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一種水稻高產且氮素高效利用的新品種選育方法.pdf

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一種 水稻 高產 氮素 高效 利用 新品種 選育 方法
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摘要
申請專利號:

CN201310283580.5

申請日:

20130705

公開號:

CN103392591B

公開日:

20160810

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A01H1/04,A01H1/02 主分類號: A01H1/04,A01H1/02
申請人: 安徽省農業科學院水稻研究所
發明人: 羅志祥,施伏芝,阮新民,從夕漢,張瑛,騰斌
地址: 230031 安徽省合肥市農科南路40號
優先權: CN201310283580A
專利代理機構: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 代理人: 余成俊
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310283580.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種水稻高產且氮素高效利用的新品種選育方法,利用不同氮效率的水稻在始穗期與成熟期谷氨酸含量具有顯著差異的生理特性,通過在中低產田較低背景氮條件下,選擇高產優質品種與氮高效利用的優良親本或品種雜交,采用常規系譜選育法,優良單株依產量與重要農藝性狀進行高產選擇,株系依據谷氨酸含量進行氮高效選擇。應用本發明可以有效地選出氮高效的株系,在高產優質的基礎上,可以更準確地選擇氮素高效利用的新品種。

權利要求書

1.一種水稻高產且氮素高效利用的新品種選育方法,其特征在于包括以下步驟:(1)選擇土壤全氮含量在每公斤土含0.75克至1.5克之間,有機質含量每公斤土小于30克的中低產田,畝按常規方法施純氮量在10-15公斤;(2)選擇高產優質品種與氮高效利用的優良親本或品種雜交,收獲雜種一代種子;同時設立對照品種;(3)加代成雜交二代種子,并種植成雜種二代群體;種植對照品種;(4)單株選擇;同時種植對照品種;當株系未穩定時全部進行單株選擇,單株選擇方法如下:a、田間初選:在每個單株始穗后至蠟熟期,進行田間長勢長相初次選種,并標記;b、田間復選:對標記單株在完熟期前復選;c、室內決選:田間選擇單株分株收獲;淘汰單株產量增幅比對照品種小于5%,且結實率小于90%的單株;(5)株系選擇:同時種植對照品種;株系選擇方法如下:a、田間初選:在每系拔節期觀察長勢長相,并記錄,齊穗后成熟期前淘汰產量水平低于對照品種株系,并標記;b、田間復選:在始穗期與成熟期,取20-30株標記株系的功能葉劍葉、倒二葉、倒三葉,檢測谷氨酸含量,株系谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照5%的株系入選并全部實收;c、實產對比并考種,室內分析谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照谷氨酸含量的5%,稻谷產量增幅高于對照5%以上,參加品系比較試驗;(6)品系對比:按常規方法進行小區品系對比,種植對照品種,篩選稻谷產量高于對照品種5%以上優良品系,即可。

說明書

技術領域

本發明屬于農作物新品種選育技術領域,具體地涉及一種水稻高產且氮素高效利用的新品種選育方法。

背景技術

目前,氮素是作物生長發育與產量形成的基本要素。從20世紀60至70年代培育和推廣半矮稈耐肥型常規水稻品種和雜交稻新組合以來,特別是近年來大面積推廣超級雜交稻,使我國的水稻產量水平有了大幅度提高,但隨之帶來了氮肥施用量的急劇增加。過量施用氮肥不僅降低了氮素的利用效率,造成能源的巨大浪費,而且提高了作物的生產成本,挫傷了農民的生產積極性。據報道,目前我國水稻氮肥利用率僅為28%~40%,其余的氮素則通過淋溶、揮發和沖洗等以NH3、NO-3 等形式排入環境而損失,并污染地下水、土壤、河流和大氣,進而影響人體健康。另外,由于土壤退化等因素造成的中低產田已占耕地總面積的2/3。長江流域內各省市中低產田均有分布;其中土壤瘠薄型中低產田全國共計2200萬公頃;大于200萬公頃的有河南和甘肅兩省;大于100萬公頃的有安徽、湖北、四川(包括重慶市)、吉林、山東、貴州、河北,江西等省。因此,通過篩選和培育高產且氮素高效利用的水稻新品種對保障國家糧食安全;改善耕地質量;提高我國土壤瘠薄型中低產田水稻產量;降低農業面源污染;促進農業的可持續發展具有十分重要意義。

目前,國內外水稻氮高效評價方法很多,尚未形成統一標準。由于不同方法反映氮利用效率的不同側面,其中有的評價方法還存在一些缺陷。有的是從施肥的角度來估計氮效率;有的是以水稻吸氮量來衡量氮素利用效率。因此,在進行不同的研究時應明確目標與重點;而基于水稻氮高效利用遺傳改良的目標應是水稻氮效率(NUE,Grainnitrogen eficiency ;其計算公式為谷物重與土壤氮供給量和施氮量之和的比值;土壤供給量以不施氮肥水稻植株氮的積累量計)。不同氮高效評價方法下產生了眾多的氮高效基因型鑒定指標;其中生理生化指標有在低氮條件下功能葉碳、氮代謝關鍵酶如硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、RuBP羧化酶活性;在幼穗分化期谷氨酰胺合成酶活性、可溶性蛋白含量,灌漿期穗頸傷流液游離氨基酸含量;在拔節期根的密度、根系總吸收面積等等;但提出的氮高效基因型的鑒定指標很難用于田間育種實踐,如酶的檢測試驗誤差較大,大田中很難對根部進行調查,這些鑒定指標在大田選種上可操作性不強以及傳統方法不易于將水稻高產與氮素高效吸收利用的矛盾很好協調。因此,有必要創新研究水稻高產氮高效利用評價方法與鑒定指標。

氨基酸代謝是一個從植物營養器官到收獲籽粒轉換的重要過程。因此,氨基酸的代謝,尤其是在籽粒形成期的代謝,可以反映氮利用效率。谷氨酸是氮代謝的初級產物,谷氨酸和谷氨酰胺或兩者比值在硝酸還原酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、蔗糖磷酸合成酶短期活性調節中是更重要的代謝因子。在水稻氮高效品種中谷氨酸含量在始穗期與成熟期均顯著高于對照品種。采用雜交分離群體與親本的田間比對趨親或正向超親的株系產量與谷氨酸含量選擇的方法,實現高產氮高效水稻新品種育種方法的創新選擇,提高選擇效率。目前為止,該項技術未見報道。

發明內容

本發明的目的就是針對現有的高產氮高效水稻品種篩選與培育選擇不足,提供一種在氮高效雜交水稻育種中,F2分離群體、回交選擇群體等氮高效株系篩選方法,利用此方法可以快速準確地從雜交后代中選擇目標株系,能顯著提高氮高效水稻育種選擇效率。

在水稻群體中,由于谷氨酸是水稻碳氮代謝關鍵酶(硝酸還原酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、蔗糖磷酸合成酶)短期活性調節中重要的代謝因子,且功能葉谷氨酸含量與氮效率(NUE)間相關密切(始穗期 r=0.467,顯著)。因此發明人利用氮高效水稻品種始穗期與成熟期谷氨酸含量來衡量氮高效利用的高低;利用成熟期的稻谷產量與農藝性狀來綜合衡量稻谷產量。

本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的;

本發明是一種利用谷氨酸含量鑒定水稻氮素高效利用并結合水稻產量與農藝性狀選擇高產氮高效利用的水稻品種選育方法,主要關鍵技術是對常規品種或恢復系的選育,其步驟如下:

(1)選擇中低產田(土壤全氮含量在每公斤土含0.75克至1.5克之間,有機質含量每公斤土小于30克)。按常規施肥方法,畝施純氮量在10公斤至15公斤;

(2)選擇高產優質品種與氮高效利用的優良親本或品種雜交,收獲雜種一代種子;同時設立對照品種;

(3)加代成雜交二代種子,并種植成雜種二代群體;種植對照品種;

(4)單株選擇;同時種植對照品種;當株系未穩定時全部進行單株選擇,單株選擇方法如下:

a、田間初選:在每個單株始穗后至蠟熟期,田間觀察生育特性(包括,始穗期、成熟期等)與調查主要農藝性狀(包括分蘗、株高、有效穗等),進行初次選種,并標記;

b、田間復選:對標記單株在完熟期進行主要農藝性狀(包括,后期轉色、倒伏性、落粒性等)的復選;

c、室內決選:田間選擇單株分株收獲;室內考種,淘汰單株產量增幅比對照品種小于3%,且結實率小于80%的單株;

(5)株系選擇:同時種植對照品種;株系選擇方法如下:

a、田間初選:每系田間觀察生育特性(包括,始穗期、成熟期等)與調查主要農藝性狀(包括分蘗、株高、有效穗等),進行初次選種,并標記;淘汰產量水平低于對照品種株系;

b、田間復選:對標記株系在始穗期與成熟期取功能葉(即劍葉、倒二葉、倒三葉)20-30株,檢測谷氨酸含量,株系谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照5%的株系入選并全部實收;

c、實產對比并考種,室內分析谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照谷氨酸含量的5%,稻谷產量增幅高于對照5%以上的株系,參加品系比較試驗;

(6)品系對比:按常規方法進行小區品系對比,種植對照品種,篩選稻谷產量高于對照品種5%以上優良品系,即可。

本發明中所述的谷氨酸含量和稻谷產量增幅分級標準可參見表1。

表1

級別 增幅 評價 1 -3%以上 低 2 0- -3% 較低 3 0-3% 一般 4 3-5% 較高 5 5%以上 高

本發明方法檢測谷氨酸含量可以采用茚三酮比色法,此方法簡便、實用。

本發明的優點是:

應用本發明的方法可以有效地在高產的基礎上選出氮高效水稻株系,可以更準確選擇高產氮高效新品系,準確便捷地選育高產氮高效新品種。

附圖說明

圖1為本發明始穗期水稻谷氨酸含量與NUE相關圖。

具體實施方式

實施例1

(1)選擇高產農藝性狀優良與氮高效水稻親本或品種雜交,收獲雜種一代種子;同時設對照品種;

(2)加代成雜種二代種子,并種植成要雜種二代群體;種植對照品種;

(3)單株選擇:同時種植對照品種;當株系未穩定時全部進行單株選擇,單株選擇方法如下:

a、田間初選:在每個單株始穗后至蠟熟期,進行田間觀察生育特性(包括,始穗期、成熟期等)與調查主要農藝性狀(包括分蘗、株高、有效穗等),進行初次選種,并標記;

b、田間復選:對標記單株在完熟期進行主要農藝性狀(包括,后期轉色、倒伏性、落粒性等)的復選;

c、室內決選:田間選擇單株分株收獲;室內考種,淘汰單株產量增幅比對照品種小于3%,且結實率小于80%的單株;

4)株系選擇:同時種植對照品種;株系選擇方法如下:

a、田間初選:在每系拔節期觀察長勢長相,并記錄,齊穗后成熟期前淘汰產量水平低于對照品種株系,并標記;

b、田間復選:對標記株系在始穗期與成熟期取功能葉(即劍葉、倒二葉、倒三葉)20-30株,檢測谷氨酸含量,株系谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照5%的株系入選并全部實收;

c、實產對比并考種,室內分析谷氨酸含量增幅高于入選各株系谷氨酸平均含量10%,且增幅高于對照谷氨酸含量的5%,產量增幅高于對照5%以上,參加品系比較試驗;

(5)品系對比:按常規方法進行小區品系對比,種植對照品種,篩選產量高于對照品種5%以上優良品系,即可。

實施例2

高產氮高效水稻K優52的選育,其步驟如下:

(1)以高光效親本水稻特青為父本,以高氮效率優良水稻親本9019為母本,雜交得雜交種一代;

(2)海南種植,加代成雜種二代;

(3)雜種二代單株選擇,考察單株產量、重要農藝性狀、選擇高產單株;

(4)雜種三代單株海南加代;

(5)雜種四代選擇優勢單株,考察單株產量、重要農藝性狀、選擇高產單株;

(6)雜種五代海南加代;

(7)雜種六代株系觀察,考察株系始穗期與成熟期谷氨酸含量,選擇氮高效株系;

(8)雜種七代株系評比,考察株系始穗期與成熟期谷氨酸含量,選擇氮高效株系;

(9)雜種八代株系比較,考察株系始穗期與成熟期谷氨酸含量,選擇氮高效株系;

(10)雜種九代株系比較,考察株系始穗期與成熟期谷氨酸含量,OM052株系入選;

(11)以K17A為母本,OM052為父本配制雜交種(K優52);

(12)品種評比試驗,考察K優52與其它大田主推品種產量以及在始穗期與成熟期谷氨酸含量。

(13)小面積種植,進一步證明高產氮高效,定型水稻新品系-K優52。

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