一种测量种子表型的方法及应用

1.本发明涉及种子测定技术领域，尤其涉及一种测量种子表型的方法及应用。


背景技术：

2.种子在改善小麦品质和实现作物高产中发挥重要作用。籽粒的结构复杂独特，且籽粒的结构在植物生长发育过程中起着不同的作用，籽粒长度、宽度、面积等许多数量性状是影响粒重的重要表型形状，也是影响籽粒品质和植株生长势等性状的重要因素。精细剖分籽粒的表型性状，对进一步改良粒重以及改善作物品质等方面存在重要价值。但是，由于鉴定这些表型性状费时、费工和准确性差，所以关于小麦种子的相关精细表型性状研究较少。
3.腹沟的存在与否及形状在小麦加工、制粉等方面影响重大。小麦腹沟宽度、深度是决定麦粒的形状和表面形状的重要性状，同时发现小麦腹沟深浅对皮层的厚度以及出粉率密切相关。普通小麦皮层占籽粒质量的9％～13％，小麦腹沟部分的皮层占籽粒总表面积的15％～25％，因此腹沟深浅和形状与皮层所占百分率有关；此外，小麦的腹沟深浅对出粉率影响明显，腹沟越深，皮层比例越大，导致出粉率低；腹沟两侧部分称为颊，两颊对称或不对称，有的可能互相挨近，掩盖其深度。
4.到目前为止，在小麦等主要作物中对籽粒精细结构的观察技术等方面还不够成熟，特别是还没有一种可以精确测量小麦腹沟表型的技术，影响了种质资源表型精准鉴定。


技术实现要素：

5.本发明提供一种测量种子表型的方法及应用，用以解决现有技术中不能对种子腹沟表型进行精确测定的缺陷，实现对种子腹沟表型的准确测定。
6.本发明提供一种测量种子表型的方法，利用以下任一种或几种测量指标测量种子表型：
7.(1)种子两颊最低点到胚乳腔的长度；
8.(2)种子两颊最低点到珠心突起细胞的长度；
9.(3)种子两颊最低点到两颊凹点处的长度；
10.(4)两颊凹点处到胚乳腔的长度；
11.(5)种子切面总厚度；
12.(6)种子胚乳腔的宽度；
13.(7)种子切面总宽度。
14.本发明中，当籽粒两颊不对称时，两颊最低点是指与种子背面垂直距离较近的种子腹面两颊凸点。当籽粒两颊对称时，籽粒横切面的腹面两颊相同，因此种子的两颊最低点也相同。在种子横切面中，以种子两颊切面最低点为基线进行腹沟深度测量。
15.两颊凹点处是指：种子两颊合在一起时的颊面合点中最远离背面的点。
16.在一些实施例中，所述切面指的是种子的横切面。
17.优选利用两颊凹点处到胚乳腔的长度、种子切面总厚度、种子胚乳腔的宽度、种子切面总宽度测量指标测量种子表型。
18.根据本发明所述测量种子表型的方法，利用(1)～(5)中的一种或几种测量指标对种子腹沟的深浅进行测量；
19.和/或，利用测量指标(6)～(7)对腹沟的宽度进行测量。
20.在一些实施例中，利用以下测量指标对种子腹沟宽度、深度进行测量，测量指标为如下任一种或几种：
21.(1)腹沟深浅(两颊的最低点到胚乳腔的位置占总切面厚度的相对比例)；
22.(2)腹沟深浅(两颊的最低点到珠心突起细胞的位置占总切面厚度的相对比例)；
23.(3)腹沟深浅(两颊的最低点到两颊凹点处的位置占总切面厚度的相对比例)；
24.(4)腹沟深浅(两颊凹点处到胚乳腔所占切面总厚度的相对比例)；
25.(5)腹沟宽度(胚乳腔最宽位置占切面总宽度的相对比例)。
26.在一些实施例中，采用可视化的表型测量仪和快速徒手切片的方法对种子表型进行分析。本发明提供了两种能深层测量小麦腹沟精准表型的方法。
27.优选利用本发明的两颊凹点处到胚乳腔所占切面总厚度的相对比例、胚乳腔最宽位置占切面总宽度的相对比例指标对种子表型进行分析，在利用以上指标时，利用可视化的表型测量仪或快速徒手切片的方法分析种子都能得到相同的结果。
28.根据本发明提供的测量种子表型的方法，借助x-ct测定种子表型。目前已有的各种结构组织的切片方法优缺点层次不齐，如冰冻切片、石蜡切片、碳蜡切片、超薄切片、塑料切片等几种常用的实验方法都可以对种子进行处理，利用切片机将动、植物组织切成薄片，加以染色，以便在显微镜下进行观察，但是这些方法都需要对材料进行破坏，必然对材料的内部空间有所影响。而且这几种方法耗费耗时、甚至不利于图像和数据的流程化分析，本发明借助x-ct提供了能精准代表小麦种子深层表型的测量部位和测定结果准确的测量方法。
29.在一些实施例中，借助x-ct测定表型的具体方法为：使用微型x-ct断层扫描系统phenohrct对小麦种子腹沟进行观察。用塑料管和橡皮泥制作固定台(图1)，将筛选的极端材料竖直立在固定台上，打开配套软件volex使用低画质、高能量对种子腹沟进行拍照，然后构建3d模型无损测定(图3)。
30.根据本发明提供的测量种子表型的方法，用微型x-ct断层扫描系统获取种子(优选为小麦种子)横切面图片，从所述横切面图片上获取所述测量指标。本发明为种子表型分析提供了简便方法并成功应用于小麦种子性状的测定。
31.根据本发明提供的测量种子表型的方法，包括在切面图片上设置比例尺和单位，借助比例尺和单位完成对指标的测量。
32.根据本发明提供的测量种子表型的方法，利用快速徒手切片方法获得所述测量指标。
33.使用徒手切片方法对小麦种子腹沟进行观察(图2),同时用徕卡体式荧光显微镜进行拍照。使图像编码功能确保轻松便捷地保持图像设置与参数一致，实现快速便捷的高质量观察与图像采集。
34.根据本发明提供的测量种子表型的方法，所述种子为有腹沟性状的种子。
35.在一些实施例中，所述种子为麦类作物的种子。
36.根据本发明提供的测量种子表型的方法，所述种子为小麦、大麦、燕麦或黑麦种子。
37.在本发明中，所述种子可以为突变体、栽培品种或rils群体小麦种子。以上几种小麦种子腹沟表型差异大，经试验本发明的方法可以适用于以上小麦种子腹沟表型的测定，说明本发明的方法可以适用于任一种小麦种子的腹沟表型测定。
38.上述测量种子表型的方法在提升植物品质、植物育种中的应用。利用本发明的方法可以选育腹沟较浅或无腹沟的植物。
39.以上所述植物可为单子叶植物。所述单子叶植物可为禾本目植物。所述禾本目植物可为禾本科植物。所述禾本科植物可为小麦属植物。所述小麦属植物具体可为小麦，例如小麦栽培品种中育12号。
40.上述测量小麦种子表型的方法在制定测量小麦表型标准中的应用，可应用在测量小麦种子腹沟宽度、深度中。
41.上述测量种子表型的方法在分析腹沟性状中的应用。
42.上述测量种子表型的方法在选育腹沟性状更优的植物中的应用。在不同的植物或者应用目的中，可能会选育不同的腹沟性状。若所述植物为小麦，则选育腹沟较浅或无腹沟的小麦。
43.上述测量种子表型的方法在筛选腹沟性状更优的植物中的应用。在不同的植物或者应用目的中，可能会筛选不同的腹沟性状。若所述植物为小麦，则筛选腹沟较浅或无腹沟的小麦。
44.上述测量小麦种子表型的方法，可应用在对种子腹沟表型测量。
45.本发明的有益效果：
46.(1)通过本发明所述测量指标的选定，本发明提供了能深层测量小麦腹沟精准表型的方法及其应用。发明人从普通小麦突变体、栽培品种、rils群体中进行分析，并通过ct技术和徒手切片的方法对小麦腹沟进行深层测量，本发明首次证明，利用本发明的相关测量指标，利用ct技术和快速的徒手切片方法测量种子表型的结果差异不大，本发明可以精准测量小麦表型。
47.(2)本发明的测量种子表型的方法应用范围广，既可以分析小麦腹沟性状，又可以应用在选育腹沟性状更优的植物、筛选腹沟性状更优的植物中。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1.为本发明实施例1中的x-ct断层扫描仪；
50.图2中a为本发明实施例2中的快速徒手切片图，b为本发明实施例2中切片完成后的样本图；
51.图3为本发明实施例1中的x-ct扫描图，bar＝1cm；
52.图4为本发明实施例2中的徕卡体式荧光显微镜测量图，bar＝1cm；
53.图5为本发明实施例1与实施例2的小麦种子腹沟深度测量部位图，徒手切片图(a)，ct扫描图(b)；
54.(1)代表种子两颊最低点到胚乳腔的长度；(2)代表两颊最低点到珠心突起的长度；(3)代表两颊最低点到两颊凹点处的长度；(4)代表两颊凹点处到胚乳腔的长度；(5)代表种子切面总厚度；(6)代表种子胚乳腔的宽度。(7)代表种子切面总宽度；
55.图6为本发明实施例1与实施例2的小麦种子腹沟宽度测量部位图；徒手切片图(a)，ct扫描图(b)；
56.图7为本发明实施例1与实施例2两种测量方法的测量结果差异比较图；
57.相对长度1：种子两颊最低点到胚乳腔占籽粒厚度(即种子切面总厚度)的相对比例；
58.相对长度2：种子两颊最低点到珠心突起占籽粒厚度(即种子切面总厚度)的相对比例；
59.相对长度3：种子两颊最低点到两颊凹点处占籽粒厚度(即种子切面总厚度)相对比例；
60.相对长度4：两颊凹点处到胚乳腔所占籽粒厚度(即种子切面总厚度)的相对比例；
61.相对宽度：胚乳腔宽度占籽粒宽度(即种子切面总宽度)的相对比例。
具体实施方式
62.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
63.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为发明人课题组材料。以下实施例中的试验，均设置10次重复实验，结果取平均值。
64.小麦突变体材料ak58；
65.小麦栽培品种中育12号、豫教5号；
66.小麦rils群体；
67.其中突变体材料共13份、栽培材料2份以及rils群体材料共6份。
68.实施例1、微型x-ct断层扫描系统phenohrct对小麦种子腹沟进行观察
69.用微型x-ct断层扫描系统phenohrct获取小麦种子切面图片(图3、图5)，将获得的切面图片结合photoshop和computer aided design(cad)软件进行精确腹沟长宽的测量。photoshop：主要用于将切面图片校正后方便后期精准的数据测量。cad：将切面图通过设置比例尺和单位等相应参数，输入命令等即可完成对切片腹沟深度和宽度的测量(图5、图6)。
70.测定结果如下表所示：
[0071][0072][0073]
实施例2、徒手切片对小麦种子腹沟进行观察
[0074]
一、材料切割
[0075]
将筛选出来的极端材料用美工刀和刀片进行切割，切割位点从整个小麦籽粒的剖面最高点进行切割(尽量保证切面的平整和完整性)；其次将籽粒的另一面也进行切割(目
的是方便后期的图片拍照)；最后将切割下来的种子粘贴在一张黑色卡纸或者黑色墙纸上，注意：每次拍照的一面保证完全一致。
[0076]
二、徕卡体式荧光显微镜观察
[0077]
将准备好的小麦种子在莱卡体式荧光显微镜下进行拍照(需要将种子转正)、测量：(腹沟深度分为五个部位和宽度部位进行测量)流程化作业(图4、图7)。
[0078]
上述实验进行10次重复试验，每次重复试验中每个材料检测10颗种子。
[0079]
测定结果如下表所示：
[0080][0081]
用上述两种表型测量方法测量相对长度4和相对宽度无差异，而测量相对长度1、相对长度2、相对长度3均存在显著差异。
[0082]
综上所述，利用本发明的方法ct和徒手切片两种方法对种子腹沟宽度和相对长度4进行测量的测量结果差异不大。
[0083]
本发明首次公开了小麦种子深层测量的两种方法。本发明的发明人从小麦突变体、栽培品种、rils群体中选取种子测量其种子腹沟深度和宽度，并通过ct和徒手切片两种
方法进行验证。结果说明，当选择两颊凹点处到胚乳腔所占籽粒厚度的相对比例、胚乳腔最宽位置占切面总宽度的相对比例作为测定指标时，ct和徒手切片方法测量出的小麦腹沟深度和宽度数据一致，本发明的测量部位和测量方法能够用于精准测量小麦深层表型。
[0084]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。