一种利用抗倒伏指数评价辅助水稻育种的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用抗倒伏指数评价辅助水稻育种的方法，通过优良亲本杂交配组，获得F1杂交种子代，经田间选择和多代纯化，获得稳定株系，经过新品系选择、新品系育苗移栽单株栽插、平均分蘖数的测定、品系取样、单株压力与强度测定、弯曲力矩测定、抗折力测定通过倒伏指数的计算评价育种的品质，综合新品系比较试验中的产量、抗性、米质、抗倒性等多方面因素，育得新品系，量化了抗倒伏性指标，排除了人为因素。
【专利说明】
一种利用抗倒伏指数评价辅助水稻育种的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水稻育种方法，特别涉及一种利用抗倒伏指数评价辅助水稻育种 的方法。
【背景技术】
[0002] 大面积水稻直播可节省大量劳力，缓解劳力季节性紧张的矛盾，对实现水稻生产 的轻型化、专业化、规模化有着重要的意义，具有广阔的推广前景。但与移栽水稻相比，直播 水稻存在难全苗、草害重、易倒伏三大难题，现有技术一般都是加强田间管理，无法从根本 上解决水稻倒伏的问题。
[0003] 整个江苏淮北地区中熟中粳水稻面积1500万亩，水稻轻简化直播栽培面积越来越 大，水稻根系浅，抗倒伏能力相应偏差，加之每年的台风影响，水稻倒伏问题越来越成为当 前生产上的突出问题。因此，选育抗倒伏的水稻品种在生产上推广应用，意义重大。
[0004] 目前育成的泗稻系列品种具有品质优、大穗、大粒、灌浆快等特点，在江苏苏北、山 东南部以及河南等地都有较大面积推广应用。特别是2013年审定的泗稻785明显具有大穗 (每穗粒数150粒左右）、大粒(千粒重29克左右）、分蘖多成穗率高(每亩穗数在21万)等超高 产数量性状，但由于植株较高，株高107 cm左右，生产上应用风险较大，在2014长时间低温 阴雨、强台风来得又早，倒伏非常严重，给推广应用农户带来了很大损失。
[0005] 所以在水稻的育种过程中选择抗倒伏性强的变异个体的育种群体且从育种群体 中把这种优良的变异个体鉴别、选拔出来，并加以繁殖扩大，最终培育成功一个新的水稻优 良品种是亟待解决的问题。传统判断水稻抗倒伏能力主要是肉眼田间观察，没有量化标准， 只能将粗略分为倾、斜、倒、伏等级别，这种判断方式客观上易受台风等环境因子的影响，主 观上易受人为因子影响。
【发明内容】
[0006] 为解决水稻倒伏的问题，本发明提出了一种利用抗倒伏指数评价辅助水稻育种的 方法。
[0007] -种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，通过已有亲本杂交配组，获得?:子 代，经田间选择和多代纯化，获得稳定品系，再经品比试验决选出优良品系，其特征是包括 如下步骤： 1)参加品比试验品系的选择 2 )参加试验的新品系单株移栽 3) 根据灌浆期有效穗数进行样本标记 4) 田间茎杆抗折力测定 5) 弯曲力矩测定 6) 节间抗折力测定 7) 倒伏指数计算 8)综合性状加权评价 步骤1)参加品比试验品系的选择是指在稳定高世代鉴定圃选择株高在100 cm左右具 有丰产性状的新品系，收种0.2 kg，进入室内米质鉴定，决选垩白粒率低于<30%、透明度好 的新品系，参加步骤2 )。
[0008] 步骤2)对决选的新品系单株移栽，每小区13.3 m2,8行区，每行50株;肥料运筹:全 生育期折合亩施纯N 18 kg、P2〇58 kg、K20 8 kg，N肥前后期比例为6:4;水浆管理:薄水移 栽，深水活棵，浅水分蘖，等穗苗时控水搁田，后期干干湿湿，记录各个品系的生育进程，准 确记录始穗齐穗期。
[0009] 步骤3)各品系在齐穗后28天除保护行外连续圈定50株进行有效穗调查，计算该品 系的单株平均有效穗数(记为η)。根据普查单株平均有效穗数选取其中代表性植株5株进行 挂牌标记。
[0010] 步骤4)各品系对已完成穗数普查的植株，除挂牌标记的5株外，余下部分随机选取 30株用手持YYD-B型茎杆强度测定仪测定水稻单株茎杆田间抗折力：以离地面20 cm处为着 力点平推植株，分别记录植株倾倒至与垂直方向夹角为45°和60°时的推力，取30株平均值 即为该品系的田间单株茎杆抗折力(F P，单位:N)根据普查平均穗数可进一步计算该品系单 茎抗折力(Fs，单位:N)。
[0011] Fs=Fp + n (1) Fs：Force of single stem单莖抗折力 Fp:Force of plant单株莖杆抗折力 n: Panicle number per plant单株平均糖数 步骤5)各品系田间抗折力测定结束之后，带土挖取步骤3中挂牌标记的5株水稻置于桶 中带回室内，注意防止植株损伤和失水。将5株样本苗清洗去根，随机选取其中15个单茎，将 其分解为稻穗、倒数第1、2、3、4、5节间（穗下第一节间为倒1节间，依此类推），分别测量各部 分长度及鲜重，并根据需要计算不同节间基部至穗顶的长度(L，单位:cm)及鲜重(W，单位： g)，根据日本学者濑古秀生[1]的方法计算倒数第3、4、5节间（水稻茎杆最易折断的三个节 间）的弯曲力矩(M，单位:N · cm)。计算公式如下： M=LXWX0.001Xg (1) M:Moment of force弯曲力矩（N*cm) L: Length节间基部至穗顶的长度(cm) W: Weight不同节间基部至穗顶的鲜重(g) 0.001:国际标准单位转换系数，g转换为kg g:Gravitational acceleration重力加速度，本发明取值9 ·8(m/s2) 步骤6)将步骤5中分解下来且完成长度及鲜重测定的倒数第3、4、5节间，分别置于YYD-1型抗倒伏测定仪下，根据节间长短调整支撑点间距(记为1，单位:cm)，通过仪器手柄向节 间中点施加压力，待莖杆折断时，读出各个节间的抗折力（仪器会自动记录折断瞬间的压 力），（记为Fi，单位:N)。由于不同节间测定时支撑点间距可能不同，为了统一标准，本发明 将日本学者濑古秀生 [1]的测定方法进行改进，提出了"单位长度节间抗折力"的概念(记为 Fu，单位:N)，计算公式为： Fu=Fi X1 (1) Fu：Force of internode per unit单位节间抗折力（N) Fi ：Force of internode节间抗折力(N) l:Length of bracing point节间抗折力测定时支撑点间距(cm) 步骤7)各品系根据上述测定数据计算倒数第3、4、5节间的倒伏指数(LI)。倒伏指数越 大，则植株越易倒伏，结合田间实际观测结果，本发明将倒伏指数划分为三级:LIS20为高 抗，20<LI<40中抗，LI >40为易倒伏，育种实践中应优先选择倒伏指数低于20的高抗品 系。根据日本学者濑古秀生方法改进后的倒伏指数计算公式如下： LI=M+(FiX 1)X100 (1) LI:Lodging Index倒伏指数 M:Moment of force本发明特指弯曲力矩(N.cm) Fi ：Force of internode节间抗折力(N) l:Length of bracing point节间抗折力测定时支撑点间距(cm) 100:放大系数 步骤8)根据当前水稻育种背景，众多生物性状中，抗病性、抗倒性、产量和米质四大性 状是最主要的评价指标，品比试验中决选的新品系抗病性(穗颈瘟接种鉴定综合抗性指数 在5.0以下）、抗倒性(倒伏指数值低于20)、产量(与对照相当或增产）、米质(垩白粒率〈30%， 国优三级以上)必须达标。为了进一步量化评价参试新品种(系）的综合表现，本方法特别提 出"位次加权积分"的概念以优化综合排名，即根据四大评价指标在育种评价体系中的权重 将试验中各参试品种(系)不同指标的位次按一定的权重求和。位次加权积分越低则综合排 名越靠前。计算公式： RP=NBX0.3+LIX0.3+GYX0.2+GQX0.2 (1) RP:位次加权积分 NB: Neck Blast穗颈瘟综合抗性指数位次 LI:Lodging Index倒伏指数位次 GY:Grain Yield产量位次 GQ:Grain Quality米质位次 其余指标测定方法： 穗颈瘟综合抗性指数:参照DB32/T 1123-2007水稻品种(系)抗稻瘟鉴定方法与抗性评 价技术规程 产量:DB32/T 1093-2015水稻产量现场测定操作规程 米质：中华人民共和国农业部部标准米质测定方法 影响水稻的抗倒伏因素有很多，对易倒伏性贡献最大的主要为植株鲜重、植株高度和 基部节间的抗折力，本发明为一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其核心内容为 在出圃的新品系比较试验阶段在田间用YYD-1B植物茎杆强度仪测定水稻单株茎杆抗折力， 结合室内YYD-1型植物茎杆强度测定仪测定水稻倒伏指数，综合二者试验数据评价新品系 的抗倒伏能力。
[0012]通过上述本发明的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，可定量分析水稻 新品系的抗倒伏能力，综合新品系比较试验中的抗病性(接种鉴定综合抗性指数在5.0以 下）、抗倒性(倒伏指数低于40)、产量(与对照相当或增产）与米质(垩白粒率〈30)等多方面 因素，决选综合性状突出的优良水稻新品种，不但减少了水稻育种的盲目性，而且培育出的 水稻新品种，具有较广的适应性和抗逆能力。这种新的辅助水稻育种方法，简便易行，操作 方便，具有广阔的应用前景。
[0013] 以往传统判断水稻抗倒伏能力主要是肉眼田间观察，没有量化标准，只能将粗略 分为倾、斜、倒、伏等级别，这种判断方式客观上易受台风等环境因子的影响，主观上易受人 为因子影响；而本方法采用倒伏指数的定量评估，能够准确客观判断不同水稻新品系的抗 倒能力，更好的辅助筛选优良品系。
【具体实施方式】
[0014] 下面列举决选出新品系15-89的具体实施过程 1 )、参加品比试验新品系的选择 在稳定高世代鉴定圃选择具有丰产性状F5以上的稳定高世代材料，每个品系单收单 脱，进入室内米质鉴定，决选垩白粒率<30%、透明度好的品系，决选20份材料继续进入下年 度品比试验。
[00?5] 2)、参加品比试验新品系单株移栽 对决选的新品系育苗移栽单株栽插，每个小区13.3 m2,8行区，每行50株;肥料运筹:全 生育期折合亩施纯N18 kg、P2〇58 kg、K20 8 kg，N肥前后期比例为6:4;水浆管理：薄水移 栽，深水活棵，浅水分蘖，等穗苗时控水搁田，后期干干湿湿，完整记录各个试验品系的生育 进程，其中品比代号为89的新品系抽穗期为8/24-29日，出圃号定为新品系15-89。
[0016] 3)、有效穗数的测定与样本标记 分不同品系在齐穗后28天，从边行第3行第3株连续选择50株计数有效穗，取其平均值， 得到该品系的平均有效穗为9.3;选取与平均有效穗数相近的5个单株，挂牌标记。
[0017] 4)、田间茎杆抗折力测定 各品系对已完成穗数普查的植株，除挂牌的5株外，余下部分随机选取30株全部用手持 YYD-B型茎杆强度测定仪测定水稻单株茎杆田间抗折力：以离地面20 cm处为着力点平推植 株，分别记录植株倾倒至与垂直方向夹角为45°和60°时的推力，取30株平均值即为该品系 的田间单株茎杆抗折力(F P，单位:N)，取30株平均值即为该品系的田间单株茎杆抗折力(单 位:N)，样本平均结果示于表1。结合普查平均穗数可进一步计算该品系单茎抗折力，样本平 均结果不于表2。
[0018] 由表1和表2可知，将15-89植株平推倾斜至45°和60°所用推力平均分别为22.1 N 和33.1 N，居20个品种(系）的第2位，处上游水平，单茎抗折力与单株抗折力排名一致。说明 新品系15-89茎杆抗折力较强。
[0019] 表参加品比试验的20个品种(系）田间单株茎杆抗折力
表2参加品比试验的20个品种(系）田间单茎抗折力
5)、弯曲力矩测定 各品系田间抗折力测定结束之后，带土挖取剩余5株水稻置于桶中带回室内，注意防止 植株损伤和失水。将5株植株清洗去根，随机选取15个单茎，将其分解为稻穗、倒数第1、2、3、 4、5节间（穗下第一节间为倒1节间，依此类推），分别测量各部分长度(L:单位:cm)及鲜重 (W:单位:g)，根据公式M=L X W X 0.001 X g计算倒数第3、4、5节间（水稻莖杆易折断的三个节 间）的弯曲力矩(M，单位:N · cm)。样本平均结果示于表3。
[0020]由表3可知，新品系15-89弯曲力矩在参试的20个品种(系）中排倒数第2位，属于抗 倒株型。
[0021]表3参加品比试验的20个品种(系）弯曲力矩及其构成因子
6)、节间抗折力测定 将上一步分解下来且完成长度和鲜重测定的倒数第3、4、5节间，置于YYD-1型抗倒伏测 定仪下调整好支撑点间距（1:，单位cm)，通过仪器手柄向下施加压力，待茎杆折断时，读出 各个节间的抗折力(仪器自动记录折断瞬间的压力，Fi :单位:N)。根据公式Fu=Fi X 1计算单 位长度节间抗折力(Fu:单位:N)，结果如表4所示。
[0022]由表4可知，新品系15-89倒3、4、5单位长度节间抗折力分别为63.2、98.7、117.3 N，平均为93.1 N，列于20个参试品种(系）的第二位，抗倒性较强。
[0023]表4参加品比试验的20个品种(系)单位长度节间抗折力
7)、倒伏指数计算 各品系根据公式LI=M+(FiX 1)X100计算倒伏指数结果示于表5。由表可知，新品系 15-89三个基部节间倒伏数值分别为13.8、12.6和11.9 N，平均为12.8N，三个节间均处于高 抗范围（LIS20)，与田间单株及单茎抗折力(居第2位，见表1)结果一致，进一步说明新品系 15-89抗倒伏能力较强。
[0024]表5参加品比试验的20个品种(系)各基部节间倒伏指数
8 )、品系综合评价 结合当前水稻育种背景，众多生物性状中，抗病性(尤其是穗颈瘟）、抗倒性、产量和米 质四大性状是最主要的评价指标，参加品比试验的20个品种(系)综合性状结果示于表6。
[0025]由表可知，决选出的15-89穗颈瘟综合抗性指数排名第1，抗倒性排名第2(倒伏指 数低），产量排名第3，米质排名第1 (主要是垩白米率），根据公式RP=NB X 0.3+LI X 0.3+GY X 0.2+GQ X 0.2计算位次加权积分=2 X 6?. >2 X 6?. >3 X 6?.之+1 X 6?.左1.9，排名第1 (积分越低 排名越_)。
[0026] 表6参加品比试验的20个品种(系)综合形状及位次
【主权项】
1. 一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，通过已有亲本杂交配组，获得Fi杂交 种，经田间选择和多代纯化，获得稳定品系，再经品比试验决选出优良品系，其特征包括如 下步骤： 1)参加品比试验品系的选择 2 )参加试验的新品系单株移栽 3) 根据灌浆期有效穗数进行样本标记 4) 田间茎杆抗折力测定 5) 弯曲力矩测定 6) 节间抗折力测定 7) 倒伏指数计算 8) 综合性状加权评价。2. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤1)参加品比试验品系的选择是指在稳定高世代鉴定圃选择株高在100 cm左右具 有丰产性状的新品系，收种0.2 kg，进入室内米质鉴定，决选垩白粒率<30%、透明度好的新 品系，参加步骤2)。3. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤2)对决选的新品系单株移栽，每小区13.3 m2,8行区，每行50株;肥料运筹:全生育 期折合亩施纯N 18 kg、P2〇58 kg、K20 8 kg，N肥前后期比例为6:4;水浆管理:薄水移栽，深 水活棵，浅水分蘖，等穗苗时控水搁田，后期干干湿湿，记录各个品系的生育进程，准确记录 始穗、齐穗期。4. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤3)是指各品系在齐穗后28天除保护行外连续圈定50株进行有效穗调查，计算该品 系的单株平均有效穗数，根据普查单株平均有效穗数选取其中代表性植株5株进行挂牌标 记。5. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤4)田间茎杆抗折力测定指各品系对已完成穗数普查的植株，除挂牌标记的5株外， 余下部分随机选取30株用手持YYD-B型茎杆强度测定仪测定水稻单株茎杆田间抗折力。6. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤5)弯曲力矩测定指各品系田间抗折力测定结束之后，带土挖取步骤3中挂牌标记 的5株水稻，随机选取其中15个单茎，测弯曲力矩。7. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤6)节间抗折力测定是将步骤5中分解下来且完成长度及鲜重测定的倒数第3、4、5 节间，分别置于YYD-1型抗倒伏测定仪下，根据节间长短调整支撑点间距，通过仪器手柄向 节间中点施加压力，待茎杆折断时，读出各个节间的抗折力，测出单位长度节间抗折力。8. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤7)各品系根据上述测定数据计算倒数第3、4、5节间的倒伏指数，选择倒伏指数低 于20的尚抗品系。9. 根据权利要求1所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，其特征在于所 述的步骤8)综合性状加权评价是指抗病性、抗倒性、产量和米质四大性状，品比试验中决选 的新品系抗病性:穗颈瘟接种鉴定综合抗性指数在5.0以下、抗倒性:倒伏指数值低于20、产 量:与对照相当或增产、米质:垩白粒率<30%，国优三级以上，用"位次加权积分"法优选排 名靠前品系。10.根据权利要求9所述的一种基于倒伏指数辅助筛选的水稻育种方法，期特征在于所 述的"位次加权积分"法为：RP=NB X 0 · 3+LI X 0 · 3+GY X 0 · 2+GQ X 0 · 2 RP:位次加权积分 NB:穗颈瘟综合抗性指数位次 LI:倒伏指数位次 GY:产量位次 GQ:米质位次。
【文档编号】G01N3/20GK106034775SQ201610400743
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】陈卫军, 赖上坤, 陈春, 王磊
【申请人】江苏省农业科学院宿迁农科所