CN113105285A

CN113105285A - 一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂及调节花时的方法

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Publication number: CN113105285A
Application number: CN202110326639.9A
Authority: CN
Inventors: 胡伟民; 刘家丰; 方芳; 关亚静; 宋文坚; 胡晋; 剧佳华; 权晓康
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Hainan Institute of Zhejiang University
Current assignee: Zhejiang University ZJU; Hainan Institute of Zhejiang University
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN113105285B

Abstract

本发明公开了一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂及调节花时的方法，该花时调节剂以水为溶剂，包括：茉莉酸甲酯40～50mg·L^‑1，氨基酸200～500mg·L^‑1，含钾、硼的营养元素600～2300mg·L^‑1。本发明将植物激素、氨基酸和营养元素进行复配，获得的花时调节剂与相同剂量的植物激素相比，显著提早了“粳不‑籼恢”类型杂交稻制种母本的花时，对父母本花时相遇程度及结实率均有显著的促进作用。

Description

一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂及调节花时的方法

技术领域

本发明涉及种子生产技术领域，尤其涉及一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂及调节花时的方法。

背景技术

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种，籼粳杂交稻因其亚种间的杂种优势，具有高产、优质和抗性好的特性，直接利用可大幅度提高水稻产量，而杂交种子的繁制直接关系到三系和两系杂交水稻的推广和应用。

水稻花时性状受到遗传基因的调控，一般而言，籼稻比粳稻开花时间早。研究发现，粳型不育系浆片细胞维管束不够发达，浆片吸、失水过程缓慢，膨胀张力不足，导致不育系开颖速度缓慢、花时滞后，而籼型恢复系开花时间集中，中午前后即出现开花高峰，因此与恢复系存在花时不同步问题；并且由于粳稻不育系柱头外露率低，更易导致“粳不-籼恢”组合父母本出现严重花时不遇现象(肖华伟.中国杂交水稻制种技术研究与实践及其发展趋势分析[D].湖南农业大学，2009；Thanh,et al.QTL analysis for flowering timeusing backcross population between Oryza sativa Nipponbare and O.rufipogon[J].Genes&Genetic Systems,2010,85(4):273-279.)，影响异交结实率。

现有改善籼粳杂交稻制种花时不遇的方法中，除了通过遗传改良的方法改进花时特性外，通过施用花时调节剂也是提早粳型不育系花时的有效途径。近年来，已有大量研究报道了植物生长调节剂在花时调节上的应用，如茉莉酸甲酯、油菜素内酯、花信灵、三十烷醇、爱多收、美洲星等。

公告号为CN1214196C的专利文献公开了一种用于水稻杂种生产的花时调控方法，在水稻不育系繁育或水稻杂交种子生产中，于保持系或恢复系(或不育系)开花高峰期前10～120min，用茉莉酸类植物激素及其类似物为有效成分的调节剂，按有效成分1.5～600g·hm^-1的剂量对不育系(或恢复系)进行喷雾处理。

公告号为CN1142314C的专利文献公开了一种杂交稻父、母本花期花时同步制种法：父本秧苗植入本田时单株带蘖12个以上，母本秧苗植入本田时带蘖5个以上，秧苗在本田返青期叶色级控制在4.5～5，母本群体叶面积系数控制在5～7之间，孕穗分化第六期、见穗期喷硼、镁、锰、锌、钼微量元素叶面肥适时喷施复合维生素或多种维生素叶面肥。

上述两种方法均可以起到调节花时的作用，使父母本花时相遇提高结实率的作用，但是其具有用量大、费用较高等问题，且针对的往往是籼型或者是粳型杂交水稻制繁种，而不是“粳不-籼恢”类型。前人大量试验证明，茉莉酸甲酯(MeJA)对花时调节有着显著作用，但由于MeJA价格昂贵，要达到较好的效果一般使用浓度需在225mg·L^-1以上、每亩用量30～40L，单独使用会大幅度增加制种成本，种子生产单位和农户难以承受。

因此，研究探索一种或几种药剂与低剂量MeJA复配后具有协同和增效作用的花时调节剂，从而降低MeJA的使用量，在提高异交结实率同时，控制种子生产成本，是目前籼粳杂交稻制种亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂及调节花时的方法，该花时调节剂具有高效无害、显著改善籼粳杂交稻的“花时不遇”问题、制备方法简单方便、生产成本低，适合大田应用推广的特点。

具体技术方案如下：

一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，以水为溶剂，包括：茉莉酸甲酯40～50mg·L^-1，氨基酸200～500mg·L^-1，含钾、硼的营养元素600～2300mg·L^-1。

进一步地，所述氨基酸由L-甲硫氨酸和L-脯氨酸组成，L-甲硫氨酸的浓度为100～300mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为100～200mg·L^-1。

进一步地，所述含钾、硼的营养元素由磷酸二氢钾和硼砂组成，磷酸二氢钾浓度为500～2000mg·L^-1，硼砂浓度为100～300mg·L^-1。

茉莉酸甲酯(反-3-氧代-2-(顺-2-戊烯基)-环戊乙酸甲酯，MeJA)广泛地存在于植物体中，相对于传统化学药剂而言具有更好地安全性和环保效益。本发明以MeJA为基础药剂，混合磷酸二氢钾、硼砂、L-脯氨酸、L-甲硫氨酸等营养剂后，溶于一定量的水中，于“粳不-籼恢”类型杂交稻制种粳型不育系开花初期(始花后3d左右)喷施在不育系穗层，与单用相同剂量的MeJA相比，制备得到花时调节剂能显著地提早粳型不育系花时，提高制种结实率，改善“粳不-籼恢”类型杂交稻制种中花时不遇的问题。

进一步地，所述的母本花时调节剂，包括以下成分：茉莉酸甲酯45mg·L^-1，L-甲硫氨酸的浓度为100～300mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为100～200mg·L^-1，磷酸二氢钾浓度为500～2000mg·L^-1和硼砂浓度为100～300mg·L^-1，有机溶剂0.5～1.0mL/L。由于MeJA不溶于水，将MeJA先溶于有机溶剂后备用，使用时再溶于水。

进一步地，所述有机溶剂为醇类，更进一步地，所述有机溶剂为乙醇。

进一步地，所述的花时调节剂，包括以下成分：茉莉酸甲酯45mg·L^-1，L-甲硫氨酸的浓度为250mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为120mg·L^-1，磷酸二氢钾浓度为1500mg·L^-1和硼砂浓度为200mg·L^-1，乙醇0.5mL/L。

本发明还提供了一种如上所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂的制备方法，包括：

(1)将茉莉酸甲酯溶于有机溶剂，制得溶液A；

(2)取磷酸二氢钾、硼砂、L-甲硫氨酸和L-脯氨酸，进行混合，得到混合粉剂B；

(3)先将混合粉剂B溶于一定量的清水中，再加入溶液A，然后加水定容，得到花时调节剂。

本发明还提供了一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节方法，包括：在粳不籼恢杂交水稻制种过程中的不育系开花初期，采用如上所述的母本花时调节剂均匀喷施于母本的穗层。

所述的不育系开花初期是指不育系始花后的3～4d。

若花时调节剂的喷施量过大，不但造成浪费，而且会增加成本；若喷施量过少，则不能有效地起到调节花时的作用。作为优选，所述花时调节剂的喷施量为每亩25～40L。更优选，所述花时调节剂的喷施量为每亩30L。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将植物激素、氨基酸和营养元素进行复配，获得的花时调节剂与相同剂量的植物激素相比，显著提早了“粳不-籼恢”类型杂交稻制种母本的花时，对父母本花时相遇程度及结实率均有显著的促进作用。

(2)本发明调节籼粳杂交稻花时的方法简单方便，有效地提早了母本不育系花时，显著提高了母本结实率，并且收获之后的杂交水稻种子保持优良的综合品质。

(3)本发明花时调节剂以水为主要基质，未添加任何乳化剂，环保且生产工艺简单，药品用量少，成本低适合推广。

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，杂交稻制种组合‘春优84’母本为“春江16A”，父本为“C84”，属于籼粳型三系杂交水稻，中国水稻研究所选育；父母本材料由浙江省农科种业有限公司提供。‘禾香优1号’母本为“禾香1A”，父本为“TD47”，属于籼粳型三系杂交水稻，浙江省嘉兴市农科院选育；父母本材料由浙江省勿忘农种业股份有限公司提供。磷酸二氢钾、硼砂、L-脯氨酸和乙醇购自上海国药集团化学试剂有限公司；L-甲硫氨酸和MeJA购自上海阿拉丁试剂有限公司。磁力搅拌器型号为ZNCL-BS，购于上海越众仪器设备有限公司。

实施例1花时调节剂的制备

花时调节剂的具体制备方法为：先将1.35g MeJA溶于10mL 75％乙醇溶液中，搅拌均匀，得到溶液A，装瓶密封；再分别称取磷酸二氢钾(22.5g)、硼砂(3g)、L-甲硫氨酸(3.75g)、L-脯氨酸(1.8g)，混合后装入密封袋中，得到混合粉剂B；使用时，先将混合粉剂B溶于一定量的清水中，再加入溶液A，然后加水定容至15L，得到的花时调节剂可直接用于制种生产。

(1)药剂溶液A的理化性质和稳定性：

外观：透明液体，无悬浮及沉淀；

贮藏稳定性：阴凉干燥处放置六个月，无分层及沉淀。

(2)混合粉剂B的理化性质和稳定性：

外观：粉状或有少量结晶，无结块；

贮藏稳定性：阴凉干燥处放置六个月，无结块。

(3)花时调节剂的理化性质和稳定性：

外观：透明液体，无悬浮及沉淀；

分散性：能快速而均匀地分散于水中，呈现透明均一的稳定溶液；

贮藏稳定性：阴凉干燥处放置7d，无分层及沉淀。

实施例2

1、供试材料：“粳不-籼恢”类型杂交稻制种组合‘春优84’，母本“春江16A”、父本为“C84”。

2、供试药剂：花时调节剂、MeJA。

3、试验方法

试验于2018年在浙江大学农业试验站紫金港分站进行，根据父母本的生育期特点进行分期播种。移栽时父母本行比2﹕8，父母本间隔25cm；父本双行，行距24cm，株距24cm，每行内第一期和第二期父本的比例为1﹕1，2本插；母本适当密植，插植密度15cm(株距)×18cm(行距)，每蔸插5粒谷秧。抽穗后分次喷施赤霉素，以保证双亲花期相遇。

药剂配制和处理：按实施例1所述配制的花时调节剂，每亩2份剂量，共施用30L溶液；设置两个对照，对照一是每亩喷施45mg·L^-1MeJA溶液30L(CK-1)，对照二是每亩喷施清水30L(CK-2)。每一处理设置3次重复，结合田间肥力水平和地形，采取随机区组设计，单个小区南北走向长度约为3.5m，东西走向宽度约为2.0m，小区面积为7.0m²。

喷施时间和方法：在不育系开花初期(始花后3d)，花时调节剂和两个对照按不同处理小区均匀喷施于母本植株穗层。

开花数目统计：在观察当天的9:00、10:00、11:00和下午终花后4个时间段内分别选取各小区1/2区域长势均匀的水稻幼苗5兜，从各兜中选取2株长势较强壮的株苗挂牌统计其开花数目，共统计3d。

结实率取样方法：水稻成熟后进行收获，随机选取每个小区另外1/2区域的20个稻穗，合计60个穗，统计结实率，脱粒清选。

统计分析：采用SAS(V9.1)软件进行方差分析，多重比较采用LSD法，α＝0.05。

4、实验结果

结果表明，喷施花时调节剂后的3d内，母本“春江16A”9点时开花比例均比CK-1和CK-2显著提高；11点前开花比例与CK-1处理相比，仅第二天没有显著提高；11点前开花比例与CK-2处理相比，处理后3d均显著提高(表1、表2、表3)。在相同的田间环境下，使用花时调节剂处理之后母本结实率达到了30.85％，CK-1和CK-2结实率分别为26.24％和25.89％，使用花时调节剂处理后母本结实率显著高于对照组，且对千粒重无明显影响(见表4)。

表1花时调节剂处理后第一天对‘春优84’母本颖花开放的影响

注：表中数值为3个重复平均值，不同小写字母表示处理之间差异显著性(LSD，α＝0.05)，下同。

表2花时调节剂处理后第二天对‘春优84’母本颖花开放的影响

表3花时调节剂处理后第三天对‘春优84’母本颖花开放的影响

表4花时调节剂对‘春优84’结实率及千粒重的影响

实施例3

实施例2中确认了使用花时调节剂能显著促进“粳不-籼恢”类型杂交稻制种组合母本提早开花、显著提高结实率且不影响千粒重。本实施例中进一步验证该花时调节剂的效果及对水稻种子种用品质的影响。

1、供试材料：“粳不-籼恢”类型杂交稻制种组合‘禾香优1号’，母本“禾香1A”、父本为“TD47”。

2、供试药剂：花时调节剂、MeJA。

3、试验方法

试验于2019年在浙江大学农业试验站紫金港分站进行，父母本种植方式、试验设计、小区面积、采用的药剂处理及对照、喷施用量及方法与实施例2一致。

颖花情况观察采用目测法：以小区为观察单位，记录父母本始花时、盛花时和终花时。以一天中每小区稻穗上第一朵颖花开放时间记载为始花时，颖花开放最集中最多的时间记载为盛花时，所有颖花都关闭记载为终花时。计算始花到盛花持续时间、盛花到终花持续时间以及始花到终花持续时间，分别统计计算始-盛时间、盛-终时间、始-终时间。为便于统计分析，参考夏原野的方法(夏原野.籼稻和粳稻的花时对外源激素epi-BR和SA调控的响应及其敏感性差异[D].沈阳农业大学,2017)，设北京时间8:00为零点，将始花时、盛花时和终花时时间点转化为从零点到开花所需时间，单位为min。

结实率取样方法：水稻成熟后进行收获，随机选取每个小区另外1/2区域的20个稻穗，合计60个穗，统计结实率，脱粒精选后参照国家《农作物种子检验规程》(GB/T3543，1995)规定进行发芽试验。采用纸上发芽，每盒100粒，重复三次。发芽条件为20℃黑暗16h/30℃光照8h。置种次日开始记录发芽种子数，第5天计算发芽势，第14天计算发芽率。

发芽指数：GI＝∑(Gt/Dt)，活力指数：VI＝GI×S；式中Gt为逐日发芽种子数，Dt为相应发芽日数，S为10株幼苗干重。

4、试验结果

药剂处理第一天，花时调节剂处理对‘禾香优1号’母本始花时有明显的提早作用(表5)，比清水对照提早79.67min，花时调节剂处理对母本盛花时有显著的提早作用，比MeJA对照和清水对照分别提前28.64min和42.33min；如表6所示，花时调节剂处理后的‘禾香优1号’父、母本始花时间缩短到-18min，盛花时间差缩短到22min，比CK-1缩短了28min。药剂处理第二天，花时调节剂处理能显著提早母本始花时，比CK-1和CK-2分别提早9.67min和68.67min；父、母本始花时间缩短到-11min，盛花时间差缩短到81min。(表7、表8)。药剂处理第三天，花时调节剂对母本始花时和父母本盛花时间差依然有提早效果，但效果不明显(表9、表10)。如表11所示，花时调节剂处理后的母本结实率显著高于清水对照和MeJA对照，达到了18.55％，千粒重无明显影响。对收获后种子进行发芽试验，结果表明花时调节剂处理和2个对照间的差异均不显著(表12)，说明花时调节剂处理不会影响种子的生活力和活力。

表5花时调节剂处理后第一天对‘禾香优1号’母本颖花开放情况的影响

表6花时调节剂处理后第一天对‘禾香优1号’父母本开花时间差的影响

表7花时调节剂处理后第二天对‘禾香优1号’母本颖花开放情况的影响

表8花时调节剂处理后第二天对‘禾香优1号’父母本开花时间差的影响

表9花时调节剂处理后第三天对‘禾香优1号’母本颖花开放情况的影响

表10花时调节剂处理后第三天对‘禾香优1号’父母本开花时间差的影响

表11花时调节剂处理对‘禾香优1号’结实率和千粒重的影响

表12花时调节剂处理对‘禾香优1号’F₁代种子发芽特性的影响

实施例4

实施例2和例3中确认了使用花时调节剂能显著促进“粳不-籼恢”类型杂交稻制种组合母本提早开花、显著提高结实率且不影响千粒重，同时对制种种子播种品质无不良影响。本实施例中进一步验证该花时调节剂调节母本花时的效果及该花时调节剂主要组分对母本花时的影响。

2、供试药剂：花时调节剂、MeJA、L-甲硫氨酸、L-脯氨酸、磷酸二氢钾、硼砂。

3、试验方法

试验于2020年11月～2021年3月在海南三亚浙江大学农业试验站海南分站进行，根据父母本的生育期特点进行分期播种。父母本种植方式、试验设计、小区面积、药剂喷施用量及方法与实施例2、实施例3一致。

药剂配制和处理：按实施例1所述配制的花时调节剂，每亩2份剂量，共施用30L溶液；设置6个对照，对照一是每亩喷施45mg·L^-1MeJA溶液30L(CK-1)，对照二是每亩喷施250mg·L^-1L-甲硫氨酸溶液30L(CK-2)，对照三是每亩喷施120mg·L^-1L-脯氨酸溶液30L(CK-3)，对照四是每亩喷施1500mg·L^-1磷酸二氢钾溶液30L(CK-4)，对照五是每亩喷施200mg·L^-1硼砂溶液30L(CK-5)，对照六是每亩喷施清水30L(CK-6)。每一处理设置3次重复。

喷施时间和方法：在不育系开花初期(始花后3d)，花时调节剂和6个对照按不同处理小区均匀喷施于母本植株穗层。

颖花情况观察采用目测法：以小区为观察单位，记录父母本始花时和盛花时。以一天中每小区稻穗上第一朵颖花开放时间记载为始花时，颖花开放最集中最多的时间记载为盛花时。

结实率取样方法：赶粉结束后15d，每个小区随机选取9兜稻穗，统计结实率。

统计分析：结实率数据采用SAS(V9.1)软件进行方差分析，多重比较采用LSD法，α＝0.05。

4、实验结果

结果表明，喷施花时调节剂后第一天，母本“禾香1A”始花时和盛花时均明显早于6个对照，其中与CK-6(清水)相比，始花时和盛花时分别提早了71min和70min，与父本的始花时差和盛花时差缩短到了22min和21min(表13)；同时，花时调节剂主要组分(CK-1～CK-5)单独处理后，母本始花时和盛花时均早于CK-6(清水)处理，其中以CK-1(MeJA)、CK-2(L-甲硫氨酸)、CK-3(L-脯氨酸)和CK-5(硼砂)效果较为明显，母本始花时提早20～49min，盛花时提早28～46min。

喷施花时调节剂后第二天，母本始花时和盛花时也均明显早于6个对照，其中与CK-6(清水)相比，始花时和盛花时分别提早了43min和38min(表14)；同时，花时调节剂主要组分(CK-1～CK-5)单独处理母本，除CK-4(磷酸二氢钾)外，母本始花时和盛花时均早于CK-6(清水)处理，母本始花时提早12～31min，盛花时提早18～24min。

在相同的田间环境下，花时调节剂处理后母本结实率达到了36.3％，与CK-1～CK-6相比，结实率绝对值分别提高了13.2％、18.5％、18.1％、22.3％、19.9％和23.8％，显著高于6个对照(表15)；花时调节剂主要组分(CK-1～CK-5)单独处理后，结实率也均高于CK-6(清水)处理，其中CK-1(MeJA)、CK-2(L-甲硫氨酸)、CK-3(L-脯氨酸)和CK-5(硼砂)处理效果较为显著，结实率绝对值比CK-6(清水)分别提高了10.6％、5.3％、5.7％和3.9％。

表13花时调节剂处理后第一天对‘禾香优1号’母本颖花开放时间的影响

表14花时调节剂处理后第二天对‘禾香优1号’母本颖花开放时间的影响

表15花时调节剂对‘禾香优1号’母本结实率的影响

Claims

1.一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，以水为溶剂，包括：茉莉酸甲酯40～50mg·L^-1，氨基酸200～500mg·L^-1，含钾、硼的营养元素600～2300mg·L^-1。

2.如权利要求1所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，所述氨基酸由L-甲硫氨酸和L-脯氨酸组成，L-甲硫氨酸的浓度为100～300mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为100～200mg·L^-1。

3.如权利要求1所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，所述含钾、硼的营养元素由磷酸二氢钾和硼砂组成，磷酸二氢钾浓度为500～2000mg·L^-1，硼砂浓度为100～300mg·L^-1。

4.如权利要求1所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，包括以下成分：茉莉酸甲酯45mg·L^-1，L-甲硫氨酸的浓度为100～300mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为100～200mg·L^-1，磷酸二氢钾浓度为500～2000mg·L^-1和硼砂浓度为100～300mg·L^-1，有机溶剂乙醇0.5～1.0mL/L。

5.如权利要求4所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，所述有机溶剂为体积分数75％的乙醇水溶液。

6.如权利要求4所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂，其特征在于，成分为：茉莉酸甲酯45mg·L^-1，L-甲硫氨酸的浓度为250mg·L^-1，L-脯氨酸的浓度为120mg·L^-1，磷酸二氢钾浓度为1500mg·L^-1和硼砂浓度为200mg·L^-1，乙醇0.5mL/L。

7.一种如权利要求4所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节剂的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将茉莉酸甲酯溶于有机溶剂，制得溶液A；

8.一种用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节方法，其特征在于，包括：在粳不籼恢杂交水稻制种过程中的不育系开花初期，采用权利要求1～6任一项所述的母本花时调节剂均匀喷施于母本的穗层。

9.如权利要求8所述的用于粳不籼恢杂交水稻制种的母本花时调节方法，其特征在于，所述母本花时调节剂的喷施量为每亩25～40L。