CN114027120B - 一种水稻快速加代育种的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水稻快速加代育种的方法，属于水稻育种技术领域。该方法包括浸种、催芽、育苗、生育期管理调控以及收获，生育期管理调控包括对营养生长期、抽穗期和灌浆期的动态光质和光周期环境调控；营养生长期：在红光∶蓝光∶白光为0.8‑1∶0.8‑1∶1.0，光周期为16‑18h条件下栽培；抽穗期：在红光∶蓝光∶白光为1‑2∶0.5‑1∶1，光周期为12‑13.5h条件下栽培；灌浆期：在红光∶蓝光∶白光为1‑2∶1∶1，光周期为16‑18h条件下栽培；本发明提供了在植物工厂可控环境条件下快速加代育种的全新有效途径，为实现在有限土地面积上快速培育优质水稻品种，缩短传统育种周期，保障粮食安全提供技术储备。

Description

一种水稻快速加代育种的方法
技术领域
本发明涉及水稻育种技术领域，特别是涉及一种水稻快速加代育种的方法。
背景技术
水稻是全球第三大粮食作物。优质水稻种子培育是保证水稻产量和品质的技术关键。目前常见的水稻育种手段有两种，一是传统杂交自交育种，通过反复杂交自交获取稳定的性状，培育优质水稻品种；二是转基因育种，通过转基因的手段实现基因层面的改良进而稳定优良性状的水稻品种。由于受到地域气候条件的限制，传统水稻育种一年仅能加代2-3代，培育一个优质水稻品种往往需要几年甚至十几年的时间。转基因具有育种周期相对较短的优势，通常情况下1-2次的栽培就能获得目标品种。然而，考虑到粮食安全问题，对于水稻这种粮食作物，一般还是采取周期长的传统育种方式，而这又导致难以满足水稻种植对优质种源的市场需求的难题。因此，亟需一种快速、安全的育种方法改变目前水稻育种所面对的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水稻快速加代育种的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过对水稻生育期进行动态光质和光周期环境的精准调控，为实现在有限土地面积上快速培育优质水稻品种，缩短传统育种周期，保障粮食安全提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种水稻快速加代育种的方法，包括浸种、催芽、育苗、生育期管理调控以及收获，所述生育期管理调控包括对营养生长期、抽穗期和灌浆期的动态光质、光周期环境调控；
其中，营养生长期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为0.8-1∶0.8-1∶1.0混合光源，光周期为16-18 h，增施5%-10% 硝酸钙的霍格兰营养液的深液流栽培技术条件下，进行栽培；
抽穗期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1-2∶0.5-1∶1混合光源，光周期为12-13.5 h，增施5%-15% 磷酸氢二钾的霍格兰 (Hoagland)营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology, DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培；
灌浆期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1-2∶1∶1混合的LED光源，光周期为16-18 h ，增施5%-10% 磷酸氢二钾的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology, DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培；
所述红光的波长为660 nm，所述蓝光的波长为450 nm，所述白光的波长为400-700nm。
优选的是，所述营养生长期、抽穗期、灌浆期的光照强度分别设为200-300 μmolm- 2s-1、350-450μmolm-2s-1和500-700 μmolm-2s-1。
优选的是，所述浸种包括：选择颗粒饱满、无虫害的水稻种子，清洗后浸泡12-24h。
优选的是，所述催芽包括：将经浸种处理后的水稻种子在22℃-25℃黑暗条件下培养36-48 h。
优选的是，所述育苗包括：将经催芽萌发的水稻种子在红光：蓝光为2-5∶1的混合光源，光照强度为100 -150 μmolm-2s-1，光周期为14-18 h条件下培养。
优选的是，所述营养生长期包括：将幼苗移栽在红光∶蓝光∶白光比例为0.8-1∶0.8-1∶1.0混合光源，光周期为16-18 h，光照强度200-300μmol m-2s-1，增施5%-10% 硝酸钙的霍格兰营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
优选的是，收获之前，水稻育种的昼/夜温度均为(27-30℃)/(23-25℃)，空气相对湿度均为65-85%。
优选的是，所述收获包括：将成熟稻穗收获脱粒后，在空气温度28-30℃，空气湿度为< 40%，通风的条件下处理5-7天，将种子含水率降至6%-13%后低温保存。
优选的是，所述低温为0-4℃。
本发明公开了以下技术效果：
本发明基于水稻生育期特点对其进行动态光质、光周期、昼/夜温度、相对空气湿度、营养供给等环境因子精准调控，提供了一种水稻快速加代育种的方法，该方法科学合理的缩短了水稻的生育周期，实现定植后60左右快速收获，将传统水稻120天左右的生育周期缩短一半，一年有望实现收获5-6茬。在植物工厂特定光环境、昼/夜温度、相对空气湿度、营养供给等环境因子管理条件下，实现水稻生长速度加快，提早开花并快速结实，具体地，在播种后7天定植，定植后38-47天抽穗，53-65天采收，单层单位面积产量为0.81-1.2 kg (平均0.98 kg)，相当于亩产540.3-800.4 kg (平均 653 kg)。可见，本发明提供了在植物工厂可控环境条件下快速加代育种的全新的有效途径，为实现在有限土地面积上快速培育优质水稻品种，缩短传统育种周期，保障粮食安全提供技术支撑，能够满足市场对于水稻种植优质种源的大量需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例2水稻抽穗与结实的图片。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
一种水稻快速加代育种的方法，包括以下步骤：
（1）浸种：选择颗粒饱满的水稻种子，利用自来水清洗2-3次后在去离子水中浸泡12 h。
（2）催芽：将浸泡后的种子均匀的摊放在铺有湿纱布（10×10×5 cm）催芽盘中，添加10 mL去离子水，在22℃黑暗条件下培养36 h。
（3）育苗：将萌发的种子播入以草碳为育苗基质的穴盘中，在植物工厂中以红光（600 nm）∶蓝光 （450 nm）为2∶1的混合LED（发光二极管）光源下培养，光照强度为100 μmolm-2s-1，光周期为14 h，昼/夜温度为27℃/23℃，空气湿度为65 %。
（4）营养生长期调控：在按照红光∶蓝光∶白光比例为0.8∶0.8∶1.0混合光源，光周期为16 h，光照强度200μmol m-2s-1，昼夜温度为27℃/23℃，空气湿度为65 %，增施5% 硝酸钙 (Ca(NO3)2) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，DeepFlow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（5）抽穗期调控：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1∶0.5∶1混合光源，光周期为12 h，光照强度350μmol m-2s-1 条件下，昼夜温度为30℃/23℃，空气湿度为70 %，增施5% 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，DeepFlow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（6）灌浆期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（400nm）为1∶1∶1混合的LED光源，光周期为16 h ，光照强度500μmol m-2s-1，昼夜温度为30℃/23℃，空气湿度为70 %，增施5% 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology, DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（7）收获：将成熟稻穗收获脱离后平铺在无纺布上，在空气温度30℃，空气湿度为<40%，通风条件下处理5天，将种子含水率降至6%后，装入100目的纱网袋中干燥条件下4 ℃低温保存。
上述方案中，在播种后7天定植，定植后42天抽穗，57天采收，单层单位面积产量为0.85kg，相当于亩产566.7 kg。
实施例2 一种水稻快速加代育种的方法，包括以下步骤：
（1）浸种：选择颗粒饱满的水稻种子，利用自来水清洗2-3次后在去离子水中浸泡20 h。
（2）催芽：将浸泡后的种子均匀的摊放在铺有湿纱布（10×10×5 cm）催芽盘中，添加10 mL去离子水，在25℃黑暗条件下培养36 h。
（3）育苗：将萌发的种子播入以草碳为育苗基质的穴盘中，在植物工厂中以红光（600 nm）∶蓝光 （450 nm）为2∶1的混合LED（发光二极管）光源下培养，光照强度为150 μmolm-2s-1，光周期为18 h，昼/夜温度为27℃/25℃，空气湿度为70 %。
（4）营养生长期调控：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1∶1∶1混合光源，光周期为18h，光照强度300μmol m-2s-1，昼夜温度为30℃/23℃，空气湿度为70 %，增施10% 硝酸钙 (Ca(NO3)2) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep FlowTechnology，DFT；雾培技术，Aeroponics )条件下，进行栽培。
（5）抽穗期调控：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1∶0.5∶1混合光源，光周期为12.5h，光照强度450μmol m-2s-1 条件下，昼夜温度为30℃/23℃，空气湿度为70 %，增施15% 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（6）灌浆期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（400nm）为2∶1∶1混合的LED光源，光周期为18 h ，光照强度700μmol m-2s-1，昼夜温度为30℃/23℃，空气湿度为70 %，增施10% 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
将成熟稻穗收获脱粒后，在空气温度，空气湿度为<40%，通风的条件下处理5-7天，将种子含水率降至6%-13%后低温保存。
（7）收获：将成熟稻穗收获脱离后平铺在无纺布上，在空气温度30℃，空气湿度为<40%，通风条件下处理5天，将种子含水率降至6%后，装入100目的纱网袋中干燥条件下4 ℃低温保存。
上述方案中，在播种后7天定植，定植后38天抽穗，53天采收，单层单位面积产量为1.2 kg，相当于亩产702.4 kg。本实施例水稻抽穗与结实情况见图1。
实施例3
一种水稻快速加代育种的方法，包括以下步骤：
（1）浸种：选择颗粒饱满的水稻种子，利用自来水清洗2-3次后在去离子水中浸泡22 h。
（2）催芽：将浸泡后的种子均匀的摊放在铺有湿纱布（10×10×5 cm）催芽盘中，添加12 mL去离子水，在22℃黑暗条件下培养48 h。
（3）育苗：将萌发的种子播入以草碳为育苗基质的穴盘中，在植物工厂中以红光（600 nm）∶蓝光 （450 nm）为3∶1的混合LED（发光二极管）光源下培养，光照强度为125 μmolm-2s-1，光周期为18 h，昼/夜温度为27℃/25℃，空气湿度为70%。
（4）营养生长期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（500 nm）为1∶1∶1的混合LED 光源下栽培，光照强度250 μmolm-2s-1，光周期16 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 硝酸钙 (Ca(NO3)2) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（5）抽穗调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（500nm）为1∶1∶1的混合LED光源下栽培，光照强度400 μmolm-2s-1，光周期 13.5 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（6）灌浆期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（500nm）为1∶1∶1的混合LED光源下栽培，光照强度 550μmolm-2s-1，光周期 16 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（7）收获：将成熟稻穗收获脱离后平铺在无纺布上，在空气温度29℃，空气湿度为<40%，通风条件下处理6天，将种子含水率降至10%后，装入100目的纱网袋中干燥条件下2℃低温保存。
上述方案中，在播种后7天定植，定植后45天抽穗，60天采收，单层单位面积产量为0.98 kg，相当于亩产653 kg。
实施例4
一种水稻快速加代育种的方法，包括以下步骤：
（1）浸种：选择颗粒饱满的水稻种子，利用自来水清洗2-3次后在去离子水中浸泡24 h。
（2）催芽：将浸泡后的种子均匀的摊放在铺有湿纱布（10×10×5 cm）催芽盘中，添加15 mL去离子水，在25℃黑暗条件下培养36 h。
（3）育苗：将萌发的种子播入以草碳为育苗基质的穴盘中，在植物工厂中以红光（600 nm）∶蓝光 （450 nm）为5∶1的混合LED（发光二极管）光源下培养，光照强度为100 μmolm-2s-1，光周期为18 h，昼/夜温度为27℃/25℃，空气湿度为70 %。
（5）营养生长期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700 nm）为0.8∶0.8∶1的混合LED 光源下栽培，光照强度 200 μmolm-2s-1，光周期16 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 硝酸钙 (Ca(NO3)2) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics )条件下，进行栽培。
（6）抽穗期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700nm）为0.5∶1∶1的混合LED 光源下栽培，光照强度 350 μmolm-2s-1，光周期 12 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（7）灌浆期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700nm）为1∶1∶1的混合LED光源下栽培，光照强度 500 μmolm-2s-1，光周期 16 h，昼夜温度为27℃/25℃，空气相对湿度为70%，增施5 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（8）收获：将成熟稻穗收获脱离后平铺在无纺布上，在空气温度30℃，空气湿度为<40%，通风条件下处理5天，将种子含水率降至13%后，装入100目的纱网袋中干燥条件下4℃低温保存。
上述方案中，在播种后7天定植，定植后42天抽穗，58天采收，单层单位面积产量为0.81 kg，相当于亩产540.3kg。
实施例5
一种水稻快速加代育种的方法，包括以下步骤：
（1）浸种：选择颗粒饱满的水稻种子，利用自来水清洗2-3次后在去离子水中浸泡24 h。
（2）催芽：将浸泡后的种子均匀的摊放在铺有湿纱布（10×10×5 cm）催芽盘中，添加15 mL去离子水，在25℃黑暗条件下培养48 h。
（3）育苗：将萌发的种子播入以草碳为育苗基质的穴盘中，在植物工厂中以红光（600 nm）∶蓝光 （450 nm）为5∶1的混合LED（发光二极管）光源下培养，光照强度为150 μmolm-2s-1，光周期为18 h，昼/夜温度为30℃/25℃，空气湿度为85%。
（5）营养生长期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700 nm）为1∶1∶1的混合LED 光源下栽培，光照强度 300 μmolm-2s-1，光周期18 h，昼夜温度为30℃/25℃，空气相对湿度为85%，增施10 % 硝酸钙 (Ca(NO3)2) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术 （深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（6）抽穗期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700nm）为2∶1∶1的混合LED光源下栽培，光照强度 450 μmolm-2s-1，光周期 13.5h，昼夜温度为30℃/25℃，空气相对湿度为85%，增施15 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰 (Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（7）灌浆期调控：在红光（660 nm）∶蓝光（450 nm）∶白光（700nm）为2∶1∶1的混合LED光源下栽培，光照强度500 μmolm-2s-1，光周期18 h，昼夜温度为30℃/25℃，空气相对湿度为85%，增施10 % 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 的霍格兰(Hoagland) 营养液的无土栽培技术（深液流栽培技术，Deep Flow Technology，DFT；雾培技术，Aeroponics ) 条件下，进行栽培。
（8）收获：将成熟稻穗收获脱离后平铺在无纺布上，在空气温度30℃，空气湿度为<40%，通风条件下处理7天，将种子含水率降至13%后，装入100目的纱网袋中干燥条件下4℃低温保存。
上述方案中，在播种后7天定植，定植后41天抽穗，56天采收，单层单位面积产量为1.08kg，相当于亩产720.04kg。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水稻快速加代育种的方法，包括浸种、催芽、育苗、生育期管理调控以及收获，其特征在于，所述生育期管理调控包括对营养生长期、抽穗期和灌浆期的动态光质、光周期环境调控；
其中，营养生长期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为0.8-1∶0.8-1∶1.0混合光源，光周期为16-18h，增施5%-10%硝酸钙的霍格兰营养液的无土栽培技术条件下，进行栽培；
抽穗期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1-2∶0.5-1∶1混合光源，光周期为12-13.5h，增施5%-15%磷酸氢二钾的霍格兰营养液的无土栽培技术条件下，进行栽培；
灌浆期调控包括：在按照红光∶蓝光∶白光比例为1-2∶1∶1混合的LED光源，光周期为16-18h，增施5%-10%磷酸氢二钾的霍格兰营养液的无土栽培技术条件下，进行栽培；
所述红光的波长为660nm，所述蓝光的波长为450nm，所述白光的波长为400-700nm；
所述营养生长期、抽穗期、灌浆期的光照强度分别设为200-300μmol·m-2·s-1、350-450μmol·m-2·s-1和500-700μmol·m-2·s-1。
2.如权利要求1所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，所述浸种包括：选择颗粒饱满、无虫害的水稻种子，清洗后浸泡12-24h。
3.如权利要求1所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，所述催芽包括：将经浸种处理后的水稻种子在22℃-25℃黑暗条件下培养36-48h。
4.如权利要求1所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，所述育苗包括：将经催芽萌发的水稻种子在红光：蓝光为2-5∶1的混合光源，光照强度为100-150μmol·m-2·s-1，光周期为14-18h条件下培养。
5.如权利要求1所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，收获之前，水稻育种的昼/夜温度均为(27-30℃)/(23-25℃)，空气相对湿度均为65-85%。
6.如权利要求1所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，所述收获包括：将成熟稻穗收获脱粒后，在空气温度28-30℃，空气湿度为<40%，通风的条件下处理5-7天，将种子含水率降至6%-13%后低温保存。
7.如权利要求6所述的水稻快速加代育种的方法，其特征在于，所述低温为0-4℃。
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