CN102356749A - 一种设计稻壳颜色用于水稻防伪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设计稻壳颜色用于水稻种子纯度鉴定的方法，该方法是从水稻种植资源中筛选出的，品种内着色均匀一致，普通水稻金黄色稻壳可形成明显反差，便于肉眼识别，稳定遗传，性状表达不易受环境影响的稀有稻壳颜色资源。转育该有色性状，设计出稻壳颜色明显区别于其它品种的水稻品种，用于简单、快速、准确鉴定水稻种子生产、流通、种植过程中各环节的混杂，确保种子质量。

Description

一种设计稻壳颜色用于水稻防伪的方法

技术领域

本发明属于水稻育种领域，具体地说是选育出一种具有稀有稻壳颜色性状的水稻品种以快速有效地检测水稻种子真实性和纯度，用于水稻种子的防伪。

背景技术

水稻是最重要的粮食作物之一，全球约有一半人口以其为主食。种子真实性和纯度是衡量水稻种子质量的主要指标，是保证其高产和稳产的重要前提。种子真实性和纯度度的下降将导致水稻产量和质量的明显降低，给农业生产带来巨大损失。杂交水稻生产过程中，种子纯度更是至关重要，据测定，杂交种纯度小于90％时就失去杂交稻产量优势意义。可是，种子生产环节多，诸多因素都可能导致混杂，如在水稻生产过程中，播种、收获、脱粒、晒种、运输、储藏等环节导致的机械混杂；由于串粉导致的生物学混杂；不良环境条件的影响，导致杂交稻制种过程中不育系自交结实等等，这些都可能导致种子真实性和纯度的降低。

人们采取一系列措施严格要求种子生产过程中的各环节，以保障水稻种子的真实性和纯度。如种子收获时对收割机械及包装物应进行一次彻底清理和检查，防止收割机械或包装物内留有其他种子，收获时，种子应单打单晒单藏，防止机械混杂；保证制种田和亲本繁殖田安全距离内无水稻种植，杂株的及时识别和去除，制种田授粉结束后，亲本种子成熟前父本的及时割除以防止生物学混杂等等。

即便如此，种子不合格的事件仍时有发生。因为机械混杂很难绝对避免；杂株去除过程中，特别是那些与真种子抽穗时期相仿、形态相似的杂株，识别难度大，或者能识别时，其已经开花散粉，导致生物学混杂；利益驱使的人为掺假。所以，水稻种子纯度问题一直是种子质检部门、水稻育种研究单位、制种单位、种子公司和农户共同关心的问题。

多年来，人们一直为寻求快速、准确、简便、经济的水稻种子纯度鉴定技术而努力，并形成一系列方法。生产上曾应用过的方法主要有：

1)田间种植鉴定。该方法是最早和最常用的方法是，种子经抽样带去海南岛，种植后，根据植株形态进行鉴定。但这一方法时间长且费工占地，对当年生产的种子纯度难以确定，给种子公司种子收购定级和调运和销售造成困难。另一方面环境条件的影响也可能引起植株形态变异，使杂株较难区分。

2)种子形态鉴定。根据杂交水稻种子的形态特征，借助放大镜、解剖镜等进行观察，与标准样品或鉴定图片和有关资料进行比较，判别真假种子。该法的优点是简单、方便、直观。但由于水稻品种繁多，有些亲缘关系较近的品种种子在形态上根本无法识别，而且同一品种的各籽粒形态不尽一致，统一标准很难掌握，只能粗略识别，因此检验结果可靠性不够高。

3)苯酚染色鉴定。将种子经过清水预湿后，室温下在1％(m/V)苯酚溶液中浸泡12小时，取出后用清水洗涤，放在滤纸上经24小时，观察谷粒的染色程度进行分级鉴别。由于水稻种子熟期不尽一致，染色后颜色深浅不一，容易造成人为误差。该法对籼、粳两个亚种之间颜色区别明显，但对同为籼型或粳型的水稻颜色不易区分。

4)幼苗鉴定。把水稻种子在培养室或温室中进行培养，当幼苗达到适宜评价的发育阶段时，对全部或部分幼苗进行鉴定；或让植株生长在特殊的逆境，对显现的不同抗性进行区分。这是一种设备简单，易于操作，成本较低，鉴定周期相对较短的室内检验方法。但该方法也有局限，苗期用于区分的性状较少，鉴定的时期短，很多杂株的形态性状可能没有表现出来。

随着生物技术的不断深入发展，分子标记技术在种子鉴定上的应用使该领域有了重大突破。首先，同工酶标记技术经过了近40年的研究和探索，作为一种分析手段越来越多的在水稻种子纯度研究领域中得以应用。该法在水稻鉴定中的快速、准确、分辨率高等优点己得到多方的赞同。不足之处是同工酶表达不够稳定，具有组织特异性，而且标记种类没有DNA标记丰富。

DNA是遗传物质，在DNA上开发的标记，没有组织特异性，不受种植环境影响，而且种类丰富。由DNA标记构建的DNA指纹可用来鉴别种子。水稻是自花受粉作物，水稻DNA指纹具有品种特异性，即同一品种的不同植株具有相同的遗传背景，任何一种植株的DNA指纹图谱均可代表所属品种的特性。随着生物技术的快速发展，各种DNA指纹技术相继问世，这些技术各具特色，并用于品种纯度鉴定。目前，在水稻中广为应用的DNA指纹技术有RFLP、SSR、RAPD、AFLP技术等，其中SSR标记因其稳定可靠、品种间多态性丰富、标记数量众多而最为常用。2006年，杨剑波等利用SSR标记技术建立了三系杂交水稻DNA检测的国家标准《三系杂交水稻及亲本真实性和品种纯度鉴定DNA分析方法》(GB/T20396-2006)，2007年，庄杰云等利用SSR标记技术制定了农业行业标准《水稻品种鉴定DNA指纹方法》(NY/T 1433-2007)。

但是由于分子标记检测技术，需要专门的试验室和仪器设备，对操作人员的技术要求高，而且纯度检测工作量大，特别是对于杂交亲本源源种(纯度要求99.99％)纯度检测，导致检测成本高。这些都限制了分子标记的大规模广泛使用。

如何寻求一种更快速、方便、经济适用的检测方法，成为研究的热点。利用稀有的基因资源，为水稻设计专有的性状，利用这种能简单快速区别于其他水稻的专有性状检测水稻种子，确保种子纯度安全无疑是经济的方法。

2003年怀化职业技术学院从“安农810S”繁殖田中发现的一株水稻淡黄叶隐性标记状的突变株，经6代培育而来的具有叶片淡黄隐性标记状的不育系“标810S”。该不育系从秧苗到收获全生长期整个植株叶片呈淡黄色。该黄叶标记性状属隐性单基因控制，遗传行为简单。利用它配置杂交组合，即在繁、制种时，通过在秧田中剔除黄叶不育系中的绿色单株，实现不育系的保纯；在生产田苗期去除由不育系自交结实而叶片淡黄色的不育株，达到提高杂交种纯度的目的。

2004年，舒庆尧、吴殿星利用白化转绿型叶色标记，同理实现了杂交种及其不育系的快速保纯和纯度鉴定，其专利号为CN200410002369.2。

利用叶片特异颜色性状可以根据植株叶片不同快速区分出杂株，但是利用该种方法在田间发现的杂株需要人工去除，机械化操作程度不高。

1999年，黄大年，钱前发明了一种杂交水稻制种方法，该方法将将抗除草剂基因导入父本植株，用化学杀雄剂处理母本植株，杂交得异交/自交混合稻种籽；将混合稻种在秧苗期施以除草剂，杀死其中的自交稻苗，将成活的异交稻苗培植成熟，获得杂交水稻品种。该方法利用抗除草剂基因将杂交种混有的母本通过喷施除草剂杀死。其专利号为：99101907。

同年，张集文、武晓智也发明了一种从水稻杂交种中除去母本自交种苗的方法，该方法选择具有对除草剂敏感的不育系与恢复系配制杂交种；在该杂交种播种后施用稻田除草剂，抑制或者杀死母本自交种苗。其专利号为：99109600。

与此相反，2000年，朱启升将水稻苯达松敏感致死基因转移到籼型水稻恢复系中，制种时不育系母本和恢复系父本混合播种，授粉后喷施除草剂，杀死父本，进行机械化收割，可降低制种成本。同时F1种子大田种植时再喷施苯达松除草剂可以杀死可能还混有的恢复系种子，以保证种子的纯度。其专利号为：00106671。

以上方法均是利用了杂交稻亲本间对除草剂的抗性差异特性，在苗期喷施除草剂，除去其中可能混有的母本或者父本自交种，以达到提高杂交种纯度的目的。与叶色标记法相比，除草剂法提高了去杂的效率，并使制种技术发生革新。叶色标记法和除草剂法均需要田间种植或室内发苗培养，通过植株鉴定种子的真实性和纯度，以达到防伪的目的。

水稻稻壳颜色是最直观的性状。2002年，曹立勇、何立斌等利用水稻谷壳颜色差异发明了一种三系法杂交水稻机械化制种方法，可替代人工分厢栽插、赶粉、人工收割的三系法杂交水稻机械化制种方法。2003年，张从合，陈金节发明了一种具有隐性标记杂交水稻的育种方法，并培育出橙红色稻壳的两系不育系新安S，用于两系杂交水稻种子的保纯。2010年，张志雄等发明一种具有橙红色标记性状的三系杂交稻不育系的选育方法，培育出橙红色稻壳的花香A。这些方法都是着眼于杂交水稻制种，将水稻稻壳不同颜色的性状，导入不育系或恢复系，减轻了种子生产过程中田间除杂去劣的工作量。

但是水稻种子生产过程中，除杂交稻的制种外，还有很多环节都可能导致混杂，如在播种、收获、脱粒、晒种、运输、储藏等环节导致的混杂，很难每个环节都取样进行种植或实验室检测以鉴定纯度。如果根据稻壳颜色凭借人类肉眼，从种子中直接挑拣出混杂的籽粒，区分种子真伪，计算种子纯度无疑是最高效、最经济的方法。根据稻壳颜色，进行种子纯度和真实性检测，要求该稻壳颜色同时具备以下特点，第一、该稻壳颜色稀有少见，生产上不会有同色的其他品种干扰；第二、该颜色与其他水稻稻壳颜色反差大，便于人肉眼识别；第三、含有该稻壳颜色的水稻品种内各籽粒着色均匀一致，差异不明显。第四、该性状可以稳定遗传，不同世代差异不明显，性状表达不易受环境影响。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种设计稻壳颜色用于水稻防伪的方法，它能快速准确地发现混杂的水稻种子，以解决现有水稻种子生产、流通过程中的诸多环节如播种、收获、脱粒、晒种、运输、储藏、包装等容易出现机械混杂，降低了种子的纯度和种性，影响种子在生产上的使用等问题，对保证种子的真实性和纯度有重要意义。

本发明解决技术问题采用如下方案：

本发明方法是从水稻资源中筛选具有由隐性基因控制的棕褐色稻壳性状的水稻，以该水稻为供体，与常规水稻或两系不育系或三系保持系杂交、回交、自交，选择出具有棕褐色稻壳性状的新常规水稻、两系不育系、三系保持系、三系不育系或恢复系。

本发明对棕褐色稻壳性状水稻资源筛选包含以下步骤：

筛选水稻种质资源的稻壳颜色，如果发现有别于普通水稻的金黄色，种植该水稻，并以金色稻壳水稻作为对照，于开花期、灌浆期、成熟期和脱粒晒干后对稻壳颜色再次筛选，入选的水稻需符合：第一、该稻壳颜色稀有少见，生产上不会有同色的其他品种干扰；第二、该颜色与其他水稻稻壳颜色反差大，便于人肉眼识别；第三、含有该稻壳颜色的水稻品种内各籽粒着色均匀一致，差异不明显；第四、该性状可以稳定遗传，不同世代差异不明显，性状表达不易受环境影响。进一步对入选水稻与金色水稻杂交，利用F2群体分析有色稻壳性状的遗传规律，筛选出隐性单基因控制棕褐色稻壳水稻。

本发明通过筛选得到棕褐色稻壳性状的水稻资源，通过杂交、回交、自交等手段，将该性状导入生产上使用的水稻品种中，设计出稻壳颜色明显区别于其品种的水稻，通过人肉眼识别，即可控制水稻种子生产、流通、种植各环节的混杂。

附图说明

图1普通水稻和棕褐色稻壳水稻抽穗时稻壳颜色差异图中A为普通水稻稻穗，稻壳颜色为绿色；B为筛选获得的g2545水稻稻穗，稻壳颜色为浅灰色。

图2普通水稻和棕褐色稻壳水稻成熟时稻壳颜色差异图中A为棕褐色稻壳水稻成熟时稻穗；B为普通水稻成熟时稻穗。可见A中个籽粒成棕褐色、各籽粒着色均匀一致，与普通水稻粒色反差大，易识别。

图3普通水稻和棕褐色稻壳水稻成熟干种子颜色差异图中A为棕褐色稻壳水稻；B为普通水稻，稻壳颜色为金黄色。

图4棕褐色稻壳水稻中混有普通水稻的快速检测在棕褐色稻壳水稻中人为混杂其他水稻品种的种子，可以通过肉眼快速区分出混杂的水稻种子，图中的2、6、18、22号为混杂的种子。

具体实施方式

以下叙述本发明的实施例。应该说明，本发明的实施例只对本发明起说明作用，而没有任何限制作用。本领域技术人员可以对本发明作出某些等同的改动和显而易见的改进。

1、有色稻壳性状水稻资源的筛选

从安徽省农科院水稻所保存的水稻种质资源库中提取约600份水稻种子，从中筛选出稻壳颜色有别于普通金色的种质资源6份。

种植这6份水稻资源，分别于开花期、灌浆期、成熟期和脱粒晒干后对稻壳颜色进行再次筛选，以普通金色水稻作为对照，并按照以下原则进行筛选：第一、该稻壳颜色稀有少见，生产上不会有同色的其他品种干扰；第二、该颜色与其他水稻稻壳颜色反差大，便于人肉眼识别；第三、含有该稻壳颜色的水稻品种内各籽粒着色均匀一致，差异不明显；第四、该性状可以稳定遗传，不同世代差异不明显。种植的6份水稻中，其中水稻g2545抽穗前稻壳为绿色，开花后稻壳转变为明显的浅灰色，随着时间推移，颜色逐渐加深变黑，种子收获后晒干变为棕褐色，而且着色均匀，其他性状与一般水稻同。再次在海南种植该水稻，发现不同世代，不同环境，稻壳颜色一致。将该水稻种子与其它水稻进行人为混杂，凭肉眼很容易人工分开混杂的水稻种子。

2、性状的遗传学分析

将该水稻与杨稻6号、绿旱一号、052、RH003杂交，性状观察如下表：

由上表知：该棕褐色稻壳性状对绿色稻壳性状为隐性性状，且为单基因控制。遗传行为简单。

3、棕褐色稻壳性状的转育

以该水稻作为供体，与常规水稻或两系不育系、三系保持系或恢复系杂交、回交、自交，后代中选择出具有棕褐色稻壳性状植株，而且该植株稻壳颜色与供体亲本相似，与其他水稻稻壳颜色反差大，便于人肉眼识别，各籽粒着色均匀一致，差异不明显，不同世代差异不明显，性状表达不易受环境影响，其他性状与受体亲本相同的新常规水稻、两系不育系、三系保持系或恢复系。

带棕褐色稻壳性状的新三系保持系再与三系不育系杂交，回交，选育出带棕褐色稻壳性状的新三系不育系。

4、棕褐色稻壳性状转育杨稻6号

以杨稻6号为母本，g2545为父本杂交，以杂交种F1代作父本，杨稻6号为母本回交(BC1F1)，继续以杨稻6号为母本回交(BC2F1)、自交(BC2F2)，方法群体到2000株进行筛选，从中筛选稻壳颜色与g2545一致，农艺性状似杨稻6号的株系，再连续自交4代，每代继续选择种壳颜色和农艺性状，最终获得稻壳颜色为棕褐色、农艺性状优良的水稻新品系色选6号。

5、棕褐色稻壳性状转育1892s

以1892s为母本与g2545杂交，继续以1892s为母本与杂交F1代杂交、自交获得BC1F2代，正季放大种植群体到2000株，对分离群体单株稻壳性状进行筛选，保留稻壳颜色与g2545一致的单株，并对这些单株进行花粉育性检测，筛选出花粉不育单株，再对株型进行选择，割茬繁殖，在海南和安徽两地多代进行繁殖能力和不育能力鉴定，最终获得两系不育系色选1892s。

6、种子混杂的快速检测

按照水稻种子纯度检验的相关标准要求，抽取播种、收获、脱粒、晒种、运输、储藏、包装等环节可能导致机械混杂的种子，观察样品的真实性(是否稻壳为棕褐色)，人工挑拣出其中的非棕褐色稻壳水稻，并计算纯度。如果某个环节种子纯度不合格，立即终止后续操作，并寻找导致纯度降低原因和混杂种子来源，为种子生产的各环节提供质量保证。

Claims (2)

1.一种设计稻壳颜色用于水稻防伪的方法，其特征在于：从水稻资源中筛选具有由隐性基因控制的棕褐色稻壳性状的水稻，以该水稻为供体，与常规水稻或两系不育系或三系不育系保持系杂交、回交、自交，选择出具有棕褐色稻壳性状的新常规水稻、两系不育系、三系保持系、三系不育系或恢复系，通过直接观察稻壳颜色以对种子真实性和纯度进行鉴定。

2.根据权利要求1所述的一种设计稻壳颜色用于水稻防伪的方法，其特征在于，对棕褐色稻壳性状水稻筛选包含以下步骤：

(1)水稻种质资源的初步筛选

对水稻稻壳颜色进行比对，肉眼识别出有别于金黄色稻壳的水稻品种，种植该水稻品种，并以金色稻壳水稻作为对照，分别于开花期、灌浆期、成熟期和脱粒晒干后对稻壳颜色进行再次筛选，入选的水稻需符合：第一、该稻壳颜色稀有少见，生产上不会有同色的其他品种干扰；第二、该颜色与其他水稻稻壳颜色反差大，便于人肉眼识别；第三、含有该稻壳颜色的水稻品种内各籽粒着色均匀一致，差异不明显；第四、该性状可以稳定遗传，不同世代差异不明显；

(2)水稻种质资源的进一步筛选

将步骤(1)中筛选的水稻品种与金色水稻品种杂交，利用F2群体分析棕褐色稻壳性状的遗传规律，最终筛选出遗传简单隐性单基因控制的棕褐色稻壳水稻。

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