全 文 ：第 21卷 第 1期
2000年 3月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal o f Inner Mongo lia Ag ricultural Univ er sity
Vo l. 21 No. 1
Mar. 2000
文章编号: 1009- 3575( 2000) 01- 0085- 06
影响苜蓿雄性不育系杂交制种产量因素的分析*
石凤翎 1 , 李红 1 , 周丽梅 2 , 贾鲜艳 1
( 1 内蒙古农业大学生态环境学院 ,呼和浩特 010019; 2 巴彦淖尔盟磴口县第一中学 ,磴口 015200)
摘要: 苜蓿雄性不育系 M S— 4与其雄性可育系—— 草原 1号苜蓿在外部形态上相似 ,仅能从花粉的大小及形
态上区分。经扫描电镜观察发现它们在柱头形态上也存在差异 ;在呼市地区传粉昆虫对苜蓿雄性不育系 M S— 4与
其杂交父本 (新疆大叶苜蓿间的选择性访花行为不明显 ;将 M S— 4和草原 1号雄性可育系分别与同一父本进行人
工杂交试验 ,结果表明: M S— 4结荚率显著 ( P < 0. 05)低于可育系 ,而每荚种子数及千粒重均无明显差异。 M S— 4
雌性器官的遗传特性可能是影响 MS— 4杂交制种产量低的重要原因。
关键词: 苜蓿 ; 雄性不育系 M S— 4; 制种产量 ; 传粉昆虫
中图分类号: S813. 1; S551· 7 文献标识码: A
ANALYSIS ON FACTORS AFFECTING SEED PRODUCTION
OF MALE- STERILE LINES IN ALFALFA
Shi Feng- l ing
1 , LI Hong1 , Zhou Li- mei2 , JIA Xian- yan1
( 1 Co lleg e of Ecolog y and Envir onmental, Inner Mongo lia Ag ricultural Univ e rsity , Huhho t 010019;
2 First Schoo l o f Dengkou Count ry , Dengkou 015200)
Abstract: Morpho log y of the M S- 4 male- sterile line of Medicago sativa L. is v ery simi lia r to that of
Medicago varia Martion. CV. Caoyuan NO. 1 . The two alfalfa lines are dif ferent in the size and shapes of
pollen g rain. Minor dif ferences w ere also found in the mo rpholo gy of the stigma. In Huhho t area,
pollinating insects show ed lit t le preference to the f low ers o f the tw o lines. M S- 4 line and a no rmal line of
Caoyuan ON. Iwerw used to seperately cross w ith a male parental line of alfalfa. The resul ts indicated
that the cro ss signi ficant ly reduced the pod production po tential in terms of number o f pode per plant in the
M S- 4 line . No dif ference w as found in the number of seeds per pod and the seed w eight betw een the tw o
crosses. It w as assumed that the genetic build- up of the M S- 4 line may be the main facto r capaci ty o f the
plant.
Key words: al falfa; male sterile Line M S- 4; seed production; pollina tiong insect
收稿日期: 2000- 01- 18作者简介: 石凤翎 ( 1964— ) ,女 ,副教授 ,在职博士生 ,从事牧草栽培与种子学研究 .
引 言
玉米、水稻等作物成功地利用杂种优势称为又一次世界绿色革命 ,对提高农作物产量具有重要意义。 利
用苜蓿雄性不育系配制杂交种是杂种优势利用的重要方法和有效途径 ,这已被国外的大量科学试验所证
实 [1, 2 ]。通过苜蓿雄性不育性利用其杂种优势可以大幅度增产 [3 ] ,同时要比农作物雄性不育性的利用容易的
多。苜蓿作为牧草利用的是其茎叶而不是种子 ,而且可以用枝条扦插的方法繁殖和保持不育系 ,因此在没有
保持系和恢复系的时候也可杂交制种。世界许多国家的牧草育种工作者先后开展了对苜蓿雄性不育系的选
育及其利用研究 [1, 2, 4 ] ,但至今仍未发现在生产上大面积利用杂交苜蓿的报道。
我国在 70年代也开始了对苜蓿雄性不育系的选育工作。 吴永敷教授于 1978年从草原 1号杂花苜蓿中
选育出完全不育的苜蓿雄性不育系 MS— 4[7, 8 ] ,经过近 20年的潜心研究 ,配制了几个强优势组合 ,其中发现
MS— 4与新疆大叶苜蓿的杂种优势潜力最大 ,目前已进入批量制种及品比试验阶段。但由于 M S— 4制种产
量低 ,限制了杂交苜蓿的推广应用。
为更好地利用苜蓿雄性不育系 MS— 4,配制有更广泛用途的杂交种 ,提高杂交苜蓿制种产量 ,我们于
1998年～ 1999年 ,对 MS— 4及其强优势组合的杂交亲本进行了植物学特征及生物学特性的观察 ,并进一步
分析了苜蓿杂交制种的产量性状及其影响因素 ,这在为杂交苜蓿尽早在生产上大面积推广利用提供了科学
理论依据和方便可行的制种技术等方面均具有重要的意义。
1 材料与方法
1. 1 供试品种 (品系 )
苜蓿雄性不育系 M S— 4,新疆大叶苜蓿 ( Medicago satiua L. cv. X`in jiang Daye ) (简写成 MX, )草原 1
号苜蓿 ( Medrcago uaria Martin. cv . C`aoyuan NO 1 简写成 MC)
1. 2 试验设计及方法
1. 2. 1 制种田设置 在呼和浩特市内蒙古农业大学牧草试验站、蔬菜站、果园分别设置了制种隔离区。每一
隔离区制种田均采用两行雄性不育系与两行杂交父本相间种植 ,株行距均为 50cm。在其中的 1个隔离区内
于苜蓿开花期放养切叶蜂 ( 7. 25万头 /hm2 )。
1. 2. 2 不育系 MS— 4真实性鉴定 为获得杂交率 100%的杂交苜蓿种子 ,在苜蓿开花始期挂牌标记雄性
不育系行内各株丛 ,定株取其正要开放的小花回室内用绵蓝染色液染色镜检 ,凡花粉粒染色较浅且小而瘪的
均为不育系植株 ,否则为可育株 ,一旦发现便立即拔除。
1. 2. 3 杂交苜蓿亲本植物学特征观察 花粉及柱头形态观察于苜蓿开花期采集小花 ,固定于 2. 5%戊二醛
溶液中 ,经各种处理后粘在样台上:用日立公司 S— 530型扫描电镜观察并拍照。
1. 2. 4 生长速度测定 随机标记 10株 M S— 4和 10株 MX,每隔 7d对其生长的绝对高度测量 1次。
1. 2. 5 开花习性调查 主要对其花序开放顺序、开花持续期及 1d内的开花动态等进行调查。
1. 2. 6 人工杂交试验 于苜蓿开花盛期进行 3个组合的人工杂交 [ ( M S- 4× MX) , ( M S- 4× MC) , ( M C
× MX) ]每一组合杂交 50朵花。在种熟期统计各组合的结荚数、每荚种子数、千粒重。
1. 2. 7 构成种子产量潜在因素及单株种子产量调查 在苜蓿开花盛期于各隔离区内随机定株调查杂交苜
蓿亲本的小花数 /序 ,枝条数 /株 ,并于种子成熟期随机取 10株回室内测定结荚数 /序 ,种子数 /荚 ,及单株种
子产量。
1. 2. 8 一日内野生蜂在杂交苜蓿制种田访花行为观察 在苜蓿开花期选择晴朗无风的天气 ,于上午 6: 30
～ 下午 19: 00,对 MS— 4及新疆大叶苜蓿株丛间访花的野生蜂数目、停留部位及时间进行统计。
86 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2000年
2 结果与分析
2. 1 苜蓿雄性不育系 MS— 4植物学特征
MS— 4是从草原 1号苜蓿中选育出来的 ,它们同是紫花苜蓿与黄花苜蓿的远缘杂交后代 ,所以两者在
外部形态上非常相似。 草原 1号苜蓿茎绿色或紫绿色 ,以绿色为主 ;花的颜色有深紫色、杂色等 ;花粉粒饱满
呈球状或长球形 ,具三孔沟型萌发孔 (图版Ⅰ — 1) ;开花期柱头通常具有膨大的表面。柱头表皮边缘细胞外延
为毛状体 (约 100μm长 ) ,中心的细胞隆起呈乳突状 ,毛状体伸展 ,外表具有粘液捕捉花粉能力较强 (图版
Ⅰ — 2)。 MS— 4茎以紫绿色为主 ;总状花序较短 ,小花排列疏松 ,花为杂色 ;花粉粒皱瘪 (图版 I— 3) ;开花期
柱头的毛状体紧包中心的乳突状部分。因而造成柱头表面相对较小 ,接受花粉的能力明显弱于草原 1号苜蓿
(图版 I— 4)。 MS— 4的这一特征可能是制约 MS— 4杂交制种产量低的 1个重要原因。
87第 1期 石凤翎等: 影响苜蓿雄性不育系杂交制种产量因素的分析
2. 2 MS— 4及新疆大叶苜蓿的生长特性
MS— 4和新疆大叶苜蓿在呼市地区的物候期基本一致 [5 ]。两者花期相遇 ,为杂交制种奠定了良好的基
础。但两者在生长速度上存在一定差异 (图 2)。 根据测得数据建立生长曲线模拟方程如下:
hmx= 112. 43÷ [1+ e( 2. 8338- 0. 5698t) ]
hms= 121. 35÷ [1+ e( 3. 2459- 0. 5711t) ]
(其中: hmx表示新疆大叶苜蓿的生长高度 , hms为 MS- 4的生长高度 , t表示生长时间 , t= 2. 718)
·
·日
/月
MS- 4
▲ MX
▲▲▲
▲
▲
▲
▲
▲
▲
▲▲▲
13
/4
26
/4
3
/5
10
/5
17
/5
24
/5
31
/5
7
/6
14
/6
21
/6
25
/6
5
/7
12
/7
19
/7
生长时期
140
120
100
80
60
40
20
0
生
长高
度
图 2 MS- 4和 MX生长曲线
从图 2可看出 ,在返青至初花期 M S— 4的生长高度明
显 ( P < 0. 05)低于 MX,这可能是由于 M S— 4扦插繁
殖根颈部贮备的营养物质少等原因所造成的。 开花期
两者生长高度达到一致 ,这样有利于昆虫的传粉。至 6
月 28日以后 , M X的生长高度基本处于停止状态 ,而
转入旺盛的生殖生长 (种子发育成熟阶段 )。 但此时
MS— 4仍在继续长高 ,这可能是由于 MS— 4在生殖
生长过程中花粉败育 ,所需茎叶光合产物相对较少 ,与
营养生长需要还构不成竞争。 但至 7月 12日以后 ,由
于 MS— 4大部分小花已开放并且完成受精过程而进
入种子成熟阶段。此时则需大量营养物质 ,即茎叶光合
产物均“流向”种子 ,而枝条自身的营养生长由于缺乏
足够的光合产物而停止。
2. 3 开花习性
2. 3. 1 开花的顺序及持续期 扦插后生长第 2年的 MS— 4没有主茎 ,通常由根颈部长出的一级分枝的花
序先开 ,然后按分枝形成先后依次开放。每一分枝基部的花序先开 ,再依次由下而上依次开放。 苜蓿为无限
花序 ,当大部分种子成熟时 ,还有部分花序在开花 ,一般开花可持续到 9月下旬。 对于每一花序开花持续期 ,
M S— 4为 3d～ 5d, MX为 4d～ 7d;花粉供体的开花持续期相对较长 ,可保证 MS— 4有充足的花粉供应。 这
对 MS— 4的杂交制种产量的提高有一定益处。
2. 3. 2 一日内开花动态 在呼市地区 MS— 4小花开放动态与草原 1号苜蓿 ( M C)、新疆大叶苜蓿 ( MX)的
基本一致。它们的特点是 ,晴天一般在上午 8时左右开放 ,以后随气温的逐步升高开花数逐渐增多 , 10时～
14时达到开花高峰 ,然后又逐渐减少。 傍晚 18时～ 20时左右停止开放。阴雨天仍有小花开放 ,但开花的数
量比晴天少得多 ,开花的适宜温度为 22℃～ 27℃ ,适宜相对湿度为 53% ～ 75%。苜蓿的开花高峰期正好与苜
蓿田某些野生蜂的活动高峰期相一致 [6 ] ,这就为杂交制种提供了便利条件。
2. 4 影响杂交苜蓿制种产量的潜在因素及单株产量分析
对于 1个单株而言 ,其生殖枝数、每个生殖枝的花序数、每花序结荚数、每荚种子数是构成单株种子产量
的重要因素。 除此之外 ,合理的田间管理、制种田传粉昆虫的数量等也是影响苜蓿种子产量的关键因素 [ 7、 8]。
2. 4. 1 野生蜂对 MS— 4杂交制种的影响 据徐环李等报道 [6 ]内蒙古地区苜蓿田主要授粉蜂有 21种。我们
的观察结果与其相近 , 1d内野生蜂访花数量见表 1。 1d内 8时～ 14时 ,为野生蜂活动的高峰期。 8时～ 11时
野生蜂多数落在植株的中上部花序上 , 11时～ 14时则多飞行于植株中部的花序上。14时～ 19时野生蜂在田
间活动的数量逐渐减少。野生蜂在 M S— 4与 MX间着落的次数接近 ,说明野生蜂在两者间访花选择性不明
显。因此 ,在利用 MS— 4进行杂交制种的过程中 ,应创造良好的环境条件吸引更多的野生蜂 ,以便提高苜蓿
杂交制种产量。
88 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2000年
表 1 一日内苜蓿制种田野生蜂单株访花数量 (头 )
时间 (时 ) 7～ 8 8～ 9 9～ 10 10～ 11 11～ 12 12～ 13 13～ 14 14～ 15 15～ 16 16～ 17
M S- 4 22 49 74 66 47 45 28 32 34 21
MX 18 36 49 51 52 43 23 29 33 24
2. 4. 2 人工杂交制种的产量性状 为了准确分析影响 MS— 4杂交制种产量性状的重要因素 ,我们对
MS— 4进行了人工杂交试验 ,结果见表 2。 在同等饱和授粉的条件下 , 3种杂交组合中草原 1号雄性可育系
与 MX的杂交结荚率显著 ( P < 0. 05)高于其它两个组合 ,而每荚种子数及千粒重在 3个组合间无显著差
异。由此分析 M S— 4与雄性可育系 MC之间在接受同一父本 MX花粉至受精前的生殖过程中 ,可能存在某
些差异 ,从而造成两杂交组合的结荚率显著不同。而其主性状无差异说明在受精以后的生殖过程相同。另外 ,
结合前面的形态学观察结果分析 , ( M S— 4× MX)的杂交结荚率低的原因可能是 MS— 4柱头表面积小 ,外
缘毛状体紧包乳突细胞 ,从而影响或降低了外源花粉的着落数量及花粉萌发伸长等 ,其中有少量花粉能够正
常萌发并进入胚囊 ,然后受精结实。 所以表现出结荚率低 ,而其它性状差异不明显。
表 2 人工杂交制种产量性状比较
人工杂交组合 结荚率 (% ) 种子数 /荚 千粒重 ( g)
M S- 4× MC 41. 95B 1. 84 1. 95
MS- 4× MX 32. 72B 1. 89 2. 10
M C× MX 78. 33 A 2. 21 2. 06
2. 4. 3 放养切叶蜂对苜蓿杂交制种产量的影响 苜蓿为典型的异花授粉植物 ,需要借助昆虫来传粉 ,放养
切叶蜂可大幅度提高苜蓿种子产量 [9 ]。在呼市地区放养切叶蜂对杂交苜蓿制种产量的影响见表 3。结果表明
放养切叶蜂也可显著提高杂交苜蓿的种子产量 ( P < 0. 05)。无论是野生蜂还是切叶蜂对 MS— 4和其可育
系访花的喜好程度大体相同。由此进一步说明 MS— 4与雄性可育系间杂交制种单株产量差异乃是由 MS—
4雌性器官的遗传特性所决定的 ,而其它因素对其影响不大。
表 3 放养切叶蜂对 MS— 4制种产量的影响
处理 荚数 /序 种子数 /荚 单株种子产量 ( g )
M S- 4× MX MX× MX
放养切叶蜂 6. 05A 2. 463 A 4. 198A 6. 335A
对照 3. 67B 2. 193 A 0. 858B 4. 952B
3 讨论
3. 1 关于传粉昆虫对苜蓿雄性不育系及其可育系间的选择性访花行为
在国内外的有关文献 [9, 10 ]中均有这样的描述:利用雄性不育系杂交制种产量低的原因是因传粉昆虫不
愿造访不育系 ,而偏爱可育系所造成。在我们的观察中发现野生蜂及切叶蜂对苜蓿雄性不育系 MS— 4及其
可育系间访花无偏向。 这一点还有待进一步研究说明。
3. 2 苜蓿雄性不育系 MS— 4与其可育系在雌性器官上的差异
现仅从柱头形态上初步观察到两者的差异 ,还需进一步对其雌性器官的组织化学等进行研究 ,以便找出
更有价值、更有说服力的差异 ,为 MS— 4的利用提供依据。
89第 1期 石凤翎等: 影响苜蓿雄性不育系杂交制种产量因素的分析
3. 3 降低苜蓿雄性不育系 MS— 4杂交制种成本 ,提高制种产量有效途径的探讨
根据本试验研究结果及前人的研究经验提出如下措施 ,还有待进一步实践验证。
3. 3. 1 从根本上改造现有雄性不育系 M S— 4,利用其雄性不育基因进一步培育杂交结荚率高的雄性不育
系。
3. 3. 2 从栽培管理上下功夫。 由于传粉昆虫的数量及种类直接影响到杂交制种产量。因此 ,在制种田隔离
区内除放养一定量的切叶蜂外 ,还可在其周边种植花大艳丽或具香味的其它牧草如红豆草、草木樨等 ,以便
招引更多的野生蜂来访花。
3. 3. 3 从杂交苜蓿的利用途径上考虑 虽然杂交苜蓿制种量低 ,但可将其 F1代植株再行扦插以扩大杂交
苜蓿的利用面积 ;用 MS— 4配制的杂交苜蓿其 F1代杂种优势非常显著 ,可较对照增产 25% [3 ]。从理论上讲
其 F2代优势要衰减 ,但仍可能具有比常规品种稍高的产量 [ 11]。因此 ,为降低 MS— 4杂交制种的成本可考虑
对其 F2代的利用。
参 考 文 献:
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