CN108308019B - 一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法，属于农业科学技术领域。本发明以芳氧苯氧基丙酸酯类为主要成份的化杀剂，自棉花现蕾期开始，每隔10‑15天喷1次化杀剂，共喷3次。自第一次喷药后约20天开始出现不育花；采用塑料授粉壶收集父本花粉，于次日上午7点‑11点见花人工授粉。利用该棉花制种方法，其杂交制种周期30‑35天。该制种技术无需人工剥花去雄，从根本上解决了棉农在7月‑8月高温酷暑期间，人工剥花去雄之苦。通过持续三年的实施证明，采用该制种技术，常年制种田每亩的制种产量可达毛子75Kg‑100Kg，制种纯度在95％‑100％。该新技术具有广阔的产业化开发应用前景。

Description

一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法

技术领域

本发明涉及一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法，属于农业科学技术领域。

背景技术

杂种具有优势是生物界的普遍现象。利用杂种优势可大幅度提高作物产量，是改良作物品质产量的重要途径。棉花是否存在杂种优势过去曾有争议，但随着世界各国不断开展的杂交棉利用的实践证实：棉花和其它作物一样也具有杂种优势。一些强优势的陆地棉品种间杂交种，其杂种一代可比生产推广种增产15％-30％；陆地棉杂种二代也有较强的增产潜力，增产幅度可达8％-10％[1]。本世纪以来，随着棉花高产育种水平达到一个新平台，要实现高产、优质、抗逆等多目标的协同提高，其育种难度愈来愈大。通过利用杂种优势，可实现棉花产量、品质与抗性的互补提高，是棉花品种实现更高水平突破的有效途径(陈旭升等，2002)。

作物利用杂种优势，杂交制种是首先面临的问题。棉花作为大棵大花作物，可以进行人工剥花去雄制种，但费工费时，生产效率较低。Eaton(1957)首次报道了利用化学杀雄剂FW450喷施棉花，可使棉花花粉不育，并进行不去雄杂交制种试验。Eaton的论文发表以后，国内外一度兴起了棉花利用化学杀雄手段生产杂交种子研究的热潮。因为利用化学药剂杀死雄蕊的正常受精能力，具有目前所有有性杂交技术无法比拟的优势：(1)可省去人工去雄，杂交配组既方便又灵活；(2)可免除在利用雄性不育系选择亲本方面受不育系遗传背景的约束，也不需要保持系来保持它的不育性；(3)利用雄性不育系(三系法、二系法)培育的杂交棉F₁容易出现高温花粉不育现象；而化学杀雄母本本身是可育的，不存在不育基因，可最大限度地避免因遗传与环境互作可能产生F₁代不育的问题，不存在因此导致棉铃脱落带来的潜在减产风险。不过值得指出的是，能够在生产上推广应用的理想杀雄剂应具备以下几个基本条件：(1)对棉株的营养体基本没有伤害；(2)对雌性生殖器官没有明显不良作用，对种子的发育没有明显影响，不孕籽率基本正常；(3)对环境友好，没有毒副作用；(4)药源易得，价格低廉；(5)能达到生产上对杂交棉制种纯度的基本要求，并具有较高的制种产量。

国内外报道的曾在棉花上使用过的杀雄剂有：2、3-二氯异丁酸钠(又称FW-450)，2、2-二氯丙酸钠(又称茅草枯)，顺丁烯二酸联氨(又称MH或青鲜素)，三氯乙酸，TD1123，OMT，化学杀雄剂1号等(曲健木，1980；Olvey,et.al.，1981、1986；Ladyman,et.al.，1990；陈时洪等，2001)；但未见有其中一种化学杀雄剂在棉花杂交制种生产实践上进行推广应用(纪从亮等，2010)。二十世纪末，随着抗草甘膦转基因棉花的育成，国内外关于将草甘膦作为棉花杀雄剂有较多研究报道(美国孟山都公司，1999年；孟庆忠等，2010；梅磊等，2013；刘吉焘等，2014)；但至今也未见其在棉花制种生产实践中推广应用。彭凡嘉等(2016)研究结果表明：在草甘膦稀释50-100倍条件下喷药，会影响棉花花粉的败育率，喷施棉花全株能实现全株败育；但高浓度草甘膦多次喷施会导致杂交铃不能正常成铃，显示草甘膦在棉株体内富集，对棉花雌蕊发育有毒害作用，从而导致棉花制种产量的大幅度下降。

之所以至今未见化杀技术在棉花制种的生产实践中推广应用，究其主要原因不外乎以下几个方面：(1)化杀剂对棉花营养体、雌性生殖器官有毒害；(2)化杀剂杀雄不彻底，杀雄效果到不到生产上对杂交棉制种纯度的基本要求(纯度不低于95％)；(3)利用化杀剂制种的产量过低，达不到生产上对棉花制种产量的基本要求(制种生产的毛子产量一般不低于75公斤/亩)。

随着我国城市化进程的不断推进，人口红利的逐渐消失。我国一度繁荣的人工去雄棉花杂交制种技术，由于制种成本过高，近年来制种面积不断萎缩，并将很快绝迹。化学杀雄技术将是实现棉花杂交棉制种技术突破最有希望的途径之一。本发明通过研制的化杀剂，建立起一套完善的制种程序，提供了一种可在生产上推广应用的棉花化学杀雄杂交制种技术，旨在从根本上解决棉花杂种优势利用的制种技术与制种成本瓶颈，保障杂交棉生产的可持续发展。

参考文献：

[1]姚长兵、胡绍安.生物技术与棉花杂种优势利用研究之进展.棉花学报，1994，6(增刊)：10-14

[2]陈旭升，狄佳春，刘剑光，许乃银，肖松华.棉花杂种优势应用研究现状及发展趋势.中国农业科技导报，2002，4(3)：43-46

[3]Eaton FM.Selective game tocide opens way to hybrid cotton.Science,1957,126:1174-1175

[4]曲健木.我国棉花杂种优势利用研究中几个问题的商榷.河北农业大学学报.1980，4(1)：64-74

[5]Olvey,JM.Performance and potential of F2 hybrids.Proc.BeltwideCotton Prod.Res.Con.1986:101

[6]Olvey,JM et al.TD-1123:Selective male gametocide.Prod.BeltwideCotton Prod.Res.Conf.1981:84

[7]Ladyman,JAR et al.Activity of a novel chemical hybridizing agentin field grown cotton.Field Crops Research,1990,23:177-180

[8]陈时洪等.棉花化学杀雄剂1号对棉花吸收矿质营养元素的影响.棉花学报，2001，13(1)：7-10

[9]Shan,D Met al.Engineering herbicide tolerance in transgenicplants.Science,1985,233:478～481

[10]Mitten DM et al.Genetically-engineered herbicide tolerantcotton.Beltwide Cotton Conferences,1990:97

[11]纪从亮，邹芳刚，史伟.杂交棉化学杀雄制种技术进展.中国棉花，2010,37(7)：2-4

[12]孟庆忠，王贵春，李国荣，张涛.草甘膦作为棉花杀雄剂应用研究初报.湖北农业科学,2010,49(11):2706-2708

[13]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.棉花学报，2013，25(2)：115-120

[14]刘吉焘，狄佳春，陈旭升.草甘膦诱导抗草甘膦棉花花药中激素和游离氨基酸的变化.分子植物育种，2014，12(3)：530-536

[15]彭凡嘉，巩养仓，周德桂，陈浩东，匡政成，张雪林，张学文.抗草甘膦棉花种质湘X157在棉花简化制种中的应用初探.2016，43(11)：13-15

[16]陈旭升，狄佳春，赵亮.转基因抗虫杂交棉“星杂棉168”品种特性分析.江苏农业科学，2014，42(11)：126-127

三、发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种涉及棉花化学杀雄的杂交制种方法，研制化杀剂并通过建立一套完善的制种程序，提供了一种可在生产上推广应用的棉花化学杀雄杂交制种技术，旨在从根本上解决棉花杂种优势利用的制种技术与制种成本瓶颈，保障杂交棉生产的可持续发展。

技术方案

一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法,其特征在于,采用的化学杀雄剂含有5-15％芳氧苯氧基丙酸酯。

所采用的化学杀雄剂其质量比配方为5-15％芳氧苯氧基丙酸酯,1-5％Tween80,其余为水。

该方法具体包括:

(一)化学杀雄方法

采用所述化学杀雄剂在6月20-25日的棉花现蕾初期，选择期间不下雨的日子进行第1次喷药；

稀释化杀药液，而后利用电动喷雾器在棉株全株均匀喷药，力保每片叶片都喷到药液，此后每隔10-15天，选期间不下雨的日子喷药；整个制种周期共喷3次化学杀雄剂。

(二)杂交授粉方法：

1)授粉前的清理工作

离第一次喷药后18-22天，母本将出现花粉不育，将此前开的花、结的大小铃去除干净；

2)摘花取粉

在下午4-6点摘父本次日要开的花朵，带回贮花室，摊薄过夜；次日上午7：00，拨开花瓣，用牙刷将花药带花粉刷落纸上，倒入塑料授粉瓶，花粉量至少1/2瓶；

3)授粉时间

在上午7：00-11：00见花进行授粉；

4)授粉方法

授粉前将亲本花粉收集在小瓶子内，授粉时一只手拿授粉瓶，另一只手将花瓣摊开，露出花柱，倒转授粉瓶，瓶底空圆心对准花柱，轻轻将柱头套入，握瓶手转动一下，然后退出柱头，拿开小瓶，授粉即完毕。

(三)化杀杀雄制种周期

从第一次喷药后18-22天开始杂交制种，整个化学杀雄制种周期维持30-35天，一旦制种亲本出现可育花，制种即告结束。

所述共喷3次化学杀雄剂；具体时间与浓度如下：

第1次：6月20-25日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝30ML∶1000ML；

第2次：7月1日-5日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝22ML∶1000ML；

第3次：7月10-15日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝20ML∶1000ML。

所述授粉时间，如遇露水或雨天推迟授粉，将花粉存放在温度为10℃的冷藏箱内，或选择凉爽的温度不超过20℃的地方摊薄，以便保持花粉生活力；如遇高温干旱天气，提早授粉，一般在上午10：00以前结束。

摘花取粉时如初期花量少、花粉少，则采用体积小的塑料针筒授粉壶收集花粉。

制种结束后，去除制种母本棉株上所有花蕾、空枝、边心，摘除花朵，制种父本全部拔去。

有益效果

通过利用本专利技术，可达到以下有益效果：

1、解棉农高温剥花去雄之苦：棉花人工去雄制种，一般在7月上旬-8月中旬的高温期间；下午3点左右开始，需冒烈日高温下田做人工剥花去雄。因酷暑高温，近年来找制种工人越来越困难，制种的工价也因此不断上涨。而本发明无需人工剥花去雄，只需在温度较低的上午(一般上午7点至11点)进行人工授粉即可。

2、无需对授粉的花器做记号：人工去雄剥花后一般要挂红线条做记号，否则次日上午很难找到已去雄的花朵进行授粉。本发明因为未做人工剥花，次日开的花朵很容易通过肉眼找到；因此不需要对次日拟授粉的花朵做记号。

3、用工渠道拓宽了：人工剥花去雄不但要冒高温酷暑，而且剥花需要一定技巧，一般需经过一定训练的年轻人才能操作。本发明不剥花、只需授粉，因此农村年纪较大的棉农自己也能操作；用人渠道大大拓宽，有利于该技术的推广应用。

4、极大降低杂交制种成本：人工剥花是棉花制种最辛苦、也是用工成本最多的环节。化学杀雄，因省去了人工剥花环节，杂交制种成本至少减少30-50％。另外，化学杀雄也省去了检查人工剥花去雄是否彻底的环节，因此同时可减少棉花杂交制种的管理成本。

5、本发明化杀剂在现蕾后的6月20-25日开始，每隔10-15天喷一次化杀剂，制种期共喷3次，使棉花的化学杀雄率达98％以上，制种杂交率达95％以上。该技术制种时间延续30-35天，制种的毛籽产量达每亩75公斤以上，制种成本比人工去雄制种降低50％左右。

通过持续三年的实施证明，采用该制种技术，常年制种田每亩的制种产量可达毛子75Kg-100Kg，制种纯度在95％-100％。该新技术具有广阔的产业化开发应用前景。

四、附图说明

图1、喷化杀剂后母本花器结构的变化

A：喷化杀剂；B：未喷对照

五、具体实施方式

1、化杀剂的效果

配制化杀剂：质量比配方为10％芳氧苯氧基丙酸酯(购自山东新农基生物科技有限公司；分子式：C₁₆H₁₃ClF₃NO₄),2％Tween80,其余为水。

以星杂棉168的母本DP36(公知公用)做为化杀亲本，浓度为化学杀雄剂∶水＝22ML∶1000ML，在不同时间对DP36进行整棵棉株的整体喷雾，每隔15天喷一次，共喷4次。观察各时期喷药后，其化学杀雄效果见表1。由表可见：第一次喷药后20天出现不育花，不育花延续期10天；第2次15天出现不育花，不育花延续期15天；第3次11天出现不育花，不育花延续期14天；第4次是10天出现不育花，不育花延续期15天。这显示不同时期喷药效果具有一定差异。另外，该化杀剂与长江流域7月-8月期间的高温叠加，对花器杀雄效果具有某种累加效应。

表1、化杀剂对DP36的化学杀雄效果

喷药时间	杀雄效应始发日	杀雄效应结束日	化杀持续期(天)
				6月20日(初蕾期)	7月10日	7月20日	10
7月5日	7月20日	8月5日	15
				7月20日	8月1日	8月15日	14
8月5日	8月15日	8月30日	15

化杀效果见图1。由图可见：喷化杀剂出现的不育花，其花器的特征类似棉花不育系的花朵：即花丝缩短、花药干瘪、柱头明显高出花药，未见散粉；而未喷化杀剂的对照，其柱头与花药基本持平，能正常散粉。

2、化杀杂交制种程序

通过多年的实践摸索，我们找到了一种适宜生产应用的化学杀雄杂交制种方法。该方法满足棉花杂交制种产业化的5个条件：(1)对棉株的营养体没有伤害；(2)对雌性生殖器官没有明显不良作用，对种子的发育没有明显影响；(3)对环境友好，没有明显毒副作用；(4)药源易得；(5)制种能达到生产上对杂交棉纯度的基本要求，并具有较高的制种产量与效益。

前面的研究显示：化学杀雄剂的杀雄效果与长江流域7月-8月期间的高温对花粉育性的不良影响具有叠加效应；因此本发明采用逐次降低喷施浓度的方法。即自见蕾初期(一般在6月20-25日)，选择不下雨的当日下午，按特定体积浓度，在棉株全株均匀喷药(喷洒3小时后下雨不影响药效，不需要重喷)，每隔10-15天喷1次，共喷药3次，喷施浓度第1次最高，而后依次降低。经几年的制种实践证明：该方法既有利于降低制种棉铃的不孕籽率，也有利于提高制种产量。具体喷药的时间与浓度如下：

第1次：6月20-25日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝30ML∶1000ML；

第2次：7月1日-5日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝22ML∶1000ML；

第3次：7月10-15日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水＝20ML∶1000ML。

杂交授粉方法

1)授粉前的清理工作

离第一次喷药后约20天，母本将出现花粉不育，将此前开的花、结的大小铃全部清理干净。

2)摘花取粉

下午5点左右摘父本的花，带回家，摊薄过夜。次日上午7：00前后，拨开花瓣，用牙刷将花药带花粉刷到纸上，倒入塑料授粉瓶。花粉量至少1/2瓶。前期如花少，可采用体积较小的塑料针筒授粉壶收集花粉。

3)授粉时间

在上午(7：00-11：00)见花进行授粉。如遇露水太大或雨天，可适当推迟，将花粉存放在冷藏箱内(温度约为10℃)，或选择凉爽的地方摊薄(温度不超过20℃)，以便保持花粉生活力；如遇高温干旱天气，应适当提早授粉，一般在上午10：00以前结束。

4)授粉方法

授粉前将亲本花粉收集在小瓶子内。授粉时一只手拿授粉瓶，另一只手将花瓣摊开，露出花柱，倒转授粉瓶，瓶底空圆心对准花柱，轻轻将柱头套入，握瓶手转动一下，然后退出柱头，拿开小瓶，授粉即完毕。

制种周期：制种周期30-35天。喷后20天开始杂交制种，整个制种周期约30天-35天。一旦制种亲本群体开始出现可育花，制种即结束。

后期清理：制种结束后，去除制种母本棉株上所有花蕾、空枝、边心，连续一星期摘除花朵。制种父本应全部拔去。

3、化杀剂的杀雄效果

利用化杀剂对亲本DP36进化学去雄试验，整个制种期共喷3次。在喷后的20天左右，即7月15日开始出现不育花；采用具有形态标记性状的亚红株突变系“苏Rs棉1号”为父本进行杂交授粉。在吐絮期分上、中、下三个部位收杂交棉铃，轧花保留杂交棉种。次年3月取不同部位的杂交种子，在苗床营养钵育苗，出苗后根据叶色检测杂交纯度，结果见表2。由表可见：喷化杀剂后对亲本DP36的平均化杀杂交率超过99％，与人工去雄杂交率相当；而未去雄对照的杂交率为0。

表2、喷化杀剂不同部位棉铃的杂交率

4、化杀杂交种F₁的经济性状表现

与人工去雄获得的杂交种相比，采用化学杀雄所获得的杂交种子，其种子的经济性状表现是否会发生变化呢？我们做了以下比较试验。

4.1、化杀杂交种F₁的基本农艺性状表现

分析化学杀雄剂对杂交F₁有关农艺性状的影响，我们对审定品种星杂棉168分别采用化学杀雄制种、人工去雄制种的比较试验。获得的杂交种，其主要农艺性状表达见表3。由表可以看出，与人工剥花去雄获得的杂交种相比,用化学杀雄所获得的杂交种子，除不孕籽略高外，其他农艺性状——籽指、衣分、每囊粒数、单铃重均不存在明显差异。

表3、化学杀雄剂对杂交F₁有关农艺性状的影响

4.2、化杀杂交种F₁产量表现

进一步分析两种制种模式的获得的杂交种，其F₁的产量表现见表4。由表可见：人工去雄获得的杂交种F₁的籽、皮棉产量与通过化学杀雄获得杂交种F₁的籽、皮棉产量，均不存在统计上的显著差异。

表4、两种杂交制种模式杂种F₁的产量表现

4.3、化杀杂交种F₁的纤维品质性状的表现

化学杀雄制种杂交F₁与人工制种杂交F₁的纤维品质测试结果见表5。由表可知，人工制种杂交的纤维品质指标——长度、整齐度、马克隆值、伸长率、比强度，与化学杀雄制种杂交F1的纤维品质指标相比，均不存在明显差异。

表5、两种杂交制种模式杂种F₁的纤维品质表现

5.化杀杂交制种的产量与效益

对陆地棉杂交组合星杂棉168用化杀技术与人工去雄制种进行比较试验(见表6)。两种制种模式的母本均为DP36。化学杀雄分别于6月25日、7月5日、7月15日共喷3次化杀剂。7月14日开始出现不育花，当日下午清理此前的早花、早桃；7月15日上午开始杂交授粉，8月15日授粉结束。对照人工去雄杂交制种，是从7月5日下午开始剥花，次日上午开始授粉，8月15日上午授粉结束。

2种制种模式的制种产量见表6。由表可见：化学杀雄制种的毛子产量为90.5Kg/亩，人工去雄制种的毛子产量为94.6Kg/亩，均表现较高的制种产量水平，化杀制种的毛子产量达人工去雄制种产量的95.7％。而制种天数：化杀去雄制种的授粉时间从7月15日到8月15日，制种周期为期31天；人工去雄的制种周期，从7月5日下午开始剥花到8月15日授粉结束，历时41天。前者比后者的制种天数缩短了10天。

表6、星杂棉168杂交制种的种子产量

自2015年以来，本发明化杀剂在江苏王集试验站进行持续3年的化学杀雄杂交制种生产应用试验。与人工去雄制种相比，化学杀雄杂交制种的周期一般可缩短10天左右，制种产量一般为人工去雄制种产量的95％以上。常年化学杂交制种产量可达90Kg/亩(不低于75Kg/亩)；而制种成本则只有人工去雄制种成本的50％左右，其经济与社会效益非常明显。

当前杂交棉人工制种的用工成本已达瓶颈，杂交种的价格也连年攀升，以致杂交棉在长江流域的推广应用的难度越来越大。在此背景下，可利用化学杂交技术进行制种的杂交棉新品种“星杂168”的育成与适宜生产应用的化学杂交制种技术的推广应用，将给我国杂交棉的未来带来新的变化。

Claims (5)

1.一种适宜生产应用的棉花化学杀雄杂交制种方法, 其特征在于,具体方法为：

（一）化学杀雄方法

采用棉花化学杀雄剂在6月20-25日的棉花现蕾初期，选择期间不下雨的日子进行第1次喷药；

稀释化杀药液，而后利用电动喷雾器在棉株全株均匀喷药，力保每片叶片都喷到药液，此后每隔10-15天，选期间不下雨的日子喷药；整个制种周期共喷3次化学杀雄剂；

采用的化学杀雄剂其质量比配方为5-15%芳氧苯氧基丙酸酯,1-5%Tween80,其余为水，所述芳氧苯氧基丙酸酯分子式为：C₁₆H₁₃ClF₃NO₄；

（二）杂交授粉方法：

1）授粉前的清理工作

离第一次喷药后18-22天，母本将出现花粉不育，将此前开的花、结的大小铃去除干净；

2）摘花取粉

在下午4-6点摘父本次日要开的花朵，带回贮花室，摊薄过夜；次日上午7：00，拨开花瓣，用牙刷将花药带花粉刷到纸上，倒入塑料授粉瓶，花粉量至少1/2瓶；

3）授粉时间

在上午7：00-11：00见花进行授粉；

4）授粉方法

授粉前将亲本花粉收集在小瓶子内，授粉时一只手拿授粉瓶，另一只手将花瓣摊开，露出花柱，倒转授粉瓶，瓶底空圆心对准花柱，轻轻将柱头套入，握瓶手转动一下，然后退出柱头，拿开小瓶，授粉即完毕；

（三）化杀杀雄制种周期

从第一次喷药后18-22天开始杂交制种，整个化学杀雄制种周期维持30-35天，一旦制种亲本出现可育花，制种即告结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述共喷3次化学杀雄剂；具体时间与浓度如下：

第1次：6月20-25日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水=30ML∶1000ML；

第2次：7月1日-5日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水=22ML∶1000ML；

第3次：7月10-15日，喷药体积浓度为化学杀雄剂∶水=20ML∶1000ML。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述授粉时间，如遇露水或雨天推迟授粉，将花粉存放在温度为10℃的冷藏箱内，或选择凉爽的温度不超过20℃的地方摊薄，以便保持花粉生活力；如遇高温干旱天气，提早授粉，一般在上午10：00以前结束。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，摘花取粉时如初期花量少、花粉少，则采用体积小的塑料针筒授粉壶收集花粉。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制种结束后，去除制种母本棉株上所有花蕾、空枝、边心，摘除花朵，制种父本全部拔去。

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