CN108207955B - 一种水稻开颖促进剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水稻开颖促进剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水稻开颖促进剂及其制备方法和应用，制备方法为：先对母液进行稀释，得到各自的溶液；然后在通入二氧化碳的条件下将吐温‑20溶液和6‑苄氨基腺嘌呤溶液加入到激动素溶液中，得混合溶液；停止通气后，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充去离子水，充分搅拌后得促进剂成品；促进剂成品中茉莉酸甲酯的浓度为1～4mmol/L，吐温‑20的浓度为0.1％～0.5％(v/v)，6‑苄氨基腺嘌呤的浓度为1～5μg/mL，激动素的浓度为1～5μg/mL。本发明所制备出的水稻开颖促进剂，可在短时间内促进杂交水稻不育系的开颖，同时6‑苄氨基腺嘌呤以及激动素对茉莉酸甲酯导致的落粒性有显著的改善作用。

Description

一种水稻开颖促进剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于农业技术领域，具体涉及一种水稻开颖促进剂及其制备方法和应用。
背景技术
水稻是世界上最重要的三大粮食作物之一，是全球一半以上人口赖以生存的基本食粮。根据FAO统计，2014年度世界水稻播种面积约16,325万公顷，总产量约74,096万吨，平均单产约4,539公斤/公顷，其中，中国是世界水稻播种面积第二，稻谷产量第一的国家。然而到2030年，中国人口预计将达到16亿，粮食需求总量将从2010年的5.8亿吨增至7.4亿吨才能满足需要。在面对中国人口数量和粮食需求不断增长的国情上，我国水稻生产形势依然严峻，因此不断提高水稻产量对确保我国粮食安全和农业可持续发展具有举足轻重的意义。杂交水稻技术的建立和应用是水稻育种史上一项重大的突破，大幅度的提高了水稻的产量，解决了很多人口的吃饭问题，中国以占世界8％的土地养活了全球22％的人口，杂交水稻起到了关键的作用。
在水稻杂交育种的过程中，通过对水稻杂种优势的利用，我们获得了诸多具有优良性状和品质的水稻品种。为了筛选出优良的杂交组合，育种工作者每年都会开展大量的杂交也就是测配工作。最初的测配方法需要育种工作者采用人工剪颖的方式来处理不育系，这样会耗费大量的时间和人力。随着相关科学技术的进步，人们发现茉莉酸相关化合物对水稻颖花的开放具有诱导效应(黄友明等，2008)，并且成功配制出茉莉酸类水稻开颖促进剂用于杂交水稻育种过程(胡运高等，2013)，其大大的缩减了水稻测配过程中的人力和物力投入。此外，由于不育系并未剪颖，获得的测交种子具有颖壳的保护，可以减轻后期种子霉变和其他病虫害的发生几率，同时提高其萌发率。
但是已有的茉莉酸类水稻开颖促进剂在促进水稻开颖的同时也会使稻穗在处理后灌浆的过程中出现大量的种子脱落，其中大部分种子在尚未完全成熟的情况下就已脱落，严重地影响了测交种的数量和质量，降低测配的工作效率。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种水稻开颖促进剂及其制备方法，以解决稻穗在用茉莉酸甲酯处理后的灌浆过程中种子大量脱落的技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种水稻开颖促进剂，包括以下含量的组分：
Figure BDA0001552546590000021
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，水稻开颖促进剂，包括以下含量的组分：
Figure BDA0001552546590000022
水稻开颖促进剂的制备方法如下：分别对茉莉酸甲酯、吐温-20、6-苄氨基腺嘌呤和激动素的母液进行稀释，再向激动素溶液中通入二氧化碳气体，二氧化碳气体通入流量为0.5～1L/min，并在通气的同时将吐温-20溶液和6-苄氨基腺嘌呤溶液加入到激动素溶液中，得混合溶液；继续向混合溶液通气15～20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充去离子水，充分搅拌后得促进剂成品；促进剂成品中茉莉酸甲酯的浓度为1～4mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％～0.5％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为1～5μg/mL，激动素的浓度为1～5μg/mL。
制备方法还可以做如下改进。
进一步，茉莉酸甲酯母液浓度为4.235mol/L，配置时茉莉酸甲酯母液稀释体积为4000倍；6-苄氨基腺嘌呤母液浓度为1mg/mL，配置时6-苄氨基腺嘌呤母液稀释体积为1000倍；激动素母液浓度为1mg/mL，配置时激动素母液稀释体积为1000倍；吐温-20母液浓度为20％(v/v)，配置时吐温-20母液稀释体积为1000～2000倍。
本发明所制备出的水稻开颖促进剂在试验中的应用包括以下步骤：
(1)测配不育系的选择和处理：于上午保持系、恢复系开花以前，或前一天下午保持系、恢复系开花结束以后，选取已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000031
已经开花的不育系稻穗，剪除上面的残花，将其枝梗分散，然后将水稻开颖促进剂均匀喷施在稻穗颖花表面，再套杂交袋继续培育；水稻开颖促进剂每穗的用量为0.5～1mL。
(2)授粉：喷施水稻开颖促进剂30～60min后，取相应的父本花粉授粉。
本发明的有益效果是：
1.水稻开颖促进剂中包含6-苄氨基腺嘌呤，6-苄氨基腺嘌呤为人工合成的细胞分裂素，可以抑制植物内叶绿素、核酸、蛋白质分解，具有保绿防老功能；水稻开颖促进剂中的激动素具有促进细胞分裂的作用，同时可以延缓立体叶片的切花衰老、诱导芽分化和发育及增加气孔开度。6-苄氨基腺嘌呤和激动素的存在，可有效避免稻穗在用茉莉酸甲酯处理后的灌浆过程中种子大量脱落的问题，收种质量和数量大大提高。
2.在制备水稻开颖促进剂时，直接用市售母液进行稀释得到相应的溶液，再将相应的溶液进行和混合，制备效率高。混合时，向激动素溶液中通入二氧化碳气体，在通气的同时将吐温-20溶液和6-苄氨基腺嘌呤溶液加入到激动素溶液中，二氧化碳气体产生气泡使溶液混合更加均匀，而且二氧化碳可以溶解在溶液中，使最终所得促进剂的开颖效果显著提高。通气完成后才加入茉莉酸甲酯溶液，可有效避免茉莉酸甲酯在酸性条件下的损耗。
附图说明
图1为喷施本发明水稻开颖促进剂水稻不育系授粉后10天结实与落粒情况；
图2为喷施常规水稻开颖促进剂水稻不育系授粉后10天结实与落粒情况；
图3为喷施本发明水稻开颖促进剂水稻不育系授粉后23天结实与落粒情况；
图4为喷施常规水稻开颖促进剂水稻不育系授粉后23天结实与落粒情况。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明中水稻开颖促进剂采用以下方法制备：
分别对茉莉酸甲酯、吐温-20、6-苄氨基腺嘌呤和激动素的母液进行稀释，得到各自的溶液；然后向激动素溶液中通入二氧化碳气体，并在通气的同时将吐温-20溶液和6-苄氨基腺嘌呤溶液加入到激动素溶液中，得混合溶液；继续向混合溶液通气15～20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充剩余去离子水，充分搅拌后得促进剂成品。所得促进剂成品中茉莉酸甲酯的浓度为1～5mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％～0.5％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为1～5μg/mL，激动素的浓度为1～5μg/mL。
实施例一
于上午保持系、恢复系开花以前，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000051
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有水稻开颖促进剂的喷壶将稻穗喷湿，其中，水稻开颖促进剂中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为1μg/mL，激动素的浓度为1μg/mL，水稻开颖促进剂每穗的用量为1mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂60min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
实施例二
于前一天下午保持系、恢复系开花结束以后，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000052
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有水稻开颖促进剂的喷壶将稻穗喷湿，其中，水稻开颖促进剂中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为5μg/mL，激动素的浓度为5μg/mL，水稻开颖促进剂每穗的用量为1mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂30min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
实施例三
于前一天下午保持系、恢复系开花结束以后，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000053
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有水稻开颖促进剂的喷壶将稻穗喷湿，其中，水稻开颖促进剂中茉莉酸甲酯的浓度为4mmol/L，吐温-20的浓度为0.5％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为10μg/mL，激动素的浓度为10μg/mL，水稻开颖促进剂每穗的用量为0.5mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂30min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
对比例一
将茉莉酸甲酯溶液、6-苄氨基腺嘌呤溶液、激动素溶液和吐温-20溶液简单混合后得对比溶液一。
于上午保持系、恢复系开花以前，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000061
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有对比溶液一的喷壶将稻穗喷湿，其中，对比溶液一中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为1μg/mL，激动素的浓度为1μg/mL，对比溶液一每穗的用量为1mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂60min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
对比例二
向激动素溶液中通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体通入流量为0.5～1L/min，并在通气的同时将吐温-20溶液加入到激动素溶液中，得混合溶液；继续向混合溶液通气15～20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充去离子水，充分搅拌后得对比溶液二；
于上午保持系、恢复系开花以前，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000062
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有对比溶液二的喷壶将稻穗喷湿，其中，对比溶液二中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)，激动素的浓度为1μg/mL，对比溶液二每穗的用量为1mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂60min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
对比例三
向6-苄氨基腺嘌呤溶液中通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体通入流量为0.5～1L/min，并在通气的同时将吐温-20溶液加入到6-苄氨基腺嘌呤中，得混合溶液；继续向混合溶液通气15～20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充去离子水，充分搅拌后得对比溶液三；
于上午保持系、恢复系开花以前，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000071
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有对比溶液三的喷壶将稻穗喷湿，其中，对比溶液三中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)，6-苄氨基腺嘌呤的浓度为1μg/mL，对比溶液三每穗的用量为1mL；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂60min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
对比例四
向吐温-20溶液中通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体通入流量为0.5～1L/min，通气15～20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充去离子水，充分搅拌后得对比溶液四；
于上午保持系、恢复系开花以前，选取20株已经抽穗且上部
Figure BDA0001552546590000072
已经开花的不育系稻穗，剪除稻穗上已经开过的颖花和幼嫩的枝梗，剪除剑叶。将修剪好的稻穗用手轻轻拍打使其分散，然后用装有对比溶液四的喷壶将稻穗喷湿，其中，对比溶液四中茉莉酸甲酯的浓度为1mmol/L，吐温-20的浓度为0.1％(v/v)；再套杂交袋继续培育，杂交袋上标注好母本不育系编号、恢复系编号及授粉日期等信息。喷淋水稻开颖促进剂60min后，取相应的父本花粉授粉，正常培育至种子成熟。
结果分析
本发明中不育系为川农1A，恢复系为R498，除喷施的物质不同外，其余栽培措施相同。授粉前统计开颖率，培育10天后统计结实率和落粒率，结果如表1所示；其中：
开颖率＝20穗水稻总开颖数/20穗水稻总颖花数×100；
结实率＝20穗水稻比重大于1.0的总饱粒数/20穗水稻总粒数×100；
表1培育10天后的结果分析
开颖率(％) 结实率(％)
实施例一 82.6 76.2
实施例二 83.4 76.8
实施例三 83.2 77.1
对比例一 83.1 74.3
对比例二 82.8 64.2
对比例三 82.6 65.1
对比例四 82.8 47.6
培育23天后，统计结实率和产量，如表2所示；其中：
产量＝20穗水稻比重大于1.0的总饱粒数/20；
表2培育23天后的结果分析
Figure BDA0001552546590000081
Figure BDA0001552546590000091
从表1和表2中可以看出，实施例与对比例的开颖率差别不大，实施例和对比例中均包括茉莉酸甲酯和吐温-20，表明茉莉酸甲酯和吐温-20对开颖起主要作用。对比例一与实施例相比，结实率和产量均降低，而对比例一在配制水稻开颖促进剂时，未通入二氧化碳气体，表明在溶液中通入二氧化碳对种子的脱落具有抑制作用。对比例二与实施例相比，水稻开颖促进剂缺少6-苄氨基腺嘌呤，对比例三与实施例相比，水稻开颖促进剂缺少激动素，对比例二和对比例三的结实率和产量大幅度降低，表明6-苄氨基腺嘌呤和激动素可单独促进种子的生长，可有效避免种子在生长过程中的脱落。对比例四与实施例相比，水稻开颖促进剂缺少6-苄氨基腺嘌呤和激动素，结实率和产量下降得更多，表明6-苄氨基腺嘌呤与激动素之间存在协同作用，它们一起能够更好的抑制种子脱落，同时使用可大幅度提高种子产量。
虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种水稻开颖促进剂，其特征是，包括以下含量的组分：
茉莉酸甲酯 1~4mmol/L
吐温-20 0.1%~0.5%(v/v)
6-苄氨基腺嘌呤 1~5μg/mL
激动素 1~5μg/mL；
所述水稻开颖促进剂经过以下步骤制得：分别对茉莉酸甲酯、吐温-20、6-苄氨基腺嘌呤和激动素的母液进行稀释，再向激动素溶液中通入二氧化碳气体，并在通气的同时将吐温-20溶液和6-苄氨基腺嘌呤溶液加入到激动素溶液中，得混合溶液；继续向混合溶液通气15~20min后停止通气，将茉莉酸甲酯溶液加入混合溶液中，并补充剩余去离子水，充分搅拌后得促进剂成品。
2.根据权利要求1所述的水稻开颖促进剂，其特征是，包括以下含量的组分：
茉莉酸甲酯 1mmol/L
吐温-20 0.1%(v/v)
6-苄氨基腺嘌呤 1μg/mL
激动素 1μg/mL。
3.根据权利要求1所述的水稻开颖促进剂，其特征是：二氧化碳气体通入流量为0.5~1L/min。
4.如权利要求1所述的水稻开颖促进剂的应用，其特征是，包括以下步骤：
(1)测配不育系的选择和处理：于上午保持系、恢复系开花以前，或前一天下午保持系、恢复系开花结束以后，选取已经抽穗且上部1/4~1/3已经开花的不育系稻穗，剪除上面的残花，将其枝梗分散，然后将水稻开颖促进剂均匀喷施在稻穗颖花表面，再套杂交袋继续培育；水稻开颖促进剂每穗的用量为0.5~1mL；
(2)授粉：喷施水稻开颖促进剂30~60min后，取相应的父本花粉授粉。
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