农达41%水剂作为棉花杀雄剂的杂交棉制种技术研究

摘要：以转EPSPS基因的抗草甘膦棉花品系R3136为材料，研究了农达41%水剂作为棉花杀雄剂的杂交棉制种技术。结果表明，农达作为化学杀雄剂应用于杂交棉制种是切实可行的；在湖北棉区盛花期，用农达41%水剂400倍液间隔7 d喷药4～5次，可以得到符合国家标准的杂交棉种子。

关键词： 农达41%水剂；杀雄剂；花粉败育；制种

中图分类号：S562.048 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）24-6170-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.24.017

Abstract： Taking the transgenic glyphosate-resistant cotton germplasm R3136 with EPSPS as material， the hybrid cotton seed production technology of chemical hybridizing with Roundup 41% aqua was studied. The results showed that Roundup 41% aqua was feasible to apply in hybrid cotton seed production as a chemical hybridizing agent. The experiment results found that it could obtain hybrid cotton seeds in line with national standards in Hubei province， as long as the transgenic cotton germplasms K01 with EPSPS gene were treated by Roundup 41% aqua（diluted 400 times） every 7 days for 4 5 times from full-bloom stage.

Key words：Roundup 41% aqua； chemical hybridizing agent； pollen abortion； seed production

自2000年以来，杂交棉为长江中游棉区增产增收做出了积极贡献，但传统的人工去雄杂交方法随着经济的发展，人工费用逐年增加，以致棉花杂交种制种成本增加，制种纯度难于把关。1999年美国孟山都公司在国内申请专利“杀配子剂草甘膦”（申请号/专利号 99806006）。最近几年很多文章报道了草甘膦作为杀雄剂的应用。草甘膦的作用机理是特异的抑制植物中5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）的活性，耐草甘膦棉花叶片中EPSPS的表达量比非抗材料高57.0倍，但在果枝和花蕾中只高出12.4和4.0倍[1]，可见EPSPS在抗草甘膦棉花的生殖器官中表达量比营养器官低，累积高浓度草甘膦对花粉发育产生影响，这是造成花粉败育的主要原因。

2005年引进抗草甘膦种质系K01，利用系谱法选育出一批优异品系。在湖北省农业科学院武昌棉花基地研究结果发现，以不同浓度的农达41%水剂（孟山都公司生产）喷施抗草甘膦品系，农达41%水剂400倍液可致全株不育，比较其他草甘膦产品负效应最低[2]，为下一步化学杀雄应用于棉花杂交制种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

自育抗草甘膦品系R3136（母本，茎秆少毛）、常规品系P13（父本，显性光秆性状），41%农达水剂（孟山都公司）。

1.2 试验设计

试验于2011和2012年在湖北省农业科学院经济作物研究所棉花试验田进行，试验设6种处理方式（表1），每种处理方式种植133.4 m2，密度为1 500株/667m2。于6月下旬开始试验，每种处理方式不育花出现后剪掉开花超过2个的果枝，并去除其余自交铃，于上午人工授粉。最后一次喷药10 d后，如果连续出现3 d可育花超过5%的情况时停止授粉，剪掉剩余花蕾，一周内每天检查漏掉花并全部摘除。所得杂交种于次年种植，鉴定光秆为杂交种，毛秆为自交种。

1.3 取样及测定

自第一朵不育花出现时，选取5株记载每天的开花数和花粉育性（育性鉴定标准[2]：可育、半不育、不育）。吐絮期每处理取样50铃。每处理随机选取3个点，每点连续10株记载铃数。

2 结果与分析

2.1 花粉育性分析

2011年处理2中可育花比例为6.48%，其他3个处理可育花比例都较低（图1），2012年处理2和处理4可育花比例都超过10.00%，处理3可育花比例更是达到27.75%（图2）。从两年的数据结果可以看出，处理1花粉育性在年份间差异小，其他处理方式年份间差异大。

棉花花粉发育的过程中最敏感时期是开花前15 d前后，这一时期遭遇高温会导致花粉败育[4]，同时也是抗草甘膦棉花花粉对草甘膦最敏感的时期[2，5]。2011年四个喷药处理可育花的数量较少，可育花集中出现在7月30日至8月5日，与7月14日至7月19日武汉经历了连续的低温阴雨天气有关（图3）。2012年7月25日至7月31日期间，处理3、处理4可育花量猛增（图4），2012年7月13日棉花试验地降下大雨，温度22～27 ℃，之后连续几日温度较低。在降水充足、适宜温度环境下，棉株生长旺盛，EPSPS活性增大，降解了大部分药剂，使生殖器官中农达含量降低，对花粉育性影响变小，出现可育花。2012年第二个不育花出现高峰在喷药处理末期，处理3喷药时间间隔为9 d，最后喷药时间为8月3日，到8月12日后生殖器官内农达的浓度降低到一个不足以导致花粉败育的水平（图4）。

2.2 产量分析

由表2可知，2011和2012年处理6单株结铃数最高，处理5由于人工去雄对子房造成机械损伤导致棉铃脱落增加，结铃性降低，或成铃畸形，导致每铃种子数降低，直接影响铃重和制种产量。处理1～处理4则是农达对授粉受精过程的负效应导致棉铃脱落增加[2]，进而结铃性降低，对产量造成一定影响。2011年各处理可育花比例均较低，制种纯度均超过国家标准（96.00%）。2012年处理4制种纯度95.66%，处理3制种纯度最低90.69%，未达到国家标准。

3 小结

草甘膦的喷药浓度和喷药间隔期对抗草甘膦棉花的花粉育性有很大影响[2，5]，本试验中农达41%水剂400倍液间隔7 d使用在不同年份间不育花比例最高，完全满足杂交棉制种要求。值得注意的是，在2012年试验中降水后低温对花粉的育性有很大影响，这一点在2012年河北省武强县进行的另一个试验可以得到验证，农达41%水剂400倍液在武强县对R3136花粉育性无影响，农达41%水剂200倍液可达到全株不育，而且结铃性与对照相当，制种产量高。武强县2012年7月份平均温度为23～32 ℃，而武汉2012年7月份平均温度为27～34 ℃，可见在较低温度环境下EPSPS在生殖器官中活性增大，降解农达能力加强，从而低浓度农达41%水剂累积在生殖器官的农达量不足以导致花粉败育。湖北棉区历年7月份温度为26～36 ℃，而且会出现 7 d左右的高温导致大部分棉花品种花粉败育出现，其自然条件已经对花粉的发育造成一定影响[3]，与农达41%水剂400倍液效应累加造成花粉败育。在不同制种基地用农达作为杀雄剂时，一定要对当地气候有所了解，经过试验后制定合理的制种方案。

棉花人工去雄制种需要配备45～60人/hm2，2012年普遍工价在50元/d，制种时间大约30 d，以高制种产量2 250 kg/hm2为例，折合毛子仅人工成本就高达30～40元/kg，在普通年份制种产量较低，人工成本还要增加。以农达41%水剂为杀雄剂制种，只需要配备20人/hm2左右，折合毛子人工成本仅13.5元/kg。农达41%水剂作为化学杀雄剂可以大大降低制种成本。

国家规定杂交棉种子纯度不低于96%，处理1和处理2制种纯度都在96%以上，农达41%水剂作为杀雄剂所制杂交种完全符合国家标准。

本研究表明农达作为化学杀雄剂应用于杂交棉制种是切实可行的，湖北棉区以农达41%水剂400倍液间隔7 d在盛花期喷药，喷药次数依制种进度控制在4～5次。现在棉花制种基地多在河北邯郸地区，人工成本低，干旱少雨利于棉花生长，下一步工作将在河北武强县继续进行试验，已得到大面积制种可行的数据。

参考文献：

[1] 华水金，袁淑娜，邵明彦，等.抗草甘膦棉花研究进展[J].分子植物育种，2007，5（4）：534-539.

[2] 孟庆忠，王贵春，李国荣，等.草甘膦作为棉花杀雄剂应用研究初报[J].湖北农业科学，2010，49（10）：2706-2708.

[3] 董合忠，代建龙.转基因抗草甘膦棉花及其对草甘膦抗性的时空表达[J].中国农学通报，2007，23（2）355-357.

[4] 金桂红，宋发祥.高温诱发棉花花粉败育的初步探讨[J].江苏农业科学，1981，7（3）：27-30.

[5] 梅 磊，陈进红，何秋伶，等.草甘膦对转EPSPS-G6基因棉花种质系配子育性的影响[J].棉花学报，2013，25（2）：115-120.