一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法

1.本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法。


背景技术：

2.我国具有悠久的旱稻种植历史，旱稻主要分布在夏季雨水稳定但缺乏灌溉条件的旱地和山坡地，随着灌溉条件改善和水稻高产品种推广，旱稻逐渐减少，近年来，由于气候变化和水资源危机、区域性季节性干旱洪涝灾害频繁发生等问题，以及适应稻作生产方式变革的直播稻快速发展要求，节水抗旱稻在稻作生产中逐渐受到人们的重视。节水抗旱稻源于陆稻(旱稻)，是一种比普通水稻生产用水节约50％以上、能适应水旱两种生产环境的栽培稻类型，由于其在缓解水资源危机、扩大水稻种植范围、减少温室气体排放和农业面源污染以及保障粮食安全等方面具有良好的应用前景，节水抗旱稻育种成为水稻育种领域的一个重要方向。
3.节水抗旱稻的节水抗旱特性包括节水性和抗旱性，其鉴定需综合体现这两方面。水分利用效率是节水能力的主要鉴定指标，而抗旱性则较为复杂，鉴定方法指标较多。目前报道的水稻抗旱性鉴定方法主要有直接比较法、抗旱性分级评价法、总抗旱性评价法和数学分析法等，鉴定指标主要分为产量指标、形态指标和生理生化指标等类型，提出了抗旱系数、敏感指数、抗旱指数等概念。对于节水抗旱稻，现有技术从水分定量出发，以产量作为抗旱性评价的主要次级性状，同时考虑水分利用效率的协同变化，设计了宽水分生态幅度下的梯度量化控水试验，对杂交稻组合的节水抗旱特性进行研究，提出了杂交稻组合节水抗旱特性的定量评价体系，但在实际应用中，但此方法存在复杂的水分利用效率测算，为了使该方法指标体系能够广泛应用，于是应从节水抗旱稻育种实际出发，以基于普通考种数据为基础，对杂交稻组合节水抗旱性的综合评价技术体系进行简化，以期为节水抗旱稻育种和品种审定提供简便易行的鉴定技术指标。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法，对杂交稻组合节水抗旱性的综合评价技术体系进行简化，利用常规考种数据对杂交稻组合的节水抗旱性进行评价。
5.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
6.一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法，该方法包括以下步骤：
7.(1)选取多种待评价的水稻品种，设置多组实验组与一组对照组，分别进行育秧，得到各品种稻秧；
8.(2)分别对所述实验组与对照组的水稻进行取样考种，分别测得所述实验组与对照组的各性状考种数据；所述各性状考种数据包括单株生物学产量、单株籽粒产量、单株有效穗数、每穗实粒数、千粒重与播抽天数，所述各性状考种数据是指各性状考种的平均数
据；
9.(3)根据步骤(2)中所述实验组与对照组的各性状考种数据，分别得到所述实验组与对照组的抽穗延迟效应与收获指数；
10.(4)根据步骤(2)所得的所述实验组和对照组的各性状考种数据和步骤(3)所得的所述实验组和对照组的抽穗延迟效应与收获指数，分别得到所述实验组和对照组水稻的产量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数；
11.(5)根据步骤(4)得到的产量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数得到所述实验组与对照组水稻的各性状t值；
12.(6)根据步骤(5)所得实验组和对照组水稻的各性状t值，计算得到所述水稻品种的 5个综合抗旱指标；5个所述综合抗旱指标包括产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2，对各水稻品种的5个所述综合抗旱指标进行聚类分析，比较各水稻品种的抗旱性。
13.进一步的是，所述步骤(3)中抽穗延迟效应的计算方式如下：
14.hdd＝hd1
‑‑
hd0
15.式中，hdd表示抽穗延迟效应；hd1表示实验组的播抽天数；hd0表示对照组的播抽天数。
16.进一步的是，所述步骤(3)中收获指数的计算方式如下：
[0017][0018]
式中，hl为收获指数。
[0019]
进一步的是，所述步骤(4)中，所述产量结构性状抗旱指数包括单株籽粒产量抗旱指数、单株有效穗数抗旱指数、每穗实粒数抗旱指数与千粒重抗旱指数。
[0020]
进一步的是，所述步骤(5)中各性状t值包括单株籽粒产量t值、单株有效穗数t 值、每穗实粒数t值、千粒重抗旱t值、抽穗延迟效应t值与收获指数t值；所述各性状t 值的计算公式为：
[0021]
t
ij
＝0.1
×
(x
iji
2
×
x
ijii
2
×
x
ijiii
x
ijiv
)
[0022]
式中，t
ij
表示第i个品种的第j个性状的t值，x
ij
表示第i个品种的第j个性状的抗旱指数，i、ii、iii、iv分别表示4个处理梯度。
[0023]
进一步的是，所述步骤(6)中产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2分别用y-pfk、y-hdd、y-hi、ci1与ci2 表示，计算公式如下：
[0024][0025][0026][0027][0028]
[0029]
式中，t
p
、tf、tk、tg、t
hdd
和t
hi
分别表示单株有效穗数、每穗实粒数、千粒重、单株籽粒产量、抽穗延迟效应与收获指数的t值。
[0030]
进一步的是，所述步骤(6)中的聚类分析的方法包括欧式距离法与离差平方和法。
[0031]
本发明的有益效果：
[0032]
本发明提出一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法，选取选取多个待评价的水稻品种，设置多组实验组与一组对照组，分别进行育秧，得到各品种稻秧；分别对实验组与对照组的水稻进行取样考种，分别测得所述实验组与对照组的各性状考种数据；各性状考种数据包括单株生物学产量、单株籽粒产量、单株有效穗数、每穗实粒数、千粒重与播抽天数，在此基础上，计算5个复合抗旱指标，分别为产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2；产量结构性状抗旱指标体现了单株有效穗数、每穗实粒数和千粒重在单株籽粒产量形成方面的抗旱指数贡献比例，是面向注重产量抗旱指数选择的抗旱育种和评价应用指标；抽穗延迟效应抗旱指标体现了抽穗延迟效应对单株籽粒产量抗旱指数的影响作用，品种的抗旱能力越强则抽穗延迟效应越小，该指标值越大；收获指数抗旱指标体现了收获指数的抗旱指数在干旱胁迫过程中的变化情况，其值越大则表示节水抗旱能力越强，干旱胁迫下的产量更高；综合抗旱指标1体现了土壤水分梯度变化过程中产量构成因素、抽穗延迟效应、收获指数对单株籽粒产量性状的总体累加效应；综合抗旱指标2体现了干旱胁迫造成的抽穗延迟效应和收获指数变化相对于产量构成因素的作用大小；本发明构建的5个综合评价指标能够依据节水抗旱性对水稻品种进行量化精准鉴定，利用常规考种数据对杂交稻组合的节水抗旱性进行梯度量化控水条件下的综合评价，不需要在实验过程中采用精密仪器对水分动态过程数据进行记录，降低了试验的成本，简化了评价方法，使该方法指标体系能够广泛应用。
附图说明
[0033]
图1为本发明各实验组的各性状在不同水含量处理下的变化图；
[0034]
图2为本发明各实验组单株有效穗数抗旱指数在不同水分处理水平上的变化图；
[0035]
图3为本发明各实验组每穗实粒数抗旱指数在不同水分处理水平上的变化图；
[0036]
图4为本发明各实验组千粒重抗旱指数在不同水分处理水平上的变化图；
[0037]
图5为本发明各实验组单株籽粒产量抗旱指数在不同水分处理水平上的变化图；
[0038]
图6为本发明各实验组播抽天数抗旱指数变化图；
[0039]
图7为本发明各实验组收获指数抗旱指数变化图；
[0040]
图8为本发明各实验组多个性状的t值比较图；
[0041]
图9为本发明各实验组5个多梯度多性状综合抗旱指标的节水抗旱性对比图；
[0042]
图10为本发明以5个指标对各实验组的系统聚类图；
[0043]
图11为本发明步骤流程图。
具体实施方式
[0044]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]
实施例1
[0046]
结合图1-图11，本实施例提供了一种基于考种数据的水稻抗旱性评价方法，该方法包括以下步骤：
[0047]
(1)选取如下水稻品种：雅优旱禾、荃9优86、荃优116、旱优737、旱两优8号和旱优73作为实验品种水稻，设置多组实验组与一组对照组，分别育秧，实验组和对照组是指对所述稻秧分别进行梯度量化控水栽培和淹水栽培，且其余实验条件均相同，分别得到实验组和对照组的成熟水稻；值得说明的是，实验组为干旱胁迫处理组，可以有多组，对照组为水稻常规淹水栽培方式组，一般只有1组；具体组数可根据需求进行设置。
[0048]
具体的试验设计如下：
[0049]
采用盆栽试验进行，以田间持水量作为土壤水分含量梯度划分依据，利用称重法量化控制盆栽土壤含水量，共设计了100％、80％、60％和40％田间持水量，即梯度i、梯度ii、梯度iii、梯度iv共4种水分梯度处理水平；盆栽初始装土时，使用均匀一致的钢化塑料桶(直径26cm，深31cm)装干土5.5kg待用；采用水稻常规方法育秧，4月15日将试验材料播种于秧田，5月23日移栽至自主研发建设的节水抗旱性鉴定试验平台单元中，每个单元上有1个钢化塑料盆，每种处理水平中的每试验组合各栽6盆，每盆3株，呈三角形栽培，置于人工搭建的防雨大棚内；当天每盆加水至10.0kg，返青后开始梯度量化控水处理，定期以电子天平(精确度0.001kg)逐盆称重，分别使4种处理水平中每盆总重量始终处于9.9 kg、8.75kg、7.35kg、6.25kg，低于这个标准时加水补足，直至成熟收获，按大田管理防治病虫害。
[0050]
(2)分别对所述实验组与对照组的水稻进行取样考种，控水梯度为梯度ii、梯度iii与梯度iv为实验组，梯度i为对照组，分别测得所述实验组与对照组的各性状考种数据；所述各性状考种数据包括单株生物学产量、单株籽粒产量、单株有效穗数、每穗实粒数、千粒重与播抽天数，所述各性状考种数据是指各性状考种的平均数据；值得说明的是，各性状考种数据中的单株生物学产量由品种本身决定，本实验不做测定。
[0051]
(3)根据步骤(2)中所述实验组与对照组的各性状考种数据，分别得到所述实验组与对照组的抽穗延迟效应与收获指数；抽穗延迟效应的计算方式如下：
[0052]
hdd＝hdl
‑‑
hd0
[0053]
式中，hdd表示抽穗延迟效应；hd1表示实验组的播抽天数；hd0表示对照组的播抽天数。
[0054]
进一步的是，收获指数的计算方式如下：
[0055][0056]
式中，hi为收获指数。
[0057]
各品种的各性状考种数据、抽穗延迟效应与收获指数测定值如下表所示：
[0058]
表1各性状考种数据、抽穗延迟效应与收获指数测定值
[0059][0060][0061]
(4)根据步骤(2)所得的所述实验组和对照组的各性状考种数据和步骤(3)所得的所述实验组和对照组的抽穗延迟效应与收获指数，分别得到所述实验组和对照组水稻的产
量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数；所述产量结构性状抗旱指数包括单株籽粒产量抗旱指数、单株有效穗数抗旱指数、每穗实粒数抗旱指数与千粒重抗旱指数；产量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数，各抗旱指数的计算公式为：式中，di代表抗旱指数；tg代表待测样本胁迫处理数值； cg待测样本对照处理数值；表示所有待测样本对照处理数值的平均值；表示所有待测样本胁迫处理数值的平均值，根据此计算公式计算各抗旱指数，计算结果如下表所示：
[0062]
表2产量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数计算值
[0063]
[0064][0065]
(5)根据步骤(4)得到的产量结构性状抗旱指数、抽穗延迟效应抗旱指数与收获指数抗旱指数得到所述实验组与对照组水稻的各性状t值；以各抗旱指数值进行作图，计算图中各di点与横轴构成的封闭图形面积(t值)，视为各品种在梯度量化控水条件下产量等性状对土壤水分条件变化响应的总效应；各性状t值包括单株籽粒产量t值、单株有效穗数t 值、每穗实粒数t值、千粒重抗旱t值、抽穗延迟效应t值与收获指数t值；所述各性状t 值的计算公式为：
[0066][0067]
式中，t
ij
表示第i个品种的第j个性状的t值，x
ij
表示第i个品种的第j个性状的抗旱指数，i、ii、iii、iv分别表示4个处理梯度。
[0068]
各性状t值的计算结果如如下表所示：
[0069]
表3各性状t值的计算结果
[0070][0071]
(6)根据步骤(5)所得实验组和对照组水稻的各性状t值，计算得到所述水稻品种的 5个综合抗旱指标；5个所述综合抗旱指标包括产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2，对各水稻品种的5个所述综合抗旱指标进行法聚类分析，结合上述指标作图，综合比较各水稻品种的抗旱性；在一些较优的实施方案中，聚类分析时以5个综合指标值或其中部分指标值为基础，采用欧氏距离与离差平方和方法，有效区分各品种的综合抗旱性。
[0072]
(7)进一步的是，产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2分别用y-pfk、y-hdd、y-hi、ci1与ci2表示，计算公式如下：
[0073][0074][0075][0076]
[0077][0078]
式中，t
p
、tf、tk、tg、t
hdd
和t
hi
分别表示单株有效穗数、每穗实粒数、千粒重、单株籽粒产量、抽穗延迟效应与收获指数的t值。
[0079]
根据以上公式计算个抗旱指标，分别以品种和各性状的t值为坐标轴而实现图形化结果展示，直观体现各品种的综合抗旱性表现，从而达到品种抗旱性量化比较的目的。
[0080]
产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1 与综合抗旱指标2的计算结果如下表所示：
[0081]
表4多个综合抗旱指标计算结果表
[0082][0083]
实验结果分析
[0084]
如图1所示，6个组合的12个性状在4种水分处理条件下的变化情况如图所示，其中每穗总粒数、每穗实粒数、结实率的变化幅度最大，其次为单株生物学产量和株高，其它性状变化幅度较小，说明穗粒数和结实率等穗部性状比其它性状对水分条件变化更具敏感性。
[0085]
如图2-图5所示，各杂交稻组合的各性状在不同水分处理水平上的抗旱指数发生变化，不同组合的单株籽粒产量在梯度ii、梯度iii具有明显的差异；从单株籽粒产量构成因素来看，这种变化主要体现在单株有效穗数、每穗实粒数及千粒重对土壤水分含量变化的响应上；表明了不同杂交稻组合的产量结构性状抗旱指数随土壤水分含量变化而变化。
[0086]
如图6-图7所示，各试验组合的抽穗延迟效应抗旱指数在梯度iv的变化幅度大于梯度ii 和梯度iii，表明在梯度iv条件下各杂交稻组合的抽穗延迟效应抗旱指数差异更明显，抽穗延迟效应抗旱指数在高强度胁迫下变化越大；收获指数抗旱指数在梯度ii、iii、iv都具有明显差异，且随着胁迫强度增大的而逐渐降低。
[0087]
在图2-图7的基础上，计算图中各抗旱指数与横轴构成的封闭图形面积(各性状t 值)，并根据各性状t值计算视为各试验组合产量和构成因素及水分利用效率的多梯度综合抗旱性体现，综合评价指标计算产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2，结果如图8、图9所示。指标产量结构性状抗旱指标、综合抗旱指标1、综合抗旱指标2对参试品种的区分效果明显，更接近于田间实际经验观察结果。以5个综合评价指标对各试验品种的抗旱性进行系统聚类分析，结果如图 10，可以分为2类，第1类为雅优旱禾、旱优737、旱两优8号；第2类为荃优116、荃9 优86、旱优73，综合抗旱性比较为第1类》第2类，各试验品种的综合抗旱性大小依次为：旱两优8号》雅优旱禾
》旱优737》旱优73》荃优116》荃9优86。
[0088]
综上所述，本发明根据易于观察获取的抽穗延迟效应和收获指数，构建了产量结构性状抗旱指标(y-pfk)、抽穗延迟效应抗旱指标(y-hdd)、收获指数抗旱指标(y-hi)、综合抗旱指标1(ci1)与综合抗旱指标2(ci2)共5个综合抗旱指标，y-pfk体现了单株有效穗数、每穗实粒数和千粒重在单株籽粒产量形成方面的抗旱指数贡献比例，是面向注重产量抗旱指数选择的抗旱育种和评价应用指标；从图1可以看出，穗部性状在水分变化中的变化幅度最大，该指标能够综合体现穗部性状的变化，可以避免单一性状抗旱指数选择所造成的片面选择效果；y-hdd体现了抽穗延迟效应对单株籽粒产量抗旱指数的影响作用，品种的抗旱能力越强则抽穗延迟效应越小，该指标值越大；y-hi体现了收获指数的抗旱指数在干旱胁迫过程中的变化情况，其值越大则表示节水抗旱能力越强，干旱胁迫下的产量更高；ci1体现了土壤水分梯度变化过程中产量构成因素、抽穗延迟效应、收获指数对单株籽粒产量性状的总体累加效应，3个方面的效应同等重要，每个方面的效应增加都会影响总体评价结果；ci2 体现了干旱胁迫造成的抽穗延迟效应和收获指数变化相对于产量构成因素的作用大小，该值越大则表示延迟与收获指数降低的累积效应相对于产量变化的贡献率越高，抗旱育种改良时需要注意选择干旱胁迫下的抽穗延迟效应小和收获指数较高的品种。产量结构性状抗旱指标、抽穗延迟效应抗旱指标、收获指数抗旱指标、综合抗旱指标1与综合抗旱指标2这5个抗旱指标综合分析对6个节水抗旱稻组合的分辨能力较好，能够将试验组合的节水抗旱性进行有效区分，可见这5个新指标能够以常规考种数据对品种的节水抗旱性进行评价，并达到良好的判别目标，因此本发明提出的5个新指标适用于梯度量化控水条件下节水抗旱稻的鉴定评价，结合聚类分析，可以对试验品种进行分类判别。
[0089]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。