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利用植物全生育期育种工厂开展水稻杂交育种的方法.pdf

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利用 植物 全生育期 育种 工厂 开展 水稻 杂交育种 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910101953

申请日:

20190131

公开号:

CN109601374A

公开日:

20190412

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: A01H1/02;A01G22/22;A01G7/04 主分类号: A01H1/02;A01G22/22;A01G7/04
申请人: 武汉双绿源创芯科技?#33455;?#38498;有限公司
发明人: 邱树青;周发松;陆青;冯芳;易春雨
地址: 430056 湖北省武汉市汉阳区金龙南路与隆祥街交汇处悦城街区12号楼10层
优先权:
专利代理机构: 42001 代理人: 江丽丽;王敏锋
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910101953

授权公告号:

法律状态公告日:

20190412

法律状态类?#20572;?/td>

公开

摘要

本发明属于水稻育种领域,公开了一种利用植物全生育期育种工厂开展水稻杂交育种的方法,通过LED高光强照明光源及其他温度、湿度、通风、光周期等环?#31243;?#20214;控制能够实现冬季水稻室内的正常生长和杂交育种,解决了每年冬?#38236;?#28023;南进行南繁的问题。具体为:苗期培养:采用全光谱LED光源,光照强度300?800μmol/m2·s,光周期温度28?32℃,湿度40?60%RH,暗周期温度25?28℃,湿度40?60%RH;成株期培养:采用植物生长LED光源,光照强度为1200?1800μmol/m2·s,光周期温度28?35℃,湿度50?70%RH,暗周期温度25?28℃,湿度40?60%RH。

权利要求书

1.水稻的室内杂交育种方法,其特征在于,包括以下?#34903;瑁?(1)苗期培养:采用光照强度为300-800μmol/m2·s的全光谱LED光源,光照时间14-16小时,光周期温度为28-32℃,湿度设置为40-60%RH;暗周期温度设置为25-28℃,湿度设置为40-60%RH; (2)成株期培养:采用光照强度为1200-1800μmol/m2·s的植物生长LED光源,光照时间10-16小时;光周期温度设置为28-35℃,湿度设置为50-70%RH;暗周期温度设置为25-28℃,湿度设置为40-60%RH; (3)杂交:挑选母本植株主穗上即将开花的小花,于开花之前剪去上部颖壳,用水壶喷上冷水,敷上保鲜膜保湿,待花药伸出颖壳后撤掉保鲜膜,用手弹掉花药,然后套上避光牛皮纸袋并封口,待父本开花后,剪取开花旺盛的稻穗进行授粉,最后将牛皮纸袋密封等待杂交种的生长。 2.根据权利要求1所述的水稻室内杂交育种方法,其特征在于,苗期培养的光照强度为600-800μmol/m2·s,成株期培养的光照强度为1500-1800μmol/m2·s。 3.根据权利要求1所述的水稻室内杂交育种方法,其特征在于,苗期培养的光照强度为800μmol/m2·s,成株期培养的光照时间是10小时,光照强度为1800μmol/m2·s。 4.根据权利要求1-3中?#25105;?#39033;所述的水稻室内杂交育种方法,其特征在于,利用植物全生育期育种工厂开展水稻杂交育种,所述植物全生育期育种工厂包括内部依次联通的缓冲室、育种室、设备室,缓冲室设有总控器及终端显示平台,总控器用于控制光照单元、温度控制单元、湿度控制单元、紫外?#26412;?#35013;置;育种室内摆设若干植物培养架,每层培养架的顶部设有光照单元,紫外?#26412;?#35013;置设于育种室顶部;所述的温度控制单元包括温度传感器、空调机组,温度传感器将采集的信号输出给总控器,总控器控制空调机组加热或制冷;所述的湿度控制单元包括湿度传感器、加湿机,湿度传感器将采集的信号输出给总控器,总控器控制加湿机启动或关闭。

说明书


利用植物全生育期育种工厂开展水稻杂交育种的方法
技术领域


本发明属于水稻育种领域,具体涉及一种在冬季室内进行水稻杂交育种方法。


背景技术


植物品种的培育是一个漫长的过程,?#28909;?#27700;稻,需要通过不停的杂交、回交、自交,
并结合田间表型的选择,逐步聚合不同的优良性状,最后培育出优异?#20918;?#22411;稳定的品种,一
般耗时十?#24178;踔良?#21313;年。为了加速育种的进程,育种家们早就对自然资源进行了充分的利
用,每年夏季在各水稻栽培区域进行大田的种植筛选,冬季再到海南进行加代繁殖一代,称
为南繁。每年冬?#38236;?#28023;南进行南繁,需要耗费大量的人力物力,如何在水稻产区直接实现水
稻品种的冬季正常生长,乃至进行正常的杂交育种,一直是育种家的梦想。传统的玻璃温室
结合高压钠灯进行?#26500;猓?#21482;能在冬季维持水稻植株的生命,无法保证水稻植株的正常生长,
也不能完成水稻品种的杂交育种。


本发明利用植物全生育期育种工厂,通过LED灯光照明技术,结合温湿等环?#26216;?br>制,探索出了一种在冬季室内实现水稻品种的正常生长以及完成不同水稻品种人工杂交结
实的方法,不需要到海南南?#26412;?#21487;以完成正常的水稻杂交育种。


发明内容


本发明的目的在于提供一种在冬季室内实现水稻品种的正常生长和不同水稻品
种的人工杂交结实的方法,用以解决每年冬?#38236;?#28023;南进行南繁加代的问题。


为了达到上述目的,本发明采取以下技术措施:


水稻的室内杂交育种方法,包括以下?#34903;瑁?br>

(1)苗期培养:采用光照强度为300-800μmol/m
2·s的全光谱LED光源,光照时间
14-16小时,光周期温度为28-32℃,湿度设置为40-60%RH;暗周期温度设置为25-28℃,湿
度设置为40-60%RH;


(2)成株期培养:采用光照强度为1200-1800μmol/m
2·s的植物生长LED光源,光照
时间10-16小时;光周期温度设置为28-35℃,湿度设置为50-70%RH;暗周期温度设置为25-
28℃,湿度设置为40-60%RH;


(3)杂交:挑选母本植株主穗上即将开花的小花,于开花之前剪去上部颖壳,用水
壶喷上冷水,敷上保鲜膜保湿,待花药伸出颖壳后撤掉保鲜膜,用手弹掉花药,然后套上避
光牛皮纸袋并封口,待父本开花后,剪取开花旺盛的稻穗进行授粉,最后将牛皮纸袋密封等
待杂交种的生长。


优选地,苗期培养的光照强度为600-800μmol/m
2·s,成株期培养的光照强度为
1500-1800μmol/m
2·s。


优选地,苗期培养的光照强度为800μmol/m
2·s,成株期培养的光照时间是10小
时,光照强度为1800μmol/m
2·s。


在本发明的一个具体实施例中,?#22266;?#20379;了植物全生育期育种工厂,可用于冬季水
稻的室内杂交育种。所述植物全生育期育种工厂,包括内部依次联通的缓冲室、育种室、设
备室;缓冲室设有总控器及终端显示平台,总控器用于控制光照单元、温度控制单元、湿度
控制单元、紫外?#26412;?#35013;置;育种室内摆设若干植物培养架,每层培养架的顶部设有光照单
元,紫外?#26412;?#35013;置设于育种室顶部,用于育种间隔期对整体环境进行消毒?#26412;?#25152;述的温度
控制单元包括温度传感器、空调机组,温度传感器将采集的信号输出给总控器,总控器控制
空调机组加热或制冷;所述的湿度控制单元包括湿度传感器、加湿机,湿度传感器将采集的
信号输出给总控器,总控器控制加湿机启动或关闭。


与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:


本发明所述的植物全生育期智能育种工厂通过LED高光强照明光源,及其他温度、
湿度、通风、光周期等环?#31243;?#20214;控制,能够实现冬季水稻室内的正常生长和杂交育种,有效
分?#37327;梢源?#21040;10个以上,水稻品种结实率达到85%以上,人工去雄杂交平均每个杂交袋收
获10粒杂交种以上,解决了每年冬?#38236;?#28023;南进行南繁的问题。同时,育种工厂也大大改善了
育种家的工作条件,不用遭受自然环境下的日晒雨淋。


附图说明


图1是植物全生育期育种工厂的整体结构示意图;


A-缓冲室,B-育种室,C-设备室,1-总控器,2-通风通湿暗格,3-植物培养架,4-加
湿机,5-空调机组,6-集成的温度、湿度和通风系统。


图2是LED全光谱光源的光谱图。


图3是植物生长LED光源的光谱图。


具体实施方式


实施列1:植物全生育期育种工厂


为了在冬季室内模拟自然的光照条件,控制?#23460;?#30340;生长温度及光周期,保证通畅
的空气流动,本实施例提供一种植物全生育期育种工厂的设计方案。


如图1所示,所述植物全生育期育种工厂,包括内部依次联通的缓冲室A、育种室B、
设备室C,育种系统外围以隔热材料封闭独立运行。所述缓冲室、设备室分别以隔热密封门
与外界隔开,所述育种室?#28304;?#35266;察窗的隔热密封门相互连通,并通过缓冲室进出;所有隔热
门都装有安全脱锁装置,内外均能开启。


缓冲室设有总控器及终端显示平台,总控器1用于控制育种室中光照单元、温度控
制单元、湿度控制单元、紫外?#26412;?#35013;置。缓冲室是育种室与外界环境交互的缓冲空间,可以
缓解育种室隔热密封门打开时环境的剧?#20918;?#21270;对植物生长的影响。终端显示平台用于显示
记录实时的仪器设备和各育种环境数据,以及各仪器设备的状态,用以监控和查询。


育种室的侧面和顶部设有格栅用于通风通湿,育种室内摆设若干植物培养架,每
排培养架通过过道隔开,所述的植物培养架设有若干层,每层的顶部设有光照单元,可根据
植物的全生育周期培育选取?#40092;?#20809;谱。紫外?#26412;?#35013;置设于育种室顶部,用于育种间隔期对
整体环境进行消毒?#26412;?#32946;种室通过温度控制单元和湿度控制单元实现温湿环境的自动化
控制,保证植物的正常生长。


所述的温度控制单元包括温度传感器、空调机组5、集成的温度、湿度和通风系统
6,通过采集温度传感器信号和设定?#21040;?#34892;比对,通过PID+PWM输出自动调节,启动空调机组
加热或制冷,并通过集成的温度、湿度和通风系统输出,使育种室内的空气温度达到动态平
衡;温度控?#21697;?#22260;:0-50℃,温度控制精度:±1℃;所述的湿度控制单元包括湿度传感器、
加湿机4、集成的温度、湿度和通风系统6,通过采集湿度传感器信号和设定?#21040;?#34892;比对,通
过PID+PWM输出自动调节,启动或关闭加湿机,使育种室内的空气湿度达到动态平衡;湿度
控?#21697;?#22260;45-85%RH,湿度控制精度:±5-8%RH。


通过集成的温度、湿度和通风系统输出的空气依次经过通风通湿暗格2和微?#35013;?br>进入育种室,均?#21462;⑵交?#22320;控制育种室中的温度和湿度。


实施列2:利用植物全生育期育种工厂在冬季室内进行水稻的培育


所述植物全生育期育种工厂用于冬季室内水稻品种的培育,底层培养架的光源采
用模拟自然光的混合光谱(波长范围380-780nm,光源是LED全光谱灯),其光谱分析如图2所
示,其光强在光源正下方30厘米处达800μmol/m
2·s;顶层培养架的光源,采用混合光谱(波
长范围350-750nm,光源是LED植物生长灯),其光谱分析如图3所示,其光强在光源正下方30
厘米处达1800μmol/m
2·s。


底层培养架用于育苗,顶层培养架用于成株期生长。在苗期采用光照强度为800μ
mol/m
2·s的全光谱LED光源,在成株期采用光照强度为1800μmol/m
2·s的植物生长LED光
源。苗期25天,水稻材料在底层培养架进行培养,光暗周期为14小时:10小时;光周期温度设
置为32℃,湿度设置为60%RH;暗周期温度设置为25℃,湿度设置为40%RH;25天后,水稻材
料转入上层培养架进行成株期的培养,光暗周期为10小时:14小时;光周期温度设置为32
℃,湿度设置为70%RH;暗周期温度设置为25℃,湿度设置为40%RH。利用上述条件在武汉
冬季对水稻品种华占、黄华占、9311、南粳46、空育131等水稻品种进行培育。于始穗的时候
进行统计,每个单株有效分孽2-10个。所有品种都可以开花结实,结实率达到85%以上,且
种子充实饱满,都可以正常发芽成长。


实施列3:不同水稻品种之间的人工去雄杂交


利用实施例2中所述的方法,在冬季室内分别种植水稻品种9311和黄华占,等两个
水稻品种开始开花的时候,挑取主穗进行人工去雄杂交。具体是指,以黄华占作为母本,在
每个光周期的时候,挑选主穗上即将开花的小花,于开花之前剪去上部颖壳,用水壶喷上冷
水,敷上保鲜膜保湿,待花药伸出颖壳后撤掉保鲜膜,用手弹掉花药,然后套上避光牛皮纸
袋并封口,待同一光周期内9311开花后,剪取开花旺盛的穗子进行授粉,最后将牛皮纸袋密
封等待杂交种的生长。可以观察到明显的开花规律,授粉时可以看?#20132;?#33394;的雾状花粉散落。
授粉之后25天收获杂交种,于烘箱中烘干之后进行发芽育苗检测。统?#24179;?#26524;显示,6个杂交
袋共收获杂交种75粒,最后发芽成苗71株,对其中62株进行了分?#39062;?#35760;检测,结果显示5株
为假杂种单株。


同等温湿、通风和光周期条件下,如果成株期的光源换成高压钠灯(光强:1200μ
mol/m
2·s,波长范围:550-700nm;光源类?#20572;?#20869;反射高压钠灯),分别种植9311和黄华占,并
按上述方法进行剪颖杂交,无法观察到明显的花粉散落,花粉量少。统?#24179;?#26524;显示,10个杂
交袋共收获杂交种8粒,最后发芽成苗7株,分?#39062;?#35760;检测显示6株为假杂种。


除光源之外,申请人?#20849;?#35797;过空气湿度的影响,在玻璃温室中,除了冬季自然光照
之外,辅以高压钠灯?#26500;猓?#21152;热系统采用热水暖气管道,空气湿度通过地面浇水和页面喷水
来补充。结果表明,如果进行人工去雄杂交,处理的稻穗由于湿度过?#20572;?#20960;乎全为白穗,无法
成活结实。


在早期的玻璃温室中,冬季温度控制不稳定,很难稳定到30度,且为了保温,几乎
不与外界进行?#36335;?#20132;换,导致的结果就是冬季种植的水稻苗子或者移栽的稻蔸在冬季会有
少量死亡发生,存活的也无法正常结实。


虽然,上文中已经用一般?#36816;?#26126;及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在
本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。


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