一種水稻耐冷性的鑑定方法與流程
2023-09-20 16:31:10 3
本發明涉及農業生物技術領域，尤其涉及一種利用水稻拔節期進行低溫處理來鑑定水稻耐冷性方法。
背景技術：
水稻是重要的糧食作物，全世界約有半數以上的人口以水稻作為主要糧食，在全世界範圍內均有種植。水稻是一種喜溫作物，它的生長發育對溫度非常敏感。水稻從種子發芽到成熟的整個生長發育期間都存在低溫冷害。在芽期的冷害會導致延遲萌發以及萌發率降低，阻礙成苗；在苗期，低溫會延遲秧苗生長甚至爛秧死苗，導致差的群體形成以及熟期的不一致；在水稻生殖生長的敏感時期發生的冷害會使小孢子發育不良而減少花粉囊的花粉粒從而引起不育導致產量損失。
由於冷害對水稻大範圍的影響以及導致的嚴重產量損失，水稻的耐冷性在溫帶的水稻種植區域以及南亞和東南亞的高海拔地區顯得非常重要。培育耐冷的水稻品種是減少冷害損失最有效的途徑。然而，多年的育種實踐證明水稻耐冷性育種非常困難。由於水稻耐冷性是多基因控制的複雜性狀，而且耐冷的表型鑑定需要特定的低溫條件。
現有技術中，主要採用孕穗期耐冷鑑定的方法鑑定水稻的耐冷性，該方法包括自然低溫處理，長期冷水灌溉法，恆溫深冷水灌溉法，短期低溫處理等方法，其中短期低溫處理是指在水稻花粉減數分裂前後。目前，這些方法都有較大的局限性。人工氣候室處理不但成本高，而且不易進行大批量材料的篩選和鑑定。其他方法容易受外部氣溫的影響。總之，耐冷性鑑定容易受環境影響，不同的環境(天氣狀況)要求的處理條件不一樣，處理過重，則導致水稻花粉敗育，結實率過低，篩選不出耐冷的水稻材料；處理過輕，則導致水稻結實率過高，材料之間沒有差異。
因此，以表型鑑定為基礎的傳統育種方法無法準確了解水稻耐冷性的遺傳基礎，從而難以對其進行準確的選擇，水稻耐冷性育種進展緩慢。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的主要目的為提供一種利用水稻拔節期進行低溫處理來鑑定水稻耐冷性方法。
前人研究表明，穗伸出度和結實率是孕穗開花期自然低溫脅迫反應最敏感的性狀指標，株高、穗長和穗粒數有變異與低溫脅迫的相關程度尚不明確。而發明人發現，在低溫脅迫下，結實率、穗伸出度、穗長、穗粒數都會發生顯著變化，以上4個性狀對於低溫脅迫反應很敏感。但對於種質資源的耐冷性鑑定而言，結實率仍是一個最有效的鑑定指標。
本發明提供了一種水稻耐冷性的鑑定方法，包括以下步驟：
(1)選取生長發育進程基本一致的稻株移栽於塑料桶中；
(2)拔節期低溫處理；
(3)評價水稻的耐冷性。
發明人發現，拔節期低溫脅迫與減數分裂期低溫脅迫下的各項指標類似，而冷水長期處理條件下上述4性狀的平均值要遠遠低於拔節期和減數分裂期處理，說明長期冷水脅迫強度要強於短期低溫脅迫。不同強度的低溫脅迫下，不同耐性品種的低溫反應明顯不同。發明人發現，儘管長期冷水處理下對不同耐性材料結實率的影響差異更為顯著，但拔節期和減數分裂期低溫處理下結實率與自然條件下結實率的差異，已可以較好地反映出品種的耐冷性。同時，拔節期和減數分裂期低溫處理對結實率的影響結果較一致，因此，可以把拔節期7天深冷水處理結實率作為評價水稻品種生育中後期耐冷性的參考指標。
優選的，在步驟(1)中，所述稻株的生長期為4～7周。
優選的，在步驟(2)中，所述拔節期低溫處理為：當稻株主莖開始拔節時，剪除其他分櫱，只保留主莖，將供試材料移入深水中處理，處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
優選的，所述深水處理中，水的深度為25～35cm。
更優選的，所述水的深度為30cm.
優選的，所述深水處理的溫度為16～22℃。
更優選的，所述深水處理的溫度為19℃。
優選的，在步驟(3)中，利用水稻的穗伸出度、穗長、穗粒數和結實率中的至少一者，評價測試水稻的耐冷性。
優選的，在步驟(3)中，利用水稻的結實率，評價測試水稻的耐冷性。
本發明提供的水稻拔節期耐冷性的鑑定方法具有以下優點：
本發明首次利用水稻拔節期鑑定水稻的耐冷性，通過拔節期低溫處理和減數分裂期低溫處理下結實率與自然條件下結實率的差異，已可以較好地反映出品種的耐冷性，同時，拔節期和減數分裂期低溫處理對結實率的影響結果較一致，對水稻的耐冷育種有著重要意義。
附圖說明
圖1：不同處理方式對不同材料結實率的影響；
圖2：不同處理方式對不同材料穗伸出度的影響；
圖3：不同處理方式對不同材料穗長的影響；
圖4：不同處理方式對不同材料穗粒數的影響；
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。以下實施例中，以耐冷性強的粳稻品種sr30084-f8-156和jinbubyeo和冷敏感品種長白九為材料，所述水稻的耐冷性實驗在吉林省農業科學院水稻研究所冷灌池中進行。
實施例1
所有供試材料4月中旬播種，5月20日移栽，培育5周後，選取生長發育進程基本一致的植株移栽於塑料桶中，每桶3株。
當稻株有3個分櫱剛開始拔節時，掛牌註明名稱和日期，將供試材料移入30cm深水(水溫19℃)中處理，同時在適溫下放置供試材料作為對照，處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
在收穫前，測量穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率；實驗結果如表1和圖1～4所示。
實施例2
所有供試材料4月中旬播種，5月20日移栽，培育5周後。選取生長發育進程基本一致的植株移栽於塑料桶中，每桶3株。
當稻株有1個分櫱剛開始拔節時，掛牌註明名稱和日期，將供試材料移入30cm深水(水溫20℃)中處理，同時在適溫下放置供試材料作為對照，處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
在收穫前，測量穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率。
實施例3
所有供試材料4月下旬播種，5月20日移栽，培育4周後。選取生長發育進程基本一致的植株移栽於塑料桶中，每桶3株。
當稻株有1個分櫱剛開始拔節時，掛牌註明名稱和日期，將供試材料移入30cm深水(水溫16℃)中處理，同時在適溫下放置供試材料作為對照，處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
在收穫前，測量穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率。
實施例4
所有供試材料4月上旬播種，5月20日移栽，培育7周後。選取生長發育進程基本一致的植株移栽於塑料桶中，每桶3株。
當稻株有2個分櫱剛開始拔節時，掛牌註明名稱和日期，將供試材料移入25cm深水(水溫22℃)中處理，同時在適溫下放置供試材料作為對照，處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
在收穫前，測量處理組和對照組的穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率。
對比例1：減數分裂期低溫處理
所有供試材料4月下旬播種，5月20日移栽，培育4周後。選取生長發育進程基本一致的植株移栽於塑料桶中，每桶3株。
當葉枕距為-5-0cm時，掛牌註明品種名稱和日期，將材料移入人工氣候室分別進行低溫(19℃)和適溫(28℃)處理。處理7天後，移入溫室自然生長直至成熟。
在收穫前，測量穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率；實驗結果如表1和圖1～4所示。
對比例2：冷水長期脅迫鑑定
4月15日播種，5月25日插秧。2次重複，順序排列，1行區，每行10穴，單本插秧，插秧規格25cm*15cm，n、p2o5施用量分別為120kg/hm2、80kg/hm2。冷水脅迫採用恆溫深冷水灌溉法，7月1日開始用19℃冷水持續處理45d，處理期間水深25cm。在收穫前，測量穗頸長(穗伸出度)；收穫後，每株取主穗，測其穗長、穗粒數、結實率；實驗結果如表1和圖1～4所示。
實驗結果:
表1不同品種不同時期低溫處理的穗部性狀
從表1中可以看出，無論什麼時期(拔節期和減數分裂期)低溫脅迫，3份供試材料的穗伸出度和穗長都會變短，穗粒數變少，結實率下降。
3份材料在不同處理下其結實率差異較大，其中，耐冷品種sr30084-f156的結實率變幅分別為：51.07％-95.73％；耐冷品種jinbubyeo的結實率變幅為：50.69％-95.67％，冷敏感品種長白九的變幅為：3.03％-96.17％。
從圖1中可以看出：對於srsr30084-f8-156和jinbubyeo而言，拔節期和減數分裂期低溫處理，其結實率雖較對照達顯著水平，但其結實率仍高達80％以上；其中srsr30084-f8-156，拔節期低溫處理對結實率的影響要大於減數分裂期，兩者差異達顯著水平；jinbubyeo，在拔節期和減數分裂期低溫處理，兩者差異不顯著。在冷水長期脅迫條件下，上述2份材料的結實率下降明顯，分別為51.07％和50.69％。冷敏感品種長白九在3種不同處理下，其結實率與對照相對，均達極顯著水平；同時，也要顯著低於同處理耐冷品種；在拔節期和減數分裂期低溫處理下分別為23.71％和25.01％，而在長期冷水脅迫下，其結實率僅為3.03％。
從圖1和圖2中可以看出：3份材料的穗伸出度均為正值，正常條件下三者之間差異顯著，sr30084-f8-156的穗伸出度最大，jinbubyeo的值最小；在不同低溫脅迫下，所有材料的穗伸出度均變短，與對照差異顯著。其中，三處理對穗伸出度的影響：深冷水長期脅迫>拔節期低溫處理>減數分裂期低溫處理。
從圖3中可以看出：不同品種的穗長也有一定差異。正常條件下，sr30084-f8-156、jinbubyeo和長白九的穗長分別為：21.49cm、18.93cm和19.57cm。與正常條件相比，在3種不同低溫脅迫下，穗長均會變短。sr30084-f8-156在不同處理間差異達顯著水平；jinbubyeo拔節期和減數分裂期低溫處理，其穗長差異不明顯，兩種處理與長期處理間差異顯著；長白九穗長的變化規律與jinbubyeo一致。
從圖4中可以看出：與自然條件相比，三種處理下3份材料的穗粒數明顯減少，且各品種間的差異較大。拔節期低溫脅迫下，jinbubyeo的穗粒數最多，為137.3粒；減數分裂期低溫脅迫下，sr30084-f8-156的穗粒數最多，為141.7粒；在深冷水長期脅迫下，sr30084-f8-156的穗粒數最多，為128.1粒。長白九在三種處理下的穗粒數分別為105.1粒、116.3粒和96.5粒，均顯著低於sr30084-f8-156和jinbubyeo。
綜上：耐冷品種(系)在三種不同脅迫下，其結實率遠遠高於冷敏感品種。供試材料的穗伸出度、穗長、穗粒數等性狀在不同脅迫下，其值均與對照差異極顯著，但在不同耐性品種間差異較小，通過這三個指標無法區別品種(系)的耐冷性。結實率仍是低溫脅迫下區分品種(系)耐冷性的關鍵指標。表1中顯示：拔節期低溫脅迫處理對結實率的影響要大於減數分裂期低溫處理，所有供試材料在拔節期低溫脅迫下的結實率都要低於減數分裂期脅迫處理，對於耐冷品種而言，兩時期的結實率差異顯著，而冷敏感品種在兩時期結實率差異不顯著。同時，拔節期低溫處理對穗伸出度和穗粒數的影響也要大於減數分裂期；而減數分裂期對於穗長的影響要更大一些。三種不同處理方式相比，深冷水長期脅迫處理對結實率、穗伸出度、穗長和穗粒數的影響要遠遠大於拔節期和減數分裂期低溫處理。
上述描述僅是對本發明部分實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本行業的普通技術人員可根據本發明對上述實施例做出改進或修改，但均屬於本發明保護範圍。