[发明专利]一种水稻柱头长度的测量方法

说明书

本发明公开了一种水稻柱头长度测量的方法。该方法包括以下步骤：水稻颖花取样的时期(盛花期)—测量工具体式显微镜焦距的矫正与标尺的拍照—水稻柱头的剥离与拍照—柱头长度的测量—数据处理。利用本方法进行柱头长度调查，其柱头长度的表型数据人为因素影响小、准确度高。通过本方法调查的柱头长度性状，可用于长柱头有利基因的挖掘、精细定位、克隆乃至功能分析；同时利用发掘的长柱头基因改良水稻不育系，增加水稻不育系的柱头长度，从而提高水稻柱头外露率，增加制种产量。

技术领域

本发明属于水稻异交相关性状调查方法领域，具体涉及一种水稻柱头长度的测量方法。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食作物，也是世界上最重要的粮食作物之一，全国有65%以上的人口以稻米为主食。在人口持续增长而耕地却以数百万亩的速度逐年减少的情况下，要保障几十亿人口的粮食安全，大幅度的提高单位面积产量是必然选择。始于我国20世纪70年代的杂交水稻，较同熟期的常规稻单产增加15%左右，其商业化种植使水稻生产力有了大幅度提高。实践证明，利用水稻杂种优势提高水稻单产是最有效的途径之一。

杂交水稻需要年年生产一代杂种种子。我国是世界最大的杂交水稻种子生产和消费国，每年杂交水稻种植面积为1400万公顷，需杂交水稻种子约35万吨。研究表明限制杂交水稻制种产量的主要因素是不育系异交结实率低。水稻母本颖花柱头外露是影响杂交稻制种异交结实率的决定因素。柱头外露是指水稻开花结束后，雌蕊柱头仍然留在颖壳外的现象。柱头外露率是指柱头外露颖花数占调查总颖花数的百分率，是水稻重要的异交性状。由于外露柱头展开度大、花粉承接面积增加、解除了颖壳对外源花粉的传播障碍以及开花的第二天甚至若干天仍有授粉机会。蔡俊迈等（1987）研究发现，不育系V41A和V20A开花当天未授粉的颖花，凭外露柱头在田间自由授粉，天然异交率分别可达到35%和37%。说明不育系柱头外露率越高，就越有利于异交。柱头外露率属数量性状遗传，不同研究者利用不同定位群体在水稻所有12条染色体共检测到104个控制该性状的QTL。然而，柱头外露率易受各种外界环境（如抽穗开花期的天气、湿度、温度等）的影响，加之性状调查步骤繁琐、误差大，导致初定位后很难进行后续的深入研究。

前人研究表明水稻柱头外露率与雌蕊长度、柱头长度、小穗长度呈显著正相关，这种正相关大多由一因多效引起。Takano-Kai等（2011）经转基因研究发现，控制水稻籽粒长度的GS3等位基因在幼嫩柱头的基部表达，该基因通过增加柱头非羽状段的细胞数目进而增加柱头长度以及提高柱头外露率。雌蕊柱头发育、伸长在颖花内，受环境影响小，表型调查准确度高，生物学过程较易阐释，因而与柱头外露率相比，以柱头长度为异交性状指标进行QTL定位、精细定位乃至后续的基因克隆和功能分析更可靠易行。

但目前对于水稻柱头长度的研究报道较少，这可能一是由于柱头长度的取样程序繁琐，没有统一的标准。2012年陈兰等在水稻花药成熟但未散粉时每穗上取5朵颖花进行柱头长度的调查，这在时间上不易掌握，特别是大群体材料；2017年吴健等在晴天的中午或下午，对5个当天开放的颖花进行柱头长度的调查；二是由于没有统一的测量标准，陈兰等（2012）是在双目解剖镜下进行剥离及测量，而吴健等（2017）用相机拍照，再用Image J软件对柱头长度进行测量。申请者曾对不同时期（刚抽穗、开花前、正开花以及闭颖后）的柱头长度调查发现，同一材料4个不同时期的柱头长度差异大。水稻柱头长度本身很小（1.0mm—3.0mm），取样及测量过程中的任一环节出现误差，都会给表型数据带来较大的差异。本发明中的测量方法从颖花的取样时期、后续的保存、柱头长度调查前的准备、柱头长度的剥离、拍照、测量等各环节进行详细的介绍，测量出的柱头长度表型数据准确、可靠，可重复性高。此方法的应用对于长柱头水稻种质资源的发掘和高异交率不育系的选育以及柱头长度基因的挖掘、克隆和功能验证都具有重要的意义。

发明内容