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不同密度网罩对甘蓝型油菜隔离制种效果比较

2021-09-06文雁成张书芬何俊平蔡东芳朱家成王建平曹金华胡坤赵磊王东国

农学学报 2021年12期
关键词:制种密度

文雁成 张书芬 何俊平 蔡东芳 朱家成 王建平 曹金华 胡坤 赵磊 王东国

摘要:旨在考察网罩密度对油菜制种的影响。以甘蓝型油菜Polima和萝卜2种胞质雄性不育系为试验材料,研究网罩对光照、温度、湿度、菌核病发病率以及制种产量的影响。结果表明:(1)网罩内光照强度随密度增加而显著下降。(2)罩内温度普遍上升,但是差异并不都显著。(3)网罩内湿度总体上是随网罩密度增加而升高。但是,也存在例外。(4)随着密度的增加,网罩内菌核病发病率升高。(5)试验中即使最大密度的网罩(160目),也不能完全阻隔外来花粉。(6)对于Polima和萝卜胞质雄性不育系,相同密度的网罩造成杂交制种产量的下降幅度相近。因此,网罩对Polima和萝卜胞质雄性不育系存在相似影响,现在常用的网罩密度不能达到完全阻隔外来花粉的目的。

关键词:甘蓝型油菜;制种;尼龙网罩;密度;隔离效果

中图分类号:S565.4文献标志码:A论文编号:cjas20200300052

Hybrid Seed Production of Brassica napus L.:

Isolation Effect Comparisons of Different-density Nets

WEN Yancheng,ZHANG Shufen,HE Junping,CAI Dongfang,ZHU Jiacheng,WANG Jianping,CAO Jinhua,HU Kun,ZHAO Lei,WANG Dongguo

(Institute of Industrial Crops of Henan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Oilseed Crops in Huanghuaihai Plain of the Ministry of Agriculture/Henan Key Laboratory of Oilseed Crops,Zhengzhou 450002,Henan,China)

Abstract:The objective of this study is to investigate the effect of nylon net density on seed production of Brassica napus L. Polima cytoplasmic male sterile (Polima CMS)line and a radish cytoplasmic male sterile (Ogu CMS)line of Brassica napus L. were used as materials. The effects of nets on the light,temperature,humidity,the incidence of Scleritiniasclerotiorum and seed- production yield were investigated. The results were as following. (1)Light intensities in the nets decreased significantly along with the increase of net densities. (2)The temperature in all nets raised,but some of the temperature increase did not reach a significant level. (3)Humidity in most nets increased with the increase of net density,but there were some exceptions. (4)The incidence of Scleritiniasclerotiorum increased with the increase of net density. (5)Even the densest net (160 net mesh number per square inch (NMNPSI))could not prevent outside pollens entering into the nets. (6)Of the same density nets,the decrease rate of hybrid yield of Polima CMS lines was similar to that of Ogu CMS lines. Consequently,the effects of net density on both Polima CMS and Ogu CMS are similar,the present popular densities of nets are not enough to prevent outside pollens entering into nets.

Keywords:Brassica napus L.;Seed Production;Nylon Net;Density;Isolation Effect

0引言

油菜雜种优势利用已经成为中国提高油菜单位面积产量的有效途径[1]。油菜杂交种选育过程中,需要进行组合比较和小面积示范,因此利用网罩进行亲本繁殖和杂交制种是必不可少的环节。网罩的主要作用就是将网罩内的油菜与网罩外的环境隔离开,杜绝外来花粉借助昆虫或者风力进入网罩内,造成网罩内的油菜污染混杂,保证网罩内油菜种子的纯度。但是网罩的使用,也会导致网罩内小气候的改变,对油菜的生长带来不利影响。如何做到既隔绝外来花粉,又将网罩隔离带来的不利影响降到最低,是广大油菜育种者关心的问题。采用适合的尼龙网罩密度,可以缓解上述矛盾,获得满意的制种产量和合格的种子质量。

为了获得满意的制种产量和合格的种子质量,前人已经开展了网罩的隔离效果研究。隆文杰等[2]对不同孔径的尼龙网对玉米花粉的隔离效果进行了研究,在密度为200目、240目和300目的3种网罩中,300目的网罩能阻挡85%以上的玉米花粉,隔离效果较好。在烟草中,秦西云等[3]对网罩隔离蚜虫防治丛枝病的效果进行了研究。在不结球白菜中,董慧等[4]对不同目数网罩隔离对白菜生长和防虫效果进行了研究。对于油菜,前人对花粉的结构和大小进行了研究[5-7],对制种技术的研究主要集中在大田制种过程中父母本行比、花期调整、天然屏障隔离等研究[8-12]。但是油菜育种中网罩隔离效果的研究非常有限和不系统,没有深入研究网罩密度对其内小气候的影响。其中,李建平等[13]对纸袋隔离、网罩隔离和天然屏障隔离的效果进行了比较。邹崇顺[14]对20目、36目、50目和60目网罩对其内油菜芥酸含量的影响进行了研究,认为芥酸含量与网罩密度呈负相关。庄静等[15]对70目尼龙纱网与无纺布的隔离效果进行了比较,发现对70目尼龙网制种纯度只能达到96.57%,而无纺布隔离网罩可以达到100%。人们在生产中普遍采用70目网罩,这个密度的确定主要依据实践经验,缺乏科学依据,因此给隔离制种的效果带来一些问题。目前油菜杂种优势利用途径已经由单一的胞质不育系转变为核不育、萝卜质不育等多种途径[16-25],目前仍然沿用之前在胞质不育系上的密度网罩,对制种产量和质量带来不利影响。为了更好地服务油菜杂种优势利用,需要根据不同的油菜杂种优势利用途径,采用最适合的网罩进行隔离。

在网罩隔离制种过程中,既兼顾网罩隔离效果,又要减少网罩对光照、温度和湿度的影响,最大限度地保证网罩内油菜的有利生长环境,是每一个油菜育种者必须面对的一个难题。因此,本研究试图通过比较不同密度网罩对油菜群体的光照、温度、湿度、病害发生率的影响,以及对甘蓝型油菜胞质不育系和萝卜胞质不育系制种产量影响的差异,寻求一个适合密度的网罩使用方案,为油菜杂种优势更有效利用提供参考。

1材料与方法

1.1材料

本研究以河南省农业科学院经济作物研究所自育的甘蓝型油菜胞质雄性不育系7600A和甘蓝型油菜萝卜胞质雄性不育系Ogu93-6A为试验材料,以自育的具有正常花粉的甘蓝型油菜146B作为授粉材料。其中,7600A花瓣白色,花瓣皱缩,雄蕊败育,整个花期有微量花粉,但是不育系自交结实率低。Ogu93-6A花瓣黄色,花瓣伸展正常,雄蕊完全退化,无花粉,自交不结实。甘蓝型油菜146B株型高大,花瓣大,花粉量大。

1.2方法

1.2.1试验设计试验于2017—2018在河南省农业科学院原阳试验农场和2018—2019年在河南省农业科学院原阳试验农场和南阳市唐河县试验点同时进行,2个试验点的气候条件相差较大。其中,原阳试验点位于黄河北,油菜花期空气干燥、昼夜温差大,冬季和初春气温低;唐河试验点位于淮河上游,油菜花期雨水多,空气湿润,昼夜温差小,冬季和初春气温较高。共设5个处理,分别为无网罩开放授粉(对照)、40目网罩(孔径0.425 mm)、80目网罩(孔径0.180 mm)、120目网罩(孔径0.125 mm)和160目(孔径0.106 mm)网罩。3次重复,随机区组排列。每个处理8行,行长2 m,行间距40 cm。其中4行种植7600A,4行种植Ogu93-6A。每2个小区之间种植4 行授粉材料146B。试验材料于秋季9月底播种,田间管理与其他试验相同,留苗株距13.3 cm。于初花前,将网罩(高2.5 m,长3 m,宽3 m)罩上,终花后去掉网罩。

1.2.2罩内光照、温度和湿度检测于花期晴天上午,利用LUTRON牌照度仪(型号LX-107)和TES牌温湿度仪(型号TES-1360A)测定所有小区内光照强度(单位10万lx)、温度(℃)和湿度(%),测量方法为在每个小区内对角线上5个点,每个点测得一个结果,取5 点平均值。

1.2.3病害调查、小区制种产量成熟期调查每个处理小区7600A和Ogu93-6A群体的菌核病发病率和病害指数,分别收获每个小区7600A和Ogu93-6A的植株,计产。为了消除不同实验材料对产量的影响,只比较网罩密度对产量的影响,计算每个网罩内不育系上结实的种子产量与对照的减产百分数进行比较(1- (网罩内小区不育系产量/不罩网罩的对照小区不育系产量))×100%。利用Excel软件进行统计分析和制作折线图。

2结果与分析

2.1不同密度尼龙网罩里的光照强度差异

如图1所示,2018年原阳试点和2019年唐河和原阳2个试验点,3次试验结果相似。群体内的光照,都是以无网罩的对照为最强,网罩内的光照都比无网罩的对照大幅度下降,而且网罩密度的增加越多,光照强度下降越多。尽管3次检测环境光照差距很大,但是只要罩上网罩,网罩内光照强度就会大幅度下降。在2018年原阳试验点、2019年唐河和原阳试验点,40目网罩内油菜群体光照比对照分别下降18.11%、36.92%和12.62%,均达到极显著水平。最大密度网罩内的光照,分别比对照下降33.15%、57.54%和43.70%,也达到极显著水平。剧烈下降的光照强度严重影响网罩内油菜群体的光合作用,最终导致制种产量的下降。尽管2个试验点的环境光照差异较大,但是相同密度的网罩内光照强度差异不大,说明网罩密度对网罩内光照强度的影响是主要因素。

2.2不同密度尼龙网罩对群体温度的影响

由于检测时环境气象条件不同(如温度和风速不同),造成唐河和原阳两个试验点的结果略有不同,但是總的趋势一致:网罩使得油菜群体温度增加,而且网罩密度越大,温度增加越多(见图2)。在2018年原阳试验点,所有网罩内的温度均比无网罩的对照高,而且随着网罩密度的增加,温度越高。但是120目网罩内温度与160目网罩内温度几乎相同(33.50℃和33.67℃)。在2019年唐河试验点,在40目的网罩里,温度比未罩网罩的对照温度还低,但是差异不显著。造成这个结果的原因,可能是环境温度较低(13.70℃),而且检测时间较早(8:00)。无网罩的开放田间,由于太阳照射,已经开始升温,而40目的网罩由于网孔较大,夜间温度降低较多,但是早上又由于光照不足,升温比无网罩的对照慢。所以40目网罩内的温度比环境温度还低。但是80目网罩、120目网罩和160目网罩由于通透性差,保温能力强,尽管透光性差,因光照引起的增温较少,其内的气温仍然逐步升高,只是80目和120目网罩内的温度比对照差异不显著。160目网罩内的温度最高,比对照增温显著。2019年原阳试验点,由于环境温度较高(18.07℃),且检测时间较晚(9:40),因此网罩内的温度均比对照高,除40目网罩升温差异不显著外,其他密度的网罩升温均达到极显著水平,160目网罩比对照增温达到20.64%。

2.3不同密度尼龙网罩对群体湿度的影响

在2018年原阳试点,40目网罩内的湿度与对照基本持平,80~160目网罩内湿度比对照显著增高,但是这几个密度网罩间湿度差异不显著。在2019年唐河和原阳2个试验点,由于环境湿度和检测时间的差异,检测结果略有出入。相同的是,与对照相比,网罩密度从40目、80目到120目,罩内油菜群体湿度逐渐下降,而到了160目的网罩内湿度都略微上升。不同的是,在唐河试点,除了120目的网罩内湿度比对照降低达到显著差异外,其他网罩比对照降低均未达到显著水平。在原阳试点,40目和80目网罩内湿度与对照差异不显著,120目网罩内湿度降低19.89%,达到极显著水平,160目网罩内湿度上升达到16.42%,达到极显著水平。造成这个不同结果的原因,可能是2个试验点的环境温度、湿度、风力及网罩密度四者不同造成的。小区内油菜群体的湿度是由空气湿度、土壤湿度、油菜植株蒸腾速率以及网罩通透性(即密度)四者相互作用的结果,由于制约因素较多,结果就更为复杂和不确定,但是也有一定的规律性(见图3)。

2.4网罩密度对群体感菌核病的影响

收获期对网罩内油菜进行了菌核病发病率调查。通过2018年原阳试点和2019年原阳、唐河2个试验点网罩试验,发现网罩内油菜群体菌核病发病率均比对照增加,而且随着网罩密度的增加,油菜群体菌核病发病率略有上升。唐河试点的菌核病发病率高于原阳试验点,原因可能是唐河试验点油菜花期的降雨量高于原阳试验点,导致油菜群体湿度高于原阳试验点(见图4)。

2.5网罩密度对Polima胞质不育系和萝卜质不育系隔离效果的影响

为了研究网罩密度对Polima胞质不育系和萝卜胞质不育系制种纯度的影响,笔者于2018年在原阳试验基地和2019年在原阳和唐河2个试验基地,对Polima胞质不育系7600A和萝卜胞质不育系Ogu93- 6A进行了研究。结果发现,随着网罩密度的增加,网罩内不育系上的杂交种产量持续降低。在最小密度(40目)网罩内,2种不育系上种子产量比对照减少32.54%~67.06%。当网罩密度的增加到80目,2种不育系上种子产量比对照减少幅度虽然增加,但是幅度并不大。在120目的网罩内,2种不育系上种子产量比对照减少幅度比40目和80目有较大增加。对于最大密度的160目网罩,2种不育系上种子产量比对照减少幅度达到最大,在65.38%~81.27%,但是与120 目的网罩相比,降低幅度相近。也就是,即使是最大密度的网罩(160目)也不能完全阻隔外来花粉进入尼龙网罩,外来花粉仍然可以引起不育系产生开放环境下34.62%~18.73%的种子产量。

在不同年份和不同试验点,网罩的隔离效果存在差异,原因可能是气候条件在试点间和年份间存在差异。但是,在同一年份和同一试验点,相同密度网罩对Polima胞质不育系7600A和萝卜胞质不育系Ogu93-6A间的隔离效果差异不大。因此,在利用网罩进行杂交制种过程中,不需要根据这两个不育系类型,采用不同密度的网罩。

3讨论

在本研究中,唐河和原阳属于2个不同气候类型。唐河位于南阳盆地,属于淮河流域。油菜生长的冬春季降水量较大,气候温暖湿润。而原阳位于黄河北岸的华北平原,属于黄河流域,冬春季低温少雨,空气干燥,光照强。因此,在这两个试验点进行该试验,试验结果具有说服力。

尽管2个试验点生态条件差别较大,但是得到的实验结果相似。在光照、温度和湿度3个环境要素中,网罩影响最大的是光照,随着网罩密度的增加,其内的光照大幅度下降。尽管环境光照强度存在很大差异,但是相同密度的网罩内的光照在两个试点相近。相对于光照,网罩对油菜群体温度的影响较小,尽管网罩内的温度也是随网罩密度的增加而上升。网罩对网罩内的温度的影响,两个试验点的结果不完全一致。在唐河试点,网罩密度在40~120目网罩内的温度随网罩密度增加而上升,但是差异不显著;160 目网罩内温度与对照差异显著。在原阳试点,除了40目网罩内温度与对照差异不显著外,其他密度网罩内温度均比对照升温显著。对于湿度而言,唐河点的网罩内空气湿度均比无网罩的对照低,但是差异均不显著。对于有网罩的处理,在网罩密度为40目、80目至120目时,空气湿度逐渐降低,但是160目网罩内反而略有上升,只是这些增减和降低均差异不显著。在原阳,40目、80目至120目网罩内的湿度逐渐降低,但是40目、80目网罩内湿度降低没有达到显著水平,这与唐河点结果一致。但是120目网罩内湿度为所有密度网罩内最低的,而且达到显著水平。在原阳试点,160目网罩内湿度也表现上升,与唐河试点结果一致。不同之处,原阳试点160目网罩内的湿度比对照还高,是所有处理中最高的。造成这样结果的原因可能是,网罩内空气湿度是由环境空气湿度与网罩内土壤湿度共同作用的结果。随着网罩密度的增加,外界环境的水汽更难进入网罩内,造成随着网罩密度的增加网罩内的空气湿度下降。160目网罩内湿度上升,可能是由于这个密度的网罩既不利于外界环境的湿气进入,也不利于網罩内空气外出,形成更为密闭环境,因此网内的湿度更高。

原阳和唐河两个试验点的实验结果均表明,40~160目网罩均不能完全杜绝外来花粉进入,从而引起网罩内不育系产生杂交种子。只是,随着网罩密度的增加,外来花粉进入网内产生的杂交种产量大幅度下降。下降的幅度,在不同年份、不同地点,存在差异。原因可能是由于不同年份、不同地点的气候条件存在差异,如花期风力大小不同,可能会引起进入网罩的花粉数量不同。毕竟,即使40目网罩也能够隔离外来蜜蜂传粉的途径。但是同一密度的网罩内,萝卜质不育系和Polima胞质不育系上的杂交种产量下降幅度相近,说明萝卜胞质不育系接受外来花粉的能力与Polima胞质不育系相近。因此,在网罩制种时,萝卜胞质不育系使用的网罩密度可以与Polima胞质不育系的相同。鉴于上述网罩密度对网罩内光照、温度和湿度的影响,建议将目前生产上普遍使用的80目网罩加密到120目,提高网罩的隔离效果,提高制种纯度和质量。160目密度虽然隔离效果优于120目网罩,但是其内湿度太高,光照强度太低,制种产量太低,不宜采用。

本实验中使用的尼龙网罩密度分别为40目、80目、120目和160目,他们对应的尼龙网罩的孔径分别为425、180、125、95 μm。四川大学王淑芬等[13]对油菜花粉的显微观察表明,白菜型油菜花粉为椭圆形,大小在37.1 μm(36.1~38.1 μm)×16.4 μm(15.3~17.5 μm)之间。钱秀珍等[14]对新疆野油菜的花粉形态观察结果表明,这些油菜花粉为圆形或近圆形,直径在22.10~27.10 μm之间。陈梅生和常桂菊[15]对甘蓝型油菜的授精过程进行了细胞学观察,发现胜利油菜花粉粒呈圆球形,直径为23.5 μm。尽管不同地点、不同类型油菜花粉大小存在一定差异,但是总体大小不超过20~40 μm范围,对应的尼龙网罩密度在400~650目之间,远远高于本实验的最大密度160目,这也可以解释为什么160目的网罩里的不育系仍然会因为外来花粉产生杂交种。邹崇顺[14]研究20目、36目、50目和60目网罩,发现所有的网罩内的油菜芥酸含量都会上升,即都不能够完全隔离外来花粉。庄静等[15]研究发现,70目网罩制种,杂交种纯度也只达到96.57%,只有无纺布才能够100%隔离外来花粉。隆文杰等[2]研究发现,即使是300目的网罩,其对花粉的隔离也只达到85%左右。董慧等[4]防虫网罩的密度在20目、40目和60目。所以目前油菜育种上隔离制种的网罩密度,只达到防虫的密度,不能满足隔离花粉的要求。

因此,为了完全杜绝外来花粉带来的种子纯度降低,可采取3种方法。一是,大幅度增加网罩密度,使其达到650目以上。但是,如此高密度的尼龙网罩,将大幅度降低网内光照,增加湿度,提高温度,菌核病发病率也将提高,种子产量和质量也将下降。因此,负作用大。二是,采用物理或者生物隔离,减少网罩外油菜花粉量,这是较为经济有效和可行的方法。为了寻求既能够得到纯度高、产量合适、对其内的光照、湿度、温度和病害影响最小的隔离网罩,还需要开展进一步的研究。第三,研究和探索采用隔离外来花粉效果更好的其它材料如无纺布作为隔离网罩。但是无纺布的强度、可重复性、透光性和以及对油菜的其他影响还需要深入研究。

4结论

通过本项研究,笔者可以得出如下结论:尼龙网罩对罩内光照、温度、湿度等生态条件都造成影响,网罩越密,影响越大。其中,影响最大的是光照强度,即使是40目最小密度的网罩,都能够引起光照强度比对照显著下降,下降幅度达到12.62%~36.92%。当网罩密度达到最大的160目时,其内光照比对照降低33.15% ~57.54%。在不同年份和地点的试验中,即使环境光照存在较大差异,相同密度的网罩内的光照强度差异也不大。因此,网罩密度是制约网罩内光照强度的关键因素。对于罩内温度和湿度,160目最高密度的网罩都是显著增加,而对于40~120目的网罩,影响没有光照那么强烈,有的增加,有的减少,差异并不都显著。由于网罩对光照、温度和湿度的影响,造成其内的油菜菌核病发病率随着网罩密度的增加而上升。

本研究中40~160目的网罩均不能完全阻隔外来花粉的进入,随着网罩密度的增加,阻隔外来花粉的能力越强。即使是最密的160目网罩,罩内种子产量也只比对照减少65.38%~81.27%,罩外进入的外来花粉仍然可以引起不育系产生开放环境下34.62%~ 18.73%的种子产量。相同密度网罩对Polima胞质不育系7600A和萝卜胞质不育系Ogu93-6A间的隔离效果差异不大,因此萝卜质不育系与Polima胞质不育系可以使用相同密度网罩。需要通过进一步研究,寻求隔离效果更好、制种质量和产量更高的网罩密度,或者开发使用其它隔离效果更好的隔离材料和隔离技术,替代目前生产上普遍使用的尼龙隔离网罩。

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