CN108157170A - 一种氮高效水稻品种的筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水稻育种技术领域，具体涉及一种氮高效水稻品种的筛选方法，所述方法包括以下步骤：大田种植；供试品种产量、干物重及含氮量的测定；根据各供试品种在两种肥料处理下的产量差异，按象限法对供试品种分类；筛选氮高效品种，本发明提供的筛选方法以在同样氮条件下获得较高产量为基础，综合考虑农学利用率和生理利用率进行筛选，所述筛选方法稳定可靠、步骤清晰明了，实现了筛选方法与实际应用的结合。

Description

一种氮高效水稻品种的筛选方法

技术领域

本发明涉及水稻育种技术领域，具体涉及一种氮高效水稻品种的筛选方法。

背景技术

氮肥的过量使用,造成了氮肥的大量流失和严重的环境问题,不仅会引起地表水体的富营养化，还会增加地下水的硝态氮含量，对人体和水生生物都存在威胁,同时引起土壤耕性差、板结、生产率下降,农作物自身抵抗病虫害的能力降低等问题。人们在研究改进施肥技术及开发化肥新剂型、研制化肥增效剂等方面，并已取得了一定的进展，但水稻对化肥尤其是氮肥的利用率仍然很低。提高水稻氮肥利用率的关键途径之一就是氮高效水稻品种，氮高效水稻品种是指植株总吸氮量大且氮素籽粒生产效率高的品种，即吸氮能力强、吸氮量大、形成较多的籽粒产量、高效地吸收施入土壤中的氮素，降低土壤氮素残留、减少氮素损失的水稻品种。大量研究表明:不同水稻品种对氮素的利用率都存在明显的差异，水稻品种的氮素吸收能力以及氮素生产干物质的能力关系到氮肥利用率，筛选和培育综合性状合格且氮肥利用率高的水稻品种或组合，在生产上加以推广种植，是提高氮肥利用率、减少肥料损失和环境污染的根本途径之一。很多学者都在氮高效方面有大量研究，并以氮肥农学利用率、氮肥生理利用率等参数来评价不同水稻品种的氮肥利用率，所述氮肥农学利用率即氮素吸收效率表示,氮肥生理利用率即氮素转化利用效率。

国际水稻所等从20世纪80年代起连续多年研究水稻氮素利用效率的基因型差异，试图从广泛收集的水稻资源中，筛选出在施用较少的氮肥条件下保持稳产和高产的氮肥高效耐低氮水稻种质，并通过育种手段培育氮素利用效率较高的环保型耐低氮水稻新品种，我国也相继开展了这方面的研究。但仍缺乏有效的氮高效水稻品种的筛选方法，叶全宝在其博士论文中深入研究水稻氮素利用效率基因型类型的分类方法，以籽粒产量为基础，通过生育期、氮效率为指标，系统聚类，理论上可将粳稻水稻基因型分为高产高效型、高产中效型、高产低效型、中产高效型、中产中效型、中产低效型、低产高效型、低产中效型和低产低效型9类。这些研究在一定程度上反应了水稻氮素利用效率的基因型差异，但参数相对较多，也比较混乱，到目前为止国内外仍然没有形成统一的方法，缺乏稳定可靠的氮高效水稻品种的筛选方法。而合理的筛选方法是进行水稻氮效率基因型差异研究和筛选氮高效水稻品种的基础，因而有必要进一步研究并建立氮高效水稻品种的稳定可靠的筛选方法体系。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种稳定可靠的氮高效水稻品种的筛选方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种氮高效水稻品种的筛选方法，包括以下步骤：

(1)大田种植：设置施磷、钾和施氮、磷、钾的两种肥料处理，采用裂区试验设计，以肥料为主区，供试品种为副区，分别在所述两种肥料处理下种植供试品种；

(2)分别测定各供试品种在两种肥料处理下成熟后的产量，根据所述产量，将供试品种分为四类：

Ⅰ.高氮高产、低氮高产：供试品种在两种肥料处理下的产量均高于平均产量；

Ⅱ.高氮低产、低氮高产：供试品种在施磷、钾处理下的产量高于平均产量，在施氮、磷、钾处理下则相反；

Ⅲ.高氮高产、低氮低产：供试品种在施氮、磷、钾处理下的产量高于平均产量，在施磷、钾处理下则相反；

Ⅳ.高氮低产、低氮低产：供试品种在两种肥料处理下的产量均低于平均产量；

其中，平均产量是指所有供试品种在同一种肥料处理下的产量的平均值；以第I和第II类供试品种进行下一步氮高效品种的筛选；

(3)氮高效品种的筛选：分别测定第I和第II类供试品种在两种肥料处理下成熟后的干物重及含氮量，按以下公式计算上述第I和第II类供试品种的氮肥吸收利用效率W，

其中，Q₀为施氮量(kg/亩)，Q₁和Q₂分别为施氮、磷、钾处理下的植株吸氮量和施磷、钾处理下的植株吸氮量(kg/亩)，所述植株吸氮量＝成熟期的干物重*含氮量，以所述氮肥吸收利用效率W大于30％为标准筛选氮高效品种。

优选的，所述步骤(1)中氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥为5:3:2的比例施用。

优选的，所述步骤(1)中的氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。

优选的，所述步骤(2)中产量的测定方法是将成熟后实割的水稻晒干换算成标准含水量后计算不同肥料处理的供试品种的产量。

优选的，所述步骤(3)中干物重及含氮量的测定方法是分别选取供试品种在两种肥料处理下的代表性成熟期植株，清洗、去根后烘干，称干重，再取上述烘干的代表性样本测定稻株地上部分的含氮量。

优选的，所述代表性成熟期植株的选取方法：分别选取两种肥料处理下的供试品种的成熟期植株30丛，调查其有效穗数，分别计算两种肥料处理下的每丛植株的平均穗数，以平均有效穗数为标准选取代表性植株。

优选的，，所述烘干方法是在烘箱中，105℃干燥30min后在80℃下烘干。

优选的，所述含氮量的测定是将烘干的代表性样本磨粉，采用凯氏定氮法测定。

本发明的有益效果是：本发明第一步以供试品种的产量为指标对供试品种进行分类，在此基础上，第二步以供试品种的氮肥吸收利用效率为指标筛选氮高效水稻品种，所述氮肥吸收利用效率为氮肥农学利用率和生理利用率的比值；本发明提供的筛选方法以在同样氮条件下获得较高产量为基础，综合考虑供试品种的氮肥农学利用率和生理利用率进行筛选，同时充分考虑了施氮量、产量、干物重及植株吸氮量，所述筛选方法稳定可靠，实现了筛选方法与实际应用的结合，为氮高效水稻品种的筛选和培育提供有效的筛选方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

氮高效籼稻品种的筛选

(1)大田种植：

分别设置T1施磷、钾和T2施氮、磷、钾的两种肥料处理，采用裂区试验设计，以肥料为主区，品种为副区，5月21日播种，6月15日移栽，秧龄为25天，种植规格为25cm×25cm，每穴1苗，小区面积为161平方米，每个品种种植30平方米，3次重复。氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥为5:3:2的比例施用，氮肥用量12kg/亩，以尿素作为氮肥使用，磷肥为过磷酸钙35kg/亩，钾肥为氯化钾20kg/亩，供试的46个籼稻品种如表1所示。

表1供试籼稻品种的名称及编号

(2)按象限法对供试籼稻品种进行分类：

每小区选6m²实割，晒干换算成标准含水量后计算不同品种不同肥料处理下的产量；根据供试品种在两种肥料处理下的产量差异，将其分为四种类型:Ⅰ高氮高产、低氮高产：供试品种在两种肥料处理下的产量均高于平均产量；Ⅱ高氮低产、低氮高产：供试品种在施磷、钾处理下产量高于平均产量，在施氮、磷、钾处理下则相反；Ⅲ高氮高产、低氮低产：供试品种在施氮、磷、钾处理下的产量高于平均产量，在施磷、钾处理下则相反；Ⅳ供试品种在两种肥料处理下的产量均低于平均产量；其中，平均产量是指所有供试籼稻品种在同一种肥料处理下的产量的平均值。

46个供试籼稻品种，在正常施氮条件下供试品种平均产量475.2kg，不施氮条件下平均产量366.0kg，按照上述筛选方法，46个供试籼稻品种分类如下：

Ⅰ类品种15个：天优华占(X40)、丰源优272(X7)、中9优288(X35)、欣荣优华占(X39)、新两优223(X31)、T优272(X16)、深优9586(X14)、广两优香66(X25)、C两优608(X5)、准两优608(X15)、C两优343(X4)、荣优390(X12)、丰两优香1号(X22)、广两优476(X24)、广两优2010(X11)；

Ⅱ类品种10个：湘晚籼12号(X1)、皖稻153(X45)、Y两优9918(X18)、新两优6号(X32)、扬两优6号(X33)、新优188(X46)、五优308(X30)、丰两优1号(X21)、Y两优2号(X43)、H优518(X36)；

Ⅲ类品种8个：荣优华占(X38)、两优6326(X28)、荆两优10号(X27)、丰源优299(X9)、丰源优297(X8)、中浙优8号(X42)、金优38(X26)、深两优1号(X13)；

Ⅳ类品种13个：Y两优5867(X37)、深两优5814(X29)、德优8258(X19)、Y两优896(X6)、中浙优1号(X41)、广两优1128(X10)、丰两香四号(X20)、Y两优1号(X17)、广两优16(X23)、Y两优555(X44)、岳优9113(X34)、黄华占(X3)、湘晚籼17号(X2)，

以位于第I和第II象限的供试品种进行下一步的氮高效品种的筛选。

(4)氮高效品种的筛选：

干物重及含氮量测定：水稻成熟后每小区查30丛植株调查其有效穗，并计算每丛平均穗数，以平均有效穗数为标准，从Ⅰ类和Ⅱ类籼稻品种的每种肥料处理取代表性植株2丛，3次重复，植株连根拔出、清洗、去根，在鼓风烘箱中，105℃干燥30min后在80℃下烘干，称干重，取部分上述代表性植株样本磨粉，采用凯氏定氮法测定稻株地上部分的含氮量。

上述步骤(2)中的Ⅰ类和Ⅱ类籼稻品种的氮肥吸收利用效率W按下式计算，

其中，Q₀、Q₁和Q₂分别为施氮量、施氮、磷、钾处理下的植株吸氮量和施磷、钾处理下的植株吸氮量(kg/亩)，所述植株吸氮量＝成熟期的干物重*含氮量，所述氮肥吸收利用效率值W越高，供试品种的氮素利用效率越高。表2给出了25个Ⅰ类和Ⅱ类籼稻品种的氮肥吸收利用效率，以W值大于30％为标准筛选氮高效品种，从中筛选出8个氮高效籼稻品种：T优272(X16)、丰源优272(X7)、皖稻153(X45)、深优9586(X14)、准两优608(X15)、欣荣优华占(X39)、广两优2010(X11)、Y两优2号(X43)。

表2 Ⅰ类和Ⅱ类籼稻品种氮肥吸收利用效率

实施例2

氮高效粳稻品种的筛选

(1)大田种植：

分别设置T1施磷、钾和T2施氮、磷、钾的两种肥料处理，采用裂区试验设计，以肥料为主区，品种为副区，5月21日播种，6月15日移栽，秧龄为25天，种植规格为25cm×25cm，每穴1苗，小区面积为161平方米，每个品种种植30平方米，3次重复。氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥为5:3:2的比例施用，氮肥用量16kg/亩，以尿素作为氮肥使用，磷肥为过磷酸钙35kg/亩，钾肥为氯化钾20kg/亩，供试的32个粳稻品种(包括籼粳杂交稻)如表3所示。

表3供试粳稻品种的名称及编号

(2)按象限法对供试粳稻品种进行分类：

每小区选6m²实割，晒干换算成标准含水量后计算不同品种不同肥料处理下的产量；根据供试品种在两种肥料处理下的产量差异，将其分为四种类型:Ⅰ高氮高产、低氮高产；Ⅱ高氮低产、低氮高产；Ⅲ高氮高产、低氮低产；Ⅳ高氮低产、低氮低产。

32个供试粳稻品种，在正常施氮条件下供试品种平均产量431.3kg，不施氮条件下平均产量277.3kg，按照上述筛选方法，32个供试粳稻品种分类如下：

Ⅰ类品种14个：甬优15号(G32)、甬优9号(G33)、南粳52(G20)、甬优12号(G31)、武运粳29(G26)、武运粳23号(G14)、扬粳805(G18)、武运粳30(G27)、武运粳31(G28)、武运粳27号(G16)、嘉禾218(G5)、嘉58(G4)、浙粳88(G8)、扬农稻52(G25)；

Ⅱ类品种7个：南粳51(G22)、秀水134(G7)、宁粳4号(G3)、南粳5055(G2)、淮稻5号(G9)、宁88(G6)、武运粳24号(G15)；

Ⅲ类品种4个：淮稻18(G24)、南粳9108(G13)、盐粳13(G23)、苏粳815(G19)；

Ⅳ类品种7个：皖稻68(G30)、南粳0212(G21)、镇稻99(G17)、连粳11号(G10)、淮香粳15(G29)、连粳9号(G12)、连粳7号(G11)，

以位于第I和第II象限的供试品种进行下一步的氮高效品种的筛选。

(4)氮高效品种的筛选：

干物重及含氮量测定：水稻成熟后每小区查30丛植株调查其有效穗，并计算每丛平均穗数，以平均有效穗数为标准，从Ⅰ类和Ⅱ类粳稻品种的每种肥料处理取代表性植株2丛，3次重复，植株连根拔出、清洗、去根，在鼓风烘箱中，105℃干燥30min后在80℃下烘干，称干重，取部分上述代表性植株样本磨粉，采用凯氏定氮法测定稻株地上部分的含氮量。

上述步骤(2)中的Ⅰ类和Ⅱ类粳稻品种的氮肥吸收利用效率W按下式计算，

其中，Q₀、Q₁和Q₂分别为施氮量、施氮、磷、钾处理下的植株吸氮量和施磷、钾处理下的植株吸氮量(kg/亩)，所述植株吸氮量＝成熟期的干物重*含氮量，所述氮肥吸收利用效率值W越高，供试品种的氮素利用效率越高。表4给出了21个Ⅰ类和Ⅱ类粳稻品种的氮肥吸收利用效率，以W值大于30％为标准筛选氮高效品种，从中筛选出7个氮高效粳稻品种：南粳52(G20)、武运粳29(G26)、南粳51(G22)、武运粳27号(G16)、甬优15号(G32)、武运粳23号(G14)、武运粳30(G27)。

表4 Ⅰ类和Ⅱ类粳稻品种氮肥吸收利用效率

实施例3

氮高效早稻品种的筛选

(1)大田种植：

分别设置T1施磷、钾和T2施氮、磷、钾的两种肥料处理，采用裂区试验设计，以肥料为主区，品种为副区，3次重复，每小区40平方米，3月20日播种，4月20日移栽，种植规格20*20cm。氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥为5:3:2的比例施用，氮肥用量10kg/亩，以尿素作为氮肥使用，磷肥为钙镁磷肥(或过磷酸钙)20kg/亩，钾肥为氯化钾10kg/亩，磷肥做基肥用，钾肥作基肥和穗肥各50％施用，供试的12个早稻品种如表5所示。

表5供试早稻品种的名称及编号

(2)按象限法对供试早稻品种进行分类：

每小区选6m²实割，晒干换算成标准含水量后计算不同品种不同处理产量；根据供试品种在两种肥料处理下的产量差异，将其分为四种类型:Ⅰ高氮高产、低氮高产；Ⅱ高氮低产、低氮高产；Ⅲ高氮高产、低氮低产；Ⅳ高氮低产、低氮低产。

12个供试早稻品种，在正常施氮条件下供试品种平均产量431.3kg，不施氮条件下平均产量277.3kg，按照上述筛选方法，12个供试早稻品种分类如下：

Ⅰ类品种4个：中早35(Z8)、皖稻141(Z10)、金优463(Z11)、陵两优942(Z12)；

Ⅱ类品种2个：中嘉早17(Z6)、淦鑫203(Z9)；

Ⅲ类品种1个：湘早籼24号(Z1)；

Ⅳ类品种5个：湘早籼32(Z2)、湘早籼45号(Z3)、湘早籼6号(Z4)、金早47(Z5)、中早39(Z7)，

以位于第I和第II象限的供试品种进行下一步的氮高效品种的筛选。

(3)氮高效品种的筛选：

干物重及含氮量测定：水稻成熟后每小区查30丛植株调查其有效穗，并计算每丛平均穗数，以平均有效穗数为标准，从Ⅰ类和Ⅱ类早稻品种的每种肥料处理取代表性植株2丛，3次重复，植株连根拔出、清洗、去根，在鼓风烘箱中，105℃干燥30min后在80℃下烘干，称干重，取部分上述代表性植株样本磨粉，采用凯氏定氮法测定稻株地上部分的含氮量。

上述步骤(2)中的Ⅰ类和Ⅱ类早稻品种的氮肥吸收利用效率W按下式计算，

其中，Q₀、Q₁和Q₂分别为施氮量、施氮、磷、钾处理下的植株吸氮量和施磷、钾处理下的植株吸氮量(kg/亩)，所述植株吸氮量＝成熟期的干物重*含氮量，所述氮肥吸收利用效率值W越高，供试品种的氮素利用效率越高。表6给出了6个Ⅰ类和Ⅱ类早稻品种的氮肥吸收利用效率，以W值大于30％为标准筛选氮高效品种，从中筛选出3个氮高效早稻品种：中嘉早17(Z6)、金优463(Z11)和中早35(Z8)。

表6 Ⅰ类和Ⅱ类早稻品种氮肥吸收利用效率

筛选结果的验证：

1.分别选取利用本发明所述筛选方法筛选出的氮高效籼稻品种欣荣优华占(X39)和氮低效品种广两优1128(X10)进行验证试验，与正常施氮的对照组相比，在施氮减少20％的条件下两个试验品种的产量分别减少0.1％和15.7％；

2.分别选取利用本发明所述筛选方法筛选出的氮高效粳稻品种武运粳30(G27)和氮低效粳稻品种连粳7号(G11)进行验证试验，与正常施氮的对照组相比，在施氮减少20％的条件下两个试验品种的产量减少分别为0.1％和31.7％，

由以上试验结果可以看出，本发明所述筛选方法稳定可要,具有生产应用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)大田种植：设置施磷、钾和施氮、磷、钾的两种肥料处理，采用裂区试验设计，以肥料为主区，供试品种为副区，分别在所述两种肥料处理下种植供试品种；

(2)分别测定各供试品种在两种肥料处理下成熟后的产量，根据所述产量，将供试品种分为四类：Ⅰ.高氮高产、低氮高产；Ⅱ.高氮低产、低氮高产；Ⅲ.高氮高产、低氮低产；Ⅳ.高氮低产、低氮低产；以位于第I和第II象限的供试品种进行下一步氮高效品种的筛选；

(3)氮高效品种的筛选：分别测定第I和第II类供试品种在两种肥料处理下成熟后的干物重及含氮量，按以下公式计算上述第I和第II类供试品种的氮肥吸收利用效率W，

其中，Q₀为施氮量(kg/亩)，Q₁和Q₂分别为施氮、磷、钾处理下的植株吸氮量和施磷、钾处理下的植株吸氮量(kg/亩)，所述植株吸氮量＝成熟期的干物重*含氮量，以所述氮肥吸收利用效率W大于30％为标准筛选氮高效品种。

2.根据权利要求1所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥为5:3:2的比例施用。

3.根据权利要求1所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤(1)中的氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。

4.根据权利要求1所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤(2)中产量的测定方法是将成熟后实割的水稻晒干换算成标准含水量后计算不同肥料处理的供试品种的产量。

5.根据权利要求1所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述步骤(3)中干物重及含氮量的测定方法是分别选取供试品种在两种肥料处理下的代表性成熟期植株，清洗、去根后烘干，称干重，再取上述烘干的代表性样本测定稻株地上部分的含氮量。

6.根据权利要求5所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述代表性成熟期植株的选取方法：分别选取两种肥料处理下的供试品种的成熟期植株30丛，调查其有效穗数，分别计算两种肥料处理下的每丛植株的平均穗数，以平均有效穗数为标准选取代表性植株。

7.根据权利要求5所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述烘干方法是在烘箱中，105℃干燥30min后在80℃下烘干。

8.根据权利要求5所述的一种氮高效水稻品种的筛选方法，其特征在于，所述含氮量的测定是将烘干的代表性样本磨粉，采用凯氏定氮法测定。