棉花抗虫核不育系抗A3的培育及蜜蜂传粉制种研究

张相琼, 岳福良,周宏俊,胡吉远,王均明

(四川省农科院经作所, 四川简阳  641400)

摘要:以自育的抗病核不育洞A型两用系抗A2(含ms14不育基因)为母本,引进抗虫品系,通过杂交转育,结合病圃、网室和大田的选择,获得具有抗病、抗虫及综合性状优良的洞A型抗虫不育系抗A3。以抗A3为母本,抗虫和非抗虫棉为父本,进行了人工放养意蜂和中蜂的传粉制种研究。结果表明:意蜂传粉效果优于中蜂;父母本种植比例以1∶4~6较合适;隔离区在1000m以上,每公顷人工放养意蜂数在2.25万头左右可满足传粉需要。

我国棉花杂种优势的研究与利用居世界领先水平,特别是近年来转基因抗虫棉与杂种优势的结合,使其具有:将抗虫与丰产优质相结合、选育适宜不同生态区域的新品种速度快、种子质量易控制及其商业可控性强等优点,特别受到育种者、种子经营者的亲睐。但由于棉花开花结铃期长,杂交制种时无论采取人工去雄、核不育系或胞质不育系均需要人工授粉,其工作量大,制种成本高,目前已成为限制杂交棉进一步扩大应用的重要因素。因此寻求更简便而高效的棉花杂交制种方法,降低棉花杂交制种的人工投入是解决限制杂交棉扩大推广的重要课题。国内一些专家采用杂交转育法,将转Bt基因导入美国双隐性(ms5ms6)核不育系中,已培育出具有较好配合力的抗虫核不育系[1]。我所在多年从事棉花核雄性不育杂种优势利用研究的基础上,利用自育的洞A型单隐性核不育材料[2],引进抗虫材料,通过杂交转育,获得具有高抗棉铃虫和红铃虫的核不育两用系抗A3, 花冠大、鲜艳、不育性退化彻底,开花结铃期可不施用农药等特点。以抗A3作母本,采用蜜蜂传粉进行杂交制种,取得良好进展。

1.1  抗A3的培育及鉴定

1996年以自育的抗枯黄萎病核不育两用系抗A2,抗螨抗蚜新品种川棉45,引进抗棉铃虫、红铃虫新品系R作亲本材料。配制两个组合:(1)抗A2×川棉45;(2)抗A2×R。F1自交,F2进行对株互交,即组合(1)中的可育株与组合(2)的不育株杂交,组合(2)中的可育株与组合(1)的不育株杂交,将互交F1种子种于网室:分别接种棉铃虫、红铃虫、棉蚜和棉红蜘蛛,鉴定抗虫性,选择抗虫株进行兄妹杂交获得互交F2种子;互交F2代以后,在大田、网室和病圃同时种植,经4~5代抗虫性、抗病性和农艺性状鉴定与选择,获得育性、抗性和农艺性状基本稳定的抗虫不育系抗A3。2001年送样华中农大鉴定抗红铃虫性,2002年送样江苏农科院植保所鉴定抗棉铃虫性,2000~2001年农业部棉花品质监督检验测试中心测定纤维品质。2000~2001年以抗A3作母本,陆地棉品种(系)作恢复系,测定其组合的抗性及丰产性等。小区比较试验采取2行区3次重复,随机区组排列,对照种为川棉56。

1.2  蜜蜂传粉制种研究

1.2.1  方法。

2001年以抗A3作母本,丰产品种川棉45和抗虫品系ZR2作父本。每公顷租用中蜂或意用意蜂传粉,川棉45为父本。周围3km内没有种植其它棉花。试点2:简阳市平武镇保卫村9社,试验地共0.40 hm2,该点为棉区,采用中蜂传粉,抗虫棉ZR2为父本。以地形(四周为低山)作为隔离区,400m外有其它棉花。每点设置0.013 hm2人工辅助授粉为对照。 试验田间管理按一般制种田进行,制种田父母本相间种植,其比例按父∶母=1∶2、 1∶4、 1∶6、 1∶8和1∶10五种规格(中蜂传粉点为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8四种规格),不同田块设置相应比例。可育株拔除90%以后,于7月10日在试验田边集中放置蜜蜂,同时在对照区每天进行人工辅助授粉。放置蜜蜂后15天内,早晨9点以前专人检查母本行,将其中的可育株及时拔除,并要求将可育株运离制种田。于8月30日结束授粉,将蜜蜂搬离试验点,同时停止对照区人工授粉;9月15日分别调查不同处理的单株成铃数,考查铃重、子棉产量及衣分。收种后将各点不同处理的种子混合取样200g,于2001年冬季在海南崖城试验地鉴定F1代的不育株率。

1.2.2 制种成本及效益的计算。

试验田产值为母本和父本子棉总产值, 按四川省当年收购价计算,每公斤杂交子棉8.0元、父本子棉3.6元。人工辅助授粉按四川常年制种每公顷用工费7500元,蜜蜂传粉每公顷费用为750元,增收节支总额=(总收入-授粉成本)-(人工授粉总收入-人工授粉成本)。

2  结果与分析

2.1  洞A型核不育系抗A3的培育

通过上述杂交、互交,结合网室、病圃和大田的鉴定与选择,培育的洞A型不育系具有保持原抗病不育系抗A2的所有细胞质和部分细胞核基因,同时导入了抗棉铃虫、红铃虫、棉蚜及棉红蜘蛛等抗虫材料的抗性基因,育成的抗A3具有多抗性,又保持了原抗A2的优良综合性状

2.2 抗A3配制杂交组合性状表现

以抗A3作母本,抗虫或不抗虫综合性状优良的陆地棉品种(系)为父本,于1999~2001年共配制杂交组合100余个,经过在四川简阳和海南崖城的小区比较试验,结果表明:95%以上的杂交组合具有明显产量竞争优势,并表现出明显的抗棉铃虫、红铃虫性。其中表现突出的8个组合的主要经济性状列于表2。这些杂交组合田间表现出苗好、生长势稳健、整齐,抗虫性明显,吐絮畅、白花率高。

表2  抗A3配制部分高优势组合的主要经济性状

组合

皮棉单产/kg·hm-2

皮棉增产率/%

铃重/g

衣分/%

2.5%跨长/mm

比强度/cN·tex-1

麦克

隆值

抗A3×R5

1435.4

21.5

5.9

44.1

30.6

32.7

5.1

抗A3×R7

1475.3

24.3

5.8

42.4

30.5

32.0

5.3

抗A3×G12

1575.0

28.5

5.8

46.2

29.8

29.4

4.8

抗A3×R48

1695.8

36.9

5.8

45.7

29.6

29.7

5.4

抗A3×Y4

1550.9

26.9

6.2

43.4

30.6

32.9

5.0

抗A3×Y33

1525.7

26.7

6.2

43.6

30.0

35.0

5.1

抗A3×Y36

1528.8

26.9

5.6

43.3

30.1

34.8

4.9

抗A3×Y2

1452.2

21.3

6.1

42.6

28.8

31.7

4.6

2.3  抗A3蜜蜂传粉制种结果

2.3.1  不同蜜蜂种类传粉效果。

在相同父母本种植规格的两个试验点,以每公顷15箱中蜂为传粉昆虫的0.4hm2试验地,平均单株成铃仅6.2个,其人工辅助授粉单株为17.8个。以每公顷15箱意蜂为传粉昆虫的试验点,平均单株成铃为18.1个,对照为18.5个(表3)。意蜂表现出个体大,飞翔力强,采集花粉和活动量均大于中蜂,在试验中其传粉制种结果已达到人工授粉的能力。

2.3.2  不同父母本种植比例的效果。

于9月下旬,在新市点的意蜂传粉区(中蜂传粉区因结铃太少,植株后期生长过旺,未作考种)每行收取刚开口的正常棉桃10个,进行室内考察单铃重和衣分并计算子棉产量。无论距父本的行数多少其衣分均与人工授粉相当,无明显变化,说明蜜蜂传粉制种不会影响棉花衣分。蜜蜂传粉的单铃重略低于人工授粉,与父本相距1、2和3行的单铃重相互间差异不明显,而相距3行以上单铃重明显降低,即种植1行父本,相间种植小于6行母本时单铃重保持较高,若母本大于6行时单铃重会随母本比例升高而降低。根据田间调查数据和室内考种数据计算各种植比例的棉产量(表4),种植比例为1∶4和1∶6时杂交制种产量相对较高。其余种植比例杂交种子产量水平相对偏低。

表4  意蜂传粉不同父母本比例杂交制种产量比较

项目

 

父∶母

单株成铃/个

单铃重/g

衣分/%

母本株数

/株·hm-2

杂种子棉量/kg·hm-2

人工授粉

1

1∶10

18.5

5.1

43.0

34080

3215

 

距父本行数

1∶2

18.8

4.5

43.1

 

 

 

 

平均

 

18.8

4.5

43.1

25005

2115

 

2

1∶4

18.9

4.2

43.2

 

 

 

2行平均

 

18.9

4.4

43.2

3000

2495

 

3

1∶6

17.8

4.2

43.2

 

 

 

3行平均

 

18.5

4.3

43.2

32145

2557

 

4

1∶8

17.8

3.3

43.1

 

 

 

4行平均

 

18.3

4.0

43.2

33330

2439

 

5

1∶10

17.6

3.2

43.0

 

 

 

5行平均

 

18.1

3.9

43.1

34080

2456

 

2.3.3 蜜蜂传粉制种效益分析。

根据田间不同父母本种植比例,对意蜂传粉点分别收花考种,计算不同种植比例规格下的制种产量及经济效益(表5)。 由表4和表5可见, 父母本种植比例在1∶2时, 虽然母本单株结铃较多,铃也较大, 但效益不高; 当母本增加到8~10行时,又因母本单株结铃的降低而使效益下降。 当父母本比例为1∶4~6时效益最高。

2.3.4   蜜蜂传粉制种种子纯度鉴定。

对两个试验点所收种子分别在海南崖城试验地鉴定。结果表明,在非棉区放养蜜蜂后的10~20天内,每天早上散粉前严格检查田间开花植株育性,并即时拔除剩余可育株的条件下,F1代的不育株率在1%以下,而在棉区,隔离距离为400m的条件下,F1代的不育株率达到3.5%。即在非棉区采用蜜蜂传粉,由于蜜蜂通常的迁飞距离在1000m左右,与其他棉花的隔离距离应大于1000m。

3  讨论

3.1  利用洞A型抗虫核不育系作母本,恢复系抗虫或不抗虫均可采用蜜蜂传粉制种制种的目的是收获母本株所产种子,而母本区所占比例为父本的4~6倍,因此,只要母本抗虫,在授粉期不施用农药,父本区虽然表现被虫危害较重,但提供基本粉源功能是可以完成的,只是父本虫花率高,产量较低,不影响生产杂交种的产量。

3.2  利用蜜蜂传粉生产棉花杂交种,提供足够数量的适宜蜂种是关键美国Vaissiere,B.E 报道[4],每100朵花有0.5头昆虫即可满足棉花不育系传粉结实需要;Loper,G.M and Degrandi-Hoffman,G 报道[5],当蜜蜂数量较大时,在一定范围内,不育系随着与父本的距离增大产量降低不明显,但当不育系上的蜜蜂数量不足时,着与父本的距离增大产量降低明显;冯福祯报道[5],在有效花期内蜂花比为3%~13%,可满足棉花制种对虫源的要求,其传粉昆虫的传粉能力以体长为14~25mm,体型硕大,周身布满纤毛、携粉量大、着花猛、起落均在花蕊上的野生黄胸木蜂、土蜂和黑刺胫蜂最强;体长为10~16mm,体型大,在花内起飞、降落和爬行时容易接触花蕊的意蜂和中蜂传粉能力较强;体长在8mm以下, 动作准确,直接飞至花基蜜腺,接触花蕊机会少的野生盾斑蜂和分隧蜂的传粉能力最差。本试验人工放养中蜂和意蜂的研究结果表明:体积稍大,采集和飞翔能力较强的意蜂传粉能力大于中蜂,在有效结铃期间,每公顷放养意蜂2.25万头,即每100朵花需10头意蜂方可满足正常传粉,而中蜂在该数量下还不能满足正常传粉。若增加放养蜜蜂的数量,其最适父母本比例可能会变化,进一步的试验研究正在进行中。

(来源:《中国棉花 》2003.01)