杨光华，王学林，曹 明，柯用春，杨小锋

(三亚市南繁科学技术研究院，海南 三亚 572000)

花粉扩散因物种不同及外界环境不同而不同，造成由花粉介导的基因漂流的方位、扩散频率和扩散距离在不同的物种和不同外界环境下存在很大差异。这些差异主要取决于花粉供体的花粉产量、花粉受体的异交结合率、供体和受体花粉的竞争力以及授粉时的外界环境条件等[1-5]。玉米是雌雄同株异花、风媒授粉作物，具有强大的雄花序和较大的花粉量，除了不良气候或人为管理不当等会导致出现异交结实率低的现象外[6-7]，通常情况下自交和异交都可以正常结实，并且异交率较高[8-9]。玉米异交率和隔离距离是转基因玉米基因飘流风险评估和环境安全性评价的基本内容，在自交系扩繁、杂交制种等过程中，应该采取相应的隔离措施避免花粉供体之外的花粉发生扩散[10]。玉米的隔离栽培主要应用于玉米的杂交制种和甜糯玉米的种植，主要的隔离措施包括空间隔离、时间隔离、自然屏障隔离及高秆作物隔离等，空间隔离最好能达到300 m以上，高秆作物隔离也必须再加上50 m以上的距离隔离[11-13]。以上的隔离措施均能起到相应的隔离效果，为了缩短隔离距离和节约土地资源，生产上一般采取塑料薄膜作为屏障进行隔离，但其易老化并且受风影响较大，基本不可重复利用。防虫网具有易透风、易固定、耐用等特点。汪德锋等[14-15]研究发现，使用特定高度和孔径的防虫网隔离可以使水稻生产种子纯度达到原种要求；秦红艳等[16]利用防虫网对猕猴桃进行套袋处理后，其结实率为0。但防虫网在玉米花粉隔离上的研究尚未见报道。为此，通过分析不同隔离距离、不同方位玉米异交结实率，研究防虫网隔离对玉米花粉扩散的影响，以期为生产上玉米小面积制种或育种过程中防虫网隔离距离及高度的选择提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为K玉8号。2015年1月，在海南省三亚市吉阳区大茅村三亚市南繁科学技术研究院试验基地进行播种，采用人工点播，每穴3粒，播种深度为4～5 cm。

1.2 试验设计和方法

1.2.1 不同孔径防虫网对玉米花粉扩散的影响 试验共设4个处理，以不采用防虫网隔离的处理为对照；处理2、3、4的防虫网孔径分别为0.106、0.058、0.042 mm。防虫网高度为3.5 m，顶部敞开，试验采取同心正方形设计，中央5 m×5 m的隔离区为花粉供体区，供体区外围为花粉扩散观察区。在玉米扬花期之前，对花粉扩散观察区的全部植株进行去雄处理。

玉米进入收获期后，以花粉供体正方形中心为圆点、边界为起点，从花粉扩散观察区的北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方位分别采集距离花粉供体区1.0 m、2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m、7.5 m、10.0 m、15.0 m、20.0 m和30.0 m处玉米作为样本，同一方位同一距离的样本设3个重复，每个重复随机取5穗玉米统计异交结实率。异交结实率=总实粒数/总颖壳数×100%。

1.2.2 不同高度防虫网对玉米花粉扩散的影响 试验共设3个处理，分别为高3.0 m、3.5 m和4.0 m，孔径为0.058 mm的防虫网处理。其他试验田间布局及方法与1.2.1一致。

1.3 数据分析

利用Excel 2007和SPSS 19.0软件对试验数据进行统计分析，采用邓肯氏新复极差法对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 无隔离条件下不同方位、不同距离玉米的异交结实率情况

从表1可以看出，在无隔离条件下，同一方位玉米异交结实率随着离花粉供体区距离的增加而降低，1.0 m处玉米异交结实率最大(75.14%～98.56%)，30.0 m处异交结实率最低(0.04%～0.17%)。从北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方位综合来看，距离花粉供体区2.0 m内玉米的异交结实率与2.0 m外玉米的异交结实率均存在显著差异；2.0～10.0 m玉米的异交结实率随着距离的增加而急剧降低；10.0～30.0 m玉米的异交结实率随距离的增加而平缓降低最终趋于稳定，且异交结实率均无显著差异。

从表1可以看出，离花粉供体区相同距离时，不同方位的玉米异交结实率差异较大，西、西北、北和东北4个方位各距离处的玉米异交结实率都大于东、东南、南和西南4个方位对应处的异交结实率。西北方位不同距离的玉米异交结实率均最大，与东南、南、西南和西4个方位对应相同距离的异交结实率均存在显著差异(西方位10.0 m处除外)；东南方位不同距离的玉米异交结实率均最小(10.0、30.0 m 除外)，与西北方位对应相同距离的异交结实率均存在显著差异。在东南、南和西南3个方位的各相同距离的玉米异交结实率差异均不显著；当距离大于3.0 m时，东、东南、南和西南4个方位的各距离玉米异交结实率差异均不显著；当距离大于15.0 m时，东、东南、南、西南和西5个方位相同距离的异交结实率差异均不显著。西北方位距离花粉供体区1.0 m处的玉米异交结实率最大，为98.56%；西南方位距离花粉供体区30.0 m处最小，为0.04%。北和西北方位20.0 m处仍出现较高的异交结实率，分别为12.80%和19.27%；而在东南、南和西南方位距离花粉供体区20.0 m处玉米异交结实率均小于1.00%。

表1 无隔离条件下玉米异交结实率 %

注：小括号外标注的字母表示同一方位不同距离玉米异交结实率在0.05水平上差异显著; 小括号内标注的字母表示同一距离不同方位玉米异交结实率在0.05水平上差异显著。

2.2 不同孔径防虫网对玉米花粉扩散的影响

从表2可以看出，不同孔径防虫网隔离处理同一方位玉米异交结实率均随着离花粉供体区距离的增加而降低。经防虫网隔离后，相同方位等距离的玉米异交结实率与对照相比明显降低。距离花粉供体区5.0 m范围内，3种不同孔径的防虫网隔离后同方位各处玉米异交结实率大部分与对照存在显著差异，同方位离花粉供体区5.0 m外各处玉米异交结实率部分与对照存在显著差异，20.0 m外大部分差异不显著。0.106 mm孔径的防虫网隔离处理在各个方位离花粉供体区1.0 m处的异交结实率均低于30.00%，并且随着距离增加异交结实率降低较明显。0.058 mm和0.042 mm孔径的防虫网隔离处理各方位离花粉供体区1.0 m处的异交结实率均低于10.00%，两处理间的异交结实率大部分无显著差异，甚至0.042 mm孔径防虫网隔离处理个别方位的异交结实率大于0.058 mm孔径防虫网隔离处理。不同孔径防虫网隔离后，离花粉供体区30.0 m处仍然存在一定频率的异交结实情况。

表2 不同孔径防虫网隔离处理玉米异交结实率 %

注：同行数据后不同字母表示同一方位、同一距离不同孔径防虫网隔离后玉米异交结实率在0.05水平上差异显著。

2.3 不同高度防虫网对玉米花粉扩散的影响

从表3可以看出，各高度防虫网处理同一方位的玉米异交结实率均随着离花粉供体区距离的增加而降低。距离花粉供体区10 m范围内，3.0 m高的防虫网隔离后同一方位相同距离处玉米异交结实率均显著高于3.5 m和4.0 m高的防虫网，而3.5 m与4.0 m高的防虫网隔离后玉米异交结实率均无显著差异。3.0 m 高的防虫网隔离后，不同方位上的玉米异交结实率差异较大，最大值在西北方位距离花粉供体区1.0 m处，为41.23%；最小值在东南方位距离花粉供体区20.0 m处，为0.04%。3.5 m高的防虫网隔离后玉米异交结实率均在3.00%以下，最大的异交结实率为西南方位距离花粉供体区1.0 m处，为2.90%，10.0 m 之外均低于1.00%。4.0 m高的防虫网隔离后，除西南方位1.0～2.0 m外，其余方位异交结实率均在2.00%以下，西南方位距离花粉源2.0 m处最高，为2.20%，10.0 m之外均低于1.00%。

表3 不同隔离高度处理玉米异交结实率 %

注：同行数据后不同字母表示同一方位、同一距离不同高度防虫网隔离后玉米异交结实率在0.05水平上差异显著。

3 结论与讨论

在玉米花粉扩散观察区，不同方位玉米异交结实率均随着离花粉供体区距离的增加而降低，即花粉扩散频率随距离的增加而降低，因此距离隔离是最安全有效的隔离方法。在无防虫网隔离条件下，西北和北2个方位离花粉供体区20.0 m处玉米异交结实率分别为19.27%和12.80%，而其他方位20.0 m处均小于2.00%(西方除外)，5个方位距花粉供体区30 m处的异交结实率为0.04%～0.17%，基本符合Hu等[17]建立的玉米基因漂流模型。花粉扩散事件主要以西北方位为主，东南方位较少发生。根据玉米花期气象信息，上述高异交结实率的区域在花粉供体区的主流风下风向，而低异交结实率的区域在花粉供体区的主流风上风向，这与影响花粉扩散的主要因子是风向和风速基本一致[18-19]。离花粉供体区越近，不同方位相同距离处的玉米异交结实率差异越大；离花粉供体区越远，不同方位相同距离处的玉米异交结实率差异越小，风对花粉扩散的作用随离花粉供体区距离的增加而降低，因为随着与花粉供体区距离的增大，空气中的花粉密度逐渐降低[20]。

防止转基因玉米基因向外扩散的最佳途径为设置隔离屏障再加一定的隔离距离[21-22]。本试验采用0.106、0.058、0.042 mm 3种不同孔径的3.5 m 高的防虫网对玉米花粉进行隔离，隔离后玉米异交结实率为0.05%～29.27%，不采用防虫网隔离的玉米异交结实率为0.04%～98.56%，两者差异显著；0.058 mm孔径防虫网隔离处理玉米异交结实率大部分与0.042 mm孔径防虫网隔离处理无显著差异，经过孔径为0.058 mm和0.042 mm的防虫网隔离后，不同方位上同一距离的玉米异交结实率差异不大，防虫网隔离可以减少风对花粉扩散的影响。这是由于经过了防虫网的阻挡，只有部分花粉从顶部飞出或者从防虫网孔隙透过，极大地降低了花粉密度。

3.0 m高、0.058 mm孔径的防虫网隔离后还出现较高的玉米异交结实率(西北方位离花粉供体区1 m处为41.23%)，显著高于3.5 m和4.0 m高的0.058 mm孔径防虫网隔离(3.5 m高的隔离网西南方位离花粉供体区1.0 m处为2.90%)，而3.5 m与4.0 m高的防虫网隔离后玉米异交结实率均无显著差异。所选玉米品种株高为2.2 m左右，因此利用防虫网隔离时，隔离高度应高出玉米株高至少1.0 m，才能起到较好的隔离效果。综合上述的不同隔离网孔径和不同隔离高度试验，在三亚地区，4.0 m 高的隔离网也需要再加距离隔离才能达到较好的隔离效果，考虑到隔离设施的抗风能力问题，推荐使用3.5 m高、0.058 mm孔径的隔离网作为玉米花粉漂移控制的隔离设施。

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