[發(fā)明專利]LY9348在高通量篩選高NUE水稻品種中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011001533.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112362803B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳賢婷;朱仁山;龔龑;彭漪;方圣輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N21/25;A01H1/04
• 代理公司: 武漢大楚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發(fā)明涉及LY9348的氮相關(guān)性狀在高通量篩選高NUE水稻品種中的應(yīng)用，以及一種篩選高NUE水稻品種的方法。本發(fā)明公開了LY9348具有高NUE的特性，并且披露了LY9348的氮相關(guān)性狀，以及使用LY9348及其氮相關(guān)性狀來高通量篩選高NUE的水稻品種的方法。基于本發(fā)明的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在使用無人機(jī)結(jié)合遙感技術(shù)大規(guī)模高通量地監(jiān)測水稻生長過程中的植被指數(shù)或由植被指數(shù)計(jì)算得到的含氮量，進(jìn)而容易地篩選高NUE的水稻品種，從而克服現(xiàn)階段水稻種植領(lǐng)域中的高氮肥依賴，減小成本，降低因高氮肥施用帶來的環(huán)境損害。本發(fā)明是傳統(tǒng)育種向現(xiàn)代化育種的新嘗試，是向智慧農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步探索。

基金支持

本項(xiàng)目的研發(fā)受到國家水稻產(chǎn)業(yè)體系(CARS-01-07)的資助。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，更特別地，涉及LY9348在高通量篩選高NUE水稻品種中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

氮元素(N)是植物生長不可或缺的營養(yǎng)元素，無論在光合作用、能量轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)組成還是生物合成方面都起著重要作用。植物從土壤吸收N，并通過維管系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)至特定的器官中積累為含氮化合物，然后分解并遷移至目的器官參與到植物的各項(xiàng)生命活動中，維持植物內(nèi)部的營養(yǎng)平衡。

糧食生產(chǎn)中，高氮肥的施用是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。然而，近年來，隨著氮肥施用的增長，糧食作物產(chǎn)量的并沒有相應(yīng)增長，而是達(dá)到了平臺期。從1980年到2010年，我國氮肥施用量增長了512％，而谷物產(chǎn)量只增長了65％。過度的氮肥施用不僅提高了成本，而且導(dǎo)致了氮利用率降低以及氮損失。田間氮肥的溢出，進(jìn)入到土壤和水中，還會引起一些嚴(yán)重的環(huán)境問題。根據(jù)測算，如果氮利用效率提高1％，全世界每年的肥料成本可降低23億美元。

水稻是世界上重要的糧食作物之一，為全球近一半的人口提供食物。我國的水稻產(chǎn)量世界最高，但是，我國稻田中的平均氮肥施用量為180-209kg/hm²，遠(yuǎn)高于世界平均水平105kg/hm²，并且實(shí)際使用效率僅有約30-35％。通過優(yōu)化田間管理來提高水稻的氮利用效率(Nitrogen Use Efficiency，NUE)可將氮肥施用量降至150-165kg/hm²。然而，為了達(dá)到最大產(chǎn)量潛能(10-15Mt/hm²)，絕大多數(shù)超級稻品種需要高達(dá)300kg/hm²的氮肥施用量。因此，單單從田間管理的角度來降低氮肥施用量不能從根本上解決氮利用效率的問題。育種者希望能夠篩選具有高NUE的水稻品種，以徹底解決這個(gè)問題。

水稻育種領(lǐng)域?qū)Ω逳UE育種選擇做了許多努力，但是迄今仍然進(jìn)展緩慢。主要障礙是，沒有一種簡單易行的方法來捕捉水稻中的氮含量變化，并進(jìn)一步表征為氮利用效率。因?yàn)椋局械牡孔兓缺憩F(xiàn)在空間水平方面(冠層形態(tài)變化)，又表現(xiàn)時(shí)間水平方面(整個(gè)生育周期中的發(fā)育變化，例如營養(yǎng)生長和生殖生長的轉(zhuǎn)換)。

由于水稻對氮的攝取和利用是一個(gè)復(fù)雜的綜合行為，涉及多種生命活動，目前育種者尚且無法找到某一個(gè)基因或歸集一個(gè)基因群來作為高NUE的分子標(biāo)志。依靠傳統(tǒng)的方法在特定的生育階段(例如抽穗期或乳熟期)采集水稻樣本測定氮含量來表征NUE，一方面無法準(zhǔn)確表征氮利用率，另一方面費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法用于高通量篩選。

因此，一方面，需要找到具有高NUE性狀的植株，另一方面，需要新的描述高NUE性狀的方法，以適用于高通量篩選。

隨著遙感技術(shù)和無人機(jī)的發(fā)展，以及攝像頭分辨率的提高，其與遙感技術(shù)的結(jié)合逐漸用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究。Lukas Prey等將光譜儀置于小麥冠層上方約1m處，測量冠層的反射率并用以評估相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的鄭恒彪等使用無人機(jī)搭載相機(jī)拍攝作物影像，并以這些影像為基礎(chǔ)來分析和評估作物的生理參數(shù)，顯示出一些生理參數(shù)與無人機(jī)拍攝的影像計(jì)算的VI之間存在一定的相關(guān)性。然而，這些研究都集中于探索使用VI估算相關(guān)生理參數(shù)的測量方法學(xué)上，目前沒有研究將這些測量方法學(xué)上的成果應(yīng)用于探索NUE表型的描述上，以及如何篩選高NUE的水稻品種。