一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂及其配制方法和应用

摘要

本发明提供了一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂及其配制方法。该促进剂含有柠檬酸、乙醇和植物生长调节物质茉莉酸甲酯，配制成溶液后这3种物质具有互补作用，于抽穗期喷施，可有效促进水稻光温敏核不育系在高温胁迫下的开颖，提高光温敏核不育系与恢复系杂交后的结实率和种子产量。

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂及其配制方法和应用。

背景技术

两系杂交水稻育种理论和技术的建立，是我国水稻杂交育种的一个重大创新(卢兴桂等，2001；袁隆平，2002)。目前，两系杂交水稻在我国的年种植面积已超过500万公顷，为我国水稻生产和保障粮食安全发挥了重要作用(舒志芬等，2016)。两系杂交水稻育种的核心内容是利用水稻光温敏核不育系。在特定的光温条件下，水稻光温敏核不育系可实现核雄性不育与可育的转换。因此，它既可以作为不育系、又可以作为保持系，实现一系两用。在两系杂交水稻制种时，主要是利用水稻光温敏核雄性不育特性，与恢复系杂交产生F1种子(卢兴桂等，2001；袁隆平，2002)。我国稻作科技工作者对水稻光温敏核不育系的遗传与生理、光温的响应特点与育性转换的临界温度和日长、制种技术与栽培管理等进行了广泛的研究，在诸方面均取得了长足的进展(斯华敏等，2011；雷东阳等，2013；李培德等,2014；邱振国等，2015；李超等；2016；李刚等，2016；舒志芬等，2016)。但有关水稻光温敏核不育系高温危害机理与调控技术，缺乏研究。

对于核雄性可育的普通水稻，开颖即为开花。在正常情况下，水稻开花包括颖壳张开(主要是外颖张开)、花丝伸长、花药开裂、花粉散落在柱头上、花粉萌发和花粉管向子房的伸长等过程。开颖(外颖张开)是以后各过程得以进行的前提(王忠，2014)。对于水稻光温敏核不育系，当环境温度>23～24℃且最高气温<35℃、日长>13～14小时，其花粉没有育性，开花时花丝不伸长，花药不开裂，其开花受精过程主要包括外颖张开和柱头外露，当遇到恢复系等雄性可育花粉时，完成受精过程(王忠，2014)。王忠等和顾蕴洁等(1987，1988，1991，1992，1993，1994)曾对水稻开颖机理及其影响因子作了系统的研究，明确了水稻开颖主要是桨片吸收膨大所致；将临近开颖的稻穗放置于5～100％的CO₂气体中1～5分钟，或将稻穗浸泡于pH>2溶液中0.5分钟，或浸泡于pH<7的酸性溶液中1～2分钟，或浸泡于40～43℃的温水中0.5～1分种，均可促进水稻开颖。最近，闫志强等(2016)观察到在水稻抽穗时喷施0.4～4moL/L[相当于8.97～89.7％(w/v)]的茉莉酸甲酯，可以使水稻花时提前，进而可以通过喷施茉莉酸甲酯调节籼、粳稻的花时。但以上研究均未涉及到水稻光温敏核不育系的开颖，也未涉及到这些方法是否可以减轻高温危害；王忠等和顾颖洁等提出的促进水稻开颖方法难以在大面积水稻生产上应用。

水稻开颖(开花)期是植株对温度等环境因子响应最为敏感的时期，此时遇到低温或高温，会严重影响开花受精，降低结实率和产量。随着温室效应增加，水稻发生高温胁迫伤害的频率愈来愈高。在高温下，水稻光温敏核不育系不能正常开颖，这是光温敏核不育系与恢复系杂交制种的一个主要障碍，使得结实率和种子产量严重下降。但目前还没有一个能有效促进水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂及其配制方法和应用，可有效促进光温敏核不育系在高温胁迫下的开颖、提高与恢复系杂交后的结实率和种子产量。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂，由柠檬酸、乙醇、茉莉酸甲酯和水组成，柠檬酸的浓度为0.1～0.2g/L，乙醇的浓度为0.2～0.3％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.001～0.002％(v/v)，其余为水。

优选地，柠檬酸的浓度为0.15g/L,乙醇的浓度为0.25％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.0015％(v/v)，其余为水。

为达到上述目的，本发明还采用了下列技术方案：一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂的制备方法，将柠檬酸、乙醇、茉莉酸甲酯和水配制成溶液，柠檬酸的浓度为0.1～0.2g/L，乙醇的浓度为0.2～0.3％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.001～0.002％(v/v)，其余为水。

作为优选，所述柠檬酸的浓度为0.15g/L,乙醇的浓度为0.25％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.0015％(v/v)，其余为水。

为达到上述目的，本发明还采用了下列技术方案：一种水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂的应用，包括以下步骤：

(1)配制水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂溶液，其中柠檬酸的浓度为0.1～0.2g/L，乙醇的浓度为0.2～0.3％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.001～0.002％(v/v)，其余为水；

(2)当开始抽穗至抽穗后5天在10:00～14:00时段内遇到平均温度≥35℃的高温，按每公顷每次喷施该促进剂溶液300L，在高温发生当天的08:00～09:00时或13:00～14:00时对冠层进行喷施；如在开始抽穗至抽穗后5天多次出现在10:00～14:00时段内平均温度≥35℃的高温日，则在第2个高温日的08:00～09:00或13:00～14:00，重复喷施该促进剂溶液1次。

作为优选，所述柠檬酸的浓度为0.15g/L,乙醇的浓度为0.25％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.0015％(v/v)，其余为水。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：按上述方法配制的水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂，可以促进水稻颖内器官呼吸，提高颖内CO₂浓度，增强桨片细胞中淀粉酶活性和维管束细胞活性，促使桨片细胞中淀粉水解和桨片外溶质进入桨片细胞，促进桨片细胞吸收膨大，进而促进开颖、提高授粉后的结实率和产量。即使在正常温度条件下，喷施该开颖促进剂也有较好的提高结实率和种子产量的效果，而且用量和成本小。按照目前的零售价格，喷施水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂，1公顷水稻光温敏核不育系每次仅花费人民币160.34元，其中柠檬酸0.74元，乙醇16.50元，茉莉酸甲酯143.10元，成本较低。

具体实施方式

(一)材料准备

1、柠檬酸(Citric acid)，分子式：C₆H₈O₇·H₂O，分子量，210.14，等级：化学纯，每瓶500g。按每公顷用量30～60g，或每667m²用量2～4g计算总用量。

2、乙醇(ethanol)，化学式：C₂H₅OH，分子量，46.07，等级：分析纯，无水乙醇，每瓶500mL。按每公顷用量600～900mL，或每667m²用量40～60mL计算总用量。

3、茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate),分子式：C₁₃H₂₀O₃，分子量，224.30，纯度：95％，每瓶5mL。按每公顷用量3.0～6.0mL，或每667m²用量0.2～0.4mL计算总用量。

柠檬酸和乙醇在一般化学试剂商店均有出售，茉莉酸甲酯由上海伊卡生物技术有限公司、南京美博生物科技有限公司、北京华威锐科化工有限公司、山东西亚化学工业有限公司等销售。

4、农用喷雾器等准备。

(二)水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂溶液配制

1、低浓度 柠檬酸的浓度为0.1g/L，乙醇的浓度为0.2％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.001％(v/v)。

(1)按照水稻光温敏核不育系喷施面积称取柠檬酸，量取乙醇和茉莉酸甲酯。如水稻光温敏核不育系种植面积为6670m²(10亩)，则称取柠檬酸20g；用量筒量取乙醇400mL、量取茉莉酸甲酯2.0mL。

(2)在199.6L水中，加入20g柠檬酸、400mL乙醇、2.0mL茉莉酸甲酯,使溶液总体积约为200L并搅匀。

2、中浓度 柠檬酸的浓度为0.15g/L，乙醇的浓度为0.25％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.0015％(v/v)。

(1)按照水稻光温敏核不育系喷施面积称取柠檬酸，量取乙醇和茉莉酸甲酯。如水稻光温敏核不育系种植面积为6670m²(10亩)，则称取柠檬酸30g；用量筒量取乙醇500mL、量取茉莉酸甲酯3.0mL。

(2)在199.5L水中，加入30g柠檬酸、500mL乙醇、3.0mL茉莉酸甲酯,使溶液总体积约为200L并搅匀。

3、高浓度 柠檬酸的浓度为0.2g/L，乙醇的浓度为0.3％(v/v)，茉莉酸甲酯的浓度为0.002％(v/v)。

(1)按照水稻光温敏核不育系喷施面积称取柠檬酸，量取乙醇和茉莉酸甲酯。如水稻光温敏核不育系种植面积为6670m²(10亩)，则称取柠檬酸40g；用量筒量取乙醇600mL、量取茉莉酸甲酯4.0mL。

(2)在199.4L水中，加入40g柠檬酸、600mL乙醇、4.0mL茉莉酸甲酯,使溶液总体积约为200L并搅匀。

(三)喷施

当开始抽穗至抽穗后5天在10:00～14:00时段内遇到平均温度≥35℃的高温，按每公顷、每次喷施水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂溶液300L，如水稻光温敏核不育系种植面积为6670m²(10亩)，则每次喷施水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂溶液200L，在高温发生当天的08:00～09:00时或13:00～14:00时对冠层进行喷施；如在开始抽穗至抽穗后5天多次出现在10:00～14:00时段内平均温度≥35℃的高温日，则在第2个高温日的08:00～09:00或13:00～14:00时，重复喷施该促进剂溶液1次。在喷施时，喷雾头在植株顶部上面10～15cm,喷雾头朝下喷施。

(四)效果

2015年，水稻光温敏核不育系培矮64S和深08S分别种植于大田和盆钵(盆钵内装土18kg)。对于种植于大田的材料，于开始抽穗(10％的稻穗开始伸出剑叶叶鞘)至开始抽穗后4天(90％的稻穗伸出剑叶叶鞘)分别进行1天和连续4天的高温处理。高温处理方法为，将田间的稻株套上6个塑料薄膜框，每个塑料薄膜框的长、宽、高分别为5m、4m和2.5m，框架由钢管制成，框的四周和上方包有塑料薄膜，框架内四周装有小电风扇以调节温度，高温处理的实际记录温度为：08:00-10:00，31.6～33.5℃；10:00-14:00，35.7～38.1℃；14:00-16:00，33.5～34.9℃。以田间不套塑料薄膜框的稻株为对照，实际记录的温度为：08:00-10:00，27.8～29.4℃；10:00-14:00，31.2～33.5℃；14:00-16:00，29.4～31.6℃。

种植于盆钵的两个水稻光温敏核不育系，于开始抽穗(10％的稻穗开始伸出剑叶叶鞘)至开始抽穗后4天(90％的稻穗伸出剑叶叶鞘)分别进行1天和连续4天的高温处理。高温处理方法为，将盆钵移入6个人工气侯室，各人工气侯室大小为，长、宽、高分别为8m、4m和2.8m，人工气候室CO₂浓度为360μmol>-1，相对湿度70％，光强为800～1000μmol>-2s^-1；高温处理的温度为：08:00-10:00，33℃；10:00-14:00，37℃；14:00-16:00，33℃。正常(对照)温度为：08:00-10:00，29℃；10:00-14:00，32℃；14:00-16:00，30℃。人工气侯室温度、光照、湿度和CO₂浓度等自动控制。

对进行1天高温处理的水稻光温敏核不育系，在高温发生当天的08:00～09:00，每平方米喷施水稻光温敏核不育系在高温胁迫下开颖的促进剂溶液(简称开颖促进剂)30mL(相当于每公顷300L)，或每盆喷施开颖促进剂4.8mL(相当于每公顷300L)，以不喷开颖促进剂、仅喷清水为对照。

对于进行连续4天高温处理的水稻光温敏核不育系，分别在高温发生的当天和第二个高温日的08:00～09:00喷施开颖促进剂，每次每平方米喷施30mL或每盆喷施开颖促进剂4.8mL，以不喷开颖促进剂、仅喷清水为对照。大田试验各处理的面积为3m²，重复3次，盆钵试验各处理重复10盆。

以上各处理的两个光温敏核不育系材料，在抽穗开花期均用花粉发育正常的水稻恢复系9311授粉。

水稻光温敏核不育系培矮64S、深08S和恢复系9311分别购自湖南杂交水稻研究中心、清华深圳龙岗研究所和江苏省里下河地区农科所。除喷施的物质不同外，其余栽培措施相同。结果表明，无论是大田试验还是盆钵试验，在正常温度条件下，与喷清水的对照相比，喷施低、中、高浓度的开颖促进剂，两个光温敏核不育系材料的开颖率提高了1.3～4.3个百分点，结实率提高了1.2～3.7个百分点，产量提高了3.7～7.3％(附表1和附表2)；开颖促进剂的3种浓度处理与喷清水的对照差异显著，但在开颖促进剂的3种浓度间差异不显著(附表1和附表2)。在高温条件下，与喷清水的对照相比，喷施低、中、高浓度的开颖促进剂，两个光温敏核不育系材料的开颖率提高了4.9～16.4个百分点，结实率提高了5.1～13.4个百分点，产量提高了7.1～55.6％；开颖促进剂的3种浓度处理与喷清水的对照差异显著；在开颖促进剂的3种浓度间比较，开颖率、结实率和产量的增加效应，表现为高浓度>中浓度>低浓度，但在中浓度与高浓度间差异不显著(附表1和附表2)。

附表1大田试验喷施开颖促进剂对水稻光温敏核不育系开颖率、结实率和籽粒产量的影响

表中的(1)表示高温胁迫1天、喷1次开颖促进剂；(2)表示连续4天高温胁迫，喷2次开颖促进剂。

开颖率(％)＝开颖数/总颖花数×100；

结实率(％)＝与恢复系授粉后比重≧1.0的饱粒数/总粒数×100

产量＝与恢复系授粉后比重≧1.0的籽粒产量；

数字后不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著，同栏、同不育系、同温度处理内比较。

各处理除喷施的物质不同外，其余栽培管理措施相同。

附表2盆栽试验喷施开颖促进剂对水稻光温敏核不育系开颖率、结实率和籽粒产量的影响

表中的(1)表示高温胁迫1天、喷1次开颖促进剂；(2)表示连续4天高温胁迫，喷2次开颖促进剂。

开颖率(％)＝开颖数/总颖花数×100；

结实率(％)＝与恢复系授粉后比重≧1.0的饱粒数/总粒数×100；

产量＝与恢复系授粉后比重≧1.0的籽粒产量；

数字后不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著，同栏、同不育系、同温度处理内比较。

各处理除喷施的物质不同外，其余栽培管理措施相同。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。