高通量筛选适合深播高粱品种的方法

文档序号:10628874
高通量筛选适合深播高粱品种的方法
【专利摘要】本发明公开了一种高通量筛选适合深播高粱品种的方法,包括以下步骤:1)、设置水培装置:该水培装置由容器、泡沫塑料板和纱网组成;泡沫塑料板上均匀设置孔径一致的圆形通孔,在圆形通孔的底部固定有纱网;泡沫塑料板被置于装有水的容器内;2)、播种和幼苗培养:将待测高粱的种子装入圆形通孔,于28±0.5℃的恒温条件下进行黑暗培养,培养时间为6.5~7.5天;3)、对所得的高粱苗测定中胚轴长度;在相同的培养时间下,中胚轴长的待测高粱为相对适合深播高粱品种。
【专利说明】
高通量筛选适合深播高粱品种的方法
技术领域
[0001] 本发明属于高粱新品种选育领域,具体涉及一种高通量筛选适合深播高粱品种的 技术。
【背景技术】
[0002] 我国高粱主产区分布在东北、华北、淮北、西南和西北等依靠自然降雨的丘陵地或 平原旱地。如果在播种至出苗期发生干旱,采用常规播种深度(一般为5cm左右),就会因耕 层含水量不足,种子难以萌发和出苗,出现缺苗断条,影响田间苗数,导致减产。播种过深 (超过9cm),增加了幼苗穿出土层的厚度和出土阻力,芽鞘出土困难,幼苗在土内放叶并黄 化而死亡。另外,播种过深,土壤空气稀少,在土壤温度较高、水分较多的情况下,种子呼吸 困难,生活力减弱,丧失发芽能力(杨赞林,1963;卢善庆,1999)。
[0003] 不同品种对播种深度的反应不同。耐深播品种作为一种新近发现并已经应用于培 育优良品种的种质资源,能够有效利用土壤深层水分,避免播种期内因干旱和土壤表墒不 足的影响,保证种子正常萌发(Schillinger et al.,1998;Mahdi et al.,1998)。此外,耐 深播品种还可以通过增加植株在深层土壤中的根密度,提高根冠比等根部性状,来增强其 抗旱性和抗倒伏能力,最终提高耐深深播品种的产量(Ehsanuliah et al. ,1999;董存吉 等,1994;王早荣等,1994;钟改荣等,1998)。
[0004]目前己有研究证实,中胚轴的伸长可以明显提高禾谷类作物在覆土较深条件下的 出苗率以及幼苗质量(Dungan 1950;Hoshikaw 1969;Biswas et al.,1997;Chung 2010;王 楠等,2007)。中胚轴明显伸长的高粱品种具有以下众多优势:中胚轴的伸长能力强,出苗就 好;在土壤表墒不足时通过深播可以让种子吸收深层湿润水分再借助中胚轴的伸长促进出 苗;着生在中胚轴上密集的不定根可以保证最初十几天内幼苗生长所需营养物质的吸收和 运输;在短暂少量降雨后,渗入表土层的水分很容易被着生在中胚轴上的不定根吸收利用; 播后出苗前大雨或漫灌会造成土壤板结,通过深播可以缓冲土壤板结造成出苗困难。
[0005] 现有的禾谷类作物中胚轴伸长能力鉴定方法主要采用土培鉴定法。该方法的缺点 是需要人工取土、过筛、混匀、装土、浇水、覆土等一系列步骤,每一个环节的误差都会导致 实验结果不准确。除此之外,测定中胚轴前还需清洗幼苗。总之,采用土培鉴定法存在工序 多,工作量大,工作时间长,可重复性差,大规模筛选效率低等缺点。

【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种适用于大规模筛选高粱中胚轴伸长能力的 方法,用水培鉴定结果代替传统的土培鉴定结果。本发明简化了筛选步骤,消除了因人为误 差对鉴定结果的影响,提高了鉴定结果的准确性,筛选结果重复性好,同时减少了试验成 本,缩短了鉴定时间,一年内可多次筛选。
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种高通量筛选适合深播高粱品种的方法, 包括以下步骤:
[0008] 1)、设置水培装置:
[0009] 该水培装置由容器、泡沫塑料板和纱网组成;
[0010] 泡沫塑料板上均匀设置孔径一致的圆形通孔,在圆形通孔的底部固定有纱网;
[0011] 泡沫塑料板被置于装有水的容器内;
[0012] 2)、播种和幼苗培养:
[0013] 将待测高粱的种子装入圆形通孔,于28±0.5°C的恒温条件下进行黑暗培养,环境 湿度(相对湿度)为75% ±2%,使高粱种子自然萌发出苗,培养时间为6.5~7.5天(较佳为7 天),得高粱苗;
[0014] 3)、中胚轴的测定:
[0015] 步骤2)所得的高粱苗测定中胚轴长度;
[0016] 在相同的培养时间下,中胚轴长的待测高粱为相对适合深播高粱品种。
[0017] 作为本发明的高通量筛选适合深播高粱品种的方法的改进:
[0018] 所述步骤2)中,每个品种的待测高粱设置3个重复,每个重复播种30粒种子;
[0019] 所述步骤3)中,从每个重复中随机选择10株高粱苗进行中胚轴长度的测定;取30 株高粱苗的中胚轴的平均值作为该待测高粱品种的中胚轴长度。
[0020] 作为本发明的高通量筛选适合深播高粱品种的方法的进一步改进:
[0021] 所述泡沫塑料板上的圆形通孔的直径为3.5~4.5cm(较佳为4cm);
[0022] 所述圆形通孔的高度为16~18mm(较佳为17mm)。
[0023] 作为本发明的高通量筛选适合深播高粱品种的方法的进一步改进:所述纱网的规 格为16目。
[0024] 作为本发明的高通量筛选适合深播高粱品种的方法的进一步改进:
[0025]所述步骤3)中,当待测高粱的中胚轴长度-播种深度>2cm时,判定该待测高粱属 于适合该播种深度的高粱品种。
[0026]作为本发明的尚通量筛选适合深播尚梁品种的方法的进一步改进:当待测尚梁的 中胚轴长度多12cm时,判定该待测高粱属于适合播种深度为10cm的高粱品种;
[0027]当待测高粱的中胚轴长度多22cm时,判定该待测高粱属于适合播种深度为20cm的 尚梁品种。
[0028]在本发明中,中胚轴长度的测定属于常规技术,中胚轴长度指胚根着生点至胚芽 鞘基部间的长度。
[0029]本发明的技术方案具体可如下:
[0030] (1)高粱水培装置:
[0031] 由塑料周转箱、泡沫塑料板和纱网组成。塑料周转箱的规格为630 X 413 X 150mm、 泡沫板的规格为580 X 395 X 17mm,其上均匀分布着77个直径4cm的圆孔、纱网规格为580 X 395mm,16目。纱网需用玻璃胶固定在泡沫板的底部。
[0032] (2)播种和幼苗培养:
[0033]每个品种选择饱满,无破损的种子90粒,分成三等份。将种子播种在附着纱网的泡 沫板圆孔中,实验设3次重复,每个重复对应一个圆孔(即,每个重复30株)。各品种播好后, 再将泡沫板漂浮在盛有28L自来水的塑料周转箱中,放置在可控制温度和湿度的人工气候 室。人工气候室的温度设定为28°C,黑暗培养,让其自然萌发出苗。
[0034] (3)中胚轴的测定
[0035] 1周后,结束黑暗培养。每个品种每个重复选择10株幼苗测定中胚轴长度。
[0036] (4)鉴定结果可靠性验证
[0037] 根据水培法测定的中胚轴长度的数据,选择长中胚轴和短中胚轴的高粱品种进行 两种覆土深度实验,考察出苗率和中胚轴长度,验证水培法筛选的有效性。
[0038] 本发明提供了一种高通量筛选适合深播高粱品种的技术,在黑暗条件下采用水培 法培养高粱种子,以中胚轴伸长特性为指标,使得筛选出的适合深播品种在旱地直播时能 够耐受20cm以上播种深度,且能够正常出苗。
[0039] 本发明的水培鉴定方法的实用性在于:操作步骤简便,只需将种子播种在附着纱 网的泡沫板圆孔中,再漂浮在盛有自来水的塑料周转箱内,黑暗培养即可,且培养过程中无 需补水,培养结束后可直接取幼苗测定中胚轴长度;实验周期大幅缩短,从播种到性状调查 结束可在10天内完成;筛选效率高,在40平方米的人工气候室内一次可同时鉴定上千份高 粱品种;结果重复性好,提供一致的生长环境,能有效排除土培鉴定法中因覆土和浇水等不 均匀而引起的实验误差;结果可靠性高,品种间中胚轴伸长能力差异明显,与盆栽覆土实验 验证的结果一致。该方法在高粱品种资源和育种中间材料的耐深播特性鉴定、耐深播遗传 规律研究中应用潜力较大。
[0040] 综上所述,本发明是一种适用于大规模筛选高粱中胚轴伸长能力的水培鉴定方 法,该方法具有操作简便、周期短,省工节时、重复性好、一年内可多次进行、取样操作方便 等许多优点。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明,但它们不是对本发明的限定。
[0042] 以下实施例中,塑料周转箱的规格为630X413 X 150mm,泡沫板的规格为580X395 X17mm,其上均匀分布着77个直径4cm的圆孔,纱网规格为580X395mm,16目。纱网事先需用 玻璃胶固定在泡沫板的底部。将底部固定有纱网的泡沫板漂浮在盛有28L自来水的塑料周 转箱中。放置在可控制温度和湿度的人工气候室。
[0043] 实施例1:一种高通量筛选耐深播高粱品种的技术,用于152份来自国内外不同地 方品种资源耐深播材料的筛选。种子播种在附着纱网的泡沫板圆孔中,再将泡沫板漂浮在 盛有28L自来水的塑料周转箱内。实验在人工气候室进行。根据高粱适宜生长温度设定人工 气候室的为28°C,由于周转箱中盛装着很多自来水,不用人为加湿和除湿,而能保持75%的 恒定湿度,黑暗培养1周(7天)。
[0044] 利用此水培装置和水培方法,进行了中胚轴长度的测定。结果表明品种间的中胚 轴变幅在5.2~25.2cm之间,差异达极显著水平。具体而言,小白粮、三代高粱、LN8125、 10032、DURA EL腿1(、]\^-55、1^1?108、8七1623为短中胚轴品种(中胚轴长度<10〇11),扫帚糜 子、大黑帽、上井高粱、打锣锤、BATHURST SUMAC为长中胚轴品种(中胚轴长度>20cm)。
[0045] 表1、水培时部分品种资源的中胚轴伸长能力
[0046]
[0047] 实施例2:供试材料为654、LTR108以及它们杂交后通过单粒传获得的重组自交系 群体(F1Q,244个株系),研究耐深播高粱的遗传规律。重复实施例1:有以下不同点:
[0048]测定了亲本和重组自交系群体的中胚轴长度。亲本654和LTR108的中胚轴分别长 11.2±0.5cm和5.0±0. lcm,群体内株系的中胚轴长度变幅在6.3~18.6cm之间,亲本间和 群体内株系间的差异达极显著水平。群体内中胚轴长度近似正态分布,表现数量性状遗传 特点,适合进行耐深播高粱的遗传规律研究。利用该群体,发明人在第1,5和8染色体上检测 到影响中胚轴伸长的数量性状位点,并且增效等位基因来自于长中胚轴亲本654。研究结果 有助于我们理解高粱耐深播的遗传规律。
[0049] 具体而言,RIL-33、RIL-43、RIL-61、RIL-151、RIL-186、RIL-188 为短中胚轴品种 (中胚轴长度 <10〇11),1?11^-41、1?11^-70、1?几-84、1?11^-101、1?11^-102、1?11^-131为长中胚轴品种 (中胚轴长度> 15cm) 〇
[0050] 表2、水培时重组自交系部分株系的中胚轴伸长能力
[0051]
[0052] 实验1、下面为采用本发明的耐深播高粱品种水培鉴定与苗期土培鉴定结果的相 关性分析。
[0053] 1材料与方法
[0054] 1.1供试材料
[0055] 1.1.1来自于152份高粱品种资源
[0056] 根据上述实施例筛选的结果,发明人选择了水培条件下中胚轴短(<10cm)的高粱 品种小白粮、三代高粱、LN8125、10032、DURAELMEK、MN-55、LTR108、Btx623和中胚轴长(> 20cm)的高粱品种扫帚糜子、大黑帽、上井高粱、打锣锤、BATHURST SUMAC作为供试材料。
[0057] 1.1.2来自于重组自交系群体中的株系
[0058]根据上述实施例筛选的结果,发明人选择了水培条件下中胚轴(<10cm)的株系 尺几-33、1?11^-43、1?11^-61、1?11^-151、1?11^-186、1?11^-188和中胚轴长(>15〇11)的株系1?11^-41、 RIL-70、RIL-84、RIL-101、RIL-102、RIL-131 以及亲本654和 LTR108 作为供试材料。
[0059] 1.2温室土培鉴定 [0060] 1.2.1花盆覆土鉴定
[0061]将从田间取回来的耕作层的土打碎过筛,再按重量比为1:1混入营养土,搅拌均 匀,装入长47cm、宽33cm、高26cm的塑料花盆中,为方便取样测定,花盆内垫一层黑色垫布将 土和花盆隔开,然后等距离播种来自于152份高粱品种资源中筛选出的短中胚轴和长中胚 轴高粱品种,每个品种播30粒,3次重复,再覆土 10cm和20cm深,浇透底水,28 °C条件下萌发, 分别于15d和20d后测定覆土 10cm和20cm深的出苗率和中胚轴长。
[0062] 1.2.2营养钵覆土鉴定
[0063]将从田间取回来的耕作层的土打碎过筛,再按重量比为1:1混入营养土,搅拌均 匀,装入直径7cm、高17cm的塑料营养钵中。供试材料为重组自交系群体中筛选出来的短中 胚轴株系和长中胚轴株系及亲本654和LTR108,每个品种播30粒,3次重复,再覆土 10cm深, 浇透底水。28 °C条件下萌发,15d后测定出苗率和中胚轴长。
[0064] 2.结果与分析
[0065] 2.1花盆覆土鉴定出苗率和中胚轴伸长情况
[0066]表3、花盆覆土 10cm深的出苗率和中胚轴伸长能力 [0067]
[0068]注:NA代表因为不能正常出苗而导致数据缺失,以下同。
[0069]表4、花盆覆土 20cm深的出苗率和中胚轴伸长能力 [0070]
[0071]
[0072] 2.2营养钵覆土鉴定出苗和中胚轴伸长情况 [0073]表5、营养钵覆土 10cm深的出苗率和中胚轴伸长能力 [0074]
[0075] 备注说明:至少要达到50%的出苗率,才能判定为适合该播种深度。因此,亲本654 被判定为不适合l〇cm的播种深度。
[0076] 中胚轴只能在黑暗条件下伸长,其伸长能力既与品种的遗传特性有关,又与播种 深度有关。对于来自152份高粱品种资源中的品种,在花盆覆土 10cm和20cm深时,本方法中 筛选出的中胚轴短的高粱品种小白粮、三代高粱、LN8125、10032、DURAELMEK、MN-55、 LTR108、Btx623都不能正常出苗,而中胚轴长的高粱品种扫帚糜子、大黑帽、上井高粱、打锣 锤、BATHURST SUMAC在覆土 10cm深时出苗率达65 %以上,即使在覆土20cm深时出苗率还能 维持在50~60%之间。对于来自重组自交系群体中的株系,在营养钵覆土 10cm深时,水培条 件下中胚轴短的株系豇1-33、1?11^-43、1?11^-61、1?11^-151、1?11^-186、1?11^-188和亲本1^1?108都 不能正常出苗。而中胚轴长的株系RIL-41、RIL-70、RIL-84、RIL-101、RIL-102、RIL-131的出 苗率较高,保持在73.3 %~86.7 %之间。亲本654因其在水培条件下的中胚轴长度仅为 11.2cm,仅比覆土深度长lcm左右,所以出苗率要显著低于中胚轴长的株系,仅为30.0%,而 且长出来的苗很弱小,难以成株。三个实验结果表明,当覆土深度超过水培条件下中胚轴的 长度时,品种资源和株系均不能正常出苗;当覆土深度明显小于水培条件下中胚轴的长度 时,品种资源和株系均有较高的出苗率,表现出耐深播的特性。由此可见,中胚轴的伸长能 力与出苗率呈显著正相关,用水培方法代替土培法确实可以达到筛选耐深播高粱品种的效 果,而且用水培方法鉴定出来的中胚轴长度反映的是品种资源或株系的最大耐深播潜力, 实际播种的深度应酌情减小,在上述覆土实验条件下至少比水培条件下的中胚轴长度少 2cm〇
[0077] 对比例1-1、将实施例1中的培养条件改成25°C,培养时间改成8天,在此温度下,由 于周转箱中装满自来水,不用人为加湿和除湿,能保持70%的恒定湿度;其余等同于实施例 1〇
[0078]小白粮等品种的检测结果如表6所不。
[0079] 表6、对比例1-1水培时中胚轴伸长能力 [0080]
[0081] 对比例1-2、将实施例1中的培养条件改成30°C,培养时间改成6天,在此温度下,由 于周转箱中装满自来水,不用人为加湿和除湿,能保持80%的恒定湿度;其余等同于实施例 1〇
[0082] 小白粮等品种的检测结果如下表7所不。
[0083] 表7、对比例1-2水培时中胚轴伸长能力 [0084]
[0085]根据上述对比例1-1,我们发现,将水培条件改成25°C,湿度70 %,培养时间8天时, 得到的判断结果为扫帚糜子、上井高粱不耐受20cm的深播,与盆栽覆土实验验证的结果不 符;即,在该培养条件下,会导致判断结果发生偏差。
[0086] 根据上述对比例1-2,我们发现,将水培条件改成30°C,湿度80%,培养时间6天时, 得到的判断结果为DURA EL MEK和Btx623能够耐受10cm深的覆土,上井高粱不能耐受20cm 的深播;与盆栽覆土实验验证的结果不符;即,在该培养条件下,会导致判断结果发生偏差。
[0087] 对比例2-1、将实施例1中泡沫塑料板的高度由17mm改成10mm,即圆形通孔的高度 由17mm改成10mm;其余等同于实施例1。
[0088] 小白粮等品种的检测结果如下表8所不。
[0089] 表8、对比例2-1水培时中胚轴伸长能力
[0090]
[0091] 对比例2-2、将实施例1中泡沫塑料板的高度由17mm改成30mm,即圆形通孔的高度 由17mm改成30mm;其余等同于实施例1。
[0092 ]小白粮等品种的检测结果如下表9所不。
[0093] 表9、对比例2-1水培时中胚轴伸长能力
[0094]
[0095] 根据上述对比例2-1,我们发现,将泡沫塑料板的高度(圆形通孔的高度)设为10mm 时,得到的判断结果为,扫帚糜子和BATHURST SUMAC不能耐受20cm的深播;与盆栽覆土实验 验证的结果不符;即,在该培养条件下,会导致判断结果发生偏差。
[0096]根据上述对比例2-2,我们发现,将泡沫塑料板的高度(圆形通孔的高度)设为30mm 时,得到的判断结果为,大黑帽和上井高粱不能耐受20cm的深播;与盆栽覆土实验验证的结 果不符;即,在该培养条件下,会导致判断结果发生偏差。此外,还存在如下缺陷:由于泡沫 塑料板变薄,因中胚轴较柔软,在伸长过程中会和临近的幼苗相互交错缠绕,影响生长,同 时增加取样时的难度;泡沫板变厚,周转箱中的盛装的水要明显减少,溶解在水中的氧气变 少,种子易发霉,影响出苗率。
[0097]最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发 明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容 直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1. 高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是包括以下步骤: 1) 、设置水培装置: 该水培装置由容器、泡沫塑料板和纱网组成; 泡沫塑料板上均匀设置孔径一致的圆形通孔,在圆形通孔的底部固定有纱网; 泡沫塑料板被置于装有水的容器内; 2) 、播种和幼苗培养: 将待测高粱的种子装入圆形通孔,于28±0.5°C的恒温条件下进行黑暗培养,环境湿度 为75 % ± 2 %,使高粱种子自然萌发出苗,培养时间为6.5~7.5天,得高粱苗; 3) 、中胚轴的测定: 步骤2)所得的高粱苗测定中胚轴长度; 在相同的培养时间下,中胚轴长的待测高粱为相对适合深播高粱品种。2. 根据权利要求1所述的高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是: 所述步骤2)中,每个品种的待测高粱设置3个重复,每个重复播种30粒种子; 所述步骤3)中,从每个重复中随机选择10株高粱苗进行中胚轴长度的测定;取30株高 粱苗的中胚轴的平均值作为该待测高粱品种的中胚轴长度。3. 根据权利要求1或2所述的高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是: 所述泡沫塑料板上的圆形通孔的直径为3.5~4.5cm; 所述圆形通孔的高度为16~18mm。4. 根据权利要求3所述的高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是:所述纱网的 规格为16目。5. 根据权利要求1~4任一所述的高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是: 所述步骤3)中, 当待测高粱的中胚轴长度-播种深度多2cm时,判定该待测高粱属于适合该播种深度的 尚梁品种。6. 根据权利要求5所述的高通量筛选适合深播高粱品种的方法,其特征是: 当待测高粱的中胚轴长度多12cm时,判定该待测高粱属于适合播种深度为10cm的高粱 品种; 当待测高粱的中胚轴长度多22cm时,判定该待测高粱属于适合播种深度为20cm的高粱 品种。
【文档编号】A01G31/00GK105993878SQ201610333093
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】邹桂花, 翟国伟, 陶跃之, 王 华, 李素娟, 刘合芹, 邵健丰
【申请人】浙江省农业科学院
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