一种水稻增产方法

本发明属于生物农业，特别是一种通过提高水稻气孔开放效率调控水稻增产的方法。

背景技术：

1、随着世界人口的不断增加，加之可用耕地不断减少以及频繁灾害气候的不断发生等对粮食安全造成极大的威胁，利用有限的耕地进一步提高粮食生产力是解决这一问题的重要途径。水稻是重要的粮食作物之一，为世界一半以上的人口提供能量和营养。进一步改善光合作用被看作是提高包括水稻在内的作物产量潜力的最佳途径。

2、气孔是植物叶片表皮一对特化的表皮细胞即保卫细胞围成的微孔，是植物进行水分蒸腾和获取光合co2底物的主要门户。气孔保卫细胞内的有机或无机离子包括k+,苹果酸，糖类等的浓度高低通常可动态改变保卫细胞的运动进而控制气孔开度大小。目前的研究通常聚焦于植物干旱胁迫响应以减少水分散失而导致的气孔关闭，以及在遭受生物胁迫如病原菌等通过气孔入侵植物时而引发的气孔免疫，即此时大量钙离子进入气孔周围的保卫细胞中触发气孔关闭(berridge,m.,lipp,p.&bootman,m.the versatilityanduniversalityofcalciumsignalling.natrevmolcell,biol.2000,1,11–21)，这些机制对于易于遭受干旱或生物胁迫的作物而言是必须的，目前相关深入的机制研究主要集中于模式植物拟南芥中。

3、在干旱胁迫下，水稻atp结合盒亚家族g蛋白rcn1/osabcg5参与保卫细胞中aba的积累，是气孔关闭不可或缺的成分。对于水稻这样水分条件十分优越的作物，因应干旱胁迫而关闭气孔的需求相对并不紧迫，如能促进气孔的高效开放状态，则能拉动根系对土壤养分的吸收和向上传输，提高养分的利用效率，并同时与气孔导致的高光合co2同化形成c、n、k的高效协同，进一步提升作物产量。先前的研究表明，气孔开放效率与保卫细胞气孔开放型钾离子通道的活性密切相关，过表达气孔开放型钾离子吸收通道osk2-1可提高水稻光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及氮素利用效率等(中国专利zl201810959909.8)。水稻正常生理状态下，其质外体k+浓度一般低于10mm，其保卫细胞周围低浓度的k+环境抑制了水稻气孔的开放，进而制约了水稻产量的提高，可见，气孔的开放效率与保卫细胞气孔开放型钾离子吸收通道的活性密切相关。此外，生产上添加钾肥可增施钾肥改善作物的钾素营养可有效提升作物的产量并增强其对不利生长条件如干旱、盐害、病虫害、倒伏等的耐受能力，但该途径需要补充大量的钾肥，这与现存钾肥资源短缺的现象存在矛盾。

4、目前在农业生产中，ca+一般应用在盐碱或酸性条件下，通过在土壤里施用石灰cao中和ph降低酸毒害或降低盐碱胁迫等对植物生产的抑制。而ca+促进水稻叶片气孔开放、提高光合作用的应用尚未见报道。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明目的在于提供一种促进水稻增产的便捷的田间操作技术，该技术从水稻保卫细胞钾离子吸收通道的调控机制中找到利于其吸钾活性的方式(高钙)，促进其在较低的生理k+浓度下水稻叶片气孔的高效开放，进而促进水稻的光合作用，即通过直接在叶面喷施cacl2可在田间达到增产15％的效果。

2、具体而言，上述发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种水稻增产方法，其具体步骤为：自水稻孕穗期(生长时期)，每隔6天向水稻叶片喷施钙离子溶液，共喷施6次；以调控水稻气孔开度，促进水稻叶片气孔的高效开放，增强光合效率进而提高水稻产量及稻米支链淀粉含量。

4、进一步而言，上述钙离子溶液中钙离子浓度为20mm。

5、进一步而言，上述该离子溶液优选氯化钙溶液，喷施量为4毫升/株水稻。

6、首先，本申请的一个实施例中，通过刮制水稻叶片下表皮，中性红验证表皮保卫细胞活性，并将活性表皮浸没于如下溶液中：5mmk++0.05mmca2+,5mmk++5mm ca2+，光照半小时后，光学显微镜检测其气孔开度大小，结果表明，在野生型水稻日本晴中，与低钙5mmk++0.05mmca2+条件相比，水稻的气孔开度在高钙5mmk++5mmca2+的条件下得到了极显著的促进，气孔开度平均增幅为10％；先前的研究表明，osk2-1(属于水稻的基本通道)与水稻气孔开放密切相关，申请人进一步创制osk2-1基因缺失的突变体osk2-1，结果表明，在高钙条件下，osk2-1突变体水稻的气孔开度丧失了受高钙促进的效应，表现出在低钙和高钙下气孔开度无显著差异。

7、第二，本申请一个实施例通过电生理技术的研究表明，osk2-1的吸钾功能受到胞外高钙的显著促进，而这一促进现象与osk2-1的一个特异性位点第96位氨基酸d密切相关，与拟南芥,玉米，普通，甜瓜及抗旱植物沙冬青的同源通道相比，这一snp位点是水稻osk2-1特有的，若将此位点d突变成与其他物种同源通道相应位点的n，则水稻osk2-1的吸钾活性受高钙促进的效应消失。

8、第三，本申请一个实施例证明osk2-1吸钾活性受高钙促进的效应是由细胞外钙引起的，这一步是通过如下方法实现的：在k+浓度恒定的条件下通过双电极电压钳技术，将表达osk2-1的蛙卵依次灌流1.8mmca2+-10mmca2+-1.8mmca2+溶液，记录电流15分钟，用注射水的蛙卵作为对照。通过改变细胞外钙浓度，结果表明细胞外钙增加时，osk2-1的吸钾能力增加，osk2-1吸钾活性的钙促进效应是由细胞外钙引起的。而将osk2-1中的d96变成n后即osk2-1d96n,其吸钾的钙促进现象消失，水稻osk2-1第96为d的存在与钙促进现象密切相关。水稻气孔开度受高钙促进的现象与osk2-1的吸钾现活性受高钙促进的象密切关联，其第96位氨基酸d是其受钙促进的关键位点。

9、进一步的电生理研究发现水稻气孔保卫细胞有两个钾离子钾通道osk2-1及osk2-3,其中osk2-3本身不具有钾吸收功能，因而不存在其吸钾活性受钙调控的现象，而osk2-1具有吸钾活性且其吸钾活性受外界高钙的强烈促进，细胞内钙的升高不能促进其吸钾活性，而这一促进现象与osk2-1蛋白的d96位氨基酸位点密切相关，将这一d96位点突变成其他的其吸钾活性不受ca促进的通道相对应的氨基酸n后，这一促进现象消失；反之，将不具备钙促进机制的两个(玉米及拟南芥)气孔钾吸收型通道相应的位点的n改成水稻的d，结果发现它们均拥有了钙促进现象，说明d96位氨基酸的特殊变异导致osk2-1具有了一个特殊的钙促进的调控机制，且这一促进机制是水稻特有的。

10、因此，基于对水稻叶片表皮的气孔保卫细胞钾离子吸收通道的钾吸收活性受外界高钙强烈促进这一调控机制，本申请首次通过在水稻孕穗期(生长时期)，向水稻叶片喷施钙离子溶液，以调控水稻气孔开度，促进水稻叶片气孔的高效开放，增强光合效率进而提高水稻生产潜力及产量，以及提高稻米直链淀粉含量，提高稻米品质。

技术特征：

1.一种水稻增产方法，其特征在于，具体步骤如下：自水稻孕穗期，每隔6天向水稻叶片喷施钙离子溶液，共喷施6次，以提高水稻产量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙离子溶液中钙离子浓度为20 mm，喷施量为4毫升/株水稻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙离子溶液为氯化钙溶液。

技术总结
本申请提供一种水稻增产方法，自水稻孕穗期，每隔6天向水稻叶片喷施钙离子溶液，共喷施6次，以提高水稻产量；本申请从水稻保卫细胞钾离子吸收通道的调控机制中找到利于其吸钾活性的方式（高钙环境），促进其在较低的生理K<supgt;+</supgt;浓度下水稻叶片气孔的高效开放，进而促进水稻的光合作用，增强光合效率进而提高水稻生产潜力及产量，以及提高稻米支链淀粉含量，提高稻米品质，该方法简便易操作，易于田间推广应用。

技术研发人员：杨顺瑛,苏彦华,黄亚楠
受保护的技术使用者：中国科学院南京土壤研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13