CN116267466B - 一种光调控水稻培养壮苗并提高秧苗抗寒性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于秧苗培育生物技术领域，尤其涉及一种光调控水稻培养壮苗并提高秧苗抗寒性的方法。在蓝光和红光光源照射下使用远红光和黄绿光对秧苗生长阶段的水稻进行协同处理。本发明通过控制远红光和黄绿光比例、光强和单日光照时间，降低了能耗比、提高了光利用率，与抗寒剂相比，节约能源，减少环境污染的同时，使水稻秧苗壮苗指数和抗寒能力产生了非常显著的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光照条件对水稻秧苗生长生物物理，生物化学调控领域，具体涉及一种光对水稻秧苗生长状况调控的方法，提高了水稻秧苗壮苗指数和抗寒性指标。
背景技术
水稻作为人类重要的粮食作物之一，具有喜温性，在稻区种植时均有低温损害发生，水稻秧苗大规模坏死冻死，严重威胁水稻生产，造成经济损失，粮食危机。在水稻进行种植之前，通常会经过水稻育秧过程，辅以人为创造的生长条件，能够有效调节水稻秧苗农艺性状，生化素质。
为应对秧苗抗寒性的需求，农业生产中常采用抗寒剂或抗寒物质对水稻种子或秧苗进行处理，但这一措施普遍生产成本高，且存在一定化学物质危害。
本发明研究人员旨在开发一种光调控水稻壮秧和抗寒性方法，在育秧环节，设置合适的光照条件对秧苗生理生化素质进调节。
水稻育秧过程中所需人工光源需要满足光谱和光照强度可调控，光源稳定，成本低等条件。随着科技的发展，Pc-LED(荧光粉转换型发光二极管)淘汰传统白炽灯，卤素灯，高压钠灯等成为植物照明以及探索植物某一生理性状光照条件的最佳选择。
发明内容
本发明的目的是提供一种光调控培养壮苗并提高秧苗抗寒性方法，以解决亚热带地区水稻早稻面临倒春寒导致秧苗会面临褪色、坏死和延缓生长的问题，该方法相比于现有的育苗抗寒方法具有步骤简单、安全环保、成本低廉的优点。
一种光调控水稻培养壮苗并提高秧苗抗寒性的方法，在蓝光和红光光源照射下使用远红光和黄绿光对秧苗生长阶段的水稻进行协同处理。
所述蓝光波长为430nm～470nm，优选为450nm；光强为250～300μmol m-2s-1，优选为270μmol m-2s-1；
所述红光波长为610nm～650nm，优选为630nm；光强为250～300μmol m-2s-1，优选为270μmol m-2s-1；
所述远红光波长为720nm～770nm，优选为730nm；所述黄绿光波长为530nm～560nm，优选为540nm；所述远红光与黄绿光的光强比为(0.2～5)：1，所述远红光与黄绿光光强均为100～750μmol m-2s-1。
所述的方法，单日光照时间为8～13h；所述秧苗生长阶段为水稻的秧苗出芽至15日。
所述的方法，所述水稻于秧苗出芽至5日，远红光与黄绿光的光强比为(0.2～1)：1，优选为0.5：1；补光光场光强为100～250μmol m-2s-1，优选为125μmol m-2s-1；单日补光时间为8～10h，优选为8h。优选：光照时间为每日6:00-14:00进行辐射。
所述的方法，所述水稻于秧苗出芽至6-10日，所述远红光与黄绿光的光强比为(1.5～2.5)：1，优选为2.2：1；补光光场光强为250～450μmol m-2s-1，优选为370μmol m-2s-1；单日补光时间为10～12h，优选为11h。优选：光照时间为每日6:00-17:00进行辐射。
所述的方法，所述水稻于秧苗出芽至11-15日，所述远红光与黄绿光的光强比为(3～5)：1，优选为4.3：1；补光光场光强为450～750μmol m-2s-1，优选为740μmol m-2s-1；单日补光时间为10～13h，优选为12h。优选：光照时间为每日6:00-18:00进行辐射。
所述的方法，所述光源与秧苗生长阶段水稻幼苗基质表面的距离大于0.40m。
所述的方法，所述育苗的培养温度为25±5℃，相对湿度为55±5％。
所述红光、蓝光固定光照时长为10-13h，优选为12h。优选：光照时间为每日6:00-18:00进行辐射。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明结果表明，在红光和蓝光固定环境光源下使用远红光和黄绿光可变补光光源能够提高幼苗的茎基直径和壮苗指数，促进水稻幼苗叶片色素的合成与积累，在低温胁迫后提高抗氧化酶(CAT、POD、SOD)相对含量、可溶性糖含量、低温基因(COLD1基因、NPB基因)表达，并显著增加秧苗存活率，总体提高水稻幼苗抗寒性。
附图说明
图1为不同实施例中水稻幼苗的壮苗指数；
图2为实施例1中的抗寒指标；
图3为实施例2中的抗寒指标；
图4为实施例3中的抗寒指标；
图5为实施例4中的抗寒指标；
图6为实施例1中水稻幼苗生长到5、10、15d的表型分析照片；
图7为光照设施照片。
具体实施方式
以下结合具体实施案例对本发明做出进一步清楚描述说明。本领域技术人员能够基于这些说明的情况下实现本发明。此外，下述案例设计到的本发明实施例仅是本发明的一部分实施案例，而不是全部实施例。因此，基于本发明中的实施例，其他技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施案例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施所用原料均为市售或本领域人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
本发明的水稻形态指标测定：
分别在秧苗移入育秧盘第5、10、15d后，随机选取15株水稻幼苗用蒸馏水洗净、用试纸吸干秧苗：
(1)根长：从根尖到假茎基部测定根长；
(2)株高：用直尺从叶尖到假茎基部测定株高；
(3)茎粗：用游标卡尺测定假茎基部宽和主根直径；
(4)干重：将15株鲜样置于105℃下杀青20min，90℃烘干至恒量，用分析天平测定其干重，取平均值；
(5)壮苗指数：壮苗指数＝(茎粗/株高)×干重；
本发明的电解质渗透率测定：
(1)水稻幼苗的预处理：将水稻幼苗放入盛有去离子水的烧杯中，浸泡0.5h，其间每隔10min摇动一次，并换去离子水2次；
(2)实验处理：将浸泡好的待测幼苗用镊子轻轻取出，放入加有10ml去离子水的20ml试管中，每管放3片叶圆片或3株幼苗，管口盖以干净的塑料薄膜盖好，每个处理重复3次，将试管分别放在50℃培养箱0.5h，并以室温(20℃)处理完毕用自来水清洗试管5min，使平衡到室温；
(3)电导率的测试：a.充分摇匀，测第一次电导值；b.将试管放入沸水中煮20min杀死组织，在室温下平衡10min并冷却待到室温后测得第二次电导值；
(4)计算：相对电导值(％)＝第一次电导值/杀死后电导值*100％；电解质渗透率＝(样品相对电导值-对照相对电导值)/(100％-对照相对电导值)*100％；
本发明过氧化氢酶(CAT)活性测定：
(1)酶液的提取：称取新鲜植物叶片或其它组织0.5g，置于研钵中，加入2～3ml，4℃下预冷的pH＝7.8磷酸缓冲液并和少量石英砂研磨匀浆后，转入25ml容量瓶中，用缓冲液冲研钵数次，合并冲洗液，并定容到刻度。混合均匀，将容量瓶置5℃冰箱中静置10min，取上清液在4000r/min下离心15min，上清液即为过氧化氢粗提液，在5℃下保存备用。
(2)酶活性测定：准备10ml试管3支，其中2支为样品测定管，1支为空白管，按顺序加入试剂。样品管在25℃预热后，逐管加入0.6ml 0.1mol/L的H2O2,每加完1管立即记时，并迅速倒入石英比色杯中，240nm下测定吸光度，每隔lmin读数1次，共测4min。
(3)结果计算：过氧化氢酶活性＝ΔA240*Vt/(0.1*V1*t*FW)；
式中：ΔA240-AS0-(AS1+AS2)/2；AS0-加入失活酶液的对照管吸光值；AS1，AS2-样品光吸光值；Vt-粗酶提取液总体积；V1-测定用粗酶提取液体积；FW-样品鲜重；0.1-A240每下降0.1为1个酶活性单位；t-过氧化氢到最后一次读数时间；
本发明过氧化物酶(POD)活性测定：
(1)酶液的提取：称取一定质量的样品放入研钵中，加入提取液1ml(0.05mol/L，pH＝5.5的磷酸缓冲液)研磨，再加入9ml提取液，将匀浆全部转入离心管中，4000r/min，离心10min，上清液即酶的粗提取液；
(2)酶活性测定：将4ml反应混合液(磷酸缓冲液2ml、酶液1ml、0.05mol/l的愈创木酚1ml)和1ml，2％H2O2加入试管中立即摇匀并迅速倒入比色皿中，于470nm波长下用U-2800型紫外可见分光光度计比色，立刻记录吸光度值，以后每30s记录1次，记录4min，以缓冲液代替酶液作对照；
(3)结果计算：过氧化物酶活性＝V1*ΔOD/(0.01V2W*Δt)；
式中：ΔOD-反应初速度阶段的吸光度差，比色波长470nm；Δt-ΔOD对应的时间；ΔOD/Δt-直线部分的斜率，在此阶段吸光度与反应时间成正比；V1-提取酶液总体积；V2-测定时取用的提取酶液体积；W-植物样品鲜重；0.01-以吸光度值(ΔOD)变化0.01为1个酶活性单位(μ)；
本发明超氧化物歧化酶(SOD)测定：
(1)酶液的提取：取5g样品，加入4mL，pH＝8的50mmol·L-1的磷酸盐缓冲液，放置于冰上研磨，10000r*min-1高速离心10min，上清液即为粗酶液。将粗酶液进行热变性处理，于65℃水浴20min，8000r热min-1离心10min，上清液即为待测液。
(2)酶活性测定：取两只试管分别加入3ml，40℃预热过的缓冲液，再加入1ml酶液(40℃)，再加入预热过的1ml邻苯三酚，迅速摇匀，立即倾入1cm比色杯中，在325nm波长处测定光吸收值，每隔30s读数一次，测定4min内每分钟光吸收值的变化，计算线性范围内每分钟光密度值的增加(邻苯三酚自氧化速率)。样品对邻苯三酚自氧化速率的抑制率，即反映样品中SOD的含量。
(3)结果计算：超氧化物歧化酶活性＝(ODA-ODB)/ODA*V1/V2*V3/W；
式中：V1-反应液总体积；V2-测定样品体积；V3-总酶液体积；ODA-邻苯三酚的自氧化速率；ODB-样品光密度值变化速率；W-样品重量mg；
本发明可溶性糖测定：
(1)可溶性糖提取：称取少量叶片或适量的叶片干粉，将已知数量(重量或面积)的叶片投入液氮速冻，并研磨成细粉。加入5ml，80％(v/v)乙醇溶液，将叶片细粉的乙醇提取液转移到50ml的离心管中，85℃保温2-3h。将提取液于10000r*min-1，室温离心10min。将离心所得上清液转移到容积为15ml的离心管中。再重复离心步骤3-5次。合并3次离心所得上清液，所得即为叶片可溶性糖提取液，将用于下面的含量分析；
(2)含量测定：将700ml，98％浓硫酸加到300ml蒸馏水中，混匀后冷却到室温。称取0.2g葸酮，加入100ml上述配制的稀硫酸溶液，溶解后成为浓度为0.2％的蒽酮试剂备用。依次取0、10、20、40、60、80和100ul的葡萄糖母液。分别加入7个均含900ul蒸馏水的试管中，分别补加蒸馏水，定容到1ml。分别向上述7个盛有不同浓度葡萄糖标准溶液的试管内加入4ml浓度为0.2％的蒽酮试剂，混匀后置于冰上。将上述试管放入沸水中，煮沸10min。将煮沸后的试管置于冰上，冷却到室温后，补加水定容至15ml。依次从7个试管中各取1ml溶液(绿色)，放入比色皿，以不加葡萄糖母液的试管为空白对照，用分光光度计在620nm处检测光密度(OD620)。以OD620为纵坐标、葡萄糖浓度为横坐标制作标准曲线。取出获得的提取液1ml，加入4ml，0.2％的蒽酮试剂，以1ml的蒸馏水代替样品作为空白对照。按上述标准曲线制作步骤进行测定，记录OD620值。从标准曲线上查知样品OD620值所对应的糖浓度(空白对照是在分光光度计测定OD620读数归零时使用的，实际样品测得的值是样品与对照的差值)，可以获得样品的总糖浓度CT(μg*ml-1)。
(3)结果计算：可溶性糖含量＝CT*V/FW
式中：CT-可溶性糖浓度；V-叶片可溶性糖提取液的总体积；FW-叶片鲜重；
本发明COLD1基因表达和NPB基因表达：
使用荧光定量PCR法测量COLD1基因表达和NPB基因表达；
实施例1
一种光调控水稻壮秧和提升抗寒性方法，具体步骤如下
1实验方法
(1)将可拆卸植物补光灯布置到水稻育秧架顶部，距水稻育秧盘0.4m,平面育秧，使光场均匀。
(2)水稻种子消毒灭菌后，经常温下流水浸种48h后于25±5℃日光照恒温恒湿箱催芽12h,待出芽至0.5cm左右时转种至育秧盘中。育秧环境温度为25±5℃，相对湿度为55±5％；具有稳定红光630nm，蓝光450nm固定辐射，红蓝光光强均为270μmol m-2s-1，以满足水稻秧苗生长对光的基础需求。
(3)设置对照组和实验组，对照组记为CK，其光照条件为育秧环境中的固定红光和蓝光光源照射12h。实验组记为T1，其光照条件为在环境红光蓝光固定辐射12h基础上增加黄绿光和远红光植物补光灯，光照周期以秧苗移入育秧盘中开始计算，1-5天为第一周期，远红光与黄绿光的光质为0.5：1，补光光场光强为125μmol m-2s-1，单日补光时间为8h；6-10天为第二周期，光质为2.2：1，补光光场光强为370μmol/m2/s，单日补光时间为11h；11-15天为第三周期，远红光与黄绿光的光质为4.3：1，补光光场光强为740μmol m-2s-1，单日补光时间为12h。所有光照时间均是从6：00开始。
(4)待15日远红光与黄绿光补光期完成后，将对照组和实验组均置于仅白光光强400μmol m-2s-1，光照时长12h，光照时间6：00-18：00，温度4℃，相对湿度55±5％的环境中冷胁迫1天后测量其抗寒性指标，2天后测秧苗存活率。
CK组和T1组的秧苗形态进行检测
低温胁迫1天后对CK组和T1组的抗逆性相关指标进行检测，2天后计算存活率
实施例2
一种光调控水稻壮秧和提升抗寒性方法，具体步骤如下
1实验方法
(1)将可拆卸植物补光灯布置到水稻育秧架顶部，距水稻育秧盘0.4m,平面育秧，使光场均匀。
(2)水稻种子消毒灭菌后，经常温下流水浸种48h后于25±5℃日光照恒温恒湿箱催芽12h,待出芽至0.5cm左右时转种至育秧盘中。育秧环境温度为25±5℃，相对湿度为55±5％；具有稳定红光630nm，蓝光450nm固定辐射，红蓝光光强均为270μmol m-2s-1，以满足水稻秧苗生长对光的基础需求。
(3)设置对照组和实验组，对照组记为CK，其光照条件为育秧环境中的固定红光和蓝光光源照射12h。实验组记为T1，其光照条件为在环境红光蓝光固定辐射12h基础上增加黄绿光和远红光植物补光灯，光照周期以秧苗移入育秧盘中开始计算，1-5天为第一周期，远红光与黄绿光的光质为0.3：1，补光光场光强为100μmol m-2s-1，单日补光时间为9h；6-10天为第二周期，光质为3：1，补光光场光强为330μmol m-2s-1，单日补光时间为10.5h；11-15天为第三周期，远红光与黄绿光的光质为4.6：1，补光光场光强为580μmol m-2s-1，单日补光时间为11h。所有光照时间均是从6：00开始。
(4)待15日远红光与黄绿光补光期完成后，将对照组和实验组均置于仅白光光强400μmol m-2s-1，光照时长12h，光照时间6：00-18：00，温度4℃，相对湿度55±5％的环境中冷胁迫1天后测量其抗寒性指标。
CK组和T1组的秧苗形态进行检测
低温胁迫1天后对CK组和T1组的抗逆性相关指标进行检测，2天后计算存活率
实施例3
一种光调控水稻壮秧和提升抗寒性方法，具体步骤如下
1实验方法
(1)将可拆卸植物补光灯布置到水稻育秧架顶部，距水稻育秧盘0.4m,平面育秧，使光场均匀。
(2)水稻种子消毒灭菌后，经常温下流水浸种48h后于25±5℃日光照恒温恒湿箱催芽12h,待出芽至0.5cm左右时转种至育秧盘中。育秧环境温度为25±5℃，相对湿度为55±5％；具有稳定红光630nm，蓝光450nm固定辐射，红蓝光光强均为270μmol m-2s-1，以满足水稻秧苗生长对光的基础需求。
(3)设置对照组和实验组，对照组记为CK，其光照条件为育秧环境中的固定红光和蓝光光源照射12h。实验组记为T1，其光照条件为在环境红光蓝光固定辐射12h基础上增加黄绿光和远红光植物补光灯，光照周期以秧苗移入育秧盘中开始计算，1-5天为第一周期，远红光与黄绿光的光质为0.8：1，补光光场光强为200μmol m-2s-1，单日补光时间为9h；6-10天为第二周期，光质为1.4：1，补光光场光强为320μmol m-2s-1，单日补光时间为10h；11-15天为第三周期，远红光与黄绿光的光质为3.8：1，补光光场光强为650μmol m-2s-1，单日补光时间为11.5h。所有光照时间均是从6：00开始。
(4)待15日远红光与黄绿光补光期完成后，将对照组和实验组均置于仅白光光强400μmol m-2s-1，光照时长12h，光照时间6：00-18：00，温度4℃，相对湿度55±5％的环境中冷胁迫1天后测量其抗寒性指标。
CK组和T1组的秧苗形态进行检测
低温胁迫1天后对CK组和T1组的抗逆性相关指标进行检测，2天后计算存活率
实施例4
一种光调控水稻壮秧和提升抗寒性方法，具体步骤如下
1实验方法
(1)将可拆卸植物补光灯布置到水稻育秧架顶部，距水稻育秧盘0.4m,平面育秧，使光场均匀。
(2)水稻种子消毒灭菌后，经常温下流水浸种48h后于25±5℃日光照恒温恒湿箱催芽12h,待出芽至0.5cm左右时转种至育秧盘中。育秧环境温度为25±5℃，相对湿度为55±5％；具有稳定红光630nm，蓝光450nm固定辐射，红蓝光光强均为270μmol m-2s-1，以满足水稻秧苗生长对光的基础需求。
(3)设置对照组和实验组，对照组记为CK，其光照条件为育秧环境中的固定红光和蓝光光源照射12h。实验组记为T1，其光照条件为在环境红光蓝光固定辐射12h基础上增加黄绿光和远红光植物补光灯，光照周期以秧苗移入育秧盘中开始计算，1-5天为第一周期，远红光与黄绿光的光质为0.6:1，补光光场光强为260μmol m-2s-1，单日补光时间为10h；6-10天为第二周期，光质为1.7：1，补光光场光强为400μmol m-2s-1，单日补光时间为11h；11-15天为第三周期，远红光与黄绿光的光质为4.9：1，补光光场光强为710μmol m-2s-1，单日补光时间为12.5h。所有光照时间均是从6：00开始。
(4)待15日远红光与黄绿光补光期完成后，将对照组和实验组均置于仅白光光强400μmol m-2s-1，光照时长12h，光照时间6：00-18：00，温度4℃，相对湿度55±5％的环境中冷胁迫1天后测量其抗寒性指标。
CK组和T1组的秧苗形态进行检测
低温胁迫1天后对CK组和T1组的抗逆性相关指标进行检测，2天后计算存活率
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种光调控水稻培养壮苗并提高秧苗抗寒性的方法，其特征在于，在蓝光和红光光源照射下同时使用远红光和黄绿光对秧苗生长阶段的水稻进行补光协同处理；
所述蓝光波长为430 nm～470 nm，光强为250～300 μmol m-2 s-1；
所述红光波长为610nm～650nm，光强为250～300 μmol m-2 s-1；
所述远红光波长为720 nm～770 nm，所述黄绿光波长为530nm～560 nm，
所述水稻于秧苗出芽至5日，远红光与黄绿光的光强比为（0.2～1）：1，补光光场光强为100～250 μmol m-2 s-1，单日补光时间为8～10 h；
所述水稻于秧苗出芽至6-10日，所述远红光与黄绿光的光强比为（1.5~2.5）：1，补光光场光强为250～450 μmol m-2 s-1，单日补光时间为10～12 h；
所述水稻于秧苗出芽至11-15日，所述远红光与黄绿光的光强比为（3～5）：1，补光光场光强为450～750 μmol m-2 s-1，单日补光时间为10～13 h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秧苗生长阶段为水稻的秧苗出芽至15日。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述红光、蓝光固定光照时长为10-13h。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光源与秧苗生长阶段水稻幼苗基质表面的距离不小于0.40 m。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，育苗的培养温度为25±5 ℃，相对湿度为55±5 %。
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| CN115005034A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-06 | 江苏艾津作物科技集团有限公司 | 一种鉴定外源生物刺激素对水稻苗期抗逆性的装置和方法 |
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