CN103270941B - 水稻非损伤性源库调控方法 - Google Patents

Abstract

水稻非损伤性源库调控方法，属于水稻生产技术领域。其通过水稻不育系与其同型保持系搭配种植并隔离授粉或错期播栽并隔离授粉进行库调控，从而构建源库水平呈梯度差异的水稻植株样本。本发明是一种原生的、自然的非损伤性源库调控方法，打破了传统源库理论研究的思路，特别是弥补了剪叶、剪穗等常用方法存在物理性损伤或生理性干扰的不足，为深入研究水稻、小麦、玉米等作物源库关系提供了一条崭新的方法思路和技术途径，对丰富作物源库理论和促进相关学科发展将具有重要作用。

Description

水稻非损伤性源库调控方法

技术领域

本发明属于水稻生产技术领域，具体涉及水稻非损伤性源库调控方法。

背景技术

我国水稻生产经历了20世纪50年代矮秆品种、70年代杂交稻品种应用的两次重大突破和近年来超级稻应用的新突破，涉及到理想株型塑造、杂种优势利用以及生理生态调控等诸多理论创新与技术实践。每一次水稻产量的提升和品质的改善，总是伴随着源、库、流的交替改良和新型源库关系的不断建立。产量和品质的形成过程本质上都是光合物质积累并由“源”到“库”转运分配的过程，产量高低和米质优劣均取决于源、库、流三者的强弱及其相互之间的协调程度。因此，人们常常从源库理论的角度去探讨实现水稻产量与品质同步提高的调控途径和生产技术。

“源”是指生产或输出光合物质的器官，如绿叶、茎鞘以及根系等，其中功能叶和叶鞘是主要的“源”。“库”是指吸收和利用同化物或其他营养物质的器官，其中穗部籽粒是主要的“库”。“流”是连接源端和库端的所有输导组织，但当前主要从穗颈、节间及茎基部等的解剖结构和生理活性物质等方面来分析“流”。源、库、流三者相互联系、互相协调。源为库提供同化物，源的大小和活性影响籽粒库的充实；库对源的活性又存在反馈调节，源的供给能力可通过库的需求加以调节，源库关系在动态变化中不断平衡；流的状况在很大程度上也受源库关系协调程度的影响。正因为如此，许多源库关系的生理现象至今仍无法分清主次，实质上是源库互作的结果。环境因素的影响、栽培措施的调控，是通过影响植株生长发育和产量、品质形成过程中的源、库、流及其相互关系，进而对植株内部生理生化和表观农艺性状产生效应的。

虽然源库关系对于水稻高产优质的重要性已众所周知，但一直以来人们对水稻源库理论的研究却未能取得较大进展。随着水稻生产的不断发展，实践中要求进一步高产优质，所以在源库关系研究不断深入的同时，仍然存在着许多问题有待进一步的研究解决。究其原因，主要是作物源库调控的研究方法所限。一般来说是通过不同生态条件（温光、海拔等）或栽培调控（密度、肥水等），分析比较品种源库结构及其相互关系，但环境因素或栽培措施本身对稻株存在净效应，反映出来的是一种“表观源库关系”。解决问题的思路在于对同一生长条件下具有不同源水平（叶面积）或库水平（穗粒数）的植株进行比较。然而，从遗传上较难获得在源水平或库水平上有真实差异的等基因系，往往只能采取人为剪叶、剪穗等手段或应用突变体、诱导（抑制）相关生理物质活性等方法，通过有目标地进行增（减）源、增（减）库以及畅（堵）流等处理，由于人为改变了原有植株的源库关系，使得一些生理指标发生了较大变化，便于与对照植株进行分析比较，成为研究源库关系中最常用的技术方法。但诸多研究表明，这些方法产生的差异多为诱导性的，除了改变源和库的水平，还引起其它功能或成分的变化，不可避免地会对植株产生物理性的损伤或生理性的干扰，改变其本身自然生长特性，且实际操作中也存在对叶片、籽粒等器官的人为选择性误差，未能准确地反映源库之间的真实关系和客观规律。因此，构建适于源库关系的试验体系和有效调控源库水平的技术方法，就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种水稻非损伤性源库调控方法的技术方案。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于通过水稻不育系与其同型保持系搭配种植并隔离授粉或错期播栽并隔离授粉进行库调控，从而构建源库水平呈梯度差异的水稻植株样本。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于通过水稻不育系与其同型保持系搭配种植并隔离授粉或错期播栽并隔离授粉进行库调控，辅以不同施氮处理或遮阳网覆盖处理的源库调控，从而构建源库水平呈梯度差异的水稻植株样本。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的水稻不育系与其同型保持系按照行比1:1、2:1或4:2进行搭配种植。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的错期播栽条件为：不育系与其同型保持系同期播栽、早播3天同日移栽或早播6天同日移栽。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的施氮处理条件为：0kg/667m²、6kg/667m²或12kg/667m²，并按5：3：2的基蘖穗肥比例进行施肥。

所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的遮阳网覆盖处理条件为：不遮光、遮光50%或遮光75%。

上述的水稻非损伤性源库调控的方法，是一种原生的、自然的非损伤性源库调控方法，打破了传统源库理论研究的思路，特别是弥补了剪叶、剪穗等常用方法存在物理性损伤或生理性干扰的不足，为深入研究水稻、小麦、玉米等作物源库关系提供了一条崭新的方法思路和技术途径，对丰富作物源库理论和促进相关学科发展将具有重要作用。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步说明本发明。

实施例1：

2007-2008年，申请人通过剪叶、剪穗来研究不同水分条件下水稻源库关系时发现，在实际操作过程中，不可避免地对植株产生了物理性损伤和生理性干扰，况且决定剪去哪个部位的叶片（或籽粒）以及如何剪等方面存在着人为选择性的误差，这就比较难以准确、真实地反映源库关系的客观规律。

为了寻求无需剪叶、剪穗的非损伤性源库调控方法，申请人基于杂交水稻三系原种生产理论与技术，提出了利用仅仅存在花粉育性基因差异的不育系与其同型保持系来构建基因型完全相同而结实率（库水平）呈梯度差异的稻株样本的设想。并于2009-2010年，分别以四组不育系及其同型保持系（中9A/中9B、优1A/优1B、Ⅱ-32A/Ⅱ-32B、钱江1号A/钱江1号B）为材料，在大田条件下，将不育系与其保持系分别按照顺风（扬花期风向）并列种植、不同行比搭配种植（A/B行比为1：1、2：1、4：2、6：2）或错期播栽搭配种植（按同期播栽和A比B早播3天、早播6天、早播9天同日移栽），并用塑料膜隔离授粉。在盆栽条件下，利用周转箱装土，按6株不育系：3株保持系搭配种植、错期播栽、隔离授粉。通过保持系提供不同花粉量给不育系授粉，收获各处理的不育系植株及其同期播栽的保持系植株进行考种，考查单株总颖花量、每穗总粒数和实粒数，测定千粒重，计算结实率和潜在库容（总颖花量×饱粒重）和现实库容（总粒数×结实率×实粒重），分析各稻株样本的库水平差异。

结果表明，不育系与其同型保持系分别按扬花期风向并列种植、按不同行数（或株数）比例搭配种植以及安排不育系比其同型保持系早播3-9天搭配种植，均由于保持系提供给不育系的花粉量不同而导致结实率存在差异。进一步研究发现，授粉前光合面积和总颖花数基本一致的不育系植株，由于授粉后结实率不同，灌浆过程中绿叶持续期、叶片光合速率和籽粒充实程度均存在显著差异，源库关系也明显变化。据此，申请人设计了以不育系与其保持系合理搭配、错期播种、隔离授粉从而构建不同库水平差异的非损伤性源库调控方法。

水稻不育系的雌蕊正常而雄蕊花粉败育，不能自交结实，由其同型保持系授粉后能正常结实繁殖，育性受遗传基因控制，而保持系的雌雄蕊发育正常，能自交结实，与不育系仅存在花粉育性差异，从本质上来说是一对等基因系。若通过不育系和保持系合理搭配种植、错期播种并隔离授粉，或在不育系单侧种植保持系利用自然风向授粉，以保持系提供不同花粉量给不育系授粉，得到不同结实率的不育系稻株，加上未授粉的不育系稻株和正常结实的保持系稻株，构成了结实率呈梯度差异的稻株样本系，它们的基因型完全相同，把未授粉的不育系植株视为最低库水平，把其同型保持系植株视为最高库水平，便形成了不同库水平的稻株样本。在授粉前不同稻株样本系的光合源水平和潜在库容量是一致的，而授粉后随着精卵融合和米粒发育，就形成了不同库强梯度和库活性水平，由于库对源存在反馈调节作用，进而会形成不同的源水平及其源库关系。若辅以不同施氮水平的源库处理或不同程度遮光的减源处理，便可构建源库水平呈梯度差异的稻株样本。

实施例2：

1.材料与方法：

试验于2011年在中国水稻研究所富阳基地进行。试验田土壤pH值5.76、有机质36.7g/kg、全氮2.03g/kg、全磷1.03g/kg、全钾22.4g/kg、碱解氮155mg/kg、有效磷7.9mg/kg、速效钾64.8mg/kg。采用实施例1所述库调控方法，选择一组不育系及其保持系（中9A/中9B）为供试材料，按同期播栽和A比B早播3天、早播6天同日移栽相间种植（1：1、2:1或4:2行比）。按照裂区试验设计，施氮量或遮光处理为主区，供试材料为副区，3次重复，小区面积5.4m²。施氮总量共设N0、N6、N12三个水平（分别施纯氮量0kg/667m²、6kg/667m²、12kg/667m²，其中基肥占50%、分蘖肥占30%、穗肥占20%。N：P：K比例为1：0.5：0.5，磷肥全部作基肥，钾肥按基肥和分蘖肥各占50%）。遮光处理共设不遮光CK、遮光50%、遮光75%三个水平（分别以不同程度遮阳网覆盖，抽穗开始遮光至成熟），施肥管理均与N12处理的相同。湿润育秧，5月25日播种，二叶一心至三叶期秧田追施尿素5kg/667m²。6月15日移栽，20天秧龄，双本手插，行株距20.0cm×20.0cm。田间各项农事操作（如播种、栽秧、施肥、打药等）在同一天内完成，施肥分区定量力求均匀一致。齐穗期和花后20天分别测定全株绿叶面积和各器官的干物重，成熟期收获考种测定产量性状，分析各处理的源库水平及其相互关系。

2.结果与分析：

方差分析显示，非损伤性源库调控的茎蘖数、有效穗、总粒数、结实率、千粒重、实测产量和理论产量等性状在不同材料搭配种植处理之间差异显著，并随着施氮水平的增加而变化，施氮与不施氮之间差异明显。由表1可以看出，与同期播栽保持系中9B相比，通过保持系迟播3天和6天给不育系授粉，造成不育系中9A的结实率分别下降了51.5%和92.6%，不需剪穗便显著减少了现实库容水平，同时因源供应过剩，不育系植株在原有茎蘖数的基础上新长分枝穗，导致有效穗显著增加而实粒数却显著减少，最终产量显著下降，完全打破了其固有的源库关系，实现了非损伤性的源库调控。

表1 非损伤性源库调控对水稻结实率和产量性状的影响

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Claims (3)

1.水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于通过水稻不育系与其同型保持系搭配种植并隔离授粉或错期播栽并隔离授粉进行库调控，辅以不同施氮处理或遮阳网覆盖处理，从而构建源库水平呈梯度差异的水稻植株样本，所述的施氮处理条件分别为：0kg/667m²、6kg/667m²或12kg/667m²，并按5：3：2的基蘖穗肥比例进行施肥，所述的遮阳网覆盖处理条件分别为：不遮光、遮光50%或遮光75%。

2.如权利要求1所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的水稻不育系与其同型保持系按照行比1:1、2:1或4:2进行搭配种植。

3.如权利要求1所述的水稻非损伤性源库调控方法，其特征在于所述的错期播栽条件分别为：不育系与其同型保持系同期播栽、不育系比保持系早播3天同日移栽或不育系比保持系早播6天同日移栽。