张勇^1,2,**, 孙石^1,**, 杨兴勇², 孙学刚¹, 吴存祥¹, 韩天富^1,*
1中国农业科学院作物科学研究所 / 农业部北京大豆生物学重点实验室, 北京100081

²黑龙江省农业科学院克山分院, 黑龙江克山161606

^* 通讯作者(Corresponding author): 韩天富, E-mail:hantianfu@caas.cn, Tel: 010-82105875 第一作者联系方式: E-mail:zhangyong6751@163.com,sunshi@caas.cn
**同等贡献(Contributed equally to this work)
收稿日期:2014-04-16 基金:本研究由“十二五”农村领域国家科技计划(2011BAD35B06), 中国农业科学院科技创新工程和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-04)资助;

摘要为了加快育种进程, 拓宽新品种的遗传基础, 提高大豆在南繁条件下的杂交结实率, 本研究选用7个东北春大豆早熟品种, 在海南三亚进行光照处理和杂交技术试验, 观察供试品种在长日照(18 h)处理和三亚自然短日照条件下植株形态、生长发育进程、花器官特征和花粉育性的变化, 并研究光照处理、母本是否去雄和母本花蕾大小对杂交效果的影响。结果表明, 海南冬季自然短日照致使大豆开花持续时间缩短, 株高、花朵数量和单花重量降低, 花朵及其各组成部分变小(P<0.01), 花粉败育率上升(P<0.01)。以自然短日照处理植株作母本、长日照处理的材料作父本, 在母本植株上选大花蕾, 采用不去雄杂交, 获得64.36%的杂交结实率, 可基本满足杂交育种的需要。基于试验结果, 提出了南繁条件下提高大豆杂交成功率的综合技术方案。

关键词:大豆; 南繁; 自然短日照; 长日照处理; 杂交技术
Improvement of Soybean Hybridization Success Rate during Winter Nursing in Hainan Island
ZHANG Yong^1,2,**, SUN Shi^1,**, YANG Xing-Yong², SUN Xue-Gang¹, WU Cun-Xiang¹, HAN Tian-Fu^1,*
1 Key Laboratory of Soybean Biology (Beijing) / Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

² Keshan Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Keshan 161606, China

Fund:
AbstractTo accelerate the soybean breeding progress and to broaden the genetic basis of new varieties, it is necessary to improve the hybrid seed-setting rate of soybean during winter nursing. Seven early-maturing soybean varieties from northeast China were selected in hybridization experiments with photoperiod treatments in Sanya, Hainan, China. Morphological traits, growth and development periods, floral organ characteristics and pollen fertility were observed or documented under long day (LD, 18 h) treatment and normal short day (NSD) conditions, respectively. At the same time, the effects of light treatment, emasculation of the female parent, and flower bud size on the hybridization were investigated. The results showed that under the NSD environment in Sanya, the flowering period and plant height shortened, the flower number and single floral weight decreased, the flower and its constituents became smaller, and the pollen sterility rate increased (P<0.01) as compared with those under LD treatment (P<0.01). Taking the plants with big flower bud under NSD as the female parent, and the plants under LD treatment as the male parent, we made the crosses and pollinated without emasculation, with the hybrid seed-setting rate of 64.36%, which is high enough for breeding purpose. According to the results, we propose the solution for improving the hybridization success rate of soybean in winter nursery.

Keyword:Soybean; Winter nursery; Normal short day; Long day treatment; Hybridization technique
Show Figures
Show Figures



南繁加代是缩短水稻、玉米、大豆、棉花等短日作物育种年限、加快育种进度的有效方法^{[ 1, 2]}。自20世纪70年代以来, 我国各地育种单位即利用海南岛地处热带、冬季温度高、日照强等有利条件, 广泛开展作物南繁, 有效缩短了新品种选育的年限^{[ 3, 4, 5]}。大豆不仅严格自花授粉, 而且其光周期反应敏感, 当在海南岛冬季短日高温条件下种植时, 植株发育明显加快, 植株和花器官变小, 杂交成功率很低^{[ 6]}。这一点与水稻、玉米、棉花等常进行南繁加代的作物有所不同。因此, 在大豆南繁期间只加代扩繁, 难以进行杂交组配工作。李磊等^{[ 7]}曾在海南岛进行过大豆杂交的尝试, 但未获得成功。在海南土地和人力成本日益上涨的新形势下, 迫切需要充分利用南繁季节开展大豆杂交, 进一步提高育种效率和效益。本研究针对我国北方大豆育种中存在的上述问题和技术需求, 以黑龙江省早熟春大豆品种为材料, 在海南三亚设置不同光照处理, 对大豆植株形态、生长发育进程以及花朵数量、花朵形态、花粉数量和花粉育性等性状进行观察, 分析南繁条件下大豆杂交成功率低下的原因, 开展去雄、授粉技术试验, 以期在南繁短日高温条件下提高大豆杂交成功率。
1 材料与方法1.1 试验材料和地点分别于2010—2012年的11月至2月在海南三亚南滨农场中国农业科学院作物科学研究所三亚试验基地(18°23° N, 108°56° E)种植原产黑龙江第二、第三、第四积温带的大豆品种黑河43、克山1号、北丰11、丰收25、丰收27、合丰25和绥农14, 生育期组在MG00~0之间^{[ 8, 9]}。
1.2 光照处理分期播种7个品种, 分别于2010年11月6日和2011年12月1日播种第一期, 以后每6 d播种一期, 共4期。每个品种种植1垄, 垄上播种2行, 行长6 m, 垄距0.7 m, 株距0.05 m。设置自然短日照和人工补光长日照(18 h)处理。LD处理是在大豆子叶展开期(VC)之前开始补光, 到盛花期(R2)^{[ 10]}结束, 每日补光时间从17:40至次日0:40, 采用200 W白炽灯补光, 光源距地面高度1.5 m, 地面光照强度约40 μmol s^-1 m^{-2 [ 11]}。
1.3 杂交试验试验设3个因素共计18个处理(表1)。亲本光照处理方法设为因素A, 其中, 父、母本均为自然短日照的处理设为A1, 父、母本均长日照处理为A2, 母本自然短日照、父本长日照处理为A3。杂交技术设为因素B, 其中, 改良去雄蕊杂交技术(简称去雄杂交技术)为B1, 杂交时去掉母本花冠但保留雄蕊^{[ 12]} (简称不去雄杂交技术)为B2。杂交时所选母本花蕾大小为因素C, 其中, 大花蕾为C1, 其柱头高于雄蕊并与雄蕊分离, 雄蕊达到或高出萼筒口; 中花蕾为C2, 其柱头高于雄蕊, 雄蕊位于萼筒中部与萼筒口之间; 小花蕾为C3, 其雄蕊在萼筒中部以下位置, 柱头高于雄蕊而低于萼筒口处。
表1
Table 1
表1(Table 1)

表1 试验处理内容 Table 1 Information of experiment treatments 处理序号 Treatment No. 光照处理 Photoperiodic treatment 母本去雄与否 Emasculation or not 母本花蕾大小 Female flower bud size 母本 Female 父本 Male 1 自然短日照NSD 自然短日照NSD 去雄Emasculation 大花蕾 Big 2 自然短日照NSD 自然短日照NSD 去雄Emasculation 中花蕾 Middle 3 自然短日照NSD 自然短日照NSD 去雄Emasculation 小花蕾 Small 4 自然短日照NSD 自然短日照NSD 不去雄Nonemasculation 大花蕾 Big 5 自然短日照NSD 自然短日照NSD 不去雄Nonemasculation 中花蕾 Middle 6 自然短日照NSD 自然短日照NSD 不去雄Nonemasculation 小花蕾 Small 7 长日照LD 长日照LD 去雄Emasculation 大花蕾 Big 8 长日照LD 长日照LD 去雄Emasculation 中花蕾 Middle 9 长日照LD 长日照LD 去雄Emasculation 小花蕾 Small 10 长日照LD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 大花蕾 Big 11 长日照LD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 中花蕾 Middle 12 长日照LD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 小花蕾 Small 13 自然短日照NSD 长日照LD 去雄Emasculation 大花蕾 Big 14 自然短日照NSD 长日照LD 去雄Emasculation 中花蕾 Middle 15 自然短日照NSD 长日照LD 去雄Emasculation 小花蕾 Small 16 自然短日照NSD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 大花蕾 Big 17 自然短日照NSD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 中花蕾 Middle 18 自然短日照NSD 长日照LD 不去雄Nonemasculation 小花蕾 Small NSD: normal short day; LD: long day.

表1 试验处理内容 Table 1 Information of experiment treatments

改良去雄蕊杂交技术是在许海涛等^{[ 13]}方法的基础上进行两项改进, 一是将母本旗瓣下萼筒撕出一个“V”型断面, 使柱头下的单体花药外露, 以便去除; 二是将父本花药轻轻触碰母本柱头, 而不是将花粉涂抹在柱头上。不去雄杂交是将母本花蕾的萼片及花冠去除后不去除雄蕊, 其他授粉等措施与去雄杂交技术相同。选取7个试验材料中的6个品种用于配制杂交组合, 每个处理均配制北丰11 (♀) × 黑河43 (♂)、丰收25 (♀) × 克山1号(♂)及合丰25(♀) × 绥农14 (♂) 3个组合, 所有杂交工作均由同一杂交技术熟练人员完成。
1.4 调查项目在盛花期(R2)调查7个品种花朵数量、花粉数量、花粉育性、花蕾大小和花朵重量, 用电子天平称量花朵重量, 游标卡尺测量花蕾大小, 用1%碘-碘化钾(I-KI)染色法^{[ 14]}测定花粉育性, 在Leica DM4000B显微镜下观测。按Fehr和Caviness^{[ 10]}提出的大豆生育时期分期标准记载生育时期。
杂交时记载各处理的杂交花朵数量、成活荚数、粒数。在F₁代鉴定真假杂种, 由于所配制的杂交组合均以白花品种作母本, 紫花品种为父本, 故F₁植株开紫花为真杂种。
杂交成活率(%)=获得杂交荚数/杂交花朵数×100
真杂种率(%)=真杂交粒数/获得杂交粒数×100
杂交成功率(%)=杂交成活率×真杂种率×100
1.5 数据分析采用DPS软件^{[ 15]}分析数据, Duncan’s新复极差法检验处理间差异显著性。

2 结果与分析2.1 光照长度对大豆植株形态及生育进程的影响在南繁自然短日照条件下, 东北春大豆植株矮小, 而长日(LD)处理可使大豆生长繁茂, 平均株高、茎粗、节数、花朵数均比自然短日照(NSD)材料高, 增幅分别为200.7%、42.0%、39.8%和99.1%, 差异均达极显著水平( P<0.01)(表2)。
表2
Table 2
表2(Table 2)

表2 不同光照处理材料的株高、节数、茎粗及花朵数 Table 2 Plant height, stem diameter, node number and flower number of soybean under different treatments 性状 Trait 长日照 LD 自然短日照 NSD (LD-NSD)/NSD (%) 株高 Plant height (cm) 73.6±3.4 A 24.5±3.1 B 200.7 茎粗 Stem diameter (mm) 7.2±0.5 A 5.1±0.5 B 42.0 主茎节数 Node number on the main stem 15.3±1.1 A 11.0±0.8 B 39.8 单株花朵数 Flower number per plant 102.8±7.1 A 51.6±4.2 B 99.1 数据后不同字母表示在0.01水平上差异显著。 Values followed by different letters are significantly different at 0.01 probability level. NSD: normal short day; LD: long day.

表2 不同光照处理材料的株高、节数、茎粗及花朵数 Table 2 Plant height, stem diameter, node number and flower number of soybean under different treatments

2010年和2011年播种的第一期材料(播种期分别为11月6日和12月1日)在长日照下生长时, 出苗至初花(VE至R1)日数分别为28 d和30 d, 初花至盛花(R1~R2)分别为12 d和10 d, 初花至始荚(R1~R3)分别为25 d和20 d; 同期播种的材料在自然短日照(NSD)下, 出苗至初花(VE~R1)分别需要19 d和27 d, 初花至盛花(R1~R2)分别为6 d和4 d, 初花至始荚(R1~R3)分别为10 d和6 d。可以看出, 长日照处理可以延长大豆开花期, 早播材料的开花期比晚播的长。不同年份材料发育时期长度有一定差异的原因可能是播种期不同, 温度不一致。
2.2 光照长度对大豆花器官形态特征的影响与自然短日照(NSD)处理相比, 长日照(LD)处理材料的花朵及其组成部分均变大, 差异达极显著水平( P<0.01)(表3)。LD条件下萼筒高度、直径均比NSD大, 去雄蕊时有较大空间, 不易碰伤柱头, 有助于提高杂交成活率。
表3
Table 3
表3(Table 3)

表3 不同光照处理对花器官形态的影响 Table 3 Effects of different photoperiod treatments on the morphological traits of flower 花器官形态学特性 Morphological trait of flower 长日照 LD (mm) 自然短日照 NSD (mm) (LD-NSD)/NSD (%) 花托底至萼片顶端高度 Height from receptacle bottom to sepal top 7.2±0.7 mm A 5.4±0.5 mm B 32.7 花托底至花瓣顶端高度 Height of receptacle bottom to petal top 7.5±0.3 mm A 4.6±0.6 mm B 62.9 萼筒高度 Sepal tube height 2.9±0.3 mm A 2.1±0.2 mm B 38.5 花托底至花丝顶端高度 Height from receptacle bottom to filament top 5.0±0.2 mm A 3.4±0.5 mm B 44.3 萼筒口直径 Sepal tube diameter 2.4±0.2 mm A 2.1±0.2 mm B 16.8 萼筒口至花丝顶端高度 Height from sepal tube gap to the filament top 2.1±0.2 mm A 1.35±0.4 mm B 53.3 数据后不同字母表示在0.01水平上差异显著。 Values followed by different letters are significantly different at 0.01 probability level. NSD: normal short day; LD: long day.

表3 不同光照处理对花器官形态的影响 Table 3 Effects of different photoperiod treatments on the morphological traits of flower

2.3 光照长度对大豆花粉数量和花粉败育率的影响长日照处理下大豆单个花朵的平均花粉数量为5038.1个, 比自然短日照下多48.43%。大豆单体花药和单个花朵的花粉数量在长日照和自然短日照处理间的差异均达到极显著水平( P<0.01)(表4)。大豆具有九合一离的二体雄蕊, 这10个雄蕊在花蕾中排成上下2层^{[ 16]}。在单个花朵内部, 上层花药比下层花药的平均花粉数量多(表4)。采用1%碘-碘化钾(I-KI)染色法在光学显微镜下观测花粉败育率, t检验结果显示, 在2种光照处理间, 上层花药、下层花药、单体花药和单个花朵的花粉败育率均以自然短日照处理为高, 差异达到极显著水平( P<0.01)。可见在南繁自然短日照条件下, 大豆花粉数量明显减少, 且花粉败育率高, 这是南繁条件下杂交成活率低下的重要原因。
表4
Table 4
表4(Table 4)

表4 不同光照条件下大豆花粉数量和败育率的比较 Table 4 Comparisons of pollen number and abortion rate under different photoperiod treatments 性状 Trait 花粉数量 Pollen number 花粉败育率 Pollen abortion rate (%) 长日照 LD 自然短日照NSD (LD-NSD)/NSD (%) 长日照 LD 自然短日照NSD (LD-NSD)/NSD 上层花药 Upper anther 634.5±116.9 A 288.0±78.4 B 120.3 18.0±8.8 a 11.9±4.8 b 51.2 下层花药 Lower anther 356.1±64.5 A 113.2±48.7 B 214.6 40.7±14.2 A 20.6±5.6 B 97.2 单体花药 Single anther 441.1±79.4 A 135.2±50.0 B 226.3 30.6±12.3 A 12.6±4.7 B 142.3 单个花朵 Single flower 5038.1±785.4 A 2028.0±511.2 B 148.4 29.8±9.4 A 15.0±4.3 B 97.8 数据后不同字母表示在0.01水平上差异显著。 Values followed by different letters are significantly different at 0.01 probability level. NSD: normal short day; LD: long day.

表4 不同光照条件下大豆花粉数量和败育率的比较 Table 4 Comparisons of pollen number and abortion rate under different photoperiod treatments

2.4 不同杂交技术的效果比较2.4.1 杂交成活率 方差分析表明, 亲本光照处理(因素A)间和母本花蕾大小处理(因素C)间均存在极显著差异( P<0.01), 杂交技术(因素B)间存在显著差异( P<0.05)。而A×B、B×C、A×B×C的互作均不显著。就单个因素而言, 母本为短日照、父本为长日照的处理杂交成活率最高。采用去雄杂交技术时, 父母本同为自然短日照处理、父母本同为长日照处理和母本为自然短日照处理、父本为长日照处理时的杂交成活率分别是22.78%、46.20%和61.08%; 采用不去雄杂交技术, 相应的杂交成活率分别是34.01%、56.82%和68.70%, 比采用去雄技术的处理平均高出10%左右。母本植株上待授粉花蕾对应的杂交成活率均表现为大花蕾>中花蕾>小花蕾。
2.4.2 真杂种率 母本上杂交用花蕾的大小对杂交种真伪影响很大。计算2年试验中不同光照处理下真杂种率的平均值, 结果显示, 分别选大、中、小花蕾进行杂交时, 若母本去雄, 三者的真杂种率依次为98.3%、94.8%和8.3%; 若母本不去雄, 真杂种率分别为92.8%、86.5%和0 (表5)。可见, 选取母本上大花蕾做杂交的真杂种率比中花蕾和小花蕾都高, 去雄比不去雄时的真杂种率高。
表5
Table 5
表5(Table 5)

表5 不同光照处理下采用两种杂交技术时的真杂种率 Table 5 True hybrid rate of different hybriding techniques under different photoperiod treatments (%) 光照处理Photoperiodic treatment 母本花蕾类型 Size of female flower bud 去雄Emasculation 不去雄Nonemasculation 母本Female 父本Male 2010-2011 2011-2012 2010-2011 2011-2012 NSD NSD 大花蕾Big 100.0 100.0 100.0 90.9 88.9 89.9 NSD NSD 中花蕾Middle 90.9 100.0 95.5 83.3 87.5 85.4 NSD NSD 小花蕾Small 0 0 0 0 0 0 LD LD 大花蕾Big 100.0 100.0 100.0 90.0 100.0 95.0 LD LD 中花蕾Middle 100.0 83.3 91.7 77.9 88.9 83.3 LD LD 小花蕾Small 50.0 0 25.0 0 0 0 NSD LD 大花蕾Big 88.9 100.0 94.5 90.9 96.3 93.6 NSD LD 中花蕾Middle 100.0 94.1 97.1 85.7 96.2 90.9 NSD LD 小花蕾Small 0 0 0 0 0 0 大花蕾平均值 Big bud average 96.3 100.0 98.2 90.6 95.1 92.8 中花蕾平均值 Middle bud average 97.0 92.5 94.8 82.3 90.9 86.5 小花蕾平均值 Small bud average 16.7 0 8.3 0 0 0 NSD: 自然短日照; LD: 长日照。 NSD: normal short day; LD: long day.

表5 不同光照处理下采用两种杂交技术时的真杂种率 Table 5 True hybrid rate of different hybriding techniques under different photoperiod treatments (%)

2.4.3 杂交成功率 由于用大花蕾进行授粉的杂交成活率及真杂种率均比用中花蕾和小花蕾高, 所以本研究只对大花蕾的杂交成功率进一步分析。由表6可以看出, 采用去雄蕊杂交技术时, 父母本均为自然短日照处理、父母本均为长日照处理和母本为自然短日照、父本为长日照处理的杂交成功率分别为22.8%、46.2%和57.8%; 采用不去雄杂交技术时, 三者的杂交成功率分别为30.7%、54.3%和64.4%。可见, 尽管去雄后使真杂种率有一定幅度的提高, 但因不去雄时杂交成活率明显高于去雄处理, 使不去雄处理比去雄处理的杂交成功率平均高8%左右, 其中, 以母本为自然短日照、父本为长日照处理材料的杂交成功率最高, 达到64.36%。
表6
Table 6
表6(Table 6)

表6 大花蕾作母本时不同处理的杂交成功率 Table 6 Hybridization success rate of big flowers on the female parent plants under different photoperiod treatments 光照处理 Photoperiodic treatment 杂交技术 Hybrid technique 杂交成功率 Hybrid ization success rate (%) 显著性测验 Significance test 母本Female 父本Male 2010-2011 2011-2012 0.05 0.01 NSD LD 不去雄Nonemasculation 60.6 68.1 64.4 a A NSD LD 去雄Emasculation 53.3 62.2 57.8 a AB LD LD 不去雄Nonemasculation 45.0 63.6 54.3 ab AB LD LD 去雄Emasculation 36.8 55.6 46.2 b B NSD NSD 不去雄Nonemasculation 37.0 24.3 30.7 c C NSD NSD 去雄Emasculation 21.7 23.8 22.8 c C NSD: 自然短日照; LD: 长日照。 NSD: normal short day; LD: long day.

表6 大花蕾作母本时不同处理的杂交成功率 Table 6 Hybridization success rate of big flowers on the female parent plants under different photoperiod treatments

3 讨论在海南岛冬季南繁条件下, 温度高、日照短, 大豆杂交成功率很低, 限制了南繁时杂交工作的开展。在各项成本持续走高的新形势下, 迫切需要突破南繁杂交技术瓶颈, 开展杂交组配, 充分利用南繁季节, 提高育种效益。以往对大豆杂交技术的研究多是针对中、高纬度生态条件开展的^{[ 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23]}, 而关于在南繁短日高温条件下如何提高大豆杂交成功率的报道则很少^{[ 12]}。本研究针对上述问题开展研究, 分析南繁条件下大豆杂交成功率低下的原因, 探索解决途径。
3.1 南繁条件下大豆杂交成功率低下的原因本研究的结果表明, 在南繁自然短日照条件下, 大豆开花持续时间短, 花朵数量少, 此外, 短日照使大豆花朵减轻, 花器官变小, 花丝生长纤弱且扭曲, 花药干瘪, 花粉数量少, 花粉败育率高。利用1% I-KI染色测定花粉育性的结果也表明, 干瘪的花药里不育花粉数量明显增多, 而饱满的花药中则不育花粉数量明显减少, 这与我们根据花器官形态推测的结果一致。所以, 在南繁自然短日照下, 大豆花期持续时间短、花朵数量少、花朵小和花粉败育率高是导致杂交成功率低下的重要原因。
3.2 长光照处理对大豆植株形态和花粉育性的影响南繁时进行长日照处理可使东北早熟春大豆的植株营养体变大, 花期延后, 开花持续时间延长, 花朵变大, 花丝生长粗壮且直立, 花药饱满, 花粉数量多, 花粉败育率低。可见, 通过人工光源延长光照时间是解决南繁条件下大豆花朵数量少、花朵小和花粉败育率高等问题的有效途径。
3.3 去雄措施和花朵大小对杂交成功率的影响采用不去雄杂交技术可以避免或减轻杂交时对柱头的伤害, 提高杂交成功率, 这与前人的研究结果一致^{[ 16, 24]}。同时, 采用该项技术可节省时间, 在有限的时间内进行更多的杂交操作, 进而收获足够的杂交荚数。花朵大小反映花朵发育状况, 大花蕾发育充分, 花粉数量多, 败育率低, 则杂交成功率高。在杂交时还要准确把握授粉时间。一般来说, 大豆自花授粉发生在花冠高度与最高花萼高度相同或相近时^{[ 25, 26]}, 人工杂交应在此前进行。
在3种父、母本光照处理组合中, 母本为自然短日照、父本为长日照处理的材料杂交成功率最高, 可能的原因有三: (1)自然短日照下花朵少, 营养竞争小, 杂交花荚不易自然脱落。(2)自然短日照下母本植株花期集中, 花朵大小更易界定, 容易选定大花蕾。(3)长日照下父本花粉量充足且花粉育性好。在本试验中, 11月上旬播种的材料出苗至初花(VE~ R1)和花期(R1~R3)比NSD分别延长9 d和15 d, 因此, 建议在11月上旬播种父本, 出苗后进行补光处理, 在父本播种7 d后播种母本, 之后每5 d播种一次, 共播种4次, 以保证父母本花期相遇, 有效延长杂交时间。
3.4 南繁条件下进行大豆杂交的综合技术方案根据本试验结果, 提出了南繁条件下提高大豆杂交成功率的综合技术方案: (1)父本适期早播并进行18 h长日照处理, 母本在自然短日照条件下错后分期播种; (2)花期精细管理, 保持充足的水肥供应; (3)在母本植株上选取与父本花期相遇的大花蕾进行杂交; (4)选择温度适宜的天气和时段杂交; (5)杂交前去掉母本花冠但保留雄蕊, 去掉花冠后尽快授粉; (6)加强杂交花朵和母本植株的后期管理。需要注意的是, 本研究所用材料均为东北地区早熟品种, 对光周期相对钝感^{[ 27, 28]}。进行黄淮海或南方大豆南繁杂交时, 对父本长日照处理的光照时间应适当缩短。
3.5 利用南繁杂交拓宽大豆品种的遗传基础由于大豆对光周期敏感^{[ 27]}且品种差异大^{[ 28]}, 在高纬度地区同期播种时, 不同地区来源的材料常因花期不遇, 难以相互杂交。我国各产区大部分大豆品种是以所在生态区材料为亲本选育而成的, 遗传基础相当狭窄^{[ 29]}。盖钧镒等^{[ 30]}指出, 在1995年之前, 中国东北、黄淮海和南方大豆产区绝大多数育成品种的遗传基础存在严重的地区局限性。在随后的十多年里, 中国大豆育成品种遗传基础虽有所拓宽, 但亲本来源仍比较有限^{[ 31]}。王彩洁等^{[ 32]}利用与大豆产量、品质、抗逆性、适应性等重要性状相关的SSR标记对东北和黄淮海地区自20世纪40年代以来大面积种植的大豆品种进行遗传多样性分析, 结果表明, 自南向北大面积种植品种SSR标记的多态性呈逐渐降低的趋势, 即东北地区大面积推广品种的遗传基础比黄淮海地区品种更为狭窄^{[ 33]}。因此, 加强地理远缘种质资源的利用是拓宽我国特别是东北地区大豆遗传基础的必要途径。本研究通过对亲本材料的光照处理和改进杂交技术等措施, 显著提高了南繁条件下的大豆杂交成功率, 在此基础上提出了南繁条件下大豆杂交的综合技术方案, 可以有效地解决南繁时杂交成功率低下的问题, 便于充分利用地理远缘大豆材料配制杂交组合, 拓宽大豆的遗传基础。所以, 该项技术在大豆育种中具有广泛的应用前景。

4 结论在南繁条件下, 选取自然短日照处理母本植株上的大花蕾、以子叶展开期至盛花期长日照处理的材料作父本, 采用不去雄蕊杂交技术, 能够显著提高大豆杂交成功率, 实现不同地理来源材料的杂交, 拓宽大豆的遗传基础。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献View Option
原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]	周雪松, 刘荣志, 陈冠铭, 李劲松. 南繁: 现状与问题——南繁单位调查报告. 中国农学通报, 2012, 28(24): 161-165 Zhou X S, Liu R Z, Chen G M, Li J S. Breeding in Hainan: present situation and problems—investigation report of breeding in Hainan. Chin Agric Sci Bull, 2012, 28(24): 161-165 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1]
[2]	Chen G, Yang J, Lin Y, Wang L, Li J. Study on designing stand ards system frame work of Hainan national breeding and multiplication. Agric Sci & Technol, 2012, 13: 1437-1442[本文引用:1][JCR: 0.796]
[3]	吉林省农业科学院. 中国大豆育种与栽培. 北京: 农业出版社, 1987. pp304-306 Jilin Academy of Agricultural Sciences. Soybean Breeding and Cultivation in China. Beijing: Agriculture Press, 1987. pp304-306(in Chinese)[本文引用:1]
[4]	吴俊强, 杨兆顺, 楼辰军, 钱芳, 李秀萍. 浅谈海南岛玉米南繁的技术措施. 天津农业科学, 2009, 15(1): 33-34 Wu J Q, Yang Z S, Lou C J, Qian F, Li X P. Measures on corn breeding in Hainan Province. Tianjin Agric Sci, 2009, 15(1): 33-34 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 0.5293]
[5]	安伟, 南繁管理工作的几点体会与建议. 山西农业科学, 2007, 35(1): 86-88 An W. Suggestions and experiences for crop winter nursery management in Hainan Island . J Shanxi Agric Sci, 2007, 35(1): 86-88 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 0.8386]
[6]	于伟. 南繁大豆生长特点及丰产栽培技术措施. 大豆科技, 2012, (5): 13-16 Yu W. Growth characteristics and high yield cultivation practices of soybean breeding lines propagated in Hainan Province. Soybean Sci Technol, 2012, (5): 13-16 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1]
[7]	李磊, 李智, 时和斌. 大豆海南加代的实践与体会. 作物杂志, 2003, (4): 52-53 Li L, Li Z, Shi H B. Practice and experience on soybean southern propagation in Hainan Province. Crops, 2003, (4): 52-53 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.6276]
[8]	Jia H, Jiang B, Wu C, Lu W, Hou W, Sun S, Yan H, Han T. Maturity group classification and maturity locus genotyping of early-maturing soybean varieties from high-latitude cold regions. PLoS One, 2014, 9(4): e94139[本文引用:1][JCR: 3.73]
[9]	吴存祥, 李继存, 沙爱华, 曾海燕, 孙石, 杨光明, 周新安, 常汝镇, 年海, 韩天富. 国家大豆品种区域试验对照品种的生育期组归属. 作物学报, 2012, 38: 1977-1987 Wu C X, Li J C, Sha A H, Zeng H Y, Sun S, Yang G M, Zhou X A, Chang R Z, Nian H, Han T F. Maturity group classification of check varieties in national soybean uniform trials of China. Acta Agron Sin, 2012, 38: 1977-1987 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 1.667]
[10]	Fehr W R, Caviness C E. Stages of Soybean Development. Special Report 80, Cooperative Extension Service, Agriculture and Home Economic Experiment Station. Ames, Iowa: Iowa State University, 1977. pp1-11[本文引用:2]
[11]	Jiang Y, Wu C, Zhang L, Hu P, Hou W, Zu W, Han T. Long-day effects on the terminal inflorescence development of a photoperiod-sensitive soybean [Glycine max (L. ) Merr. ] variety. Plant Sci, 2011, 180: 504-510[本文引用:1][JCR: 2.922]
[12]	张勇, 杨兴勇, 董全中, 薛红, 张明明, 刘发, 万培蔚, 宋继玲, 刘长臣. 不去雄蕊杂交技术在海南南繁基地应用的研究. 作物杂志, 2009, (5): 87-88 Zhang Y, Yang X Y, Dong Q Z, Xue H, Zhang M M, Liu F, Wan P W, Song J L, Liu C C. Application of not-removing stamen hybridization technique in soybean in Hainan base. Crops, 2009, (5): 87-88 (in Chinese with English abstract)[本文引用:2][CJCR: 0.6276]
[13]	许海涛, 王友华, 许波. 夏大豆有性杂交技术与实践. 陕西农业科学, 2006, (4): 153-155 Xu H T, Wang Y H, Xu B. Technique and practice of sexual hybridization of summer soybean. Shaanxi J Agric Sci, 2006, (4): 153-155 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.3367]
[14]	赵丽梅, 孙寰, 黄梅, 王曙明, 王跃强. 大豆结实率与花粉败育率之间的关系. 大豆科学, 2004, 23: 249-252 Zhao L M, Sun H, Huang M, Wang S M, Wang Y Q. The relationship between seed setting rate and pollen sterility rate for soybean. Soybean Sci, 2004, 23: 249-252 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1]
[15]	唐启义, 冯明光. DPS数据处理系统——实验设计、统计分析及模型优化. 北京: 科学出版社, 2006 Tang Q Y, Feng M G. DATA Processing System— Experimental Design, Statistical Analysis and Modeling. Beijing: Science Press, 2006 (in Chinese)[本文引用:1]
[16]	Talukdar A, Shivakumar M. Pollination without emasculation: an efficient method of hybridization in soybean (Glycine max (L. ) Merrill). Curr Sci, 2012, 103: 628-630[本文引用:2][JCR: 0.905]
[17]	陈怡. 怎样提高大豆杂交成活率. 黑龙江农业科学, 1985, (3): 40-42 Chen Y. How to increase the survival rate of the artificially-pollinated flowers and young pods in soybean. Heilong-jiang Agric Sci, 1985, (3): 40-42 (in Chinese)[本文引用:1]
[18]	Agrawal A P, Ravikumar R L, Salimath P M, Patil S A. Improved method for increasing the efficiency of hybridization in soybean (Glycine max (L. ) Merill). Indian J Genet, 2001, 61: 76-77[本文引用:1]
[19]	韩冬伟. 大豆整体去雄杂交技术的研究与实践. 黑龙江农业科学, 2010, (6): 29-31 Han D W. Study and practice of the whole emasculation hybridization technology in soybean. Heilongjiang Agric Sci, 2010, (6): 29-31 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 0.3268]
[20]	王敏. 影响大豆杂交成活率因素初探. 安徽农学通报, 2009, 15(4): 61-62 Wang M. Preliminary study on factors affecting the survival rate of the artificially-pollinated flowers and young pods in soybean. Anhui Agric Sci Bull, 2009, 15(4): 61-62 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.2433]
[21]	于伟, 李磊, 李智, 王敏. 大豆的杂交方法与技巧. 作物杂志, 2005, (6): 51-52 Yu W, Li L, Li Z, Wang M. Methods and techniques about soybean hybridization. Crops, 2005, (6): 51-52 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.6276]
[22]	于文来, 金鑫. 怎样提高大豆杂交成活率. 种子, 1994, 69(1): 55-56 Yu W L, Jin X. How to increase the survival rate of the artificially-pollinated flowers and young pods in soybean. Seed, 1994, 69(1): 55-56 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.445]
[23]	张桂茹. 大豆杂交技术. 黑龙江农业科学, 1999, (2): 28-29 Zhang G R. Soybean crossing technique. Heilongjiang Agric Sci, 1999, (2): 28-29 (in Chinese)[本文引用:1][CJCR: 0.3268]
[24]	Walker A K, Cianzio S R, Bravo J A, Fehr W R. Comparison of emasculation and nonemasculation for hybridization of soybean. Crop Sci, 1979, 19: 285-286[本文引用:1][JCR: 1.513]
[25]	申家恒, 严国忠. 大豆自花受粉时花蕾形态特征的观察. 中国油料, 1981, (3): 16-20 Shen J H, Yan G Z. Morphological observation of flower buds during self-pollination in Glycine max. Oil Crops China, 1981, (3): 16-20 (in Chinese)[本文引用:1]
[26]	申家恒. 大豆受精作用的研究. 植物学报, 1983, 25: 213-221 Shen J H. Studies on fertilization in Glycine max. Acta Bot Sin, 1983, 25: 213-221 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][JCR: 0.599]
[27]	Garner W W, Allard H A. Effect of the relative length of day and night and other factors of the environment on growth and reproduction in plants. J Agric Res, 1920, 18: 553-606[本文引用:2]
[28]	Garner W W, Allard H A. Further studies in photoperiodism, the response of the plant relative length of day and night. J Agric Res, 1923, 23: 871-920[本文引用:2]
[29]	盖钧镒, 赵团结, 崔章林, 邱家训. 中国1923-1995年育成的651个大豆品种的遗传基础. 中国农业科技导报, 1999, (1): 26-30 Gai J Y, Zhao T J, Cui Z L, Qiu J X. The genetic base for 651 soybean cultivars released during 1923-1995 in China. Rev Chin Agric Sci Technol, 1999, (1): 26-30 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1]
[30]	盖钧镒, 赵团结, 崔章林, 邱家驯. 中国大豆育成品种中不同地理来源种质的遗传贡献. 中国农业科学, 1998, 31(5): 35-43 Gai J Y, Zhao T J, Cui Z L, Qiu J X. Nuclear and cytoplasmic contributions of germplasm from distinct areas to the soybean cultivars released during 1923-1995 in China. Sci Agric Sin, 1998, 31(5): 35-43 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 1.889]
[31]	熊冬金, 赵团结, 盖钧镒. 中国大豆育成品种亲本分析. 中国农业科学, 2008, 41: 2589-2599 Xiong D J, Zhao T J, Gai J Y. Parental analysis of soybean cultivars released in China. Sci Agric Sin, 2008, 41: 2589-2598 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 1.889]
[32]	王彩洁, 孙石, 金素娟, 李伟, 吴存祥, 侯文胜, 韩天富. 中国大豆主产区不同年代大面积种植品种的遗传多样性分析. 作物学报, 2013, 39: 1917-1926 Wang C J, Sun S, Jing S J, Li W, Wu C X, Hou W S, Han T F. Genetic diversity analysis of widely-planted soybean varieties from different decades and major production regions in China. Acta Agron Sin, 2013, 39: 1917-1926 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 1.667]
[33]	王彩洁, 孙石, 吴宝美, 常汝镇, 韩天富. 20世纪40年代以来中国大面积种植大豆品种的系谱分析. 中国油料作物学报, 2013, 35: 246-252 Wang C J, Sun S, Wu B M, Chang R Z, Han T F. Pedigree analysis of widely-planting soybean varieties in China since 1940s. Chin J Oil Crop Sci, 2013, 35: 246-252 (in Chinese with English abstract)[本文引用:1][CJCR: 0.95]