水稻耐儲性的遺傳分析及育種研究

王記林 熊玉珍 鄧偉 饒淑芳 余麗琴 陳紅萍

摘要：以耐儲性強的秈稻二秋矮1號為材料與育種骨干親本明恢63構(gòu)建分離群體，并利用人工老化的方法鑒定群體表型。結(jié)果表明，二秋矮1號耐儲的表型符合兩位點互作的隱性上位遺傳模型，且耐儲對不耐儲表型呈隱性。同時，獲得了一批耐儲性強的中間材料。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）;耐儲;遺傳;育種

中圖分類號：S511? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）22-0017-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.005? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract： A segregation population derived from a cross of two indica cultivars，Erqiuai No.1 and Minghui63， which have significant differences in seed storability，was assessed， and the seed storability was identified by artificial aging protocol. The results indicated that the genetic of seed storability phenotype in Erqiuai No.1 conformed to recessive epistatic genetic model and seed storability phenotype was recessive. Furthermore，a series of breeding materials with seed storability were obtained and laid a sound foundation for rice storability breeding.

Key words： rice（Oryza sativa L.）; seed storability; genetic; breeding

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要的農(nóng)作物之一，養(yǎng)活了世界一半以上的人口。近幾年，中國水稻總產(chǎn)大約在5 000億kg，但是每年都有接近150億kg的水稻在儲藏過程中因變質(zhì)、生蟲等原因損失掉[1]。因此，種子的耐儲性一直以來都是水稻基礎(chǔ)研究和育種的重要方向。

研究種子耐儲性的方法有自然老化和人工老化兩種。擬南芥中的研究證實自然老化和人工老化在蛋白組學層面的變化不存在差異[2]。近些年來，一些新的耐儲性相關(guān)位點被相繼報道。例如，利用粳稻日本晴和Kasalath構(gòu)建的回交重組自交系分別在第2、4和9染色體上檢測到控制種子壽命的QTL（qLG-2、qLG-4和qLG-9），其中qLG-9的效應(yīng)最大，且這些長壽的等位基因均來自Kasalath[3]。Lin等[4]利用N22與Nanjing35和USSR5分別構(gòu)建了兩個分離群體，檢測到了7個耐儲性位點，分別位于第1、2、5、6和9染色體上。同時，qSSn-9位點能夠同時在兩個分離群體中檢測得到。Suzuki等[5]在LOX3位點附近分離到了一個穗萌發(fā)相關(guān)的位點qPHS3，并利用分子標記輔助選擇法成功分離到了一份耐儲且不易穗萌發(fā)的家系，為今后水稻耐儲性育種提供了好的育種材料。同時，隨著耐儲性基礎(chǔ)性研究的深入，人們對種子耐儲機制的理解也更清晰。研究證實，種子自成熟收獲后就開啟了老化變質(zhì)的過程，同時種子自身體內(nèi)存在著一套延緩、阻止和修復損傷的解毒體系[6，7]。

脂質(zhì)過氧化作用是種子壽命和活力的重要影響因子，其分解的中間產(chǎn)物會不同程度地破壞植物組織和細胞，同時最終產(chǎn)物如丙二醛和乙醛等物質(zhì)的積累會造成細胞進一步的損傷[1，8]。LOX3編碼一種脂氧合酶，抑制或者敲除LOX3在水稻胚乳中的表達能夠延長種子的壽命[1，9]。研究表明，OsALDH7具有催化丙二醛、乙醛和甘油醛的活性，參與清除種子干燥過程中形成的氧化脅迫而產(chǎn)生的各種醛類化合物，在通過清除脂類化合物過氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的乙醛以維持種子活性中發(fā)揮重要作用[10]。種子中維生素E具備抗脂類氧化作用，能夠顯著增加種子的壽命[11]。水稻的乙醇脫氫酶和酯酶具備抗氧化的潛能，其活性與種子萌發(fā)和幼苗的生長呈正相關(guān)[12]。

DNA的修復對種子維持基因組結(jié)構(gòu)的完整、萌發(fā)能力和壽命至關(guān)重要。DNA連接酶VI在植物DNA修復過程中扮演著重要的角色。擬南芥的研究證實，DNA連接酶AtLIG6和AtLIG4是種子質(zhì)量和壽命的主要決定因子[13]。生理學和蛋白組學的研究證實，一些氧化還原蛋白（如谷胱甘肽相關(guān)）和病害/防衛(wèi)蛋白（如DNA損傷修復/耐受性蛋白和延遲胚胎形成的蛋白）與水稻種子的耐儲性相關(guān)[14]。此外，熱激蛋白如番茄中的HSFA9能夠提升種子的耐脫水能力，種子熱激蛋白HSFA9積累量的減少能夠顯著降低種子壽命[15]。

本試驗以耐儲性強的二秋矮1號和不耐儲的優(yōu)勢恢復系明恢63為親本，構(gòu)建F2分離群體分析耐儲表型的遺傳模型，并利用人工老化處理的方法輔助改良明恢63的耐儲性。

1? 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用耐儲材料為二秋矮1號，為筆者所在實驗室利用自然老化和人工老化的方法篩選出的耐儲性強的水稻資源，該材料株型直立，株高為80 cm，生育期為95 d，千粒重為19.6 g。試驗以耐儲性強的水稻種質(zhì)二秋矮1號為母本，以不耐儲的水稻育種骨干親本明恢63為父本，構(gòu)建F2分離群體，分單株收獲自交種鑒定群體表型，同時鑒定雙親表型作為對照。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 人工老化試驗方法? 將收獲的雙親及其衍生的F2群體單株自交種曬干，室溫密封保存。一個月后，每份種子分裝100粒鑒定種子的耐儲性表型。采用人工老化的方法加速種子老化，具體為在溫度50 ℃、相對濕度95%條件下處理84 h。人工老化處理后，依據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》鑒定種子的發(fā)芽率。

1.2.2? 明恢63耐儲性改良的技術(shù)路線? 改良的技術(shù)路線具體見圖1。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 二秋矮1號耐儲性的遺傳分析

經(jīng)過人工老化試驗處理后，兩親本的發(fā)芽率差異極顯著（P<0.01），不耐儲親本明恢63的發(fā)芽率為0，耐儲性強的親本二秋矮1號的發(fā)芽率為48%（圖2）。其后代F2分離群體的發(fā)芽率為0～49%，平均發(fā)芽率為14.1%，以4%為節(jié)點繪制的頻率分布直方圖呈現(xiàn)為不連續(xù)的三峰分布（圖2）。結(jié)果暗示，二秋矮1號的耐儲性應(yīng)該為主效基因調(diào)控。

依據(jù)頻率分布的拐點取值，發(fā)芽率為0～12%的單株有54株，發(fā)芽率為13%～24%的單株有24株，發(fā)芽率為25%～52%的單株有17株。通過統(tǒng)計分析可知，二秋矮1號的耐儲表型符合9（54）∶4（24）∶3（17）的遺傳比例，P值為0.06<5.78，達到極顯著水平。遺傳頻率統(tǒng)計分析的結(jié)果表明，二秋矮1號的耐儲表型符合雙基因互作的隱性上位遺傳模型，耐儲對不耐儲的表型呈隱性。

2.2 水稻恢復系耐儲性表型的改良

明恢63是中國雜交稻廣泛應(yīng)用的強恢復系，具有株型好、稻米品質(zhì)好、一般配合力高等優(yōu)點，但是耐儲性一般，不利于稻谷的儲藏和種子活力的保持。依據(jù)圖1中的技術(shù)路線，利用耐儲性強的二秋矮1號為供體，與明恢63雜交構(gòu)建F2分離群體，并通過人工老化的方式篩選到7份耐儲性強的后代單株，處理后平均發(fā)芽率為44.6%。之后，以這7份耐儲性強的單株為材料與明恢63回交3代，并利用人工老化的方法輔助篩選了多個耐儲性強的品系。

3? 討論

加強稻谷的耐儲性對于中國糧食安全和水稻生產(chǎn)都具有很大的現(xiàn)實意義。但是由于自然老化處理周期過長，嚴重制約了水稻耐儲性新基因的發(fā)掘和利用。盡管目前對于人工老化是否能夠等同于自然老化的觀點尚無定論，但是利用人工老化的方法開展水稻耐儲性研究已經(jīng)被廣泛接受。

利用的耐儲性強的資源二秋矮1號無論在自然老化和人工老化方面均表現(xiàn)出耐儲性強的特性。這一特點為后續(xù)克隆耐儲基因和利用其開展水稻耐儲育種提供了便利和基礎(chǔ)。

二秋矮1號后代群體的遺傳分析表明，其耐儲表型符合雙基因互作的隱性上位遺傳模型，且耐儲表型為隱性。與目前公布的研究結(jié)果相比，可以確定二秋矮1號的耐儲表型受一套新的遺傳機制調(diào)控，后續(xù)對兩位點的克隆和機制研究都具有重大意義。

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