CN106718847A - 一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法 - Google Patents

一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水稻育种领域。目的是提供一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法。该方法通过设置不同镉含量、不同pH以及不同铁、锌含量的土壤条件，在多种条件下筛选籽粒低吸收、低积累的重金属镉的水稻品种，并将筛选得到的水稻品种进行杂交和再次筛选，所得子代经多代自交和筛选后得到稳定的籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种。本发明筛选出的低吸收、低积累重金属镉的水稻品种安全、稳定，能够适应不同地域、不同条件的土壤，具有更稳定的低镉特性。

Description

一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法
技术领域
本发明属于水稻育种领域，具体涉及一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法。
背景技术
镉(Cd)是我国污染农田最普遍的重金属之一，重度镉污染不仅影响水稻生长发育导致产量下降，更重要的是镉会在水稻植株、籽粒内积累，通过食物链进入人体，在体内形成镉硫蛋白，通过血液到达全身，并有选择性地蓄积于肾、肝，使之发生病变，造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调等病症。而据农业部统计，我国已有超10％的耕地受镉污染(大于0.3mg/Kg),运用工程技术措施或者农业栽培技术措施来消除和减轻土壤重金属污染，虽然可以降低稻米中的镉含量，但耗资巨大，并不能从根本上解决镉污染土壤带来的粮食安全问题，而且处理不当易引起二次污染。
选育镉低积累品种是目前控制水稻镉积累的重要途径，现有技术已经出现了低镉水稻的转基因技术、低镉品种筛选方法及相应的选育方法。但水稻对镉的吸收的品种间差异是由多种因素造成的，仅靠在不同镉含量的土壤中进行种植和筛选得到的品种，其低镉积累特性是不稳定的。水稻对镉的吸收与土壤中有机酸含量及其他金属元素的含量有关，水稻根表铁氧化膜的含铁量会使水稻的镉吸收能力造成明显差异。因此，在选育低吸收、低积累重金属镉的水稻品种过程中，还要考察不同pH土壤和不同金属元素含量的土壤中水稻对镉的吸收和积累量。
发明内容
本发明的目的是提供一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法，包括以下步骤：
1)分别准备A、B、C三类土壤，其镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，每类土壤分别设置甲、乙、丙三个组，其pH分别为低于6.5、6.5～7.5、高于7.5，其他条件相同；
2)将水稻品种分别种植于上述三类土壤的九个组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量；
3)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.1mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.2mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.5mg/kg的品种；
4)给A、B、C三类土壤分别设置丁、戊、己三个组，丁组的锌含量低于0.4mg/kg，铁含量低于3mg/kg；戊组的锌含量为0.4～1.2mg/kg，铁含量为3～15mg/kg；己组的锌含量高于1.5mg/kg，铁含量高于15mg/kg，其他条件相同；
5)将步骤3)筛选出的水稻品种分别种植于三类土壤的丁组、戊组、己组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量；
6)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.08mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.15mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.4mg/kg的品种；
7)将步骤6)中筛选出的水稻品种作为亲本，进行杂交；
8)将杂交得到的F1代重复步骤1)-6)，结合结实率、抗性和产量性状，选择优良单株；
9)种植步骤8)筛选得到的植株，经5-6代连续自交，得到多个稳定株系；
10)将步骤9)得到的稳定株系重复步骤1)-6)，结合产量性状筛选得到籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种。
优选的：所述步骤1)的土壤制备方法如下：
选用无污染土壤并分为A、B、C三类，土壤风干、过筛，加Cd处理土壤，以CdCl2·2.5H2O形态加入，控制加入量使三类土壤中镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，将每类土壤均分为甲、乙、丙三组，用自来水淹没土层保持一个月，使土壤与Cd进行平衡；平衡过程中，分别向三组土壤中加入1mol/L的醋酸和1mol/L的氯化氨，并实时监测土壤PH，将甲组的pH调节至6.5以下，乙组调节至6.5～7.5之间，丙组调节至7.5以上。
优选的：所述步骤2)的水稻品种包括秀水814、豫粳6号。
本发明具有以下有益效果：本发明在筛选低吸收、低积累重金属镉的水稻品种过程中，在设置不同镉含量的土壤的基础上，还增设了不同pH和不同铁、锌含量的条件，这样筛选出的低吸收、低积累重金属镉的水稻品种更加稳定，能够适应不同地域、不同条件的土壤，具有更稳定的低镉特性。此外，镉还会影响水稻对矿质元素的吸收积累，降低糙米中铁、锌、铜等的含量，而通过本发明提供的方法选育出的水稻品种极大地削弱了这种影响，所得到的糙米更加安全、健康。
具体实施方式
下面具体提供优选的实施例，以使本领域技术人员更加清楚本发明的技术方案和效果。
实施例一
1)分别准备A、B、C三类土壤，其镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，每类土壤分别设置甲、乙、丙三个组，其pH分别为低于6.5、6.5～7.5、高于7.5，其他条件相同。具体制备方法如下：
选用无污染土壤并分为A、B、C三类，将土壤风干、过筛，加Cd处理土壤，以CdCl2·2.5H2O形态加入，A、B、C三类土壤中的加入量分别为每1kg土壤加2.12mg、5.26mg、12.58mg，由于加入的重金属镉在平衡过程中会不可避免地损失，因此可以略微增大加入量，使三类土壤中最终镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg。将每类土壤均分为甲、乙、丙三组，用自来水淹没土层保持一个月，使土壤与Cd进行平衡；平衡过程中，分别向三组土壤中加入1mol/L的醋酸和1mol/L的氯化氨，并实时监测土壤PH，将甲组的pH调节至6.5以下，乙组调节至6.5～7.5之间，丙组调节至7.5以上。
2)将籼稻南京16号、特青、扬稻2号、扬稻4号、扬稻6号和粳稻秀水814、豫粳6号、皖稻54、武运粳8号、扬粳186分别种植于上述三类土壤的九个组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量。
3)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.1mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.2mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.5mg/kg的品种，筛选得到南京16号、特青、秀水814、豫粳6号和皖稻54。
4)给A、B、C三类土壤分别设置丁、戊、己三个组，丁组的锌含量低于0.4mg/kg，铁含量低于3mg/kg；戊组的锌含量为0.4～1.2mg/kg，铁含量为3～15mg/kg；己组的锌含量高于1.5mg/kg，铁含量高于15mg/kg，其他条件相同。具体制备方法如下：
根据步骤1)中制备土壤的方法制得镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg的A、B、C三类土壤，测定其锌、铁含量。将每类土壤均分为丁、戊、己三组，根据之前的测定结果，向丁组土壤中施加磷肥或石灰，使其锌、铁含量分别低于0.4mg/kg、3mg/kg；向戊组土壤中添加磷肥或锌肥、易溶铁肥以调整土壤的锌、铁含量分别至0.4～1.2mg/kg、3～15mg/kg；向己组土壤中添加锌肥、易溶铁肥，使其锌、铁含量分别高于1.5mg/kg、15mg/kg。
5)将步骤3)筛选出的南京16号、特青、秀水814、豫粳6号和皖稻54分别种植于三类土壤的丁组、戊组、己组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量。
6)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.08mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.15mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.4mg/kg的品种，得到秀水814和豫粳6号。
7)将步骤6)中筛选出的秀水814和豫粳6号作为亲本，进行杂交。
8)将杂交得到的F1代重复步骤1)-6)，结合结实率、抗性和产量性状，选择优良单株。
9)种植步骤8)筛选得到的植株，经5-6代连续自交，得到多个稳定株系。
10)将步骤9)得到的稳定株系重复步骤1)-6)，结合产量性状筛选得到籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种。
实施例二
1)分别准备A、B、C三类土壤，其镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，每类土壤分别设置甲、乙、丙三个组，其pH分别为低于6.5、6.5～7.5、高于7.5，其他条件相同。具体制备方法与实施例一相同。
2)将粤香占、籼稻南京11号、盐恢559、明恢23、明恢63和粳稻武育粳3号、黑香粳糯、9520、9365、盐粳5号分别种植于上述三类土壤的九个组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量。
3)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.1mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.2mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.5mg/kg的品种，筛选得到南京11号、明恢23、9520和武育粳3号。
4)给A、B、C三类土壤分别设置丁、戊、己三个组，丁组的锌含量低于0.4mg/kg，铁含量低于3mg/kg；戊组的锌含量为0.4～1.2mg/kg，铁含量为3～15mg/kg；己组的锌含量高于1.5mg/kg，铁含量高于15mg/kg，其他条件相同。具体制备方法与实施例一相同。
5)将步骤3)筛选出的南京11号、明恢23、9520和武育粳3号分别种植于三类土壤的丁组、戊组、己组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量。
6)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.08mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.15mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.4mg/kg的品种，得到9520和武育粳3号。
7)将步骤6)中筛选出的9520和武育粳3号作为亲本，进行杂交。
8)将杂交得到的F1代重复步骤1)-6)，结合结实率、抗性和产量性状，选择优良单株。
9)种植步骤8)筛选得到的植株，经5-6代连续自交，得到多个稳定株系。
10)将步骤9)得到的稳定株系重复步骤1)-6)，结合产量性状筛选得到籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种。
对比例一
现按照专利CN201510443072公开的技术方案选育低镉常规晚稻品种的方法选育低镉常规晚稻品种创11号：
1)南以巴西U2为母本，以农香18为父本杂交，后4代自交选育定向选择，得到F5代的一株优良单株株1。
2)以湘晚籼12号为母本，以株1为父本杂交收杂交种子24粒；经定向选育至F9代，得到20个定型的稳定株系，分别编号为创1号、创2号……创20号。
3)选定对照品种：选用湘晚籼12号作为大田鉴定对照品种。
4)将步骤2)所配成的稳定株与对照品种分别在土壤镉污染程度为轻、中、重的三块大田上进行大田种植(所述土壤镉污染程度为轻、中、重分别是指土壤总镉含量为＜0.2mg/kg、0.2～0.6mg/kg、0.6～1.0mg/kg)，筛选在三块大田中所收糙米的镉含量均在湘晚籼12号以下株系(创2号、创5号、创11号、创12号、创18号)作为初步的当选株系。
5)将步骤4)所选的当选株系分别在土壤镉污染程度为轻、中、重的花盆中进行盆栽种植，以湘晚籼12号作为对照，筛选在三种土壤镉污染程度的花盆中所收糙米的镉含量均在湘晚籼12号以下的当选株系，得到所育的低镉常规晚稻品种创11号。
对比实验
为了验证本发明所选育的水稻的健康安全性和低镉稳定性，将上述实施例一、二、对比例一和粳型常规水稻中作9936、籼型常规水稻嘉育948的五个品种作为实验对象，将每个品种均分为1、2、3三份，第1份种植于镉含量低于0.5mg/kg的土壤中，第2份种植于镉含量在0.5～3mg/kg之间的土壤，第3份种植于镉含量高于3mg/kg的土壤中，使各个品种的第1份水稻种植于相同镉含量的土壤中，第2份、第3份亦然，且三种土壤除镉含量外无其他差别。待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量，将米粒经硝酸、高氯酸消解后用原子吸收光谱仪测定，具体操作参见《中华人民共和国国家标准》(GB 5009.15-2014)食品中镉的测定。检测结果如表1所示：
表1五个水稻品种在不同土壤中种植的糙米镉含量
由上表可见，本发明提供的选育方法选育出的水稻品种，无论是在重金属污染严重的土壤中，还是重金属轻度污染的土壤中，都具有更好的低吸收、低积累重金属镉的效果，具有稳定的低镉特性。

Claims (3)

1.一种籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)分别准备A、B、C三类土壤，其镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，每类土壤分别设置甲、乙、丙三个组，其pH分别为低于6.5、6.5～7.5、高于7.5，其他条件相同；
2)将水稻品种分别种植于上述三类土壤的九个组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量；
3)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.1mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.2mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.5mg/kg的品种；
4)给A、B、C三类土壤分别设置丁、戊、己三个组，丁组的锌含量低于0.4mg/kg，铁含量低于3mg/kg；戊组的锌含量为0.4～1.2mg/kg，铁含量为3～15mg/kg；己组的锌含量高于1.5mg/kg，铁含量高于15mg/kg，其他条件相同；
5)将步骤3)筛选出的水稻品种分别种植于三类土壤的丁组、戊组、己组中，待水稻成熟后，测定水稻糙米的镉含量；
6)筛选出A类土壤中产出的镉含量低于0.08mg/kg、B类土壤中产出的镉含量低于0.15mg/kg、C类土壤中产出的镉含量低于0.4mg/kg的品种；
7)将步骤6)中筛选出的水稻品种作为亲本，进行杂交；
8)将杂交得到的F1代重复步骤1)-6)，结合结实率、抗性和产量性状，选择优良单株；
9)种植步骤8)筛选得到的植株，经5-6代连续自交，得到多个稳定株系；
10)将步骤9)得到的稳定株系重复步骤1)-6)，结合产量性状筛选得到籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种。
2.根据权利要求1所述的籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法，其特征在于：所述步骤1)的土壤制备方法如下：
选用无污染土壤并分为A、B、C三类，土壤风干、过筛，加Cd处理土壤，以CdCl2·2.5H2O形态加入，控制加入量使三类土壤中镉含量分别为0.5mg/kg、1.2mg/kg、3mg/kg，将每类土壤均分为甲、乙、丙三组，用自来水淹没土层保持一个月，使土壤与Cd进行平衡；平衡过程中，分别向三组土壤中加入1mol/L的醋酸和1mol/L的氯化氨，并实时监测土壤PH，将甲组的pH调节至6.5以下，乙组调节至6.5～7.5之间，丙组调节至7.5以上。
3.根据权利要求1所述的籽粒低吸收、低积累重金属镉的水稻品种的选育方法，其特征在于：所述步骤2)的水稻品种包括秀水814、豫粳6号。
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