木薯开花后不同时段虫媒授粉情况观测结果

表2 木薯虫媒授粉结实观测结果

2.2 木薯人工催花杂交授粉试验结果

木薯人工催花杂交授粉优化试验结果汇总于表3。可见授粉结果数在开花节点前后时间段两头递减，以开花节点后0.5 h 内授粉活力最佳，效果最好；模拟虫媒授粉法优于传统人工授粉方式；各杂交组合结果数不等，最低为传统人工方式的南植199（父本）× SC205（母本）组合，最高为模拟虫媒人工授粉方式的南植199 自交组合，结果数为138，其次为相同授粉方式的新选048（父本）×南植199（母本）组合，结果数为131。

表3 木薯人工催花杂交授粉优化试验结果

2.2.1 不同时段授粉结果比较

试验对木薯的授粉时段进行不同方法授粉试验，分别以新选048、南植199 为父本同5 个品种杂交或自交组合平均结实率统计结果见表4。结果显示，采用传统授粉法，开花节点前0.5 h，雌、雄花均具授粉力，开花节点后2 h 失去授粉力，其中花后0.5 h内结实率最好，达11.33%，然后向前后时间段逐渐递减，直至失去授粉力，其中花后失去授粉能力时间慢于花前；采用模拟虫媒授粉法，也基本表现相同趋势，结实率高峰期同样出现在花后0.5 h 内的授粉；无论以新选048 还是以南植199 为父本，各品种授粉力随时间段变化的趋势表现一致。对授粉时间段之间结实率进行方差分析，授粉时段之间有显著差异（P=0＜0.05），进一步对授粉时间段之间结实率的多重比较（LSD）分析，结果表明，木薯花开放0.5 h 内授粉同其他各时段结实率差异达显著水平；1 h 内授粉同其他各时段结实率差异亦显著，表明花开1 h 内授粉效果最佳。传统授法和模拟虫媒授粉法5 个品种平均结实率分别为7.9%、51.67%；花后0.5 h 结实率最好，平均分别达11.33%、66%。

表4 木薯花开节点不同时段内各授粉处理组合平均结实率比较

2.2.2 两种不同人工授粉法结果比较

对各时段的木薯授粉通过传统授粉法和模拟虫媒授粉法获得的试验数据，采用生物统计分软件Spss 11.5，对两种授粉法进行方差分析，结果显示两种授粉方法在1.5h 之前有显著差异（P=0＜0.05）（见表5）。结果表明，模拟虫媒授粉法可大幅度提高结实率，增幅效果从0.33%到54.67%；另外传统授粉法，具授粉力时间为花前0.5 h 至花后2 h，而模拟虫媒授粉法，则延伸为花前1 h 至花后3 h。

表5 两种不同授粉方法效果比较

2.2.3 不同木薯品种杂交组合授粉结果比较

从表3 结果可见，不同木薯品种杂交组合授粉结果中，对于同一种授粉方式，母本相同，父本不同，结果总数差异不大，但父本相同，母本不同，结果差异却较大。如模拟虫媒授粉法中SC124 为母本，父本分别为新选048 和南植199 的两个杂交组合，不同授粉结果总数（结实率）差异不大；而无论是以新选048 还是南植199 为父本的组合系中，各母本系的结果数由大到小排列均为南植199 最大，其次为SC124，其余品种（新选048、SC205、SC5）结果数相对较低，说明各品种作为母本，南植199 孕性最好，其次为SC124。

3 结论与讨论

3.1 木薯开花0.5 h 内是授粉最佳时机，开花前后1h 是进行人工授粉的适宜时段

结合木薯自然虫媒授粉观测结果和人工杂交授粉试验结果不难发现，木薯开花0.5 h 内是最佳授粉时机，此时花粉粘性大，活力最强，雌花发育成熟，分泌黏液最盛，气味最浓，能吸引来更多的虫媒（如蜜蜂）帮助授粉，也有利于花粉附着在花托柱头上。花开0.5 h 后，可能花蜜气味散发殆尽，无法再吸引蜜蜂前来，但黏液未干，人工授粉仍然有成功的可能，试验结果显示开花后1h 仍是较适宜的授粉时间，之后的时间段进行授粉，效果将越来越差。比较与木薯人工授粉研究相关的文献发现，不同学者的结实率差异很大，除了试验品种等因素造成的差异外，可能也与授粉时段不同有关，如果进行人工授粉的时间偏离花开节点过长，则成功率下降，结实率会偏低。如俞奔驰等[4]在10:00-11:30 采集雄花，13:00-14:30 进行人工授粉，授粉率（实为结实率）最大仅为0.34%，就有可能是因雄花采集过早，花粉活力不足导致的；梁振华等[10]在确认木薯试验品种的开花时间为13:00 时±10 min 的前提下，采用开花前1h 人工破蕾授粉技术，结实率高达88.3%，花后人工授粉结实率为76.7%，除了品种和操作等影响因素外，与授粉时段的选择也密切相关。

3.2 增加花粉与柱头的接触机会与停留时间，可以提高授粉成功率

试验中两种授粉方式的最大区别是用美工笔作为媒介工具，模拟自然虫媒授粉法进行授粉，粘取的花粉较多，和柱头接触的时间更长。同时对比文献报道的授粉操作细节，来回轻扫接触和直接轻轻触碰的授粉时结实率有差异，前者较高[4，10]。因此，任何增加花粉与柱头的接触机会与停留时间的措施，都有利于提高授粉成功率，使用美工笔人工授粉法是传统花药花托直接接触授粉法的改进，可以提高结实率。

3.3 亲本（母本）孕性对授粉成功率影响极大

木薯为异花授粉植物，雌雄同序，各品种杂交亲和力差异较大，本试验结果显示，同一组合，正反交时结实率差别较大。叶剑秋等[5]以华南5 号（SC5）、华南6 号（SC6）和华南7 号（SC7）3 个品种分别作父母本进行了不同配组正反杂交授粉试验，发现不同父母本正反交稔实率差异明显，不同父母本组配的正反交稔实率也不同，以SC5 和SC6作母本的杂交结实率相对较高，稔实率的高低与母本的关系颇大，和本文试验结果相吻合。但忠等[2]在对广西武鸣木薯开花结果现状进行调查发现，80个品种（品系）中，有42 个品种（品系）未能调查到开花，能正常结实，且种子数＞10 的品种（品系）只有7 个，品种特性差异较大。因此，亲本的选择对人工杂交授粉成功率影响很大。

综上，无论是自然成花还是人工催花，木薯在桂南地区开花时间在13:00 左右，阴晴天会稍有偏差，具体实施时最好预先观察。花开前后1 h 是授粉的适宜时段，其余时段效果不佳。授粉时要注意细节，用美工笔等辅助工具沾取足够的花粉，来回轻扫花托，让花粉和柱头按触充分，增加授粉机会。目标性状亲本作为母本和父本，获得成熟杂交种子的概率会有很大差异，有些品种孕性好，很适合作为优质母本提高育种效率，但目标性状的传递与亲本作为父本和母本的相关性有待进一步研究，为木薯定向育种提供参考。