专利名称：：一种对水稻光合能力高温稳定性的检测方法
技术领域：
：本发明属于农作物新品种选育
技术领域：
，与作物生理学和作物生态学有关，本发明涉及一种水稻生态育种相关技术指标的测试分析方法，具体地，涉及一种对水稻育种材料的光合能力的高温稳定性的检测方法。
背景技术：
：水稻是世界上的主要粮食作物，水稻矮杆基因资源和杂种优势的利用使水稻产量取得了连续突破，但目前栽培的水稻光能利用率仍然还较低，通过提高水稻的光合作用效率来提高水稻产量仍有较大的潜力。由于我国人口的持续增长、人均耕地面积不断减少以及水资源的不足，要满足我国的粮食需求，在大幅增加水稻种植面积上已较困难，故提高水稻单产是今后的主要目标，提高光能利用率是提高水稻单产的有效途径之一。高光效水稻育种是水稻生理育种的重要方向，对育种后代材料的生理鉴定与评价指标体系的建立是进行生理育种中选择技术的基础工作。全球"温室效应"的明显加剧，使高温逆境对水稻产量与品质的影响受到广泛关注。叶片是水稻进行光合作用的主要器官，其高光合作用效率是保证水稻碳同化、提高光能利用率的基础，有资料表明，水稻生育期中后3片功能叶的光合能力对籽粒充实度和品质有重要作用。从环境因素看，温度和光照是影响光合作用的主要生态条件，现有水稻品种在夏天午后高温或强光下光合速率会发生不同程度地明显下降，称为"光合午睡"现象，降低了光能利用和有机物合成与积累效率，对热带地区和我国长江中下游及华南稻区的水稻生产影响较大。高光合效率的品种应具备较稳定的光合能力，其光合速率对高温或强光表现相对钝感，光合"午睡"出现的光、温起点值要比一般品种高。因此，出现"午睡"的光温起点值高低可作为评价水稻品种光合能力的一个生理标准，可用于高光效水稻育种后代的筛选和评价。将高温适应性与高光效育种结合探求一种评价水稻高产稳产的选择指标是目前缺少研究的内容。在高光效生理育种工作中，要求对大量育种资源和后代材料进行快速、准确鉴定。因此需要探索一些与光合特性更直接相关的、更易于准确测定的间接性状和指标是非常重要的基础技术。目前还没有一套简单适用的方法应用于对水稻光合作用高温稳定性的评价方法。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种对水稻光合能力的高温稳定性的检测方法。申请人的发明人为此进行了数年的研究，提出一套对水稻资源和育种后代进行光合能力温度稳定性评价的指标和鉴定方法。通过对30多份常用的水稻品种、不育系和恢复系进行高温下光合作用日变化动态变化观测，发现所有供试材料的叶片光合速率在上午9:00左右达到较大值，中午高温强光条件下都发生了明显的下降，光合"午睡"现象在供试水稻品种中普遍存在。不同材料光合"午睡"现象的程度不尽相同，但其光合最低点多发生在13:30左右。发明人将这两个时间点的光合速率值之差值进行显著性检验，可得出不同材料下降值的显著程度。这种差值年度间和重复间表现较好的稳定性，因此光合下降值可作为水稻光合能力的高温稳定性差异的评价指标之一。几种不同反应类型的水稻材料的光合日变化如附图5所示。分析叶片温度、空气和胞间隙C02浓度、空气湿度、气孔导度等因子的日变化，可以看出叶片温度、光强、气孔导度与光合作用日变化有一致性变化趋势，空气湿度和C02浓度在水稻水体条件下不是主要影响因子。气孔导度是高温与强光引起的植物生理适应性保护反应。申请人进一步在光照强度一致的人工生长箱和人工气候室中，在系列不同温度条件下测定光合速率(见实施例)，发现水稻叶片表面温度单因子也能引起光合值的下降，不同材料有不同的光合下降起点温度。因此，用光合差值和光合下降起点温度值可作为评价水稻叶片光合性能高温稳定性的指标之一。具体地，本发明的技术方案如下一种对水稻光合能力高温稳定性的检测方法，其步骤包括A、自然高温强光条件下的光合稳定性鉴定(1)测定材料的种植试验用的水稻材料依其生育期确定其播种期，在中国长江中下游稻区早稻于每年的5月25日左右播种，中、晚稻于每年的5月10日左右播种，使其抽穗期处于每年的7月25日至8月15日之间；4-5叶期时移栽于大田，每份材料种植2个小区，每区种植4行共40株；正常肥水管理；(2)测定材料的分组与定株根据测试材料按生育期相近原则分成多个测试小组，每组测试材料不超过10份，要求测试水稻群体生长一致，并于始穗期前用叶绿素测定仪测每一植株主茎剑叶的叶绿素含量值(SPAD值)，选择小区内SPAD值最为接近的单株定株6株编号，作为后进行光合速率测定单株(见图l);(3)光合速率测定在始穗后一周，选择气温高于33。C的晴天，于每天的上午9:00开始对选定的水稻植株的剑叶进行光合速率测定，测定部位为剑叶叶片的前部l/3处；每个测定数据用时1分钟；每组材料限时1小时内测定完成；同日的13:00开始重复上午的测定；在后一周时间内再重复进行2次测定；光合测定系统为单台的美国生产的Li-co6400便携式光合速率测定仪或英国PPS公司生产的CIRAS-I(II)型便携式光合速率测定仪(见图2)，或采用多台便携式光合速率测定仪组成测定系统联用，使该仪器能自动测定叶温，气孔导度，胞间C02浓度，环境温度，湿度参数；(4)结果分析与验定测试分小区和不同测定次(天)数记录数据，测定数据传入电脑转换为OfficeExcel数据表，取6株测定结果计算平均值，分析重复间数据的稳定性，用测定时同时获得的气孔导度，叶温参数分析光合值的合理性，对不合理的测试值复测一次或剔除。(5)对不同材料群体的特殊性处理育种后代材料初选，可不设重复，群体在2小时内完成，每天可测定120株，根据抽穗期不同，整个群体可在几天内完成测定。对于生育期相近的较多材料，可用分组后分期播种调节成不同抽穗期进行。可用单台或2台或多台组成的便携式光合速率测定仪系统联用(例如上述的美国生产的Li-co6400便携式光合速率测定仪或英国PPS公司生产的CIRAS-I(II)型便携式光合速率测定仪，也可以采用其他国家生产的类似产品)完成超过上述试验规模的鉴定工作；或B、人工光温条件下光合速率下降起点温度的测定(1)测试材料的种植采用分批播种的方法调节水稻植株的生育期，使供试的水稻材料抽穗期分开；将参试的水稻植株于5叶期移栽至栽培钵，每材料栽植5钵，每钵栽植3株，于始穗前用叶绿素测定仪测定剑叶的叶绿素含量值(SPDA值)，选SPAD值一致的单株定株进行光合测定；(2)人工光温条件设置选用步入式大型气候室或生长箱，将抽穗的栽培钵于测试SPDA值的当天放入人工光温生长箱或气候室，采用生物灯光照，设定光强为200001x，适应光照2小时后进行温度调节，温度设定由28'C升温至38'C，使水稻叶片温度在30'C-42'C内变化，上所述的温度3小时内均匀上升(3)光合速率测定在温度上升过程中，每间隔20分钟以内进行一次光合测定；每次测定2份水稻材料，每一材料测试3株并在5分钟内完成，统计数据取平均值。2材料交替进行，至叶片温度达到设定的最高值为42'C以上结束测定；(4)数据分析以测定仪获得的光合速率和叶片实际温度的测试数据值转换为OfficeExcel数据表并绘出叶表实际温度与光合速率关系曲线，找出每份测试材料的光合下降对应的叶表温度值。以光合下降起点温度为35。C以下为温度敏感型材料、35'C-37'C为中度敏感型材料，37'C以上为高温稳定材料作为评价标准。在本发明中，其中步骤(1)所述的测定方法还包括在高温晴天用9:30与13:30所测定的水稻叶片净光合速率之差值评价水稻光合能力的高温稳定性指标。其中步骤(2)所述的测定方法还包括利用人工光温生长箱或人工光温气候室设置的温度限时间3小时内由28'C均匀变化至38。C的参数设置，光照强度参数设置，用光合速率下降起点温度评价水稻高温稳定性强弱的标准。对步骤A测定数据可分析不同材料在自然条件下的光合作用高温稳定性特征，主要应用于对品种资源和育种后代分离群体的初步筛选；步骤B鉴定数据用于分析不同材料的光合开始下降起点温度，主要针对品种、高世代稳定株系和资源的光合作用耐高温性分析，结果可作为确定品种安全应用范围的依据。图l:田间水稻试验材料种植情况(要求参试的水稻品种生长整齐性好，株间叶色一致)；图2:本发明所使用的光合作用测定仪CIRAS-1(购自英国，该仪器能同时自动测定与存贮叶温、空气温度、湿度、气孔导度、胞间C02浓度等参数)；图3:光合作用测定方法示意(定点测定株水稻剑叶前l/3处)；图4:水稻材料的人工光温处理(既有空间大，光照、温度分布均匀等特点)；图5:几份不同光合高温稳定性水稻品种的光合日变化情况。具体实施例方式实施例l对8份水稻材料自然条件下抽穗期的光合能力高温稳定性测定选择在生产上具有代表性的不同类型籼稻恢复系、不育系品种作为供试材料30余份，经2年鉴定，筛选出符合本发明育种要求的光合高温稳定性好的水稻育种材料"蜀恢527"(来源四川农业大学选育的品种)、和"培矮64S"(湖南，隆平高科农业高科技股份有限公司选育的品种)等品种，其中高温光合稳定性差的材料有"特籼占25"(来源广东省佛山市农业科学研究所选育)、"桂99"(广西农科院提供)。不同材料间差异2年结果趋式一致，重复性较好。选其中分成一组测定的8份材料为例说明测试方法与操作步骤如下(1)根据各材料的生育期特性，将8份中稻材料分成一组，于2006年5月10日播种，6月5日移栽入大田，每材料2小区重复，每小区40株。(2)8月6日测定主茎剑叶叶绿素SPAD值，每份材料每小区选6株定株作为光合作用测定株o(3)选晴天高温的8月14日9:00和13:00开始进行光合速率测定。根据实测时间中间值分别记录为9:30和13:30。光合测定系统为美国生产的Li-co6400便携式光合速率测定仪或英国PPS公司生产的CIRAS-I(II)型便携式光合速率测定仪(见图2)，或能够自动测定叶温，气孔导度，胞间C02浓度，环境温度、湿度等参数的单台或多台便携式光合速率测定仪组成的光合测定系统(例如英国PPS公司生产的CIRAS-I(II)型便携式光合速率测定仪，也可采用其他国家类似产品)；(4)根据测定数据，将各材料的光合平均值列于表l:表1.不同材料光合速率在9:30与13:30的下降差异(umolCO^s—1)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>*表示差异达显著水平(F。.。5=9.28，F。,。产29.46)(5)结果分析特籼占25、绵恢725、488(488为华中农业大学选育的水稻材料)的光合速率下降值大，属光合下降程度大的类型，其它材料光合稳定性好。生产应用表明，"蜀恢527"是一个优良的水稻恢复系，是多个通过中国省级以上新品种审定的杂交组合的亲本，生产适应性广，在中国的推广面积大。"培矮64S"是中国两系杂交稻的重要不育系，由该不育系配成的强优两系组合已累计审定20多个，在中国累积推广应用面积已达1亿多亩。绵恢725(四川省绵阳市农业科学院选育)所配高产杂交组合地域适应性差些，特籼占25只适用于特定生产地区。其它稳定性强的材料有待得到应用和适应性的进一步证实。本实例结果表明用本发明的方法所得结论与生产实际结果相符。实施例2(应用实施例)对2份自然高温条件下光合作用稳定性差异较大的材料"蜀恢527"和"特籼占25"在人工光温条件下鉴定光合下降起点温度。(1)将2份材料，于2007年5月10日播种，6月5日移栽入盆栽钵中，每材料2钵共6株。(2)8月10日测定主茎剑叶叶绿素SPAD值，每份材料选3株定株作为光合作用测定株。(3)在大型人工光温植物生长箱中设置自28'C-38。C变化温度，两个温度设置点间温度均速上升。光照引度20000Lx保持不变。表2.人工气候箱内燃机车小时内由28。C均匀升温至38'C的温度设置<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(4)对2份材料各3株进行光合速率交替测定，保证每20分钟测定一次，共测定8次。(5)光合测定系统测得的净光合速率与叶片表面实际温度值列于表2。分析得知2份材料的光合下降起点温度存在明显差异，"蜀恢527"的光合下降起点温度为38"，而"特籼占25为36°C。该结果可以解释在自然条件下，"蜀恢527"具有较强的温度适应性，因而在同样高温下表现比"特籼占25"对温度反应钝感。本结果与实施例1在自然条件下测定的结果相符。表3.不同温度条件下水稻叶光合速率的变化(UmolC02m—2s—》叶片温度(。C)30.033.434.535.836.437.839.642,1蜀恢52715.215.615.515.815.713.710.42.5特秈占2513.513.713.213.110.37.95.62.0权利要求1、一种针对水稻光合能力高温稳定性的检测方法，其步骤包括(1)在自然高温强光条件下对水稻光合能力的高温稳定性的检测1)测定材料的种植试验用的水稻材料依其生育期特性不同安排不同的播种期，具体为在中国长江中下游稻区，将所述的的水稻材料分早、中、晚稻分季播种，其中早稻于每年的5月25日±2天播种，中、晚稻于每年的5月10日±2天播种，使其抽穗期处于每年的7月25日至8月15日之间；4-5叶期时移栽于大田，每份材料种植2个小区，每小区种植4行共40株；正常肥水管理；2)测定材料的分组与定株根据测试材料按实际抽穗期相近原则分成多个测试小组，每组测试材料不超过10份，要求水稻群体生长一致，并于始穗期前用叶绿素测定仪(SPAD-502型)测每一植株主茎剑叶的叶绿素含量值(SPAD)，选择小区内SPAD值最为接近的单株定株6株编号，作为进行光合速率测定的定株单株；3)光合速率测定在始穗后一周内，选择最高气温高于33℃的晴天，于每天的上午9:00开始对选定的水稻植株的剑叶进行光合速率测定，测定部位为剑叶叶片的前部1/3处；每个测定数据用时1分钟；每组材料于1小时内完成测定；同日的13:00开始重复上午的测定；在后一周时间内再重复进行第2次测定；采用单台便携式光合速率测定仪或多台便携式光合速率测定仪组成测定系统联用，使自动测定叶温，气孔导度，胞间CO2浓度，环境温度，湿度参数；4)结果分析与验证将测定数据转换为OfficeExcel数据表，取6株测定结果计算平均值，分析重复间数据的稳定性，用测定时同时获得的气孔导度，叶温参数分析光合值的合理性，对不合理的测试值进行复测或剔除，计算出各测试材料光合速率下降值；5)对不同材料群体的特殊性处理育种后代材料初选，可不设重复，一个群体内各单株在2小时内完成测定，每天测定120株，根据抽穗期不同，整个群体可在几天内完成测定，对于生育期相近的较多材料，可用分组后分期播种调节为不同抽穗期进行测定，使用2台或多台测定系统完成所述的试验规模的鉴定工作；或(2)在人工光温条件下光合速率下降起点温度的测定1)测试材料的种植采用分批播种的方法调节水稻植株的生育期，使供试的水稻材料抽穗期分开；将参试的水稻植株于5叶期移栽至栽培钵，每材料栽植5钵，每钵栽植3株，于始穗前用叶绿素测定仪测定剑叶的叶绿素含量SPDA值，选SPAD值一致的单株定株进行光合测定；2)人工光温条件设置选用步入式大型气候室或生长箱，将抽穗的待测材料2份放入人工光温生长箱或气候室，采用生物灯光照，设定光强为20000lx，适应光照2小时后进行温度调节，使温度设定由28℃升温至38℃，水稻叶片表面温度在30℃-42℃内变化，上所述的温度3小时内均匀上升；3)光合速率测定在温度上升过程中，每间隔20分钟以内进行一次光合测定；每次测定2份水稻材料，每一材料测试3株限时5分钟内完成，统计数据取平均值，对2份材料交替进行测定，至叶片温度达到设定的最高值为42℃以上结束测定；4)数据分析以测定仪获得的光合速率和叶片实际温度的测试数据值转换为OfficeExcel数据表并绘出叶表实际温度与光合速率关系曲线，找出每份测试材料的光合速率明显下降对应的叶表温度值作为光合下降起点温度；以光合下降起点温度为35℃以下为温度敏感型材料；35℃-37℃为中度敏感型材料；37℃以上为高温稳定材料作为评价标准。2、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)所述的测定方法还包括在高温晴天用9:30与13:30所测定的水稻叶片净光合速率之差值评价水稻光合能力的高温稳定性指标。3、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)所述的测定方法还包括利用人工光温生长箱或人工光温气候室设置的温度限时间3小时内由28'C均匀变化至38'C的参数设置，光照强度参数设置，用光合速率下降起点温度评价水稻高温稳定性强弱的标准。全文摘要本发明属于农作物育种
技术领域：
，具体涉及一种水稻高温适应性资源筛选与育种材料光合能力的高温稳定性评价与鉴定。本发明的特征包括通过播期调整待鉴定材料的抽穗期，光合速率测定的自然条件选择，水稻发育时期及测定时间确定、人工光温参数值设定、数据处理与分析等。在水稻生长发育特定时期，利用夏季自然高温和人工光温条件，对水稻叶片净光合速率进行定时、定温测定，所得结果能较准确分析供试水稻品种间的光合作用对高温的稳定性差异。本发明对高温适应性生态育种和高光效生理育种中亲本的选用和育种后代的筛选提供了简便可行的评价指标与方法。文档编号A01G7/00GK101584291SQ20091006296公开日2009年11月25日申请日期2009年7月3日优先权日2009年7月3日发明者吴艳洪,张端品,曾汉来,李海霞,董红霞申请人:华中农业大学