[發明專利]一種高NUE水稻篩選標志及篩選方法

有效

• 申請號: 202011001565.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112285062B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 吳賢婷;朱仁山;龔龑;彭漪;方圣輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;A01G22/22
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發明涉及一種高NUE水稻品種篩選標志以及篩選高NUE水稻品種的方法。本發明提出了一種新的表示水稻NUE性狀的方法，并鑒定了高NUE水稻的量化表型。本發明在針對高NUE的水稻品種篩選和水稻田間智能管理方面開發了量化標準，為高通量篩選高NUE水稻品種以及水稻田間精準氮肥管理提供了必要的理論準備，為顛覆傳統的農業和育種領域方法提供了基礎，是精準農業和智慧農業道路上的進一步探索，將有力地推動精準農業和智慧農業的發展。

基金支持

本項目的研發受到國家水稻產業體系(CARS-01-07)的資助。

技術領域

本發明涉及智慧農業領域，更特別地，涉及基于遙感的植物性狀表示方法及其應用。

背景技術

氮元素(N)是植物生長不可或缺的營養元素，無論在光合作用、能量轉換、結構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，并通過維管系統轉運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生命活動中，維持植物內部的營養平衡。

糧食生產中，高氮肥的施用是影響產量的關鍵因素之一。然而，近年來，隨著氮肥施用的增長，糧食作物產量的并沒有相應增長，而是達到了平臺期。從1980年到2010年，我國氮肥施用量增長了512％，而谷物產量只增長了65％。過度的氮肥施用不僅提高了成本，而且導致了氮利用率降低以及氮損失。田間氮肥的溢出，進入到土壤和水中，還會引起一些嚴重的環境問題。根據測算，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，遠高于世界平均水平105kg/hm²，并且實際使用效率僅有約30-35％。通過優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，為了達到最大產量潛能(10-15Mt/hm²)，絕大多數超級稻品種需要高達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，以徹底解決這個問題。

水稻育種領域對高NUE育種選擇做了許多努力，但是迄今仍然進展緩慢。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，并進一步表征為氮利用效率。因為，水稻中的氮含量變化既表現在空間水平方面(冠層形態變化)，又表現時間水平方面(整個生育周期中的發育變化，例如營養生長和生殖生長的轉換)。

由于水稻對氮的攝取和利用是一個復雜的綜合行為，涉及多種生命活動，目前育種者尚且無法找到某一個基因或歸集一個基因群來作為高NUE的分子標志。依靠傳統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，一方面無法準確表征氮利用率，另一方面費時費力，無法用于高通量篩選。

因此，高NUE的表型到底是什么，以及如何描述高NUE表型，本身就是一個難題，給育種者篩選具有高NUE的水稻品種造成巨大障礙。

隨著遙感技術和無人機的發展，以及攝像頭分辨率的提高，其與遙感技術的結合逐漸用于農業生產和研究。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的生理數據。南京農業大學的鄭恒彪等使用無人機搭載相機拍攝作物影像，并以這些影像為基礎來分析和評估作物的生理參數，顯示出一些生理參數與無人機拍攝的影像計算的VI之間存在一定的相關性。然而，這些研究都集中于探索使用VI估算相關生理參數的測量方法學上，目前沒有研究將這些測量方法學上的成果應用于探索NUE表型的描述上，更沒有找到水稻的高NUE性狀標準，以及如何篩選高NUE的水稻品種。

因此，需要一種新的表示NUE性狀的方法，以及根據這種新的NUE表示方法來篩選高NUE水稻品種。