高通量筛选干旱条件下GHW性状优良的植物品种的方法

本发明涉及植物农艺生理性状筛选，更具体地，涉及植物节水-产量平衡性状筛选，特别是指一种高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法。

背景技术：

1、全球70％的淡水消耗来自于农业生产，发掘能够高效利用水资源的作物，有助于农业的可持续发展。作物根系从土壤中吸收的水分绝大部分经由叶片蒸腾，当植物受到干旱胁迫时，通常会迅速关闭气孔来降低蒸腾作用，避免植物失水萎蔫，但同时也降低了光合作用，导致干物质积累受阻和产量损失。因此，在全球变旱的大背景下，如何提高作物的水分利用效率是实现节水性和作物产量平衡的关键。

2、wue(水分利用效率，water use efficiency)是植物节水抗旱性育种的一个重要性状。研究表明，在叶片和冠层尺度上，wue可以较好地被胞间co2浓度相关的参数kd和饱和蒸气压差vpd的比值所量化，由于kd具有物种保守性，wue的日动态变化主要受到vpd的调控。然而，即使wue的动态变化一致，一天中蒸腾速率的分布不同也将导致全天尺度的wue差异。进一步研究发现，植物光合速率和蒸腾速率对环境的响应存在异步性。每日上午6:00～11:00左右是一个高光合速率和低蒸腾速率并存的时段，使得植物的蒸腾作用与光合作用实现最优组合，即表现高wue的同时具有高光合总量，他们将这一时段称为wue的“黄金时段”(golden hour for wue,下述简称ghw)，认为其对作物节水和高效生产具有重要意义。

3、“黄金wue”性状(下述简称ghw性状)具有重要的农艺学意义，然而至今尚未建立量化表征ghw性状相关参数的方法。目前，植物气体交换参数的测定可以同步获取光合速率、蒸腾速率及wue，然而无论是单叶尺度的测定(例如li-6800光合仪)还是冠层尺度的测定(例如capts冠层光合测量系统)，均存在需要稳定叶室或气室、灵敏度要求高、测定速度慢、价格昂贵等诸多痛点、难点，极大地限制了光合同化及wue的高通量测定，阻碍了通过大规模品种筛选发现具有优异的wue利用模式的种质、提高作物节水抗旱能力的进程。

4、随着表型组时代的来临，新型高通量生理表型筛选技术为“黄金wue”性状(下述简称ghw性状)的动态解析提供了机遇。因此，希望提供一种高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法，为未来大规模筛查挖掘具有优异ghw利用模式的作物种质提供量化工具，进而利用该性状提高作物在生产季的水分利用总效率，实现节水性和作物产量的综合改良。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法，其能够准确可靠地表征植物的ghw性状，评估不同基因型植物的ghw性状差异，筛选ghw性状优良的植物，实现节水性和作物产量的综合改良，适于大规模推广应用。

2、本发明的另一目的在于提供一种高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法，其设计巧妙，操作简单方便，易于实现，成本低，适于大规模推广应用。

3、为达到以上目的，本发明提供了一种高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法，其特点是，包括以下步骤：

4、1)在栽培容器中装填栽培基质，在所述栽培基质上覆盖塑料薄膜，将植物品种栽种在所述栽培基质中，从而形成测量对象，所述测量对象的数目为多个，多个所述测量对象的所述植物品种的基因型均不同；

5、2)在渐进式干旱条件下，在n天中，其中n为≥1的整数，对于每个所述测量对象，在每天的包括ghw时段的日间测量时间段内每隔一段固定时间测量所述测量对象的重量w、以及所述植物品种的冠层上方的环境温度t和环境湿度rh，其中，所述重量w的单位为g，所述环境温度t的单位为℃，所述环境湿度rh的单位为％；

6、3)分别采用以下公式(1)和(2)计算所述测量对象的所述植物品种的实时动态蒸腾速率tr和冠层饱和蒸气压差vpd：

7、

8、

9、其中，所述实时动态蒸腾速率tr的单位为g·min-1，t表示时间，表示单位时间内重量对时间求1阶导数，所述冠层饱和蒸气压差vpd的单位为kpa；

10、4)采用以下公式(4)计算所述植物品种的干物质生产量dm：

11、

12、其中，kd为所述植物品种的叶片胞间co2浓度相关的参数，δt为所述固定时间，dmi,δt为第i时刻至第i+δt时刻内的干物质积累，所述dm单位为g；

13、5)tr/vpd为所述植物品种的冠层导度，根据公式(4)计算用于表征所述ghw性状的综合参数：所述ghw时段的冠层导度累积值accghw、accghw占所述日间测量时间段的冠层导度累积值accdaily的比重fghw；

14、6)对多个所述测量对象的所述植物品种的所述综合参数分别进行双因素方差分析，其中因素1为所述的植物品种的基因型，因素2为第1天～第n天，分别比较所述综合参数中同一参数下所述植物品种的平均值的显著性差异，选择所述综合参数的显著性均位列前三的植物品种作为ghw性状优良的植物品种。

15、较佳地，在所述公式(4)中，当δt≤3分钟时，则第i时刻的瞬时干物质生产量dmi正比于tr/vpd。

16、较佳地，所述步骤2)中的所述测量采用高通量生理表型组平台plantarray进行。

17、较佳地，在所述步骤2)中，所述n为14。

18、较佳地，在所述步骤2)中，所述固定时间为3分钟，所述ghw时段为6:00～11:00，所述日间测量时间段为4:30～19:00。

19、较佳地，所述步骤5)中的所述计算采用植物功能生理表型解析软件进行。

20、较佳地，所述的测量对象的数目为24个。

21、更佳地，24个所述植物品种分别为24个菜豆品种，所述24个菜豆品种分别为cp-pv-15、cp-pv-26、cp-pv-122、cp-pv-137、cp-pv-152、cp-pv-155、cp-pv-157、cp-pv-175、cp-pv-182、cp-pv-241、cp-pv-246、cp-pv-263、cp-pv-270、cp-pv-271、cp-pv-277、cp-pv-287、cp-pv-293、cp-pv-299、cp-pv-300、cp-pv-306、cp-pv-311、cp-pv-319、cp-pv-321和cp-pv-325，其中，cp-pv-15为ghw性状优良的植物品种。

22、本发明的有益效果在于：

23、a.本发明的高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法包括以下步骤：在渐进式干旱条件下，在n天中，对于每个测量对象，在每天的包括ghw时段的日间测量时间段内每隔一段固定时间测量测量对象的重量w、植物品种的冠层上方的环境温度t和环境湿度rh；计算测量对象的植物品种的实时动态蒸腾速率tr和冠层饱和蒸气压差vpd；计算植物品种的干物质生产量dm；tr/vpd为植物品种的冠层导度，计算用于表征ghw性状的综合参数：accghw和fghw；对多个测量对象的植物品种的综合参数分别进行双因素方差分析，其中因素1为植物品种的基因型，因素2为第1天～第n天，分别比较综合参数中同一参数下植物品种的平均值的显著性差异，选择综合参数的显著性均位列前三的植物品种作为ghw性状优良的植物品种，因此，其能够准确可靠地表征植物的ghw性状，评估不同基因型植物的ghw性状差异，筛选ghw性状优良的植物，实现节水性和作物产量的综合改良，适于大规模推广应用。

24、b.本发明的高通量筛选干旱条件下ghw性状优良的植物品种的方法包括以下步骤：在渐进式干旱条件下，在n天中，对于每个测量对象，在每天的包括ghw时段的日间测量时间段内每隔一段固定时间测量测量对象的重量w、植物品种的冠层上方的环境温度t和环境湿度rh；计算测量对象的植物品种的实时动态蒸腾速率tr和冠层饱和蒸气压差vpd；计算植物品种的干物质生产量dm；tr/vpd为植物品种的冠层导度，计算用于表征ghw性状的综合参数：accghw和fghw；对多个测量对象的植物品种的综合参数分别进行双因素方差分析，其中因素1为植物品种的基因型，因素2为第1天～第n天，分别比较综合参数中同一参数下植物品种的平均值的显著性差异，选择综合参数的显著性均位列前三的植物品种作为ghw性状优良的植物品种，因此，其设计巧妙，操作简单方便，易于实现，成本低，适于大规模推广应用。

25、本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。