CN108157152B - 一种水稻水培方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水稻培养领域，具体涉及一种水稻水培方法，将水稻材料在培养液中光照培养，所述培养液为营养液和腐殖土混合后的悬浊液，所述腐殖土的体积为所述营养液体积的1/5～1/3。利用本发明提供的方法，一方面丰富了营养；另一方面，悬浮于培养液中的腐殖土颗粒为菌体提供了附着和生活空间，形成了一个接近土壤的根系生长生态系统，降低了根系表面的杂菌污染，减少了换水频率，提高了效率。此外，本发明还提供了上述水稻水培方法在实验室水培鉴定水稻根系形态中的应用，加入的腐殖土以悬浊的形式存在，不会影响最后根的形态观察，只要用水轻轻冲洗，就能得到完整的根系。

Description

一种水稻水培方法及其应用
技术领域
本发明涉及水稻培养领域，具体涉及一种水稻水培方法及其应用。
背景技术
云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所建有国家种质中期库，保存有2.5万份作物种质资源，有10％的是不能对外提供的珍贵资源。对这些资源进行精准表型和基因型鉴定，筛选材料发掘优异基因用于育种及生产，是资源研究工作的核心内容。其中保存有1万多份的水稻资源，包括类型丰富的野生稻资源和地方稻资源。本单位的野生稻研究团队多年一直致力于野生稻的发掘利用研究，其中历时16年利用普通野生稻与栽培稻进行远缘杂交创制了高代稳定的元江普通野生稻渗入系材料。这些材料有丰富的性状变异，目前生产上所能观察到的变异，均能在我们的材料中找到。建立了一系列鉴定及分析技术，形成系列专利，获国家专利授权11项(其中发明7项)，2017年该项工作“元江普通野生稻渗入系的创制及籼粳稻优良新品种选育”获得了云南省技术发明一等奖。但目前对这些渗入系材料缺乏根系形态的鉴定。对其鉴定困难重重，目前还没有针对室内水稻水培的高效、简单易行的方法。
针对根形态鉴定，水稻培养可有两大类：固体介质和水培。固体介质一般向培养液中加入一定量的琼脂粉、琼脂糖、植物凝胶，做成固体培养基，可在管中做无菌培养。培养液可是MS培养基，也可是水培培养基。但这种方法操作严格，繁琐，需要进行所有组织培养中所用到的无菌操作，在面对大样本材料时，工作量极其大。并且，由于培养基体积有限，随着培养时间的加长，有害代谢物在培养基中积累，影响了水稻的生长，如果进行固体培养基更换，过程更加繁琐，而且旧培养基从根上分离也不方便。因此，水培方法是最常用的。
目前水稻水培中遇到的一个问题是容易染菌。由于水体中只有水稻根系，有害杂菌也会和根际菌同时附着在根上。如果要解决这个问题，只有频繁更换水体，一般至少需要1周换一次水。由于水稻水培时根系较长(几十厘米)，为了不影响根生长形态，要保证足够的水深。因此，更换大水体变得费时费力和费培养基。况且，经过我们的实验发现，对于有生命的菌类，不会因为更换水体就扩散到其它区域，还是集中在根部，因此，对于长时间培养来说，更换水体也不能很好的解决水稻根部染菌以及最后导致根腐烂的问题。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种无须频繁更换水体，也能解决根系感染问题的水稻水培方法。
本发明提供了一种水稻水培方法，将水稻材料在培养液中光照培养，所述培养液为营养液和腐殖土混合后的悬浊液，所述腐殖土的体积为所述营养液体积的1/5～1/3。
优选的，所述水稻材料为萌发水稻种子。
优选的，所述萌发水稻种子的子叶伸长长度为5-8cm。
优选的，所述萌发水稻种子的制备方法包括：在水稻种子表面淋湿水，32±2℃无光条件下培养5～7天。
优选的，按照元素组成，所述营养液包括以下浓度的组分：32～48mg/L的N、8～12mg/L的P、32～48mg/L的K、32～48mg/L的Ca、32～48mg/L的Mg、0.4～0.6mg/L的Mn，0.04～0.06mg/L的Mo、0.16～0.24mg/L的B、0.008～0.012mg/L的Zn、0.008～0.012mg/L的Cu和1.6～2.4mg/L的Fe。
优选的，所述营养液的pH值为5.4～6.2。
优选的，所述腐殖土为泥炭土。
优选的，所述光照培养过程中，每隔20～40天更换一次培养液。
本发明还提供了上述水稻水培方法在实验室水培鉴定水稻根系形态中的应用：将水稻在所述培养液中光照培养，观察根系形态和测定根系生理指标。
有益效果：
本发明提供了一种水稻水培方法，将水稻材料在培养液中光照培养，所述培养液为营养液和腐殖土混合后的悬浊液，所述腐殖土的体积为所述营养液体积的1/5～1/3。在本发明中，一方面，腐殖土可丰富培养液的营养成分；另一方面，悬浮于培养液中的腐殖土颗粒为菌体提供了附着和生活空间，形成了一个接近土壤的根系生长生态系统，降低了根系表面的杂菌污染，进而减少了换水频率，提高了培养效率。
此外，本发明还提供了上述水稻水培方法在实验室水培鉴定水稻根系形态中的应用：将水稻在所述培养液中培养，观察、测定根系生理指标。加入的腐殖土以悬浊的形式存在，不易在根系表面粘结成颗粒，只要用水轻轻冲洗，就能得到完整的水稻根系，因而不会影响最后对根的形态观察。
附图说明：
图1为对比例1和实施例1所述水培方法的培养基及其中所培养水稻根部的菌体量的比较结果图；
图2为对比例1和实施例1所述水培方法得到的水稻植株的株高比较结果图；
图3为对比例1和实施例1所述水培方法得到的水稻植株的根长比较结果图；
图4为对比例1和实施例1所述水培方法得到的水稻植株的植株干重比较结果图；
图5为对比例1和实施例1所述水培方法得到的水稻植株的根干重比较结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种水稻水培方法，将水稻材料置于营养液和腐殖土混合后的悬浊液中光照培养，无须频繁更换水体，可提高培养效率。
本发明所述营养液为水稻材料的生长发育提供营养成分，常规市售水稻水培营养液或本领域常规配制得到的水稻水培营养液均可实现本发明的技术效果。本发明所述营养液优选包括N、P、K、Ca、Mg、Mn、Mo、B、Zn、Cu和Fe的营养液：所述N的浓度优选为32～48mg/L，更优选为36～44mg/L，最优选为40mg/L；所述P的浓度优选为8～12mg/L，更优选为9～11mg/L，最优选为10mg/L；所述K的浓度优选为32～48mg/L，更优选为36～44mg/L，最优选为40mg/L；所述Ca的浓度优选为32～48mg/L，更优选为36～44mg/L，最优选为40mg/L；所述Mg的浓度优选为32～48mg/L，更优选为36～44mg/L，最优选为40mg/L；所述Mn的浓度优选为0.4～0.6mg/L，最优选为0.5mg/L；所述Mo的浓度优选为0.04～0.06mg/L，最优选为0.05mg/L；所述B的浓度优选为0.16～0.24mg/L，更优选为0.18～0.22mg/L，最优选为0.2mg/L；所述Zn的浓度优选为0.008～0.012mg/L，更优选为0.009～0.011mg/L，最优选为0.01mg/L；所述Cu的浓度优选为0.008～0.012mg/L，更优选为0.009～0.011mg/L，最优选为0.01mg/L；所述Fe的浓度优选为1.6～2.4mg/L，更优选为1.8～2.2mg/L，最优选为2mg/L。本发明对营养液的配制方法没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的营养液配制方法。在配制营养液时，本发明对各元素的来源没有特殊限定，优选为含有上述元素的可溶性化合物。在本发明优选的实施例中，所述N来自NH4NO3；所述P来自NaH2PO4·2H2O；所述K来自K2SO4；所述Ca来自CaCl2；所述Mg来自MgSO4·7H2O；所述Mn来自MnCl2·4H2O；所述Mo来自(NH4)6·Mo7O24·4H2O；所述B来自H3BO3；所述Zn来自ZnSO4·7H2O；所述Cu来自CuSO4·5H2O；所述Fe来自FeCl3·6H2O。本发明所述培养液的pH值优选为5.4～5.8，更优为5.6。按上述元素比例配好营养液后，优选使用浓硫酸调节营养液的pH值。
本发明将营养液与腐殖土混合，得到的悬浊液即为本发明所述水稻水培培养液。腐殖土一方面可丰富培养液营养，另一方面能为菌体提供附着和生活空间，形成接近土壤的根系生长生态系统，从而减少菌体在水稻根系的附着。在本发明中，所述腐殖土的体积优选为所述营养液体积的1/5～1/3；更优选为所述营养液体积的1/4。在本发明中，所述腐殖土优选为泥炭土。本发明对所述腐殖土的来源没有特殊限定，常规市售腐殖土产品均可。在本发明优选的实施例中，所述腐殖土选自丹麦品氏托普基质(泥炭土)。
本发明将水稻材料置于营养液和腐殖土混合后的悬浊液中光照培养。在本发明中，所述水稻材料优选为萌发水稻种子；在本发明中，所述萌发水稻种子的子叶伸长长度优选为5-8cm，更优选为6cm。，所述萌发水稻种子的制备方法包括：在水稻种子表面淋湿水，无光培养；所述无光培养的温度优选为30±2℃，所述无光培养的时间优选为5～7天，更优选为6天。在本发明中，所述水稻材料可以是野生稻，也可以是地方稻；所述水稻材料的品种类型不影响本发明技术方案的实施，本发明提供的方法可适应于任何品种的水稻材料。
使用本发明提供的水稻水培方法，更换培养液的频率优选为20～40天一次，更优选为30天一次。本发明提供的水稻水培方法较常规方法降低了更换培养液的频率、节约了培养液、提高了工作效率，且水稻根系菌体不会过度繁殖。
本发明还提供了上述水稻水培方法在实验室水培鉴定水稻根系形态中的应用：将水稻材料在所述培养液中培养，所述培养过程中，观察根系形态，按常规方法测定根系的株高、根长、植株干重和根干重。一方面，可在减少培养液的更换频率的情况下，抑制水稻根系菌体繁殖，提高培养效率；另一方面，加入的腐殖土以悬浊的形式存在，不易在根系表面粘结成颗粒，只要用水轻轻冲洗，就能得到完整的水稻根系，因而不会影响最后对根的形态观察。
下面结合实施例对本发明进行进一步的详细说明，所举实施例只是用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
(1)制备漂浮培养板；将200孔泡沫板切成适应网袋大小(可根据网袋大小调整，本实施例中切去3排泡沫孔，保留每板170个孔)，套进网袋并系好袋口，在每个泡沫孔小室正对的网袋面位置利用镊子拔开网袋网孔，插入切去底部的5ml离心管，管底不穿过另一网面，这样当漂浮板浮于培养液上时，其中萌发和培养的种子不会落入水中。
(2)向每个离心管中放入1-3粒水稻种子，种子带壳并经常规晾晒干燥，播种时最好挑选表面干净并饱满的种子，直接放入离心管中，如遇有芒且芒较长品种的种子或野生稻种子，可将芒去除或将种子胚端向下放入离心管。并在记录本上记好样品在漂浮板上的位置。
(3)把放好种子的漂浮培养板放入装有10升自来水的塑料筐，置于暗室或人工气候室培养，并在种子表面淋湿水，温度32℃萌发6天，子叶伸长长度为5-8cm，伸出离心管外。
(4)培养液配制：利用自来水配制水培营养液(各元素含量为N 40mg/L、P 10mg/L、K40mg/L、Ca40mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.2mg/L、Zn 0.01mg/L、Cu0.01mg/L、Fe 2mg/L)40L，调为营养液的pH5.8，向营养液加入10L腐殖土，混匀，得到培养液。
(5)把萌发好材料的漂浮培养板放入培养基中，光照下培养。
(6)每隔1月更换一次培养液，并适时补充自来水，以保持体积。
(7)2个月后，根系基本定型，植株生长良好，可进行根形态观察及根长、干重等生理指标测定。
实施例2
步骤(1)～(3)同实施例1，剩余步骤如下：
(4)培养液配制：利用自来水配制水培营养液(各元素含量为N 40mg/L、P 10mg/L、K40mg/L、Ca40mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.2mg/L、Zn 0.01mg/L、Cu0.01mg/L、Fe 2mg/L)40L，调为营养液的pH5.8，向营养液加入8L腐殖土，混匀，得到培养液。
(5)把萌发好材料的漂浮培养板放入培养基中，光照下培养。
(6)每隔1月更换一次培养液，并适时补充自来水，以保持体积。
(7)2个月后，根系基本定型，植株生长良好，可进行根形态观察及根长、干重等生理指标测定。
实施例3
步骤(1)～(3)同实施例1，剩余步骤如下：
(4)培养液配制：利用自来水配制水培营养液(各元素含量为N 40mg/L、P 10mg/L、K40mg/L、Ca40mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.2mg/L、Zn 0.01mg/L、Cu0.01mg/L、Fe 2mg/L)40L，调为营养液的pH5.8，向营养液加入13L腐殖土，混匀，得到培养液。
(5)把萌发好材料的漂浮培养板放入培养基中，光照下培养。
(6)每隔1月更换一次培养液，并适时补充自来水，以保持体积。
(7)2个月后，根系基本定型，植株生长良好，可进行跟形态观察及根冠比等生理指标测定。
对比例1
步骤(1)～(3)同实施例1，剩余步骤如下：
(4)培养液配制：利用自来水配制水培培养液(各元素含量为N 40mg/L、P 10mg/L、K40mg/L、Ca40mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.2mg/L、Zn 0.01mg/L、Cu0.01mg/L、Fe 2mg/L)40L，调为培养液的pH5.8。
(5)把萌发好材料的漂浮培养板放入培养基中，光照下培养。
(6)每隔5天更换一次培养液。
(7)2个月后，根系基本定型，植株生长良好，可进行根形态观察及根长、干重等生理指标测定。
生理指标测定：
A.对对比例1和实施例1所述水培方法的培养基及其中所培养水稻根部的菌体量进行检测。
培养液：培养两个月后，分别取对比例1和实施例1所述水培方法培养液上清各200ml，涂于LB培养基；
根段研磨液：分别取距离根尖1-1.5cm部位的水稻根段1g，加1ml去离子水研磨，于2800rpm离心3分钟，再取上清200ml，涂于LB培养基；
根段：分别取距离根尖1-1.5cm部位的水稻根段1g，将根段平铺于LB培养基上。
将涂布和摆放好样品的LB培养皿(每个处理培养6个平板)放置于37℃培养两天，每个培养皿加入2ml去离子水刮取菌体，于离心管中振荡后于Nanodrop 2000微量紫外分光光度计上测定OD600nm，结果见图1。
由图1可以看出：
培养液中：对比例1的OD600nm为1.73，实施例1的OD600为1.64，实施例1的数值略低但没有显著差异；
根段研磨液中，对比例1的OD600nm为1.69，实施例1的OD600为1.18，实施例1显著低于对比例1；
根段中，对比例1的OD600nm为1.26，实施例1的OD600nm为0.97，实施例1显著低于对比例1。
OD600nm处的吸光值与溶液中的菌体含量成正比，结果表明，实施例1与对比例1相比能显著降低水稻根部的菌体量，因此大大减轻培养过程中的根部染菌，相比普通水培法，根部菌体浓度减轻29.8％以上。
B.对比例1和实施例1所述水培方法得到的水稻植株形态测定结果见图2～5和表1。
表1：水培水稻植株形态测定结果
Figure BDA0001525940410000081
结果表明：本专利方法所培养的水稻生长状态良好，在株高，根长，总生物量及根生物量积累上都显著高于普通水培法，有利于根部实验材料的培养。
C.对比例1和实施例1所述水培方法的经济性比较结果见表2。
表2：培养270份材料，培养2个月的水培水稻经济性比较结果
换培养液次数(次) 所需培养液(L) 所需基质(L)
本专利方法 1 160 20
普通水培法 5 480 —
结果表明：本专利在节约劳动力和经济性上有较大优势。经测算，在所用培养装置相同的情况下，本专利方法所需药品、基质和水的费用约130元，更换培养液所耗费工时为1人1天；而普通水培所需的药品和水的费用约为300元，更换培养液所耗费工时为1人3天或3人1天。本专利方法在费用上仅为普通水培的40％，人工成本仅为普通水培的1/3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水稻水培方法，其特征在于，将水稻材料在培养液中光照培养，所述培养液为营养液和腐殖土混合后的悬浊液，所述腐殖土的体积为所述营养液体积的1/5～1/3；按照元素组成，所述营养液包括以下浓度的组分：32～48mg/L的N、8～12mg/L的P、32～48mg/L的K、32～48mg/L的Ca、32～48mg/L的Mg、0.5mg/L的Mn、0.04～0.06mg/L的Mo、0.16～0.24mg/L的B、0.008～0.012mg/L的Zn、0.008～0.012mg/L的Cu和2mg/L的Fe；所述腐殖土为泥炭土；所述光照培养过程中，每隔30天更换一次培养液。
2.根据权利要求1所述的水稻水培方法，其特征在于，所述水稻材料为萌发水稻种子。
3.根据权利要求2所述的水稻水培方法，其特征在于，所述萌发水稻种子的子叶伸长长度为5-8cm。
4.根据权利要求3所述的水稻水培方法，其特征在于，所述萌发水稻种子的制备方法包括：在水稻种子表面淋湿水，在32±2℃无光条件下培养5～7天。
5.根据权利要求1所述的水稻水培方法，其特征在于，所述营养液的pH值为5.4～6.2。
6.权利要求1～5任意一项所述水稻水培方法在实验室水培鉴定水稻根系形态中的应用，其特征在于，将水稻在所述培养液中光照培养，观察根系形态和测定根系生理指标。
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