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從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法.pdf

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大麥 品種 篩選 高效率 利用 方法
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摘要
申請專利號:

CN201611012032.9

申請日:

20161117

公開號:

CN106718718A

公開日:

20170531

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G31/00 主分類號: A01G31/00
申請人: 甘肅農業大學
發明人: 孟亞雄,王化俊,任盼榮,汪軍成,姚立榮,李葆春,馬小樂,楊軻,司二靜
地址: 730070 甘肅省蘭州市安寧區營門村1號
優先權: CN201611012032A
專利代理機構: 甘肅省知識產權事務中心 代理人: 孫惠娜
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法律狀態
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CN201611012032.9

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,選籽粒大小一致的大麥品種,放入培養皿,萌發至生根的幼苗;從幼苗中選生長一致的幼苗,分為兩組,用不同磷濃度營養液澆灌至大麥成熟;測定并計算每個品種的相對株高、相對穗粒數和相對千粒重;綜合對比,選出三項指標綜合最高的幾個大麥品種為磷高效率利用品種;并萌發至生根的復篩幼苗,取長勢一致的復篩幼苗,分為兩組,用不同磷濃度營養液進行水培,測定及計算每個品種的相對干物質重、相對磷含量、相對葉綠素含量;綜合對比,選出該三項指標綜合最高的1個大麥品種為磷利用效率相對最高的品種。本方法最終篩選出的大麥品種,為進一步改良現有品種,研究其生物學特性和生理生化機制提供材料。

權利要求書

1.一種從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:該篩選方法具體按以下步驟進行:a)挑選飽滿、籽粒大小一致的需要進行篩選的大麥品種,分別擺放在鋪有濾紙的培養皿中,在光照培養箱中萌發至生根的幼苗;b)砂培初篩:從步驟a)的每個大麥品種幼苗中挑選出2n株生長一致的幼苗,并將每個品種的幼苗分為兩組,用兩種不同磷濃度的營養液分別澆灌兩組幼苗,直至大麥成熟;c)分別測定每個品種的兩組砂培苗的株高、穗粒數和千粒重,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對株高、相對穗粒數和相對千粒重;將計算得到每個大麥品種的相對性狀進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最高的2-4個大麥品種為磷高效率利用品種,篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最低的2-4個品種為磷利用效率較低的品種作為對照;d)將步驟c)篩選出的磷高效率利用品種和磷低效率利用品種按步驟a)的方法萌發至生根的復篩幼苗,選取長勢一致的2n株復篩幼苗,將每個品種的復篩幼苗分為兩組,用兩種不同磷濃度的營養液分別對兩組復篩幼苗進行水培,培養三周后分別測定每個品種兩組水培苗的干物質重、磷含量、葉綠素含量,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對干物質重、相對磷含量、相對葉綠素含量;e)根據計算得出的多個大麥品種的相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量三個指標綜合最高的1個大麥品種為磷利用效率相對最高的品種。2.根據權利要求1所述的從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:所述步驟b)中砂培試驗容器采用29cm×19cm塑料盆,栽培基質由體積比1︰1的沙子和蛭石組成。3.根據權利要求1所述的從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:所述步驟b)中一組幼苗澆灌低磷水平的營養液,另一組幼苗澆灌正常磷水平的營養液;每隔一周用營養液澆灌一次,每次每盆澆灌營養液500mL,營養液澆后三天澆水一次,每次每盆澆水500mL。4.根據權利要求1所述的從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:所述步驟d)中的水培的方法為,用涂有防銹漆的鐵絲將育苗盤底部朝上固定在周轉箱上,移栽復篩幼苗置于育苗盤孔中,加水至與育苗盤底部相平;其中一組復篩幼苗澆灌低磷水平的營養液,另一組復篩幼苗澆灌正常磷水平的營養液,光照時間白天12h,夜間12h,白天最高溫度32℃,夜間最低溫度27℃;培養期間每天用濃度為1mol/L的鹽酸或1mol/L的氫氧化鈉溶液調節培養液pH值至6.5,每兩天更換一次營養液。5.根據權利要求3或4所述的從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:所述營養液的磷源為KHPO,用去離子水配制而成;每升低磷水平營養液中的氮含量為27mg,每升正常磷水平營養液中的氮含量為544mg/L,該兩種水平營養液中的其它成分及含量均相同。6.根據權利要求5所述的從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,其特征在于:每升營養液中含NHNO為2.50mmol/L、KSO為2.50mmol/L、CaCl為2.00mmol/L、MgSO·7HO為1.50mmol/L;該營養液中的微量元素采用Arnon營養液配方:其中Fe2.8mg/L,以Fe-EDTA配入。

說明書

技術領域

本發明屬于大麥栽培與育種技術領域,涉及一種從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法。

背景技術

大麥是世界上最古老的農作物之一,距今已有數千年的栽培歷史,是種植面積最大的糧食作物之一。全世界大麥播種面積在1970年代末約9600萬公頃(24600萬),年產量近18000萬公噸,其播種面積和總產量僅次于小麥,水稻,玉米,居谷類作物第4位,主要作飼料,糧食,啤酒工業及醫藥工業原料和保健食品。大麥也是我國主要種植物之一,我國大麥的分布在栽培作物中最廣泛,但主要產區相對集中,主要分布在長江流域,黃河流域和青藏高原。近年來,隨著我國啤酒工業的迅猛發展,對啤酒大麥的需求越來越大。由于磷是植物生長必需的營養元素,也是植物體內重要化合物的組成成分,又以多種方式參加植物體內的各種生理和代謝過程,為了保證作物高產和穩產,就必須大量施用磷肥。但磷肥是一種不可再生資源,在大麥的生產過程中為了提高產量而提高磷肥的施用量,不僅浪費資源,又會帶來很多環境問題。因此,篩選和培育耐低磷、磷高效率大麥新品種將是解決這些問題的理想途徑。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題,本發明提供了一種從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,通過全生育期砂培和苗期水培的結合,建立大麥可靠、簡便的磷利用效率高的品種的篩選方法。

為實現上述目的,本發明所采用的技術方案是:

一種從多個大麥品種中篩選磷高效率利用品種的方法,該篩選方法具體按以下步驟進行:

a)挑選飽滿、籽粒大小一致的需要進行篩選的大麥品種,分別擺放在鋪有濾紙的培養皿中,在光照培養箱中萌發至生根的幼苗;

b)砂培初篩:從步驟a)的每個大麥品種幼苗中挑選出2n株生長一致的幼苗,并將每個品種的幼苗分為兩組,用兩種不同磷濃度的營養液分別澆灌兩組幼苗,直至大麥成熟;

c)分別測定每個品種的兩組砂培苗的株高、穗粒數和千粒重,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對株高、相對穗粒數和相對千粒重;將計算得到每個大麥品種的相對性狀進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最高的2-4個大麥品種為磷高效率利用品種,篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最低的2-4個品種為磷利用效率較低的品種作為對照;

d)將步驟c)篩選出的磷高效率利用品種和磷低效率利用品種按步驟a)的方法萌發至生根的復篩幼苗,選取長勢一致的2n株復篩幼苗,將每個品種的復篩幼苗分為兩組,用兩種不同磷濃度的營養液分別對兩組復篩幼苗進行水培,培養三周后分別測定每個品種兩組水培苗的干物質重、磷含量、葉綠素含量,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對干物質重、相對磷含量、相對葉綠素含量;

e)根據計算得出的多個大麥品種的相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量三個指標綜合最高的1個大麥品種為磷利用效率相對最高的品種。

所述步驟b)中砂培試驗容器采用29cm×19cm塑料盆,栽培基質由體積比1︰1的沙子和蛭石組成。

所述步驟b)中一組幼苗澆灌低磷水平的營養液,另一組幼苗澆灌正常磷水平的營養液;每隔一周用營養液澆灌一次,每次每盆澆灌營養液500mL,營養液澆后三天澆水一次,每次每盆澆水500mL。

所述步驟d)中的水培的方法為,用涂有防銹漆的鐵絲將育苗盤底部朝上固定在周轉箱上,移栽復篩幼苗置于育苗盤孔中,加水至與育苗盤底部相平;其中一組復篩幼苗澆灌低磷水平的營養液,另一組復篩幼苗澆灌正常磷水平的營養液,光照時間白天12h,夜間12h,白天最高溫度32℃,夜間最低溫度27℃;培養期間每天用濃度為1mol/L 的鹽酸或1mol/L的氫氧化鈉溶液調節培養液pH值至6.5,每兩天更換一次營養液。

所述營養液的磷源為KH2PO4,用去離子水配制而成;每升低磷水平營養液中的氮含量為27mg,每升正常磷水平營養液中的氮含量為544mg/L,該兩種水平營養液中的其它成分及含量均相同。每升營養液中含NH4NO3為2.50mmol/L、K2SO4為2.50mmol/L、CaCl2為2.00mmol/L 、MgSO4·7H2O為1.50mmol/L;該營養液中的微量元素采用Arnon營養液配方:其中Fe2+ 2.8mg/L,以Fe-EDTA配入。

本發明篩選方法操作簡便易行,能基本上客觀地反映吸收磷肥的真實狀況,篩選出優異的種質。該篩選方法具有以下優點:

1)是目前較為系統的針對大麥磷肥吸收真實狀況的篩選方法,即通過三個形態指標和三個生理指標篩選大麥磷利用效率高的品種,且該方法與田間實際生產條件相近,操作簡便易行,可以對盡可能多的大麥品種進行磷高效率利用品種的篩選,從而篩選出磷利用效率最高的大麥品種。

2)首次針對大麥磷高效率利用研究工作基礎薄弱,研究大麥不同磷水平下的生理指標,為后續的研究大麥磷高效率吸收機理及品種改良提供了最基本的實驗依據和實驗方法。

3)優選不同磷利用資源的研究和利用:大麥磷吸收利用效率遺傳背景差異十分明顯,初步篩選的磷利用效率高的品種為大麥抗性育種提供了優良種質資源。

附圖說明

圖1是本發明實施例中砂培初篩得出的六個品種的篩選指標柱形圖。

圖2是本發明實施例中復篩出的兩個品種的篩選指標的柱形圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

針對目前大麥磷高效率利用研究工作基礎薄弱這一現狀,本發明提供了一種從多個大麥品種中篩選磷利用效率相對最高的品種的方法,具體按以下步驟進行:

a)獲取植物幼苗:挑選飽滿、籽粒大小一致的需要進行篩選的大麥品種,分別擺放在鋪有濾紙的培養皿中,放置在光照培養箱中萌發至生根的幼苗;

b)砂培初篩:從步驟a)的每個大麥品種幼苗中挑選出2n(n≥1)株生長一致的幼苗,并將每個品種的幼苗分為兩組(n株/組),分別進行砂培,砂培試驗容器采用29cm×19cm塑料盆,栽培基質由體積比1︰1的沙子和蛭石組成,采用澆灌法用不同氮濃度的營養液分別澆灌兩組幼苗,不同氮濃度的營養液分別為低磷水平的營養液和正常磷水平的營養液,即其中一組澆灌低磷水平的營養液(低磷處理),另一組澆灌正常磷水平的營養液(正常磷處理);每隔一周用營養液澆灌一次,每次每盆澆灌營養液500mL,營養液澆后三天澆水一次,每次每盆澆水500mL,直至大麥成熟;

c)分別測定每個品種的兩組砂培苗的株高、穗粒數和千粒重,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對株高、相對穗粒數和相對千粒重(請確定這段話是否正確);將計算得到每個大麥品種的相對性狀進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最高的2-4個大麥品種為磷高效率利用品種,篩選出相對株高、相對穗粒數和相對千粒重三個指標數值綜合最低的2-4個品種為磷利用效率較低的品種作為對照;

d)水培復篩:將步驟c)篩選出的磷高效率利用品種和磷低效率利用品種按步驟a)的方法萌發至生根的復篩幼苗,選取長勢一致的2n(n≥1)株復篩幼苗,將每個品種的復篩幼苗分為兩組(n株/組),將兩組復篩幼苗分別在塑料周轉箱中進行水培,周轉箱外徑為510×390×150mm,用涂有防銹漆的鐵絲將育苗盤底部朝上固定在周轉箱上,移栽幼苗置于育苗盤孔中,加水至與育苗盤底部相平。其中一組澆灌低磷水平的營養液(低磷處理),另一組澆灌正常磷水平的營養液(正常磷處理),光照時間白天12h,夜間12h,白天最高溫度32℃,夜間最低溫度27℃。培養期間每天用濃度為1mol/L 的鹽酸或1mol/L的氫氧化鈉溶液調節培養液pH值至6.5,每兩天更換一次營養液;營養液培養三周后分別測定每個品種兩組水培苗的干物質重、磷含量、葉綠素含量,然后按相對性狀值=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的相對干物質重、相對磷含量、相對葉綠素含量;

e)根據計算得出的多個大麥品種的相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量進行排序,綜合各相對性狀值排名最終篩選出相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量三個指標綜合最高的1個大麥品種為磷利用效率相對最高的品種。

篩選出相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量三個指標綜合最低的1個大麥品種為磷利用效率相對最低的品種作為對照。篩選出的磷利用效率相對最高的品種和磷利用效率相對最低的品種可進行隨后的生理機制試驗和分子機制試驗。

本發明篩選方法中營養液的磷源為KH2PO4,用去離子水配制而成。每升低磷水平營養液中的磷含量為27mg,每升正常磷水平營養液中的氮含量為544mg;該兩種水平營養液中的其它成分及含量均相同。

營養液中氮、鉀、鈣、鎂的濃度采用改良的休伊特營養液培養,見表1,pH 6.5。

表1 改良的休伊特營養液配方

營養液中的微量元素采用Arnon營養液配方,見表2,其中Fe2+ 2.8mg/L,以Fe-EDTA配入。

表2 Arnon微量元素營養液配方

本發明方法中篩選指標的測定:

篩選指標即比較品種間的相對值:相對株高、相對穗粒數、相對千粒重、相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量。相對株高、相對穗粒數和相對千粒重綜合用于砂培初篩測定指標,相對干物質重、相對磷含量和相對葉綠素含量綜合用于水培復篩,結合兩次篩選結果來判斷大麥品種磷利用效率的高低。

株高測定:大麥成熟后,隨機選取各品種不同磷濃度處理的6株植株,用直尺測量大麥根莖基部到頂部之間的距離,計算其平均值。

穗粒數測定:收獲后,隨機選取各品種不同磷濃度處理的穗子6個,計數后求其平均值。

千粒重測定:脫粒后,隨機選取各品種不同磷濃度處理的1000粒種子,電子天平稱重后求其平均值。

植株干重測定:先將鮮樣在105℃殺青30min,然后降溫至80℃,逐盡水分,最后稱重。

葉綠素含量測定:取新鮮葉片,擦凈組織表面污物,剪碎(去掉中脈),混勻;稱取剪碎的新鮮樣品0.2g,共3份,分別放入研缽中,加少量石英砂、碳酸鈣粉及2-3mL質量百分比濃度為95%乙醇,研成勻漿,再加乙醇10mL,繼續研磨至組織變白。靜置3-5min;取濾紙1張,置漏斗中,用乙醇潤濕,沿玻璃棒把提取液倒入漏斗中,過濾到25mL棕色容量瓶中,用少量乙醇沖洗研缽、研棒及殘渣數次,最后連同殘渣一起倒入漏斗中;用滴管吸取乙醇,將濾紙上的葉綠體色素全部洗入容量瓶中。直至濾紙和殘渣中無綠色為止。最后用乙醇定容至25mL,搖勻;把葉綠體色素提取液倒入光徑1cm的比色杯內,以95%乙醇為空白,在波長663nm和645nm下測定吸光度。

全磷測定:將植株樣品烘干磨細后,用釩鉬黃比色法測定各樣品的地上部全磷的含量。

本發明中關于磷利用效率高的品種的篩選指標,目前尚無既定標準。本發明基于植株在成熟后的相對株高、相對穗粒數、相對千粒重進行初篩,而后對于其在苗期的相對干物質重、相對磷含量、相對葉綠素含量進行復篩,通過全生育期砂培和苗期水培的結合,客觀地反映大麥吸收磷肥的真實狀況,建立大麥可靠、簡便的磷利用效率高的品種的篩選方法,篩選出優異的種質。

本發明篩選方法的原理:作物在缺磷條件下的表現癥狀之一就是生長緩慢,生物量有所降低。高效率品種具有較大的生物積累量,低效率品種則因為磷供應不充分,生物積累量很小。不同品種大麥苗期地上部干物質重的差異在一定程度上能反應它對養分的吸收、轉運和利用效率的差異。而且,磷對植株的分蘗、分枝以及根系生長都有重要作用,并且促進碳水化合物的合成、轉化和運輸,對種子的生長有利。植物缺磷時,會影響細胞生長和分裂,使分蘗分枝減少,幼葉生長停滯,植物體內蛋白質合成下降。并且缺磷會導致糖運轉受阻,營養器官中糖的含量相對提高,促進了花青素的形成從而使植物的葉呈不正常的暗綠色或紫紅色。植物磷吸收總量,即植物吸磷量,是表示植株吸磷能力大小的指標。在低磷脅迫下,不同基因型植株磷吸收總量均有下降。但高效率品種在較低的磷水平下仍能吸收較多的磷來滿足其生長發育的需要,所以相對比值更高。

實施例

1、獲取植物幼苗

從需要進行篩選的16個大麥品種(見表3)中挑選飽滿、籽粒大小一致的大麥品種分別擺放在鋪有濾紙的培養皿中,放置在光照培養箱中萌發至生根的幼苗,5天后選取長勢一致的幼苗作為試驗處理材料。光照時間為白天12h,夜間12h,白天最高溫度為32℃,夜間最低溫度為27℃。

表3 不同大麥品種編號

2、砂培初篩

從每個品種的植物幼苗中挑出12株長勢一致的幼苗進行砂培試驗。砂培試驗容器采用29×19cm塑料盆,栽培基質由體積比為1︰1的沙子和蛭石組成。用去離子水和KH2PO4配制磷含量為27mg/L低磷水平的營養液,用去離子水和KH2PO4配制磷含量為544mg/L的正常磷水平的營養液。該兩種水平營養液的pH值均為 6.5;該兩種水平營養液中氮、鉀、鈣、鎂的濃度均相同,即NH4NO3為2.50mmol/L、K2SO4為2.50mmol/L、CaCl2為2.00mmol/L 、MgSO4·7H2O為1.50mmol/L;營養液中其它微量元素采用Arnon營養液配方,即H3BO3為2.86g/L、MnCl2·4H2O為1.81g/L、ZnSO4·7H2O為0.22g/L、CuSO4·5H2O為0.08g/L、H2MoO4·4H2O為0.02g/L。營養液中Fe2+ 2.8mg/L,以Fe-EDTA配入。

將每個品種的幼苗分為兩組(6株/組),一組用磷含量544mg/L的營養液每隔一周澆灌一次,另一組用磷含量27mg/L的營養液每隔一周澆灌一次,每次每盆澆灌營養液500mL,營養液澆后三天澆水一次,每次每盆澆水500mL,直至大麥成熟。每個品種,分別測定低磷處理組中6株大麥中每株大麥的株高、穗粒數、千粒重,然后分別計算其平均株高、平均穗粒數、平均千粒重作為低磷處理的測定值;采用同樣方法得出正常磷處理組的平均株高、平均穗粒數、平均千粒重作為正常磷處理的測定值。然后按相對性狀=低磷處理的測定值÷正常磷處理的測定值,計算每個品種的篩選指標:相對株高、相對穗粒數和相對千粒重。每個品種所得的篩選指標見表4。

表4為砂培初篩所得的16個大麥品種的篩選指標

從所得出的多個大麥品種的篩選指標進行綜合對比,相對株高:5#、15#、8#數值最低,7#、2#、11#數值最高;相對穗粒數:5#、15#、8#數值最低,7#、3#、11#數值最高;相對千粒重:5#、15#、8#數值最低,7#、2#、11#數值最高。綜合各項指標,篩選出三個指標綜合數值最高的3個品種7#、2#、11#為磷利用效率相對較高的品種,篩選出的三個指標綜合數值最低的3個品種5#、15#、8#為磷利用效率較低的品種作為對照,篩選出的該6個品種的篩選指標的柱形圖,如圖1所示,從圖中可以看出磷利用效率高的品種在相對株高,相對穗粒數和相對千粒重上均高于磷利用效率低的品種。

將經過砂培初篩所選的3個磷利用效率較高的品種(7#、2#、11#)和磷利用效率較低的3個品種(5#、15#、8#)重復進行水培獲取水培苗,將每個品種的植物幼苗分兩組進行營養液培養,其中一組用低磷水平的營養液(低磷處理),另一組用正常磷水平的營養液培養(正常磷處理);營養液培養容器為塑料周轉箱。培養期間每天用濃度為1mol/L的鹽酸或1mol/L 的氫氧化鈉溶液調節pH值至6.5,每兩天更換一次營養液。大麥在溫室中生長3周后測定其各項指標。其中所用的營養液的配方及篩選指標的測定方法如前所述。分別測定每個品種的篩選指標,將所得出的大麥品種的篩選指標進行綜合對比,篩選出三個指標綜合數值最高的1個品種為在16個大麥品種中磷利用效率最高的品種(7#),篩選出三個指標綜合數值最低的1個品種為在16個大麥品種中磷利用效率最低的品種(5#)作為對照。圖2為營養液培養復篩中篩選出磷高效率利用品種7#和磷低效率利用品種5#篩選指標的柱形圖。從圖2可以看出磷高效率利用品種在三個指標上明顯優于磷低效率利用品種。

篩選出的磷高效利用品種7#和磷低效利用品種5#進行下一步試驗(生理機理和分子機理)。

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