CN109122145A - 一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代与选择方法，具体包括以下步骤：一是将水稻杂交早期世代种子在育秧盘内旱直播，确保预期密度和正常矮壮生长；二是对25‑30天秧龄的秧苗在工厂内进行短日照处理，促进提前进入幼穗分化；三是在生殖生长期进行抗旱性筛选，初步获得抗旱性强的单株，按“一粒传”法收种进入下一个世代；四是在高世代进行产量、米质、抗性鉴定。利用本发明可以实现节水抗旱稻的快速加代并使材料趋于稳定，一年可种植3‑4代，在加代同时进行节水抗旱性的筛选，有效提高节水抗旱稻育种的效率。

Description

一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法

技术领域

本发明涉及水稻育种技术领域，具体是一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法。

背景技术

节水抗旱稻是指既具有水稻的高产优质特性、又具有旱稻的节水抗旱特性的一种新的水稻品种类型（节水抗旱稻术语，农业行业标准NY/T2862-2015）。它是在水稻科技进步的基础上，引进旱稻的节水抗旱特性而育成的新品种。在灌溉条件下，其产量、米质与水稻基本持平，但可节水50%以上；在望天田，具有较好的抵抗干旱的能力（或基本具有旱稻品种的抗旱能力）。在栽培上，简单易行，投入低，节能环保。培育节水抗旱稻新品种是缓解水稻生产大量耗水与我国水资源短缺矛盾的有效手段，也是提高中低产田产量的重要途径之一。

申请人2017年5月8日曾申请过一种节水抗旱稻的工厂化育种系统，专利申请公开号为CN106962065A，详细叙述了节水抗旱稻的工厂化育种系统。工厂化育种系统由内部依次连通的播种育苗室、人工光温控制室和抗旱鉴定筛选室组成，其中播种育苗室和抗旱鉴定筛选室的墙壁均为透光材料制成，人工光温控制室的墙壁采用不透光材料制成；播种育苗室、人工光温控制室和抗旱鉴定筛选室内均分别设置有培养架单元和用于调节水稻生长所需的供水、光照、温度和空气湿度因数的环境控制子系统；培养架单元包括一组培养架，每只培养架均具有多层培养台，每层培养台上放置有多只水稻培养盆；环境控制子系统包括滴灌单元、光照单元、温度调节单元、空气湿度调节单元和主控器，其中滴灌单元、光照单元、温度调节单元、空气湿度调节单元均受控于所述主控器。但该专利对于如何利用工厂化育种系统进行节水抗旱稻材料的加代与选择没有做进一步的描述。

育种加代是育种工作不可或缺的环节，水稻新品种的育成需要多次加代工作。目前长江中下游地区每年正季只能完成一个世代，结合南繁加代，方可实现一年两个世代。育种周期长，效率低。水稻具有感光性，感温性和基本营养生长期的特性，各类品种都不同程度的具有对短日高温的需求。短光照可促使植株提前进入生殖生长期，从而缩短生育期。利用水稻品种的这一特性，通过进行适当的光照处理，可以到达1年多次加代繁殖的目的，如果结合适当的性状筛选，可大幅度提高水稻的育种效率。

杂种后代的处理方法中，应用较广的有系谱法和混合法；然而，在育种过程中，育种家为了尽可能保存杂种群体的遗传变异的多样性，避免在早世代丢失优良的基因型。衍生系统法和“一粒传”等杂种后代的处理方法也被逐渐加以利用。单籽传法从F2到F4没有必要使植株生长发育得很好，只要保证从每一个单株上能收到一粒种子即可。利用温室条件或其他方法促进植株提早成熟，可以实现一年多个世代的加代工作，这样可以提早进行品系产量比较试验，缩短新品种培育的周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于节水抗旱稻工厂化育种系统的既能快速加代又能提高育种材料选择效率的加代方法，以解决节水抗旱稻育种中材料在自然条件下加代慢，材料稳定周期长的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，包括以下步骤：

a.在播种育苗室的育种盘内水稻杂交分离世代（F2-F5）群体旱直播；

b.在人工光温控制室内进行短日照处理；

c.在抗旱鉴定筛选室内进行节水抗旱性筛选；

d.在抗旱鉴定筛选室内进行后期生长，得到F3代种子，依次重复步骤a、b、c，直到得到F6代种子；

e.在正季播种步骤d中得到的F6代种子，对植株进行高世代产量、米质与抗性选择，

其中，所述工厂化育种系统为中国公开号为CN 106962065A的文献中公开的工厂化育种系统。

本发明的优选实施方案是，所述播种育苗室、人工光温控制室、抗旱鉴定筛选室的日温分别为28℃，30℃，32℃；夜温分别为25℃，28℃，28℃；湿度均为80%；距离苗顶20cm的光照强度分别为30000lux，40000lux，40000lux；人工补光光照时间分别为北京时间06:00—19:00，北京时间08:00—17:00，北京时间06:00—19:00。

本发明的优选实施方案是，步骤a中的播种密度控制为10g/育种盘。

本发明的优选实施方案是，步骤a播种完成后即用黑色尼龙布将育种盘盖上进行暗化处理3天，待出苗整齐后将育种盘放入培养盆，将培养盆放入培养架。

本发明的优选实施方案是，步骤a中出苗后通过喷施600倍液15%多效唑可湿性粉剂培育矮壮苗。

本发明的优选实施方案是，步骤b中短日照处理为每天光照处理9小时，黑暗处理15小时。

本发明的优选实施方案是，步骤b中水稻材料进入生殖生长期时结束短日照处理。

本发明的优选实施方案是，步骤c中人工拔除节水抗旱性表现差的单株。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过育种工厂模拟节水抗旱稻不同时期的生长环境，确保了育种加代与选择环境，通过短日照处理及系列措施缩短了水稻材料的生育期，实现了一年3-4次的加代工作，节省了育种时间。通过高世代产量，米质与抗性选择进一步明确株系的综合表现，提高了节水抗旱稻育种效果。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，如图1，

1.育秧盘内水稻杂交分离世代群体旱直播

采用强优势组合“沪旱3号/丙11-107//早玉香粳”F2作为试验材料，播种在播种育苗室（以下称为温室1）里实施，调节温室1的温湿度：将温度设置成28℃（06:00-19:00）, 25℃（19:00-次日06:00）湿度设置成80%。播种前将种子人工清选除去杂质，称取10g种子于清水中浸泡24小时，再催芽36小时。将水稻育苗配方土壤装入育秧盘，使土壤厚度达到3cm，然后将装有土壤的育秧盘在水中浸泡10s，确保土壤吸足水分，将催芽后的种子人工撒播在育种盘里面，确保密度为10g/盘。播完种后用细土盖籽，使盖籽细土厚度为0.5cm，用黑色尼龙布将育秧盘盖上进行暗化处理3天。待出苗整齐后，将育秧盘放入培养盆，再将培养盆放入培养架，并向培养盆中加入水，加水深度为3.0-3.5cm，此后待水层落干后再循环加水，将人工补充光照时间设置成每天06:00-19:00期间开启，待幼苗“1叶1心”期，喷施600倍液浓度的多效唑，培育矮壮苗。

2.人工光温控制室短日照处理

将25天秧龄的水稻幼苗连同育种盘和培养盆一起搬入人工光温控制室（以下称为温室2）并置于培养架，进行短日照处理。调节温室2的温湿度：将温度设置成30℃（06:00-19:00）, 28℃（19:00-次日06:00）湿度设置成80%。温室2培养架上光照强度达到40000lux，将人工光源光照时间调整到8:00-17:00，其余时间段为暗处理。每天观测培养盆的水层状态，加水水层深度为2.0cm左右，此后待水层落干后再循环加水。短日照处理开始后，通过定期剥查幼穗，观测幼穗分化进程。23d后，该群体进入幼穗分化期，结束短日照处理。

3.节水抗旱性筛选

将结束短日照处理的水稻幼苗连同育秧盘搬入抗旱鉴定筛选室（以下称为温室3），进行节水抗旱性筛选。调节温室3的温湿度，将温度设置成32℃（06:00-19:00）, 28℃（19:00-次日06:00）。将人工补充光照时间设置成每天06:00-19:00期间开启，光照强度可达到40000lux。该群体断水7天后，土壤水势降至-50KPa，且同期播种旱敏感水稻对照材料的叶片枯死叶率达到50%，此时结束干旱处理，并拔除群体内节水抗旱性表现差的单株。

4.后期生长与“一粒传”收种

断水7天后恢复灌水，使水层深度达到2.5-3cm，待自然落干后再加入2.5-3公分的水，依此水分管理方法进行直到材料成熟。待该群体内所有单株成熟后，收取每个单株穗顶端种子1-2粒，并将该组合每个单株上收取的种子进行混合，得到F3种子。

将得到的F3种子按上述步骤1-4进行，得到F4种子，再按上述步骤1-4进行，依此进行重复，直至得到F6种子3068粒。

5.高世代产量、米质与抗性选择

上海初夏种植该组合F6，小区四周种植对照种秀水134，成熟期进行丰产性选择，选出26个产量表现好，生育期与对照接近，农艺性状优良的单株于海南冬季进行繁殖。

翌年初夏将这26个株系（编号：H1-H26）于上海设置品比试验，并将这26个株系在位于上海农科院庄行基地的抗旱鉴定设施内进行抗旱性鉴定。品比试验结果显示26个株系中有4个株系（H3，H9，H17，H20）产量超过对照秀水134；抗旱性鉴定结果显示这4个株系的抗旱性级别为3级。

将这4个株系的种子清选后，进行稻米品质检测，其中H9株系米质达到国标优3。H9米质主要性状表现为：糙米率为81.3%、精米率为73.2%、整精米率为64.7%、垩白率为22%、垩白度为2.4%、直链淀粉含量为15%、胶稠度为78mm、碱消值6.8级、透明度1级。

a) 加代快，从播种该组合F2到得到该组合F3的种子，只需要110天，比同期播种但不采用该方法加代时间缩短32天；

b) 一年可以3-4次加代；

c) 抗旱性强，通过该加代方法得到的四个株系H3，H9，H17，H20抗旱性表现为抗，其抗旱性级别均为3级，且表现出对高温有较好的耐性；

d) 综合农艺性状好，H9田间表现出苗体健壮，分蘖中等，群体协调好；株型紧凑，叶片短，挺；穗层整齐，后期转色好，熟相好。

此外，本实施例中，为了确定最佳播种密度、多效唑（矮壮素）浓度、水分管理以及进行光照处理的苗龄，在工厂进行了下列预备试验：

a）为了明确育种盘内播种的最佳密度，分别设置了每盘5g，10,20,30等4种梯度的播种密度（见表1），以沪旱61为试验材料（下同），苗期测定并计算成苗率，成熟期测定每穗实粒数，株高。试验表明，当播种密度大于10g/盘时，成苗率偏低，而播种密度为5g/盘时，株高较高，综合考评认为播种密度定为每盘10g左右比较合理。

表1，沪旱61在不同的播种密度下的苗期参数

播种密度/（g/盘）	株高/（cm）	成苗率/（%）	每穗实粒数/粒
				5	66.4	81.3	11
10	52.3	75.6	5
				20	40.8	51.6	3
30	34.2	42.1	3

b）为了提高秧苗的素质，在水稻幼苗“1叶1心”期喷施多效唑。为了明确多效唑浓度，设置了15%多效唑可湿性粉剂4种浓度梯度（200，400，600，800倍液），并以清水为对照（0倍液，CK）（见表2）。苗期测定并计算成苗率，成熟期测定单株穗数，每穗实粒数，株高。试验表明，当多效唑稀释倍数为800时，成苗率与对照相差不明显，当多效唑浓度为600倍液时，成苗率较高，而稀释倍数低于600倍液时，株高太矮，苗期有多余的分蘖。综合考评认为喷施多效唑浓度为600倍液时对秧苗成苗率的提高，对株高的矮化最较合理。

表2，沪旱61在不同多效唑浓度梯度下的苗期参数

多效唑浓度/（倍液）	株高/（cm）	成苗率/（%）	单株穗数/（穗）	每穗实粒数/（粒）
					0（CK）	56.4	73.3	1	7
200	28.7	77.6	3	3
					400	30.8	77.6	2	3
600	35.8	78.2	1	5
					800	46.4	74.1	1	5

c）为了明确培育盆内的水分管理，设置淹水，湿润，干湿交替以及旱种等4种处理的水分梯度试验，考察各种处理的秧苗成活率，发现干湿交替处理的秧苗成活率最好，为90.7%，其他几种处理的秧苗成活率均未达到90%，而淹水处理的秧苗成活率最低，仅为57.2%，综合考评认为培养盆内育种盘水分管理为干湿交替方式比较合理。

d）为了明确进行光照处理的苗龄，设置了播种后15d，20d，25d，30 d，35 d等5种苗龄进行短光照处理，发现25d苗龄的秧苗短光照处理21天后就开始幼穗分化，进入生殖生长，该处理材料的播始历期最短，故认为开始光照处理的材料苗龄定为25d比较合理。

本发明虽然以水稻作为案例，但是普遍适用于水生性的短日照植物研究，尽管对本发明已做了详细的说明并引证了一些具体实例，但对本领域技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围，还可以做各种变化或修正，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：所述工厂化育种系统为中国公开号为CN 106962065A的文献中公开的工厂化育种系统，所述节水抗旱稻加代方法包括以下步骤：

a.在播种育苗室的育种盘内水稻杂交分离世代（F2-F5）群体旱直播；

b.在人工光温控制室内进行短日照处理；

c.在抗旱鉴定筛选室内进行节水抗旱性筛选；

d.在抗旱鉴定筛选室内进行后期生长，得到F3代种子，依次重复步骤a、b、c，直到得到F6代种子；

e.在正季播种步骤d中得到的F6代种子，对植株进行高世代产量、米质与抗性选择。

2.根据权利要求1所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：所述播种育苗室、人工光温控制室、抗旱鉴定筛选室的日温分别为28℃，30℃，32℃；夜温分别为25℃，28℃，28℃；湿度均为80%；距离苗顶20cm的光照强度分别为30000lux，40000lux，40000lux；人工补光光照时间分别为北京时间06:00—19:00，北京时间08:00—17:00，北京时间06:00—19:00。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤a中的播种密度控制为10g/育种盘。

4.根据权利要求3所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤a播种完成后即用黑色尼龙布将育种盘盖上进行暗化处理3天，待出苗整齐后将育种盘放入培养盆，将培养盆放入培养架。

5.根据权利要求4所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤a中出苗后通过喷施600倍液15%多效唑可湿性粉剂培育矮壮苗。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤b中短日照处理为每天光照处理9小时，黑暗处理15小时。

7.根据权利要求6所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤b中水稻材料进入生殖生长期时结束短日照处理。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于工厂化育种系统的节水抗旱稻加代方法，其特征在于：步骤c中人工拔除节水抗旱性表现差的单株。