CN105660335A - 一种鉴定耐湿大麦品种的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种鉴定耐湿大麦品种的方法以及用于该方法中的湿害处理系统。鉴定方法包括以下步骤：1)使用滤纸法催芽大麦种子；2)将步骤1)中所得的长势一致的芽苗移栽入装有等量有机基质的培养箱中；3)将栽种好的芽苗分为对照组和处理组，在不同生长期对处理组的芽苗进行湿害处理；4)随后选取大麦单株根系，以不定根的表型特征和/或不定根中产生通气组织的面积作为鉴定大麦耐湿性的重要指标。本发明所提供的基于不定根根系特征的鉴定方法具有表型简单、结果准确、易于筛选区分的优点；用于该方法中的湿害处理系统安装简单、装配灵活，可循环利用有机基质，不会造成养分流失，减少了试验误差。

Description

一种鉴定耐湿大麦品种的方法及系统

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及作物种质资源抗逆性鉴定与筛选方法及其适宜的湿害处理系统。

背景技术

湿害是指土壤水分达到饱和时对作物正常生长发育所产生的危害，在世界范围内广泛发生，尤其在北美、澳大利亚、中国、印度等国。大麦是世界上最主要、最古老的栽培作物之一，播种面积和总产量仅次于玉米、小麦、水稻，居谷类作物第4位。湿害是影响大麦生长发育的重要逆境因素之一，尤其是对我国长江中下游地区影响严重。在麦类作物生长的整个生育期均有发生，且不同时期对最终产量和品质的影响不同。通过对农作物耐湿性的改良，选育出耐湿性强的品种，对我国粮食的高产稳产具有重要意义。

目前对大麦耐湿品种的筛选和鉴定，多集中于地上部形态指标和生理指标，如株高、分蘖数、黄叶数、叶绿素含量、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量等。然而，生理指标易受生长环境变化及检测方法影响，因而存在着许多不确定因素，使得难以准确筛选出大麦耐湿材料。根系是农作物吸收营养物质的主要器官，是植物地上部分赖以生存的基础，也是对湿害反应最敏感的部位，因此大麦根系的研究对提高其耐湿性有重要的意义。但是由于根系生长在土壤中，我们很难获得完整的根系，所以一直限制根系研究的发展。耐盐性研究可以用营养液培养的方法进行模拟试验，耐旱性研究目前主要用PEG-6000(聚乙二醇)模拟干旱胁迫，这两种方法都可以获得完整的根系，但都不适用于湿害胁迫的处理。以前模拟湿害处理环境的方法有大田和盆钵淹水，但田间淹水很难保证条件统一，重复间误差较大；水池中盆钵试验虽然条件容易控制，但盆钵的大小限制了根系的生长，且淹水处理后，流水会带走盆钵中的营养物质，与对照相比间接造成试验误差。目前通过塑料箱中营养基质培养的方法，全生育期研究湿害胁迫下次生根系的差异来准确的筛选到耐湿品种的方法还未见报道。

发明内容

本发明目的是提供一种利用新生不定根系的差异来准确地鉴定耐湿品种的方法及其相应系统，以克服传统鉴定方法中农作物生理指标测定的不稳定性，以及克服田间试验以及盆钵试验中环境较难保持均匀一致、对湿害反应最为敏感的根系难以完整获得的技术缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提供了一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)大麦种子的滤纸法催芽：

选取新收获的、饱满的不同材料的大麦种子，放入铺有发芽纸的湿润的带盖培养皿中，再放入去离子水，置于23℃-27℃的恒温箱中浸种催芽，当芽长至2-3cm时，选取长势一致的用于移栽试验；

(2)移栽：

将步骤(1)中生长一致的苗移入装有有机基质的培养箱中，栽种时，优选地，行距、株距都为8cm、每行5棵、每箱8行，定量喷水保证麦苗生长所需水分；有机基质由蚯蚓粪、蛭石、珍珠岩和微量元素等混合配制而成，各组分重量百分比为：蚯蚓粪58-71％，蛭石25-35％、珍珠岩3.5-6.5％、微量元素0.05-0.5％，该有机基质疏松通气性好，而且有益于完整根系的取得，每个培养箱装入等质量的有机基质；

(3)不同时期湿害胁迫处理：

材料长至苗期、拔节期、孕穗期和/或灌浆期时，对照组保持正常生长所需的水分，处理组进行湿害处理。进行湿害处理时，保持水面高于有机基质表面，不同材料表现出明显差异时停止湿害处理，具体处理时间因不同作物和所处环境温度而定；

(4)根系材料的获得：

湿害处理结束后，选取对照组和处理组大麦单株根系，优选重复选取3次，每次重复选取10株；随后，将有机基质洗净；

(5)根系材料的测定：

以不定根的表型特征和不定根中产生通气组织的面积作为鉴定大麦耐湿性的重要指标。两者可以单独也可相互结合利用，用于判定农作物资源的耐湿性。

本发明还提供了一种湿害处理系统，其特征在于，包括培养箱4、上进水管7、下放水管8、喷水管5、上营养液贮存箱1、下营养液贮存箱2、微型水泵6、上进水管阀门3和下放水管阀门9。其中，培养箱4的深度应不低于50cm，以使得根系充分生长。优选地，培养箱4尺寸大小为70cm×50cm×60cm。其内部装满有机基质，喷水管5位于培养箱4上方，与上进水管7相连，上进水管7通过上进水管阀门3与上营养液贮存箱1连接，每个培养箱4的下方都依次通过下放水管阀门9和下放水管8，分别与下营养液贮存箱2相连。通过喷水管5淋水，以保证每个培养箱4中大麦生长所需的正常水分，过多的水分流经下放水管阀门9，通过下放水管8进入下营养液贮存箱2，然后通过位于下营养液贮存箱2内的微型水泵6灌入上营养液贮存箱1，保证有机基质的营养不流失，可以循环利用。对培养箱4中的大麦分别进行苗期、拔节期、孕穗期和/或灌浆期的湿害处理时，培养箱4灌满水，保持水面高于有机基质平面，优选地，湿害处理时水面高于有机基质平面2-3cm。

本发明提供的技术方案实现了如下有益效果：

1)本发明所提供的鉴定方法与生理生化指标鉴定方法相比，不定根根系特征鉴定方法具有表型简单，结果准确，易于筛选区分的优点；

2)利用本发明中的湿害处理系统可以对不同作物根系进行研究，而且较于盆栽，本发明的培养箱体积更大，可以模拟大田，从而解决了小盆钵只能进行苗期鉴定的限制，且处理后盆钵内营养流失的问题；

3)本发明中的湿害处理系统采用配有机基质代替传统的土培，使得育苗营养均匀；有机基质疏松，通气性好，有利于根系的生长，也便于取根；

4)本发明中的湿害处理系统中设置了由上、下营养液贮存箱和微型水泵组成的回流装置，实现了水和有机基质的循环利用，不会造成养分流失，减少了试验误差，保证实验结果的准确性；

5)本发明中的湿害处理系统安装简单、装配灵活，也可以进行耐盐、耐旱等其它逆境胁迫的试验研究。

附图说明

图1是单个培养箱的结构示意图。

图2是本发明湿害处理系统的结构示意图。

图3是对照组和处理组中大麦不定根的解剖结构。

图中，1.上营养液贮存箱，2.下营养液贮存箱，3.上进水管阀门，4.培养箱，5.喷水管，6.微型水泵，7.上进水管，8.下放水管，9.下放水管阀门。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

实施例1

1.1试验材料

本发明用以前筛选出的两个极端DH系TF57(湿害敏感)和TF58(耐湿害材料)为例进行说明。该材料由澳大利亚塔斯马尼亚大学提供。

1.2试验方法

(1)大麦种子的滤纸法催芽

选取新收获的、饱满度一致TF57和TF58两份材料的种子各100粒，放入铺有发芽纸的湿润的带盖培养皿中，再放入20-30ml去离子水，置于25℃的恒温箱中浸种催芽，当芽长至1-2cm时，停止催芽，选取一致的从恒温箱中取出供试验所用。

(2)用于大麦生长有机基质的准备

有机基质的配制，由蚯蚓粪、蛭石、珍珠岩和微量元素混合制成，各组分重量百分比为：蚯蚓粪58-71％，蛭石25-35％、珍珠岩3.5-6.5％、微量元素0.05-0.5％。该有机基质疏松通气性好，而且有益于完整根系的取得。每个培养箱4(见图1)装入等量的有机基质。

(3)移栽

将步骤1中生长一致的苗移入湿害处理系统(见图2)的装有有机基质的培养箱4(见图1)中。

湿害处理系统包括培养箱4、上进水管7、下放水管8、喷水管5、上下营养液贮存箱1和2、微型水泵6、上进水管阀门3和下放水管阀门9。其中，培养箱4尺寸大小为70cm×50cm×60cm。其内部装满有机基质，喷水管5位于培养箱4上方，与上进水管7相连，上进水管7通过上进水管阀门3与上营养液贮存箱1连接，每个培养箱4的下方都依次通过下放水管阀门9和下放水管8，分别与下营养液贮存箱2相连。通过喷水管5淋水，以保证每个培养箱4中大麦生长所需的正常水分，过多的水分流经下放水管阀门9，通过下放水管8进入下营养液贮存箱2，然后通过位于下营养液贮存箱2内的微型水泵6灌入上营养液贮存箱1，保证有机基质的营养不流失，可以循环利用。

移栽时，行距、株距都为8cm，每行5棵，每箱8行，每份材料种植4行，每份材料对照处理保证各有20棵苗，通过喷水管定量喷水保证麦苗生长所需水分。

(4)苗期湿害处理

材料长至4叶1心期，对照组通过喷水管保持正常生长所需的水分，处理组进行湿害处理。

湿害处理时，通过微型水泵6注满上营养液贮存箱1，然后打开上进水管阀门3和喷水管5，同时关闭下放水管阀门9对试验材料进行湿害处理，使水面保持高于有机基质面2-3cm，并保持水平面不变，处理时间15-20天左右。处理结束后，打开下放水管阀门9，使营养液流入到下营养液贮存箱2中，便于以后的循环使用。

(5)根系材料的获得及测定

湿害处理结束后，重复3次选取对照组和处理组大麦单株根系，将有机基质洗净后进行测定，以不定根的表型特征和不定根中产生通气组织的面积作为鉴定大麦耐湿性的重要指标。两者可以单独也可相互结合利用，用于判定农作物资源的耐湿性。

具体测定方法和结果如下所示：

a)不定根的表型测定：

用WinRHIZOPRO2009型根系图像分析系统测定不定根总长度、不定根表面积、根系平均直径、根体积及不定根数目，结果如表1所示。

从表1可以看出，对照组与处理组中，湿害敏感材料TF57除不定根数差异显著外，其它性状差异均不显著；耐湿材料TF58除平均直径差异不显著外，其它性状对照处理比较均达到极显著差异，并且变化幅度均大于TF57。此结果说明湿害胁迫后，与对照组相比，耐湿材料会产生更加发达的不定根，以维持自身生存的需要。

表1两份材料处理间不定根性状差异

注：a表示对照组与处理组之间的差异达到显著或极显著水平。

b)对湿害处理后所形成通气组织的面积的测定：

取对照组(CK57和CK58)与处理组(T57和T58)中长度相近的不定根，用戊二醛溶液固定，利用树脂或石蜡包埋后，制作树脂或者石蜡切片，在显微镜下观察湿害处理后不定根中通气组织的变化，并通过Image-ProPlus软件分析不同材料的不定根中通气组织的面积差异。

从图3可以看出，TF57(湿害敏感)和TF58(耐湿害)材料在对照组(CK57和CK58)中结构一致，均在湿害处理后产生通气组织；然而，耐湿材料(TF58)产生通气组织的时间要早于湿害敏感材料(TF57)，且在相同部位上，耐湿材料(TF58)产生通气组织的面积明显大于湿害敏感材料，如：距根尖10cm处，湿害敏感材料(TF57)通气组织的面积占整个横切面积的百分比约为15％，而耐湿材料(TF58)通气组织的面积占整个横切面积的百分比约为30％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用滤纸法催芽大麦种子，取长势一致的芽苗用于下一步的移栽试验；

2)将步骤1)中所得的的芽苗移栽入装有等量的有机基质的培养箱中；

3)将步骤2)中栽种好的芽苗分为对照组和处理组，所述的对照组保持芽苗正常生长所需的水分，对于所述的处理组的芽苗，则在其不同生长期进行湿害处理；

4)湿害处理结束后，选取大麦单株根系进行测定，以不定根的表型特征和/或不定根中产生通气组织的面积作为鉴定大麦耐湿性的重要指标。

2.如权利要求1所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述的滤纸法催芽的具体方法为：将大麦种子放入铺有发芽纸的湿润的培养皿中，放入去离子水，置于23℃-27℃的温度下浸种催芽。

3.如权利要求1或2所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在步骤2)所述有机基质由蚯蚓粪、蛭石、珍珠岩和微量元素混合配制而成，各组分重量百分比为：蚯蚓粪58-71％，蛭石25-35％、珍珠岩3.5-6.5％、微量元素0.05-0.5％。

4.如权利要求1所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在步骤2)所述的将芽苗栽种入培养箱时，行距、株距都为8cm、每行5棵、每箱8行。

5.如权利要求1所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在步骤3)所述的不同生长期为苗期、拔节期、孕穗期和/或灌浆期。

6.如权利要求1所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在进行步骤3)所述的湿害处理时，水面高于有机基质平面2-3cm。

7.如权利要求1所述的一种鉴定耐湿大麦品种的方法，其特征在于，在步骤4)中所述的选取大麦单株根系时，重复选取3次，每次重复选取10株。

8.一种用于如权利要求1所述的鉴定耐湿大麦品种的方法中的湿害处理系统，其特征在于，包括培养箱(4)、上进水管(7)、下放水管(8)、喷水管(5)、上营养液贮存箱(1)、下营养液贮存箱(2)、微型水泵(6)、上进水管阀门(3)和下放水管阀门(9)，其中，所述的培养箱(4)的内部装有有机基质，所述的喷水管(5)位于所述的培养箱(4)上方，并与所述的上进水管(7)相连，所述的上进水管(7)通过所述的上进水管阀门(3)与所述的上营养液贮存箱(1)连接，所述的培养箱(4)的下方依次通过所述的下放水管阀门(9)和下放水管(8)与所述的下营养液贮存箱(2)相连，所述的微型水泵(6)位于所述的下营养液贮存箱(2)内部。

9.如权利要求8所述的一种湿害处理系统，其特征在于，所述的培养箱(4)的深度不低于50cm。

10.如权利要求8或者9所述的一种湿害处理系统，其特征在于，所述的培养箱(4)尺寸大小为70cm×50cm×60cm。