CN102613016B - 一种鉴定植物根系性状及评估根系对产量贡献能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鉴定植物根系性状及评估根系对地上部产量贡献能力的方法。该方法包括如下步骤：1)制备待测植株嫁接嵌合体和对照植株嫁接嵌合体，所述待测植株嫁接嵌合体的接穗和所述对照植株嫁接嵌合体的接穗来源于同一植物品种的地上部分，且所述接穗不为所述待测植株的地上部分和所述对照植株的地上部分；2)检测所述待测植株嫁接嵌合体和所述对照植株嫁接嵌合体的地上部性状，确定所述待测植株根系对植株地上部性状的贡献能力是否高于对照植株根系。本发明根据接穗地上部性状的测量结果，可直接反映待测植株根系对该地上部性状贡献能力的总效应，便于排除外界环境造成的干扰，省去根系取样等工序，降低劳动强度，节约时间。

Description

一种鉴定植物根系性状及评估根系对产量贡献能力的方法
技术领域
本发明涉及一种鉴定植物根系性状及评估根系对产量贡献能力的方法。
背景技术
根系作为植物的三大营养器官之一，在植物的生长发育中起着极为重要的作用。在农业生产中，许多耕作栽培措施是在耕层实施、通过根系而发挥作用的。根系的强弱直接关系到植物体水分和矿质营养的吸收、生长调节物质的平衡、对地下病虫害的抗御及对地上部的固着能力等。
根系性状是多方面的，不仅包括其形态结构，而且涉及生理生化特征和机械固着性能等，对单一或少数性状的鉴定难以反映根系的整体功能及对地上部的贡献和支撑能力。同时，作物的生长发育和产量形成过程是地上部光合作用和根群吸收水分、养分的统一过程，根系生长发育所需要的有机物质主要来自于地上部，地上部分所需的水分和矿质营养则来自于根部，它们之间相互影响、相互促进。在现有技术条件下，对任何单一性状或者部分而言，都不易区分其它器官或部分的影响大小，故难以准确评估根系或地上部性状是其自身的表现还是来自其它部分营养供应状况的影响。长期以来，“根深”和“叶茂”的因果关系一直未能完全理清。
通常，根系性状鉴定分取样、清洗和测量等步骤进行。根的取样和清洗耗时费力，而且容易造成损伤，很难保证根系的完整性；其次，根系形态和结构各异，侧根繁多，对根系进行测量的难度较大，很难保证实验结论的可靠性。前已述及，地上部供应对根系生长的影响无法排除，难以对根系性状进行客观、准确和全面的鉴定与描述，故无法准确评估根系对地上部结实器官产量的贡献能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种鉴定植物根系性状及评估根系对产量贡献能力的方法，该方法适应于可以嫁接的植物，为研究根系对产量的贡献能力提供了一种科学、有效的方法。
所述方法即一种鉴定待测植株根系对植株地上部性状的贡献能力是否高于对照植株根系的方法，包括如下步骤：
1)制备待测植株嫁接嵌合体和对照植株嫁接嵌合体，所述待测植株嫁接嵌合体的接穗和所述对照植株嫁接嵌合体的接穗来源于同一植物品种的地上部分，且所述接穗不来源于所述待测植株的地上部分和所述对照植株的地上部分；
2)检测所述待测植株嫁接嵌合体和所述对照植株嫁接嵌合体的地上部性状，确定所述待测植株根系对植株地上部性状的贡献能力是否高于对照植株根系；
所述对照植株为进行鉴定比较所用的植株；
所述地上部分为除根系外的植物器官，如枝、芽或胚芽、叶或生长点；
所述植株地上部性状即为植株地上部的目的性状，所述地上部的目的性状可根据实际育种目标或实际需要确定，若育种目标为改善地上部植株的形态，即目的性状为地上部植株的形态性状：如育种目标为培育矮杆植株，则目的性状为株高，如育种目标为培育紧凑型植株，则目的性状为分枝、叶片与主茎的夹角；若育种目标为培育高产植株，则目的性状为收获器官的产量性状；若育种目标为改善收获器官的品质，则目的性状为收获器官的品质性状；所述收获器官根据植物种类的不同而不同，如苹果的收获器官为果实，大豆的收获器官为种子，甘蔗的收获器官为茎，白菜的收获器官为叶，黄花菜的收获器官为花；若所述收获器官为果实如苹果，则所述收获器官的产量性状可为单株苹果产量，品质性状可为苹果的含糖量；若所述收获器官为种子，则所述收获器官的产量性状可为单株种子产量或种子千粒重、百粒重，品质性状可为种子含油量。
在上述方法中，所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木来源于不同的植物品种。
在上述方法中，所述接穗与所述待测植株嫁接嵌合体的砧木可来自同一植物物种或品种，也可来自不同的植物物种或品种；所述接穗与所述对照植株嫁接嵌合体的砧木可来自同一植物物种或品种，也可来自不同的植物物种或品种。
在上述方法中，所述植株地上部性状为所述植株地上部的形态性状，或所述植株地上部收获器官的产量或品质性状。
在上述方法中，所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木均可来源于大豆Glycinemax(L.)Merr.。
在上述方法中，所述接穗可来源于大豆Glycinemax(L.)Merr.。
在上述方法中，当所述接穗、所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木均来源于大豆Glycinemax(L.)Merr.时，所述植株地上部的形态性状为所述植株的株高、主茎节数、分枝数或主茎茎粗；所述收获器官为种子，所述收获器官的产量性状为所述植株的单株有效荚、单株种子粒数或单株种子产量；所述株高为从所述嫁接嵌合体的从子叶节嫁接部位到结荚花序顶端的高度；所述主茎节数为从所述嫁接嵌合体的子叶节嫁接部位开始的节数。
在本发明的实施例中，所述对照植株为大豆Glycinemax(L.)Merr.中黄39，所述待测植株根系来源于如下24个大豆Glycinemax(L.)Merr.品种之一：爬蔓青、上蔡二糙平顶式、菏泽牛毛黄、益都平顶黄、新黄豆、莒选23、齐黄10、充黄1号、丰收黄、文丰7号、跃进5号、诱变30、冀豆4号、鲁豆4号、豫豆2号、中豆19、科丰6号、鲁豆11、冀豆7号、豫豆22、冀豆12、中黄13、郑92116、中黄30。
在上述方法中，所述制备待测植株嫁接嵌合体和对照植株嫁接嵌合体中，所述待测植株嫁接嵌合体的接穗和所述对照植株嫁接嵌合体的接穗的发育时期一致；所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木的发育时期一致；所述接穗可来自于种子萌发至第一对真叶完全展开时的植株；所述砧木可来自于种子萌发至子叶完全展开时的植株。
本发明保护上述任一所述方法在筛选植株根系对地上部性状贡献能力高于对照植株根系的应用，所述对照植株根系为进行筛选比较所用的植株根系。
本发明还适应于豆类如绿豆Vignaradiata、瓜类如南瓜Cucurbitamoschata或黄瓜CucumissativusLinn、薯类如甘薯IpomoeabatatasLam.、木薯ManihotesculentaCrantz和马铃薯SolanumtuberosumL.及果木等可以嫁接的栽培植物。
实验证明，以大豆品种中黄39为接穗，以包括大豆中黄39在内的25种不同大豆品种的根系为砧木，获得的25种不同嫁接嵌合体在株高、主茎茎粗、主茎节数、分枝数、单株有效荚、单株种子粒数和单株种子产量上存在显著差异，与以中黄39为砧木相比，共有6个品种作为砧木时对接穗中黄39的大豆产量贡献能力较高，可作为今后的育种亲本。
本发明所提供的方法，可保证根系研究中除根系外其他部分的一致性；根据接穗地上部性状的测量结果，可直接反映待测植株根系对该地上部性状贡献能力的总效应，排除了根系研究中来自外界环境造成的干扰，省去了根系取样等工序，可降低劳动强度，节约时间。本发明能可靠地评估根系对地上部性状的贡献能力，筛选出根系对地上部性状贡献能力强的品种作为植物育种的优异亲本改善目的植物的根系，最终获得符合实际生产需要的目的植物。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、利用嫁接技术鉴定不同品种的大豆根系对地上部性状的贡献能力
一、试验材料
接穗：大豆品种中黄39，学名Glycinemax(L.)Merr.，中国农业科学院作物科学研究所选育，审定编号：国审豆2010018，购自北京中农作科技发展有限公司。
砧木：生产上大面积推广的大豆品种，共25个。具体名称和来源如下：
1.爬蔓青：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库(网址：http://icgr.caas.net.cn)统一编号为ZDD02924。
2.上蔡二糙平顶式：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD03190。
3.菏泽牛毛黄：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02876。
4.益都平顶黄：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02715。
5.新黄豆：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02570。
6.莒选23：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02615。
7.齐黄10：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02581。
8.充黄1号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02643。
9.丰收黄：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02612。
10.文丰7号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD02611。
11.跃进5号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD09895。
12.诱变30：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD07987。
13.冀豆4号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD18630。
14.鲁豆4号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD09884。
15.豫豆2号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD10089。
16.中豆19：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD11579。
17.科丰6号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD08024。
18.鲁豆11：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD19379。
19.冀豆7号：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD18632。
20.豫豆22：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD19410。
21.冀豆12：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD23040。
22.中黄13：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD23876。
23.郑92116：学名Glycinemax(L.)Merr.，国家农作物种质库统一编号为ZDD23277。
24.中黄30：学名Glycinemax(L.)Merr.，中国农业科学院作物科学研究所选育作物科学研究所选育，审定编号：国审豆2006015，购自北京中农作科技发展有限公司。
25.中黄39。
二、试验方法
以中黄39为接穗，包括中黄39在内的上述25种不同大豆品种为砧木，按照如下插接法分别进行嫁接，获得25种嫁接嵌合体：
(1)竹签制备：选用粗细合适的牙签去尖后将其削成双面楔形，斜面长度1～2cm，竹签的直径根据砧木的生长状况选择；(2)砧木与接穗准备：砧木和接穗的种子均选择籽粒饱满的种子；将接穗的种子播种于营养床内，4～5天后将砧木种子播种于营养钵(10×10cm)内；待砧木的子叶展开后，利用组培用手术刀片和竹签将砧木生长点剔除，然后将竹签沿着生长点中心垂直向下扎孔，深度为1～1.5cm，竹签暂不拔出，同时注意竹签不能伤害到砧木的子叶；待第一对真叶展开后，在距真叶下1～1.5cm处下刀将接穗根据竹签的性状削为楔形，斜面与真叶所在位置平行，长度1cm左右，同时将两个真叶切除；(3)相互嫁接：将竹签拔出，迅速把接穗插入到砧木的插孔当中，是接穗的削面与竹签的斜面吻合，然后用封口膜固定；(4)嫁接后管理：用底部剪出缺口的透明塑料杯将嫁接后的植株覆盖，保湿，缓苗，同时如果有生长点从子叶处冒出应及时剔除。待嫁接植株成活后将嫁接植株移栽到田间。
实验采用完全随机区组设计，共设3个区组(重复)，每个区组设25个小区(处理)，每个小区的面积为0.81平方米，每个小区内种植嵌合体植株的穴距0.9m，行距0.9m，每穴定苗5株，按常规方法进行田间管理。
三、不同根系(砧木)对地上部性状贡献能力的比较
1、上述步骤二获得的大豆嫁接嵌合体的大豆收获后，统计各大豆嫁接嵌合体植株地上部如下形态性状：株高(从子叶节嫁接部位到结荚花序顶端的高度)、主茎茎粗(从子叶节嫁接部位以上第一节的茎粗)、主茎节数(从子叶节嫁接部位开始)、分枝数，再利用LSD法进行多重比较，标记字母法的统计结果如表1所示，表1中的数值为3个重复的平均值，数值后的小写字母表示α＝0.05显著水平，以不同大豆品种为砧木获得的不同嫁接嵌合体，在同一性状数值后若含有相同的小写字母，则表示二者无显著差异，若无相同的小写字母，则表示二者差异显著。
表1结果表明，菏泽牛毛黄作为砧木时，地上部接穗的株高最高，而且接穗之间的株高差异显著，由此可见不同的根系(砧木)对接穗株高的影响差异显著；不同根系(砧木)对接穗主茎茎粗、主茎节数的影响差异显著；不同根系(砧木)对接穗分枝数的影响也达到了显著水平。通过对上述分析发现，不同的根系可以影响接穗的形态性状。
表1不同品种根系(砧木)对接穗中黄39植株地上部形态性状的影响
2、上述步骤二获得的大豆嫁接嵌合体的大豆收获后，统计各大豆嫁接嵌合体植株地上部如下产量构成因素(产量性状)：单株有效荚数、单株种子粒数和百粒重，再利用LSD法进行多重比较，标记字母法的统计结果如表2所示。表2中的数值为3个重复的平均值，数值后的小写字母表示α＝0.05显著水平，以不同大豆品种为砧木获得的不同嫁接嵌合体，在同一性状数值后若含有相同的小写字母，则表示二者无显著差异，若无相同的小写字母，则表示二者差异显著。
表2的结果表明，不同根系(砧木)对地上部接穗的单株有效荚和单株种子粒数的影响差异显著；而对百粒重的影响差异不显著，说明不同根系(砧木)可以对接穗的产量构成因素产生影响，而且这种差异显著。
表2不同根系(砧木)对地上部接穗产量构成因素的影响
3、上述步骤二获得的大豆嫁接嵌合体的大豆收获后，统计各大豆嫁接嵌合体植株地上部接穗的单株种子产量，再利用LSD法进行多重比较，标记字母法的统计结果如表3所示，表3中的数值为3个重复的平均值，以不同大豆品种为砧木获得的不同嫁接嵌合体，在同一性状数值后若含有相同的字母，则表示二者无显著差异，若无相同的字母，则表示二者差异显著。
表3结果表明，豫豆22作为砧木时，接穗的单株种子产量最高；鲁豆11作为砧木时接穗的单株种子产量最低，两者作为砧木时接穗的单株种子产量差异显著。同时可看出，接穗的单株种子产量之间差异达到显著水平，说明不同根系对接穗单株种子产量的影响差异显著。
表3不同根系(砧木)对接穗产量的影响
用接穗的产量作为指标可直接反映根系对产量的贡献能力，从表3结果可以看出，不同根系对接穗产量的影响差异显著，以菏泽牛毛黄、齐黄10、充黄1号、跃进5号、诱变30、豫豆22作为砧木时接穗的产量比中黄39(自身嫁接)作为砧木时的产量要高，说明不同根系对产量的贡献能力是不同的。
通过上述方法是可以判断出根系对产量贡献能力的差异的。以豫豆22、诱变30、跃进5号、菏泽牛毛黄、齐黄10、充黄1号等作为砧木时，对接穗产量的贡献能力较高，因此可以选择它们作为大豆育种中的亲本材料。

Claims (2)

1.一种鉴定待测植株根系对植株地上部性状的贡献能力是否高于对照植株根系的方法，包括如下步骤：
1）制备待测植株嫁接嵌合体和对照植株嫁接嵌合体，所述待测植株嫁接嵌合体的接穗和所述对照植株嫁接嵌合体的接穗来源于同一植物品种的地上部分，且所述接穗不来源于所述待测植株和所述对照植株；
2）检测所述待测植株嫁接嵌合体和所述对照植株嫁接嵌合体的地上部性状，确定所述待测植株根系对植株地上部性状的贡献能力是否高于对照植株根系；
所述待测植株嫁接嵌合体的砧木来源于待测植株，所述对照植株嫁接嵌合体的砧木来源于所述对照植株；所述待测植株与所述对照植株为不同的植物品种；
所述植株地上部性状为所述植株地上部的形态性状，或所述植株地上部收获器官的产量或品质性状；
所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木均来源于大豆Glycinemax(L.)Merr.；
所述接穗来源于大豆Glycinemax(L.)Merr.；
所述植株地上部的形态性状为所述植株的株高、主茎节数、分枝数或主茎茎粗；所述收获器官为种子，所述收获器官的产量性状为所述植株的单株有效荚、单株种子粒数或单株种子产量；
所述制备待测植株嫁接嵌合体和对照植株嫁接嵌合体中，所述待测植株嫁接嵌合体的接穗和所述对照植株嫁接嵌合体的接穗的发育时期一致；
所述待测植株嫁接嵌合体的砧木和所述对照植株嫁接嵌合体的砧木的发育时期一致；
所述接穗可来自于种子萌发至第一对真叶完全展开时的植株；所述砧木可来自于种子萌发至子叶完全展开时的植株。
2.权利要求1所述的方法在筛选植株根系对地上部性状贡献能力高于对照植株根系的应用。
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