氨基葡萄糖作为穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的应用

本发明涉及杂交水稻种子生产技术领域，尤其涉及氨基葡萄糖作为穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的应用。

背景技术：

水稻等禾谷类作物种子在成熟期间遇到连续阴雨寡照且高温高湿的天气时往往会在穗上萌发，即为穗萌，又称穗发芽(pre-harvestsprouting,phs)。

穗萌过程不仅影响稻米储藏淀粉和蛋白质的降解，更是影响稻谷贮藏，以及杂种的种用价值(胡伟民等.杂交水稻制种不育系穗上发芽特性.作物学报，2003，29：441-446；马良勇等.早稻穗发芽对水稻产量和米质的影响.中国稻米，2004，10：15-16)。受厄尔尼诺等自然现象的影响，全球灾害天气频发，尤其在我国江淮和江南流域的9-10月份，正值水稻生育后期，常遭遇连续高温阴雨寡照天气，致使水稻，尤其杂交籼稻常出现大面积穗发芽或“胎萌”现象，极大地影响水稻产量及品质。

研究结果显示，由于在杂交稻制、繁种过程中，由于“920”(赤霉素)施用量的增加，致使杂种，尤其是冈优、d优、ⅱ优和特优等系列杂交制种经常受到穗发芽的威胁，一般正常年份穗发芽率为5～10％，特殊年份可达20～30％，严重时达60～80％(徐保钦，杂交籼稻亲本种子休眠性的遗传改良和利用研究.2009，博士论文，南京农业大学)。

因此，开展水稻穗萌或种子萌发研究已成为科研工作者的研究热点之一。众多研究结果显示，水稻穗萌是水稻基因型与环境因素互作的结果。然而，水稻育种家为了加快育种进程，缩短选育周期，增加异地加代繁育速度，更多地选育弱休眠甚至无休眠的种子(张静等.水稻种子穗发芽与休眠性遗传研究进展.核农学报，2013，27：1136-1142)，故此，很难从基因型角度获得理想的水稻材料。

所以，多年来，科研工作者积极探索研发各种抑制水稻穗萌的化学调控方法(王丽萍等.水稻穗发芽与种子休眠研究现状.农业研究与应用，2015，159(4):49-53)。目前，应用较多的化学调控剂主要是一些植物激素或植物生长延缓剂的复合药剂，药剂基本成分多半包括脱落酸、烯效唑、多效唑、马来酰肼和香豆素等(huqj,etal.inhibitoryeffectofchemicalcombinationsonseedgerminationandpre-harvestsproutinginhybridrice.plantgrowthregulation,2016,80:281-289；段宪明等.杂交水稻汕优63制种穗萌抑制研究.杂交水稻，1996，s1：37-39；周述波等，aba对抑制杂交水稻种子萌发与穗上芽发生的生理特性的影响.黑龙江农业科学，2016，6：64-67；朱从亮.穗萌抑制物质对水稻穗萌和湿谷发芽的抑制效果及其对产量形成影响.华南农业大学硕士论文)。

例如：20-60mg/kgaba+40-160mm环己胺+10-60mg丁香酚(关亚静等，一种杂交水稻穗萌抑制剂及其制备方法和抑制杂交水稻穗萌的方法，中国发明专利，202010840765.1)；400-1200mg/kg丁香酚+300-600mg/kg烯效唑+400-500mg/kg马来酰肼(胡晋等，穗萌抑制剂及抑制水稻穗萌的方法，中国发明专利，201510337714.6)；杂交水稻穗上芽抑制剂，原料包括植酸、香豆素、吐温20、生长抑制剂和表面活性剂(肖浪涛等，一种杂交水稻穗上芽抑制剂及其制备方法，中国发明专利，201810587574.1)；水稻穗萌抑制剂，其主要原料及组成为：香豆素类提取物3-5份、丁香酚3-7份、蔗糖酯4-8份、苦杏仁提取物3-5份、马来酰肼2-3份、苹果酸2-6份、桑根提取物3-5份、脱落酸5-7份、烯效唑3-4份、柠檬酸钠1-3份、多效唑1-4份、水杨酸提取物3-5份、杨梅提取物3-5份(贺艺，一种水稻穗萌抑制剂及其制备方法，中国发明专利，201611098582.7)；绿色水稻穗萌抑制剂，主要成分为：杨梅提取物29-30％、苦杏仁提取物25-25.5％、桑根提取物24-25％、水杨酸提取物10-11％、青梅提取物10-10.5％(付华等，一种绿色水稻穗萌抑制剂及其制备方法与应用，中国发明专利，201610504096.4)；复合型水稻穗萌抑制剂，其原料组成为：香豆素提取物17-18％、苦杏仁提取物15-16％、桑根提取物10-11％、水杨酸提取物15-16％、青梅提取物14。5-16％、杨梅提取物20-22.5％、多效唑3-3.5％、脱落酸1.5-2％(付华等，一种复合型水稻穗萌抑制剂及其制备方法和应用，中国发明专利，201610504079.0)。而单一成分的穗萌抑制剂仅有1-2g/kg丁香酚(胡晋等，一种穗萌抑制剂及抑制水稻穗萌的方法。中国发明专利，201410172611.4)。但是，丁香酚非水溶性，因此在使用时需要添加乳化剂；尽管如此，依然使用极其不方便。

故此，寻找高效低毒甚至无毒单一水溶性化学穗萌抑制剂显得十分必要。

技术实现要素：

本发明提供了氨基葡萄糖(glucosamine,glcn)作为穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的新用途，为寻找高效无毒单一水溶性化学穗萌抑制剂奠定了基础。

具体技术方案如下：

本发明提供了氨基葡萄糖作为穗萌抑制剂在抑制杂交水稻穗萌中的应用。

进一步地，所述穗萌抑制剂中，氨基葡萄糖的浓度为100～1000mmol/l。

作为优选，所述穗萌抑制剂中氨基葡萄糖的浓度为700～850mmol/l，或者，300～400mmol/l。

进一步优选地，所述穗萌抑制剂包含：700～850mmol/l的氨基葡萄糖，体积分数为0.01～0.03％的表面活性剂；

或者，包含：300～400mmol/l的氨基葡萄糖，18～22mmol/l的硫酸铜，体积分数为0.01～0.03％的表面活性剂。

进一步优选地，所述表面活性剂为tween20。

本发明还提供了一种杂交水稻穗萌抑制剂，有效成分为氨基葡萄糖，浓度为100～1000mmol/l。

作为优选，所述氨基葡萄糖的浓度为700～850mmol/l，或者，300～400mmol/l。

进一步优选地，所述杂交水稻穗萌抑制剂包含：700～850mmol/l的氨基葡萄糖，体积分数为0.01～0.03％的表面活性剂；

或者，包含：300～400mmol/l的氨基葡萄糖，18～22mmol/l的硫酸铜，体积分数为0.01～0.03％的表面活性剂。

进一步优选地，所述表面活性剂为tween20。

本发明还提供了一种抑制杂交水稻穗萌的方法，包括：在杂交水稻的蜡熟期至黄熟初期间，将上文所述的穗萌抑制剂均匀喷施于稻穗上。

进一步地，喷施次数为一次或者两次；两次喷施时，中间间隔1天。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将成熟的种子浸泡于氨基葡萄糖溶液中，发现氨基葡萄糖可有效延缓种子的发芽率，并通过穗萌抑制试验，找到了适宜的抑制剂浓度，公开了氨基葡萄糖在作为杂交水稻穗萌抑制剂的新用途，并进一步提供了有效抑制浓度的穗萌抑制剂。

(2)本发明将氨基葡萄糖与硫酸铜复合使用，不仅进一步有效延缓了种子的发芽率，而且降低了氨基葡萄糖的用量，有效减少了原料成本，便于推广。

附图说明

图1为实施例2中不同浓度氨基葡萄糖水溶液处理稻穗后第三天的穗萌表型照片。

图2为实施例4中不同浓度复合型穗萌抑制剂处理稻穗后第三天的穗萌表型照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

1、不同浓度氨基葡萄糖对水稻种子萌发的影响

使用浓度为0、100、200、300、400、500、600、700、750、800、850、1000mmol/l的化学药剂氨基葡萄糖，分别用水溶液配置，同时添加0.02％(v/v)的tween20。

将成熟水稻种子(日本晴)在上述溶液中浸泡3-5秒后取出，于锡箔纸上阴干；而后置于湿润的滤纸上，28℃恒温发芽，每隔1天统计发芽率。发芽标准为胚芽或胚根长出1mm即为发芽。

结果显示(表1)，100mmol/l以上的氨基葡萄糖均可以有效延缓种子发芽率，相对于低于700mmol/l的氨基葡萄糖来说，更高浓度的氨基葡萄糖(700-850mmol/l)延缓种子萌发的效应更明显，但当氨基葡糖糖浓度达1000mmol/l时，则会影响水稻的最终萌发率。

表1不同浓度氨基葡萄糖对水稻种子萌发率(％)的影响

实施例2不同浓度氨基葡萄糖对杂交稻穗萌的影响

穗萌抑制剂的配制，根据实施例1中的结果，配制3种浓度的氨基葡萄糖水溶液，即700、750和850mmol/l。籼稻杂种钱6优688制种田中，待杂种生长至黄熟期收取杂种稻穗，喷施上述穗萌抑制剂至饱和状态，室温下于锡箔纸上阴干24小时，而后将整个稻穗置于湿润滤纸上，每隔2-3小时喷水至饱和状态，28℃恒温发芽，每隔1天统计发芽率。发芽标准为胚芽或胚根长出1mm即为发芽。

结果显示，穗萌抑制剂氨基葡萄糖明显延缓杂种稻穗穗萌(表4，图1)。

表2不同浓度氨基葡糖糖对杂种钱6优688种子萌发率(％)的影响

实施例3不同浓度的硫酸铜水溶液对水稻种子萌发的影响

本发明还研究了单独使用硫酸铜水溶液对水稻种子萌发的影响。硫酸铜水溶液使用浓度为0、10、20、25、30和35mmol/l，同时添加0.02％(v/v)的tween20。将成熟水稻种子(日本晴)在上述溶液中浸泡3-5秒后取出，于锡箔纸上阴干。而后置于湿润的滤纸上，28℃恒温发芽，每隔1天统计发芽率。发芽标准为胚芽或胚根长出1mm即为发芽。结果显示(表2)，25mmol/l以上的硫酸铜溶液对水稻种子萌发具有明显的抑制效应，而18-22mmol/l的硫酸铜溶液则明显具有延缓种子萌发的效果。

表3不同浓度硫酸铜溶液对水稻种子萌发率(％)的影响

实施例4复合型穗萌抑制剂对水稻种子萌发的影响

设定氨基葡萄糖(glucosamine,简称glcn)溶液的浓度为100-500mmol/l，硫酸铜溶液的浓度18-22mmol/l，分别用水溶液配置，同时添加0.02％(v/v)的tween20。将成熟水稻种子(日本晴)在上述溶液中浸泡3-5秒后取出，于锡箔纸上阴干。而后置于湿润的滤纸上，28℃恒温发芽，每隔1天统计发芽率。发芽标准为胚芽或胚根长出1mm即为发芽。

结果显示(表4)，含有200mmol/l以下的氨基葡萄糖混合溶液的穗萌抑制效果不理想，而含有500mmol/l氨基葡萄糖混合溶液则明显抑制最终种子萌发率。穗萌抑制剂的合理浓度为：铜离子浓度为18-22mmol/l，而氨基葡糖糖的浓度为300-400mmol/l。

表4不同浓度硫酸铜与氨基葡萄糖混合溶液对水稻种子萌发率(％)的影响

实施例5复合型穗萌抑制剂在抑制水稻杂种穗萌中的应用

穗萌抑制剂的配制，根据实施例4中的结果，配制6种复合穗萌抑制剂，即18mmol/lcu²⁺+300mmol/lglcn、18mmol/lcu²⁺+400mmol/lglcn、20mmol/lcu²⁺+300mmol/lglcn、20mmol/lcu²⁺+400mmol/lglcn、22mmol/lcu²⁺+300mmol/lglcn、22mmol/lcu²⁺+400mmol/lglcn。

籼稻杂种钱6优688制种田中，待杂种生长至黄熟期收取整穗杂种，喷施上述穗萌抑制剂至饱和状态，室温下于锡箔纸上阴干24小时，而后将整个稻穗置于湿润滤纸上，每隔2-3小时喷水至饱和状态，28℃恒温发芽，每隔1天统计发芽率。发芽标准为胚芽或胚根长出1mm即为发芽。

结果显示，复合穗萌抑制剂明显延缓种子萌发(表5，图2)。

表5复合穗萌抑制剂对杂种钱6优688种子萌发率(％)的影响