CN111955459B - 一种杂交水稻穗萌抑制剂及其制备方法和抑制杂交水稻穗萌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种杂交水稻穗萌抑制剂及其制备方法和抑制杂交水稻穗萌的方法，该杂交水稻穗萌抑制剂以水为溶剂，含有浓度为20～60mg/kg的脱落酸、40～160mM的环己胺、10～60mg/kg丁香酚。本发明使用脱落酸、环己胺和丁香酚进行组合，不但有效地降低了杂交水稻穂萌率，而且对收获后的水稻种子芽、根生长以及干重有极显著的促进作用，综合品质有所提升。
Description
技术领域
本发明涉及种子生产技术领域，尤其涉及一种杂交水稻穗萌抑制剂及其制备方法和抑制杂交水稻穗萌的方法。
背景技术
水稻穗萌是指水稻种子成熟后期尚未脱离母株之前在穗上发芽的现象。它最常发生在持续高温和潮湿天气条件下。穗萌不仅导致产量下降，而且严重影响谷物品质，穗萌造成水稻种子活力下降，耐贮藏性降低，更大的危害是给种子贮藏和浸种催芽增加了难度，严重影响种子质量。我国杂交水稻生产过程中的穗萌问题相当突出，在雨季漫长的华南地区，超过传统水稻种植面积6％的水稻会发生严重的穗萌，而且杂交水稻可能会达到20％，在杂交水稻制种过程中，给农业生产上造成严重的经济损失。
种子休眠机理研究处于初级阶段，尚不能应用于选育抗穗萌的水稻品种。外源施用穗萌抑制剂来抑制或延缓种子的萌发是减少穗萌发生的一种有效途径。目前国内外的穗萌抑制剂主要是一些生长延滞类物质，如多效唑，烯效唑，矮壮素，丁香酚，脱落酸等。
其中，脱落酸在生产上作为穗萌抑制剂早已有所运用和报道；例如：雍太文在水稻授粉末期喷施90mg/kg脱落酸，灌浆中期或乳熟末期喷施50mg/kg脱落酸可效抑制穗萌发生；白旭和王立伟等外源施加1.0mM环已胺对莴苣种子萌发有较强抑制作用。也有学者发现一些植物中提取的物质也可以用于抑制种子发芽，如Darabi等用丁香酚抑制小麦种子的发芽等。
公告号为CN103975921A的发明专利申请文献公开了一种穗萌抑制剂及抑制水稻穗萌的方法，该穗萌抑制剂以水为溶剂，含有浓度为400-1200mg/kg的丁香酚、浓度为300-600mg/kg的和浓度为400-500mg/kg的马来酰肼，能有效降低水稻穗萌率。
公告号为CN106665677A发明专利申请文献公开了一种水稻穗萌抑制剂及其制备方法，该抑制剂由以下质量份数配方成分组成:香豆素类提取物3-5份、丁香酚3-7份、蔗糖酯4-8份、苦杏仁提取物3-5份、马来酰肼2-3份、苹果酸2-6份、桑根提取物3-5份、脱落酸5-7份、烯效唑3-4份、柠檬酸钠1-3份、多效唑1-4份、水杨酸提取物3-5份、杨梅提取物3-5份复配而成，有一定的穗萌抑制效果。
但是，上述发明专利申请文献公开的穗萌抑制剂在水稻穗萌抑制效果、收获后对水稻种子综合品质影响等方面，仍然有待进一步地提高。
发明内容
本发明提供了一种杂交水稻穗萌抑制剂及其制备方法和抑制杂交水稻穗萌的方法，该抑制剂不仅可以有效降低水稻的穗芽率，而且对收获之后的种子的发芽无不良影响，制备方法简易。
具体技术方案如下：
本发明提供了一种杂交水稻穗萌抑制剂，以水为溶剂，含有浓度为20～60mg/kg的脱落酸、40～160mM的环己胺、10～60mg/kg丁香酚。
上述穗萌抑制剂中，脱落酸是植物内最重要的内源激素，与大田施用赤霉素有拮抗作用，属于类倍半萜烯，广泛参与到种子发育、休眠萌发及对环境胁迫的快速反应等生命活动的调控，外源施加脱落酸能有效减少水稻穗萌。环己胺是无色液体，能与水和一般有机溶剂混溶，能随水蒸气挥发，环己胺的磺酸盐也作为人工甘味料，用于食品、饮料和医药，环已胺多用于工业生产和食品医药行业，有杀菌杀虫效果。
丁香酚来源于植物天然提取物，低毒性易降解，目前其人工合成工艺较为完善，资源广泛，毒性低，相对于传统化学药剂而言具有更好的安全性和环保效益。
试验发现，将脱落酸、环己胺和丁香酚按特定比例混合后得到的穗萌抑制剂不仅能够减少水稻穂萌，而且对收获之后的种子的发芽无不良影响，甚至还能够促进水稻种子发芽、根生长、提高生物量。
作为优选，所述脱落酸的浓度为20mg/kg，环己胺的浓度为80mM，丁香酚的浓度为30mg/kg。
作为优选，所述脱落酸的浓度为40mg/kg，环己胺的浓度为160mM，丁香酚的浓度为60mg/kg。
作为优选，所述脱落酸的浓度为60mg/kg，环己胺的浓度为40mM，丁香酚的浓度为10mg/kg。
本发明还提供了一种所述的杂交水稻穂萌抑制剂的制备方法，先将脱落酸溶于水，再加入丁香酚和环己胺，混合均匀，得到所述杂交水稻穂萌抑制剂。
若穂萌抑制剂的喷施量过大，不但易造成浪费，而且可能会影响水稻种子的质量；若喷施量过少，则不能有效地起到抑制作用。
本发明还提供了所述杂交水稻穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的应用。
本发明还提供了一种抑制杂交水稻穗萌的方法，包括：在杂交水稻的乳熟末期至黄熟初期，将所述的杂交水稻穂萌抑制剂喷施于稻穗上。
作为优选，喷施前，在所述杂交水稻穂萌抑制剂中加入吐温20，摇匀后喷施于稻穗上。
本发明中抑制水稻穂萌的方法简单方便，有效地降低了水稻的穂萌率，并且使收获之后的水稻种子保持良好的综合品质。
作为优选，所述杂交水稻穂萌抑制剂的喷施量为40～50kg/亩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用脱落酸、环己胺和丁香酚进行组合，不但有效地降低了杂交水稻穂萌率，而且对收获后的水稻种子芽、根生长以及干重有极显著的促进作用，综合品质有所提升。
(2)环己胺在水稻穗萌抑制方面运用较少，环己胺的添加提升了抑制剂对水稻穗萌的总体抑制作用，且在收获后水稻种子芽、根生长的促进方面有较大贡献，起主导作用，能消除在贮藏后由脱落酸和丁香酚造成的轻微发芽抑制作用，保证穗萌抑制剂对水稻种子的正常生长不造成影响。
(3)本发明涉及的穗萌抑制剂配置过程生产工艺简单，溶解性较好，材料用量少，抑制效果佳。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。
以下实施例中，杂交水稻“钱优0508”均来自浙江农科种业有限公司；环己胺来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；脱落酸来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；丁香酚来自浙江大学种子科学中心实验室；吐温20来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1
1、供试材料：杂交水稻钱优0508的F1种子；
2、药剂配制：将三种药剂按表1配制成所需浓度，分别得到穗萌抑制剂A、B、C；
3、喷施时间和方法：在乳熟末期至黄熟初期间，按照每亩45kg药量(抑穗萌剂中加少许吐温20，有利于黏附在稻穗上)均匀喷施，对照喷施等量清水。
穗萌环境营造：施药后隔天开始每日早上6：00到下午6：00，每隔30分钟喷水一次，每次喷水5分钟，喷淋至叶片滴水为止，保持穗层湿润，喷水持续7-10天，保证水稻成熟期间田间相对湿度85％以上。
取样方法：水稻成熟后进行取样，统计穗芽率和穗芽指数。
发芽试验和指标测定：收获的种子去除秕谷和发芽种子后进行发芽试验和贮藏后发芽试验。
发芽条件设置为光照12小时/黑暗12小时，恒温30℃。采用纸床发芽。每个处理50粒种子，3次重复。在发芽第5天测定发芽势，第14天测定发芽率，发芽置床后的14天内统计每日发芽数，计算平均发芽时间和发芽指数。
平均发芽时间＝∑(Gt×Dt)/∑Gt(其中Gt为在不同天数的发芽数，Dt为发芽天数，∑Gt为发芽数总和)。
在发芽第14天，统计最终发芽率。测量苗高、根长、干重。
将种子贮藏1个月，重复测量以上指标。
统计分析：采用SPSS 24.0软件进行方差分析，多重比较采用邓肯法，α＝0.05。
穗萌种子分级和穗萌指标计算：
0级——完整种子；
1级——胚部稃壳破裂种子；
2级——芽长(或根长)未及谷长种子，记为发芽；
3级——芽长(或根长)超过谷长种子，记为发芽；
穗萌率＝[(2级种子数+3级种子数]/供试种子数]×100％；
穗萌指数＝[0×0级种子数+1×1级种子数+3×2级种子数+5×3级种子数]/供试种子数，3次重复。
4、试验结果：
穗萌统计：在钱优0508制种田喷施抑制剂A、B、C后，A显著降低了穗萌率和穗萌指数，B、C极显著地降低穗萌率和穗萌指数，其中C效果最佳。在相同的田间环境下，对照组的穗芽率为11.10％，穗萌指数为0.53，而抑制剂处理之后的穗芽率基本维持4％～8％左右，穗萌指数在0.2～0.4左右，穗芽率和穗萌指数均显著低于对照，穗萌抑制效果极显著(见表2)。
发芽试验：刚收获时，抑制剂A、B、C和对照相比，在发芽势、发芽率、平均发芽时间和发芽指数上均无显著差异，且三种穗萌抑制剂处理都能显著促进钱优0508收获后水稻幼苗芽、根的生长，其中C浓度下促进效果极显著。
A、B、C相比对照，幼苗干重显著增加，且C促进效果极显著(表3)。经过1个月的贮藏，抑制剂A、B、C处理的种子和对照间无显著差异，且仍能促进幼苗根芽生长(见表4)，说明抑制剂处理对水稻种子的正常萌发无不良影响，对幼苗根芽生长还有一定的促进作用。
表1三种浓度的穗萌抑制剂的组分配制
表2三种浓度的穗萌抑制剂施用后钱优0508穗萌情况
注：数值后面不同小写字母表示不同处理间的差异显著(邓肯，α＝0.05)，下同
表3三种浓度的穗萌抑制剂处理对钱优0508刚收获种子发芽情况的影响
表4三种浓度的穗萌抑制剂处理对钱优0508贮藏1个月发芽情况的影响
实施例2
1、供试材料：杂交水稻钱优0508的F1种子。
2、供试药剂：穗萌抑制剂C(同实施例1)，以及单剂D(40mg/kg脱落酸)、单剂E(160mM环己胺)、单剂F(60mg/kg丁香酚)和药剂G(单剂D与单剂E等体积混合)、药剂H(单剂D与单剂F等体积混合)、药剂I(单剂E与单剂F等体积混合)。
3、试验方法：试验于2019年在浙江大学紫金港校区农场进行，根据亲本的生育期特点进行分期播种，以保证双亲花期相遇。每一处理设置三个重复小区，小区面积为2.4m2。
药剂配制：以水为溶剂，配制穗萌抑制剂C、单剂D、单剂E、单剂F、药剂G、药剂H、药剂I。
喷施时间和方法：在乳熟末期至黄熟初期间，按照每亩45kg药量(药剂中加少许吐温20，有利于黏附在稻穗上)均匀喷施，对照喷施等量清水。
穗萌环境营造：施药后隔天开始每日早上6：00到下午6：00，每隔30分钟喷水一次，每次喷水5分钟，喷淋至叶片滴水为止，保持穗层湿润，喷水持续7-10天，保证水稻成熟期间田间相对湿度85％以上。
发芽试验和指标测定：同实施例1。
统计分析：同实施例1。
穗萌种子分级和穗萌指标计算:同实施例1。
4、实验结果：药剂喷施后，钱优0508所有处理的田间穗萌率、穗萌指数均较对照极显著降低。其中，穗萌抑制剂C的穗萌抑制效果较佳，相比对照穗萌率从24.96％显著下降到15.74％，降低了36.93％，有着良好的穗萌抑制效果(见表5)；脱落酸单剂D相比对照穗萌率从24.96％极显著地下降到17.89％，降低了28.33％，与穗萌抑制剂C在抑制效果上有一定程度差异；环己胺单剂E施用后，穗萌率从24.96％显著下降到了21.39％，降低了14.30％；丁香酚单剂F相比对照穗萌率下降，但无显著差异。
相比穗萌抑制剂C，组成成分中脱落酸单剂D和穗萌抑制剂C都极显著地降低了钱优0508的穗萌率和穗萌指数，在穗萌抑制剂C中组成成分脱落酸单剂D起主导作用，环己胺单剂E的加入提高了总体穗萌抑制的效果，穗萌抑制剂C组成成分两两等体积混合形成的药剂G、药剂H、药剂I相比单实施的单剂D、单剂E、单剂F来说，两两混合后穗萌抑制效果有所提高，三者复合形成的穗萌抑制剂C极显著地抑制了钱优0508的穗萌，且抑制效果比组成成分单施和两两混施的效果更好，说明组成成分间对穗萌的抑制效果起协同作用(见表5)。
穗萌抑制剂C对刚收获的钱优0508在发芽率上均无影响，但单剂D、E、F单独施会延迟发芽，但不影响最终发芽率，单剂两两混合组成的药剂G、H、I对发芽的延迟作用有所缓解，三者组合成的抑制剂C对发芽的延迟作用消除；穗萌抑制剂C相比对照能极显著促进钱优0508幼苗、根的生长和干重的增加，与CK相比均有显著差异，而脱落酸单剂D和丁香酚单剂F的促进作用与CK相比促进作用不明显，且环己胺单剂E与脱落酸单剂D形成的药剂G以及环己胺单剂E与丁香酚单剂F形成的药剂I比丁香酚、脱落酸单施后对根长苗高的促进有显著的促进作用，说明环己胺单剂E的加入在幼苗、根的生长和干重的增加方面起着主要作用。三个单剂进行复配形成穗萌抑制剂C对钱优0508幼苗、根的生长和干重的增加的促进效果又有显著提升(见表6)。
贮藏1个月后，相比CK来说含脱落酸的单剂D、和含丁香酚的单剂F对钱优0508的发芽率有一定程度的抑制作用，含脱落酸的单剂D还对钱优0508的根长有一定程度的抑制作用，含脱落酸的单剂F对钱优0508的根、苗生长以及干重有轻微的抑制作用，环己胺单剂E与脱落酸单剂F混合后，对根、苗生长以及干重的这种抑制作用得以消除；含环己胺单剂E施用后相比CK来说，对贮藏1个月后钱优0508的根、苗的生长以及干重的增加仍具有促进作用，三种单剂复配形成穗萌抑制剂C后对根、苗生长的促进作用得以维持，并且药剂G、H、I的效果也说明环己胺单剂E的加入消除了脱落酸单剂D和丁香酚单剂F对贮藏1个月后钱优0508根苗生长一定程度的负面作用(见表7)。
表5优选穗萌抑制剂C以及其组成成分单施与两两混施后钱优0508穗萌情况
表6优选穗萌抑制剂C浓度以及其组成成分单施与两两混施后钱优0508刚收获发芽情况的影响
表7优选穗萌抑制剂C浓度以及其组成成分单施与两两混施后钱优0508贮藏1个月发芽情况
实施例3
1、供试材料：杂交水稻钱优0508的F1种子。
2、供试药剂：实施例1中穗萌抑制剂C，穗萌抑制剂J(丁香酚浓度400mg/kg，烯效唑的浓度为600mg/kg，马来酰肼的浓度为400mg/kg)。
3、试验方法：
药剂配制和种子处理：水稻种子经0.1％次氯酸钠溶液消毒后分别用清水(CK)和供试药剂均匀喷洒，一小时后取出种子晾干。
发芽条件和指标测定：同实施例1。
统计分析：同实施例1。
4、试验结果：本发明的穗萌抑制剂C和已有穗萌抑制剂J室内浸种试验表明，穗萌抑制剂C能极显著地延长钱优0508种子的发芽时间可极显著抑制钱优0508的种子萌发速率，延缓种子发芽进程，且不影响种子最终幼苗的正常生长；穗萌抑制剂J能抑制两个品种种子萌发速率，但幼苗长势较对照缓慢，表明有一定的抑制作用(见表8)。因穗萌抑制剂C在室内浸种试验中延缓效果最佳，且不影响钱优0508种子发芽以及幼苗正常生长，可在大田比较试验中重点关注。
表8两种穗萌抑制剂室内浸种试验处理钱优0508后发芽情况
实施例4
1、供试材料：杂交水稻钱优0508种子F1种子。
2、供试药剂：同实施例3。
3、试验方法：试验于2019年在浙江大学紫金港校区农场进行，根据亲本的生育期特点进行分期播种，以保证双亲花期相遇。每一处理设置三次重复小区，小区面积为2.4m2。
药剂配制：以水为溶剂，配制穗萌抑制剂C、J。
喷施时间和方法：在乳熟末期至黄熟初期间，按照每亩45kg药量(抑穗萌剂中加少许吐温20，有利于黏附在稻穗上)均匀喷施，对照喷施等量清水。
穗萌环境营造、取样处理：田间穗萌环境营造同实施例1。
发芽试验和指标测定：同实施例1。
统计分析：同实施例1。
穗萌种子分级和穗萌指标计算:同实施例1。
4、实验结果：
穗萌抑制剂喷施后，钱优0508所有处理的田间穗萌率、穗萌指数均较对照极显著降低。其中本发明穗萌抑制剂C的穗萌抑制效果较佳，相比对照穗萌率从24.96％极显著下降到15.74％，降低了36.93％，有着良好的穗萌抑制效果，而专利文献公告号为CN103975921A穗萌抑制剂J的穗萌率从24.96％下降到19.39％，降低了了22.32％，穗萌抑制效果穗萌抑制剂C更好(见表9)；新收获的两种穗萌抑制剂处理后钱优0508的发芽结果表明，穗萌抑制剂J处理都会显著影响钱优0508的发芽率。
此外，本发明中的穗萌抑制剂C浓度相比穗萌抑制剂J，不但不影响刚收获的钱优0508种子发芽，而且对植株的根长、苗高、干重有极显著的的促进作用(见表10)；贮藏1个月后，穗萌抑制剂C的钱优0508种子能极显著缩短发芽所需要的时间，且能一定程度地促进钱优0508种子幼苗芽和根的生长增加幼苗干重，而专利文献公告号为CN103975921A的穗萌抑制剂J仍然出现显著抑制种子发芽和根苗生长的情况(见表11)，两种种穗萌抑制剂相比较，本发明中的穗萌抑制剂C对钱优0508穗萌抑制效果更好，且对收获以及贮藏的钱优0508种子的发芽以及幼苗生长无影响，可作为一种效果较好的穗萌抑制剂。
表9两种穗萌抑制剂施用后钱优0508穗萌情况
表10四种浓度的穗萌抑制剂处理对钱优0508刚收获发芽情况的影响
表11四种浓度的穗萌抑制剂处理对钱优0508贮藏1个月发芽情况的影响
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种杂交水稻穗萌抑制剂，其特征在于，以水为溶剂，含有浓度为20～60mg/kg的脱落酸、40～160mM的环己胺、10～60mg/kg丁香酚。
2.如权利要求1所述的杂交水稻穗萌抑制剂，其特征在于，所述脱落酸的浓度为20mg/kg，环己胺的浓度为80mM，丁香酚的浓度为30mg/kg。
3.如权利要求1所述的杂交水稻穗萌抑制剂，其特征在于，所述脱落酸的浓度为40mg/kg，环己胺的浓度为160mM，丁香酚的浓度为60mg/kg。
4.如权利要求1所述的杂交水稻穗萌抑制剂，其特征在于，所述脱落酸的浓度为60mg/kg，环己胺的浓度为40mM，丁香酚的浓度为10mg/kg。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的杂交水稻穂萌抑制剂的制备方法，其特征在于，先将脱落酸溶于水，再加入丁香酚和环己胺混合均匀，得到所述杂交水稻穂萌抑制剂。
6.如权利要求1-4任一项所述的杂交水稻穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的应用。
7.一种抑制杂交水稻穗萌的方法，其特征在于，在杂交水稻的乳熟末期至黄熟初期，将权利要求1-4任一项所述的杂交水稻穂萌抑制剂喷施于稻穗上。
8.如权利要求7所述的抑制杂交水稻穗萌的方法，其特征在于，喷施前，在所述杂交水稻穂萌抑制剂中加入吐温20，摇匀后喷施于稻穗上。
9.如权利要求7所述的抑制杂交水稻穗萌的方法，其特征在于，所述杂交水稻穂萌抑制剂的喷施量为40～50kg/亩。
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