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甘藍親本採種技術
台南區農業改良場 王仕賢、林棟樑、謝明憲、王仁晃
摘要
熱帶與亞熱帶地區常因冬季低溫不足無法誘導甘藍開花，或因開花期及種子成熟期遭遇高溫，造成種子品質及產量之下降，本研究提出一套幼苗人工低溫處理技術，配合秋冬自然低溫進行甘藍平地採種工作。甘藍親本採種技術係首次在亞熱帶平地應用成功。傳統親本採種技術利用高冷地春化及人工蕾期授粉，成本過高不利產業發展，此技術為整合幼苗人工春化處理、氣體處理及蜜蜂授粉等技術，使甘藍母本能於平地順利留種，增加業者競爭力。
幼苗人工春化處理研究於1998 年進行，以四品種甘藍(初秋、夏峰、高峰及葉深)於播種後45天、55 天及65 天之不同苗齡進行低溫處理45 天，處理溫度為5℃，光照時數16 小時，光強度1,000 lux。結果顯示單株種子產量在品種與苗齡之間呈現交感作用，其中葉深品種隨著處理苗齡增加而減少，而初秋與高峰則以苗齡55 天之單株採種量最高，其次為苗齡65 天之處理，夏峰品種則以苗齡45 天之處理單株採種量最高，而苗齡55 天與65 天產量相近。各處理之平均單株採種以葉深品種45 天苗齡處理為最高達71.5 公克，而最低者為高峰品種45 天苗齡處理，只達48.7公克。此試驗結果顯示此一幼苗春化處理技術確可達到甘藍平地採種之目的。氣體處理及蜜蜂授粉等技術於2000 年開始進行至2003 年完全成功，可將種子生產成本降低9成。
前言
甘藍( Brassica oleracea L. var. Capitata )為十字花科蕓苔屬之重要蔬菜，原產地中海沿岸。野生甘藍因長期演化及人為選擇之結果，產生了不同種類的甘藍類蔬菜如芥藍、羽衣甘藍、結球甘藍、球莖甘藍、抱子甘藍、花椰菜與青花菜等，人類便利用其特化的部位食用之。結球甘藍為栽培最廣之蔬菜，台灣每年之栽培面積約為九千公頃。
世界兩大甘藍育種國分別為日本與荷蘭(Dickson and Wallace,1986)，採種地區則多在溫帶地區(李，1982；沈，1982)。熱帶與亞熱帶地區因冬季低溫不足，往往無法進行採種工作，只能利用高海拔山區進行少量之採種工作(沈，1987；沈，1995；Nakanishi and Hinata,1975)。臺灣於1951 年開始成立高海拔地區蔬菜採種試驗(陳，1958；蕭，1958)，其中甘藍自1951 年到1957 年間共有3 年無法進行採種，以甘藍三池早熟種為例，1951 年採種面積為3.1 公頃，但種子收穫量只有1.5 公斤，1952 年採種面積2.05 公頃，種子收穫量只有0.5 公斤(陳，1958)，與日本之每公頃種子產量500 至700 公斤相差甚大(Shinohara,1977)。
沈再發氏(1982)研究葉深與初秋之採種量，利用武陵農場高冷地(海拔1700 公尺)培育初秋甘藍結球後，切除葉球後繼續培養，再於11 月移植至鳳山平地種植，單株採種量可達18.8 公克。此種利用高冷地春化處理再移植平地之方式，因成株體積大且不易堆積，需要較高的運輸成本。非洲肯亞也同樣利用高冷地及GA 生長素處理，結果發現在海拔1941 公尺以100ppm 和250ppm 之GA3 可促進Sugar Loaf 和Giant Drumhead 的開花，但Golden Acre 則無促進效果，在另一海拔為2,554 公尺之山區卻只能促使Sugar Loaf 開花，其他兩品種則無法開花，主要原因為海拔過高，致使溫度低於抽苔開花所需的溫度(Kahangi and Waithaka, 1981)。
斯里蘭卡則在海拔700～1,000 公尺的山區進行甘藍採種(沈等，1984)，將初秋種甘藍植株連根掘取後，去除外葉後再浸泡銅劑，陰乾後貯存於0.5～1℃下40 至60 天再種植田間採種。可見熱帶與亞熱帶地區甘藍採種技術相當困難且不具經濟效益。甘藍一般需要6 至8 周的低溫才能誘導開花(諶，1983；Friend,1985)，且依其苗齡大小而異，一般以莖直徑6mm 以上才能感受低溫(Ito et al.,1966)，台南地區的秋冬季極適宜採種，同屬甘藍類的花椰菜採種量不僅提供國內市場，且仍能外銷賺取外匯。
對於高度自交不親和性之十字花科自交系親本之維持，過去一直採用蕾期授粉克服自交不親和障，但存在費工，費時及成本高等諸多不利因素。對於如何簡化該類自交系親本之留種操作，迄今較成功的研究結果係以提高CO2 濃度或施用鹽液以克服自交不親和性障礙(Nakanishi et al., 1969；Nakanishi and Hinata, 1973；Nakanishi and Hinata, 1975；Monteiro et al., 1988；Yang et al., 1995；Zhang and Lu,1996；Carafa and Carratu, 1997)。而商業生產利用CO2 處理取代蕾期授粉，首推日本Takii 種子公司，曾於1983 年在花椰菜利用氣密性塑膠袋套花莖方式注入10% CO2 氣體，打破自交不親和性，進行商業雜交種之親本繁殖，平均每株可生產12.5 克種子(Billing, 1984)。
CO2 氣體處理效果，主受供試材料所帶的自交不親和性對偶基因不同及遺傳背景差異影響(Taylor, 1982)。本場曾於2000 年採行4.5% CO2 氣體處理進行試驗及評估，證實確有打破甘藍自交不親和性之效果(謝等，2000)；唯該項試驗係採小規模之試驗室操作及人工授粉，其結果欲應用於商業化生產，仍需評估其可行性。因此本試驗在方法上，參考Nakanishi & Hinata(1973)在甘藍以CO2 氣體處理進行2 至6小時期間對自花花粉在柱頭上的發芽率並無顯著性差異影響，但時間延長對花粉管的穿透率則有顯著性提升效果；若處理時間超過6 小時至24 小時期間則能維持與處理6 小時者具相近的發芽率及穿透率。因此本試驗在處理時間上採過夜(PM5:00-AM:9:00)處理，處理間隔上為考量降低處理成本，採隔日處理CO2 氣體一次；並以昆虫授粉取代人工授粉之操作(AM9:00 人工授粉；PM0:30 CO2 氣體處理)，期能建立甘藍商業化親本採種模式。
材料與方法
一、商業品種春化採種試驗
四品種甘藍初秋、夏峰、高峰(均為一代雜交品種分別購自臺灣農產、農友種苗與農生種子行)與葉深(自然授粉品種由屏東科技大學陳福旗教授提供)分別於1998 年8 月7 日、17 日及27 日分批播種，每品種以128 格穴盤各播3 盤，發芽後28 天再移植入3.5 寸盆(盆面11 公分，盆底7.6 公分)，發芽介質與盆植介質均以BVB 4 號介質與珍珠石，以3：1 比例混合而成，每週固定以百得肥2 號液體肥料1,000倍澆施1至2 次，於10 月9 日育得苗齡45 天、55 天與65 天之甘藍小苗，為便利搬運與冷藏處理，以15 格端盤(長58.5 公分、寬41.5公分)放置盆苗，每品種不同苗齡之植株處理120 株，共計處理1,440株。
低溫春化以一般組合式冷藏庫改裝，裝設日光燈及栽培架，栽培架下鋪設塑膠布，利用盆底吸水方式灌溉，並可提高濕度，冷藏庫的溫度設定為5℃，光照時間為16 小時，燈下15 公分之照度為1,000至1,500Lux，低溫處理為45 天。低溫處理後於11 月24 日定植田間，田區之規畫為逢機完全區集設計(RCBD)，四重複，每小區30 株，畦寬150 公分，株距50 公分，雙行植。種植前基肥每10 公畝施用有機肥600 公斤及台肥1 號複合肥20 公斤，再覆蓋上銀黑色塑膠布。定植後施用追肥兩次，開花結實期則定期施用液肥促進植株生育。調查小區內各單株之抽苔，開花期、花莖數與採種量。
抽苔以植株出現花苔，高度達5 公分以上，開花則以第1 朵小花開花日期計算，花莖數則在主花苔開花結束後計算，採種量則將種子採收後，經風選去雜後秤重。各項調查資料以複因子試驗進行變方分析，品種與苗齡共有12個組合及4 個區集，以統計軟體SAS 之 PROC GLM(General Linear Model 一般線性模式)進行分析，品種與苗齡呈現顯著之交感作用時，則固定品種因子，進行不同苗齡之比較。
二、二氧化碳氣體打破甘藍自交不親和性試驗
(一)、甘藍品種初秋於2001 年10 月11 日以128 格穴盤播種育苗，播種後30 天苗齡之穴盤苗假植於3.5 吋盆；上盆後15 天之盆苗置入5℃冷藏庫，配合1000Lux 光照進行春化處理45 天，滿足其春化作用所需之低溫需求，處理後移植於可密閉式塑膠棚溫室內，栽培管理至開花。
(二)、2002 年1 月8 日開始進行打破自交不親和性障礙試驗，試驗處理如下：1.施放CO2氣體處理，處理方法為每隔一日於下午6:00至翌日上午9:00 以CO2 氣體灌施一次；處理濃度及期間為同一材料分別於2002 年1 月8 至1 月22 日以5% CO2 氣體濃度灌施處理，及於1 月24 至2 月7 日以3% CO2 氣體濃度灌施處理。2.對照組(不施CO2 氣體)。
(三)、CO2 氣體施用方法，為在每隔日下午5 時整，將溫室內氣體施放管連接於二氧化碳鋼瓶，直接施放CO2 氣體於氣密溫室內(氣體施放流速約為50L．CO2(L)／min)，並開啟內循環風扇，使氣密溫室內之CO2 氣體能均勻擴散；另配合氣體抽出管，定時抽出溫室內氣體，再經由氣體濃度分析儀分析CO2 氣體濃度，以供作為決定終止CO2 氣體施放之依據。
(四)、CO2 氣體處理組及對照組分別於1 月8 日、1 月22 日及2 月7 日在各花枝上花芽未開放及已開放間掛標示牌以作區隔。處理結束50 天後調查各項處理之每莢平均種子數及莢數。
結果
一、商業品種春化採種試驗
葉深品種最早出現抽苔現象，於1998 年11 月24 日定植之後，於12 月8 日便出現花苔，即定植後兩週便呈現抽苔現象，四品種中仍以葉深品系開花最早，但各品種之差異不大，均於定植後2～3 週開花，當主花莖開花結束時，調查單株之總花莖數目，結果以葉深品種之花莖數最多，主要因為充分春化後側芽也形成花莖抽出，平均達25 支以上，其他商業品種之花莖數則顯著較少，平均為10～15 支左右，當花莖之種莢達七分黃熟時切取花莖，依各植株生育特性分一次至二次採收，以網袋裝入花莖置於簡易塑膠溫室內懸空晒乾，以木棍輕敲脫粒，經風選去雜後，計算各單株採種量，葉深種子產量最高，其次依序為夏峰，初秋及高峰，各品種平均而言，苗齡55 天之處理可得到較高的種子產量，可達65.7 公克，葉深種子量隨著苗齡之增加而降低其他品種則無此現象，調查結果如表1。
二、二氧化碳氣體打破甘藍自交不親和性試驗
本試驗結果由表2 中可知，雖然在單莢平均結籽數以5%及3%CO2 氣體處理組(分別為0.44 及0.48 粒)最高，且顯著高於對照組CK-1及CK-2；單株種子產量亦5%及3% CO2 氣體處理組(分別為0.94 及0.99 克)最高，且顯著高於對照組CK-1 及CK-2，但仍不具商業化應用價值，顯示實驗室結果尚未能於採種生產上直接應用。
討論
一、商業品種春化採種試驗
台南地區屬西南氣侯區，因東北季風受中央山脈之阻隔，秋冬季氣溫適宜，陽光充足，因此具有蔬菜採種的優良氣侯，本試驗將低溫處理後之甘藍幼株定植後，約在定植後兩週便可達到抽苔期，顯示各品種均可利用人為低溫處理達到春化需求，台南地區12 月平均氣溫為18.5℃，1 月份平均氣溫16.9℃，2 月份平均氣溫17.9℃，此三個月份之溫度均很適合甘藍抽苔開花，加上月日照時數也達190 小時左右，對種子之充實相當良好。
沈再發氏以初秋為材料之採種試驗也發現於12 月8 日定植平地之春化母株於12 月20 日便已開花，即定植後12 天便已開花，而於11 月1 日定植者，必須於定植後29 天才開花，顯示春化後之種植溫度影響抽苔速度，春化後以20~21℃之氣溫下發育最快(諶，1983；Friend, 1985)。沈氏同時發現12 月8 日定植之單株採種量最高，達17 公克，11 月份或1 月份之後定植者，單株採種量均低於10 公克。據業者經驗，台南地區花椰菜採種最好能在冬至(12 月22 日)前後10 天盛開能達到最佳之產量與品質，本試驗的甘藍盛花期正好在此期間，因此各品種單株採種量除高峰外均可達60 公克以上，較中國大陸之單株平均採種量50 公克高。若以試驗所採用之栽培密度，每0.1 公頃之株數約2,600 株，每公頃採種量達1,560公斤。
二、二氧化碳氣體打破甘藍自交不親和性試驗
打破甘藍自交不親和性障礙所需的CO2 氣體濃度約在3~5%(Nakanishi et al., 1969；Nakanishi and Hinata, 1973；Nakanishi andHinata, 1975)，推測屬蜜蜂仍忍受的CO2 氣體濃度範圍內。本研究基於前述結果，擴大試驗規模，改以昆虫授粉取代人工授粉之操作(AM9:00 人工授粉)CO2 氣體處理時間及間隔上採過夜(PM6:00-AM9:00)處理及隔日處理一次。然本試驗結果由表2 中可知，雖然在單莢平均結籽數以5% 及3% CO2 氣體處理組(分別為0.44及0.48 粒)最高，且顯著高於對照組CK-1 及CK-2；單株種子產量亦5%及3% CO2 氣體處理組(分別為0.94 及0.99 克)顯著高於對照組CK-1 及CK-2，但仍不具商業化應用價值，顯示實驗室結果尚未能於採種生產上直接應用。
雖然試驗結果未達理想，再於2002 年設置一個12 坪(6 公尺長乘6 公尺寬)簡易氣密塑膠布溫室，溫室設置成本新臺幣四萬元，進行親本採種之經濟評估。試驗結果此技術可生產1.5 公斤以上的原種種子，若只計算氣體、授粉昆虫及操作人工工資成本支出，每公斤採種成本僅需新臺幣八仟元以下(見表3)，為傳統人工授粉之採種成本的10%以下；平均單株採種量達29.7 公克，為最佳1%鹽水處理的6.9公克之四倍，也比傳統人工蕾期授粉的單株採種量15公克產之兩倍。
由上述結果可知CO2 處理打破自交不親合確有商業應用價值，雖試驗材料以一代雜交品種進行，但對甘藍自交系(親本)應用價值更大。甘藍親本採種技術係首次在亞熱帶平地應用成功。傳統技術利用高冷地春化及人工蕾期授粉成本過高不利產業發展，此技術為整合幼苗人工春化處理、氣體處理及蜜蜂授粉等技術，使甘藍母本能於平地順利留種，增加業者競爭力。本項技術已經農委會智審會同意以非專屬授權方式轉移給國內業者使用，月前已有兩家業者有意採用此項技術，應用於花椰菜親本生產，另有一家業者於本年度與本場簽訂產學合作計畫應用於青花菜親本，未來也應可利用於其他十字花科作物。此項技術的突破也將使亞熱帶地區甘藍類育種工作具有產業競爭力，期望未來台灣甘藍類蔬菜育種也能在國際上一爭長短。
誌謝
本系列採種試驗由農委會科技技劃經費支持及農業先進鼓勵才得以完成，特此誌謝。
參考文獻
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資料來源：種苗科技成果發表會專輯
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