CN105210750B - 一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法，具体为：取水稻开花后15天的剑叶，分别于上午、中午测定其荧光动力学曲线，测定前样品暗适应20min；以荧光参数PIabs作为评价参数，中午PIabs值大于1.9,且中午PIabs值较上午下降小于70%的样品水稻，即具有广适性水稻；本发明整个检测过程对植株没有任何损伤性，无需采样，减少对植株的损伤性；该检测操作简便准确，利用单年单点即可确定材料对环境的适应能力，节省育种的年限和试验地的面积。
Description
技术领域
本发明属于水稻育种领域，特别是一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法。
背景技术
粮食安全是世界各国关注的首要问题，水稻作为中国种植面积最大的作物，对中国粮食安全更是起到举足轻重的作用。自“超级稻”研究计划启动以来，中国超级稻育种取得了令人瞩目的成就，而水稻稳产性和生态适应性历来受到水稻工作者的重视。广适性首次由CMMYT(International Maiza and Whert Improvement Center)通过小麦和玉米的育种研究中重新赋予了作物广适性的内涵，即一种基因在多种环境中都能获得高产的能力。水稻叶片光合作用对不同土壤、生态气候条件、耕作制度都有直接和快速的响应，光合作用的稳定性是水稻适应多种不良逆境的重要生理基础。
水稻产量高低取决于抽穗至成熟期的光合生产能力及光能利用率。水稻生育后期是决定水稻产量的关键时期，开花后光合作用的70％都用于形成产量，其中剑叶的光合作用占整个叶片光合作用的50％以上(广适性超高产杂交水稻选育的新成就与体会，陈立云等，第1届中国杂交水稻大会论文集，2010年9月:54－58)。光系统Ⅱ(PSⅡ)是植物叶片对外界环境变化反应最敏感的部位，叶绿素荧光动力学技术是检测光系统Ⅱ生理反应的无损伤探针，可快速，准确的反应植物的光合状态。叶绿素荧光可用于分析各种生物和非生物胁迫胁迫对植物光合作用的影响，包括光照强度、水分、营养、大气环境等，通过对不同条件下快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的分析，可深入了解以上这些因素对植物光合机构主要是PSII的影响以及光合机构对环境的适应机制。
一个水稻品种欲大面积推广应用，需要具有广泛生态适应性，对各种生态逆境都有一定的耐性。因此育种专家通常需在F1优势组合中经过多年多点的试验，花费较长时间和较多种植面积，这样在一定程度上限制了新品种推广的进程(广适性杂交水稻的性状特征研究，刘文江等，四川农业大学学报，2000,2(18):137-140)；而且在有限的年份里较难遇及各种生态逆境的考验，这样的试验也仅限用于目标组合的鉴定,而难以用于一定量优势组合的筛选,在使用环节上滞后(两系法亚种间杂交稻育种的若干思考，吕川根等，中国农业科技导报，2007,9(2)：38-43)。水稻有着内在的生理特性,一个品种的遗传特性总在某些生理特性和指标上得到表现,即使其处于非逆境条件下。发掘和鉴定这些特定的生理指标,可以有效反映品种的某些遗传特性,用于早期鉴定品种的广泛生态适应性。目前已经有研究者利用生理特性通过测定叶片叶绿素含量、茎伤流、硝酸还原酶活性等将水稻进行分型，利用公式计算其广适性，但此种方法存在需破坏水稻组织，且检测指标较多的缺陷，目前无资料显示利用叶绿素荧光动力学的方法来筛选广适性水稻(田间杂交水稻单年单点5种不同逆境的批量筛选及聚类分析，李霞等，中国生态农业学报，2010,3(18):528-534)。因此开发一套简便快捷的筛选技术，对加快育种进程，提高育种效率具有十分重要的作用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法，该方法操作简便，无需破坏水稻组织，即可实现对水稻广适性的检测，本发明是这样实现的：
一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法，具体步骤如下：
取水稻开花后15天的剑叶，分别于上午、中午测定其荧光动力学曲线，测定前样品暗适应20min；
以荧光参数PIabs作为评价参数，中午PIabs值大于1.9,且中午PIabs值较上午下降小于70％的样品水稻，即具有广适性水稻。
优选的，本发明中，所述上午是指8:00-9:30时段内，所述中午是指12:30-14:00时段内。
进一步，本发明所述方法中，是通过植物效率仪测定荧光动力学曲线，其最大光强为3000umol/m2/s。
淮稻5号是公认的广适性品种，经过多年试验试种，表现高产、稳产、优质。大田示范试种一般亩产600-650公斤，产量潜力在750公斤以上。
本发明基本原理在于：植物叶片在晴天中午会发生光抑制，光抑制会导致植物光化学效率降低，光合产物量降低，低温、高温、干旱会加剧光抑制程度，而光抑制程度的高低也反映了植物叶片抵御逆境的能力。光抑制主要发生在PSⅡ阶段，而叶绿素荧光动力学能够深入细致的分析PSⅡ的生理状态，其中光合性能指数PIabs能够准确反映植物光合机构的状态，能够更好的反映环境胁迫对光合机构的影响。通过测定发现已知的广适性水稻品种淮稻5号在中午依然能保持较高的光合性能指数(PIabs＝2.03),且较上午该值下降幅度较小(下降百分比＝64.94％)。说明淮稻5号在逆境条件下依然然能够保持相对较高的光合性能，这也与其广适的性能相符合。
本发明以水稻开花后15天剑叶作为测定对象，利用叶绿素荧光动力学技术测定剑叶的荧光动力学曲线，以获得PIabs的值作为筛选条件，对水稻广适性进行筛选，整个实验过程对植株没有任何损伤性，无需采样，减少对植株的损伤性；该检测操作简便准确，利用单年单点即可确定材料对环境的适应能力，节省育种的年限和试验地的面积。
具体实施方式
试验水稻2014年种植于江苏省农业科学院内试验大田，泰州实验基地大田和白马湖实验基地大田，其中江苏省农业科学院内试验大田作为本发明检测数据采集点，三地的实际产量作为本发明的结论验证。参加试验的配组材料均为自定义编号。
实施例中使用的植物效率仪为英国汉莎公司生产的Hand-PEA；
实施例1
将编号依次为JD4801-JD4830的水稻品种植于江苏省农业科学院试验大田，每个编号设置2个小区重复，大田统一水肥管理，取开花后15天剑叶作为测定对象；同时这些材料在江苏泰州和江苏南京白马湖均种植，并统一水肥管理，并测定各个小区产量。选用淮稻5号作为对照材料。
1、检测方法
1.1测定方法
以水稻开花后15天剑叶作为测定对象，测试前所有样品均用遮光夹暗适应20min，然后利用植物效率仪活体测定样品叶绿素快速荧光诱导曲线，记录从10us-1s间隔中的叶绿素荧光的诱导参数，每次测定随机选用10片叶片，重复测定2个小区并标记被测样品；
实施例中所述上午是指8:00-9:30，中午是指12:30-14:00；两个时间段各测定一次。
1.2筛选方法
根据淮稻5号的生理特性(在中午PIabs＝2.03，且较上午Plabs下降百分比为64.94％)，选用中午PIabs值大于1.9,且中午PIabs值较上午下降小于70.％作为筛选条件，筛选出广适性材料，并将筛选出的材料与样品材料的稳定性进行比较验证，从而确定有效性。
2、结果与分析
各样品植物效率仪检测结果如表1所示：
下降百分比＝(上午剑叶光合性能指数PIabs-中午剑叶光合性能指数PIabs)/上午剑叶光合性能指数PIabs*100％；
表1 各样品数指数PIabs
以中午PIabs值大于1.9,且中午PIabs值较上午下降小于70.％作为筛选条件，筛选结果如表2所示：
表2 PIabs筛选结果
2.2对应大田产量结果
测试同一编号的品系在不同试种点的平均亩产，每个试种点均设置2组小区重复，产量稳定性计算根据标准偏差,p<0.05，
产量稳定性＝(南京亩产-三地亩产均值)2+(泰州亩产-三地亩产均值)2+(白马湖亩产-三地亩产均值)2/3；
计算三个试验点亩产的差异性，差异越大代表产量越不稳定，检测结果如表3所示：
表3 大田产量及稳定性检测结果
根据稳定性计算结果，按照稳定性数值大小进行筛选产量相对稳定的前11份材料，结果如表4所示：
表4 产量稳定性与PIabs值对比结果
由表4可见，产量相对稳定的材料其中午的叶片光合性能指数相对较高，且光合性能比较稳定，中午较上午的光合性能指数下降较少，因此通过剑叶中午的光合性能指数和光合性能的稳定性就能判断品种的产量稳定性。
并通过不同试验点的亩产稳定性检测发现，这11份材料均表现出较好的亩产稳定性。该方法结合当年产量可以作为育种工作中辅助选择品种的简便方法。与传统育种选择相比可以大大节省试验地和试验年限，与现有的利用测定植株叶绿素含量、茎伤流、硝酸还原酶活性、结实率等聚类分析的方法，具有无损伤，快速简便的特点。此种方法可用于育种工作者对田间试验材料进行批量筛选。
实施例2 对抗病性能的检测
1.实验材料自定义编号为JD4801-JD4830的实验材料(同实施例1)同期同步种植于江苏省农科院实验大田，大田统一水肥管理。
2.接种方法将编号为JD4801-JD4830的水稻在孕穗期接种白叶枯病菌株，菌株浓度为3*108细胞/毫升，剪叶接种，每菌株在每一品种上各接10穴稻株，约30片叶，配置的菌液放在阴凉处并在2小时内接种，接种21天，每处测量20张叶片的病斑长度同时测量接菌叶片的平均长度，计算病斑纵向扩展的长度占叶片总长。
3.测定方法取花后15天对应编号未接种的材料作为测定对象，测试前所有样品均用遮光夹暗适应20min，然后利用植物效率仪活体测定样品叶绿素快速荧光诱导曲线，记录从10us-1s间隔中的叶绿素荧光的诱导参数，每次测定随机选用10片叶片，计算均值。
实施例中所述上午是指8:00-9:30，中午是指12:30-14:00；两个时间段各测定一次。检测结果如表5所示：
表5 抗病性能检测结果
根据表5测定结果可看出，病斑占叶片总长度越长说明该品种对菌株的抵抗力越弱，容易感染白叶枯病，接种病斑越短说明该品种对白叶枯病抗性越强。前期筛选的11份广适性材料在接种后都表现良好，病斑长度都较短，而广适性弱的材料一般病斑长度较长，因此认为具有相对较强的光合稳定行的材料在病菌的抗性上也有体现，可作为植株抗病性强弱的一个检测指标。
Claims (2)
1.一种基于叶绿素荧光动力学筛选广适性水稻的方法，其特征在于，具体步骤如下：
取水稻开花后15天的剑叶，分别于上午、中午测定其荧光动力学曲线，测定前样品暗适应20min；
以荧光参数PIabs作为评价参数，中午PIabs值大于1.9,且中午PIabs值较上午下降小于70%的样品水稻，即具有广适性水稻；
所述上午是指8:00-9:30时段内，所述中午是指12:30-14:00时段内。
2.根据权利要求1所述一种基于叶绿素荧光动力学筛选广适性水稻的方法，其特征在于，通过植物效率仪测定荧光动力学曲线，其最大光强为3000umol/m2/s。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109430052A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-03-08 | 安徽农业大学 | 一种乌菜耐寒性的快速鉴定方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN105210750A (zh) | 2016-01-06 |
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