利用分子標(biāo)記輔助選育優(yōu)質(zhì)香軟水稻新品系“上師大22號(hào)”及試種

趙國(guó)超　謝水鋒　宗士鵬　胡大明　李建粵

摘? 要： 為培育適合上海市及其周邊地區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)香軟水稻，以優(yōu)質(zhì)水稻“銀香38”為母本，以抗稻瘟病水稻品系“13-2”為父本，進(jìn)行雜交獲得了F種子;再以抗倒性較強(qiáng)的“武運(yùn)29185”香稻為母本，與F植株進(jìn)行復(fù)交，然后多代自交，期間利用香味基因和抗稻瘟病基因分子標(biāo)記輔助篩選，成功培育出優(yōu)質(zhì)香軟水稻“上師大22號(hào)”.試種結(jié)果顯示：“上師大22號(hào)”水稻全生育期比目前上海市主栽常規(guī)水稻“秀水134”短12 d，接近“銀香38”水稻;“上師大22號(hào)”畝產(chǎn)量分別比“秀水134”和“銀香38”增加2.84%和3.96%;“上師大22號(hào)”稻瘟病抗性及抗倒性都比“銀香38”明顯提高.“上師大22號(hào)”水稻新品系的成功培育，為上海市進(jìn)一步推廣優(yōu)質(zhì)稻品種奠定了基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞： 水稻（）; 香味基因; 抗稻瘟病基因; 分子標(biāo)記輔助選育; “上師大22號(hào)”

中圖分類號(hào)： S 511??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A??? 文章編號(hào)： 1000-5137（2022）02-0237-06

“”

ZHAO GuochaoXIE ShuifengZONG ShipengHU DamingLI Jianyue

（1.College of Life Sciences， Shanghai Normal University， Shanghai 200234， China; 2.Shanghai Qingpu District Agricultural Technology Extension and Service Center， Shanghai 201700， China）

In order to cultivate superior-quality conventional rice suitable for planting in Shanghai and its surrounding areas， we successfully developed a new line of fragrant soft rice “Shangshida No.22” using the rice varieties of “Yinxiang 38”， “13-2” and “Wuyun 29185” as the parents with the aid of fragrant rice marker gene and and rice blast resistance marker genes. The trial planting test results showed that the whole growth period of “Shangshida No.22” rice was close to the “Yingxiang 38”， but was 12 days shorter than that of the “Xiushui 134” control. The yield per acre of “Shangshida No.22” reached 102.84% and 103.96% of “Xiushui 134” and “Yingxiang 38”， respectively. In addition， “Shangshida No.22” had more strong resistance to rice blast and lodging. This successful breeding of the new rice line “Shangshida No.22” laid the foundation for populating the superior-quality conventional rice in the Shanghai.

rice （）; aromatic gene; rice blast resistance genes; molecular marker-assisted selection; “Shangshida No.22”

稻瘟病是水稻重要病害之一，嚴(yán)重危害水稻正常的生長(zhǎng)發(fā)育，影響產(chǎn)量和品質(zhì).目前，防治稻瘟病的主要途徑是化學(xué)防治，但化學(xué)防治成本較高且會(huì)污染環(huán)境，因此培育和推廣抗稻瘟病水稻新品種是未來(lái)降低稻瘟病危害的主要途徑.HITTALMANI等的研究表明，將具有不同抗譜的多個(gè)抗稻瘟病基因聚合到同一個(gè)水稻品種中，是培育具有持久抗性品種的有效措施之一.在已經(jīng)克隆的稻瘟病抗性基因中，和在我國(guó)江浙滬地區(qū)種植的水稻中表現(xiàn)出持久的廣譜稻瘟病抗性，被廣泛應(yīng)用于抗稻瘟病水稻的改良育種.

水稻是中國(guó)主要農(nóng)作物之一，隨著居民生活水平的提升，對(duì)優(yōu)質(zhì)食味稻米的需求日益擴(kuò)大，因此，提高稻米品質(zhì)成為育種者共同的目標(biāo).稻米食味品質(zhì)主要由直鏈淀粉含量（AC）、膠稠度（GC）和糊化溫度（GT）決定，其中，直鏈淀粉含量是決定稻米食味品質(zhì)的關(guān)鍵因素.蠟質(zhì)基因（）編碼的顆粒結(jié)合淀粉合成酶Ⅰ（GBSSⅠ）是稻米直鏈淀粉合成的關(guān)鍵酶，因此，被認(rèn)為是影響稻米食味品質(zhì)的重要基因.

香型水稻因稻米具有獨(dú)特的香味深受消費(fèi)者和育種者的青睞.稻米香味主要受8號(hào)染色體上編碼甜菜堿醛脫氫酶2 基因（）的調(diào)控.基因第7外顯子或第2外顯子的堿基缺失導(dǎo)致香味物質(zhì)2-乙酰-1-吡咯啉（2AP）積累，從而使稻米產(chǎn)生香氣.

“銀香38”是由光明種業(yè)有限公司選育的優(yōu)質(zhì)中熟晚粳常規(guī)水稻，屬于優(yōu)質(zhì)香軟水稻，2020年榮獲“第三屆全國(guó)優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)鑒評(píng)（粳稻）金獎(jiǎng)”，深受消費(fèi)者喜愛.然而，“銀香38”水稻的稻瘟病抗性和抗倒伏性都較差，制約了”銀香38”水稻的進(jìn)一步推廣應(yīng)用.本課題組通過等位測(cè)試分析的前期工作發(fā)現(xiàn)控制“銀香38”稻米直鏈淀粉含量的基因不是，而是由新的基因調(diào)控，并且發(fā)現(xiàn)，“銀香38”水稻米飯油亮性較好.本研究以“銀香38”水稻為母本，以抗稻瘟病水稻品系“132”為父本進(jìn)行雜交，獲得了F種子;F植株再與抗倒性較強(qiáng)的“武運(yùn)29185”香稻（母本）進(jìn)行復(fù)交，再進(jìn)行多代自交選育，期間結(jié)合分子標(biāo)記輔助，成功培育了稻瘟病抗性和抗倒性都比“銀香38”明顯提高的香軟水稻新品系“上師大22號(hào)”，并對(duì)其農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及稻米品質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行了分析.

1? 材料與方法

試驗(yàn)材料

在“上師大22號(hào)”的培育過程中，共使用3種水稻作為親本材料，分別是光明種業(yè)有限公司許建華研究員惠贈(zèng)的“銀香38”水稻和“武運(yùn)29185”香稻，以及上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心沈嘉清研究員惠贈(zèng)的抗稻瘟病水稻品系“132”.“銀香38”水稻香味基因?qū)儆诘?外顯子突變類型，“武運(yùn)29185”水稻香味基因?qū)儆诘?外顯子突變類型.

香味基因和稻瘟病抗性基因鑒定

通過十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法提取了水稻幼嫩葉片基因組DNA.采用BRADBURY等建立的分子標(biāo)記對(duì)第7外顯子突變類型香味基因進(jìn)行了檢測(cè).香稻和非香稻均含有約580 bp的條帶，但香型水稻還具有另外一個(gè)257 bp的條帶，而非香水稻則具有另外一個(gè)355 bp的條帶，雜合水稻同時(shí)含有580 bp，355 bp和257 bp 3個(gè)條帶.

利用HAN等報(bào)道的方法對(duì)稻瘟病抗性基因和進(jìn)行了檢測(cè).對(duì)于基因檢測(cè)，僅含有850 bp條帶的為感病植株，僅含有467 bp條帶的為抗病植株，同時(shí)含有850 bp條帶和467 bp條帶的為雜合植株.對(duì)于基因檢測(cè)，只含有803 bp條帶的為感病植株，只含有365 bp條帶的為抗病植株，雜合植株同時(shí)含有803 bp和365 bp的條帶.

“上師大號(hào)”試種及主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀考察

“上師大22號(hào)”水稻分別于2019年和2020年5—10月在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心試驗(yàn)基地試種.試種面積均為13.3 m.試種期間記錄農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀.每項(xiàng)農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀重復(fù)考察2次，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差.待植株成熟后進(jìn)行小區(qū)測(cè)產(chǎn).

稻米品質(zhì)指標(biāo)分析

2020年取500 g“上師大22號(hào)”水稻稻谷樣品，委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)分析.

2? 結(jié)果與分析

“上師大號(hào)”水稻選育過程及新品系分子標(biāo)記驗(yàn)證

2013年3月在海南以“銀香38”水稻為母本，以抗稻瘟病水稻品系“132”為父本進(jìn)行雜交，獲得了F種子.2013年5月，在上海種植F種子.2013年9月，以抗倒性較強(qiáng)的“武運(yùn)29185”香稻為母本，與“銀香38”ד132”的F植株進(jìn)行復(fù)交，獲得了復(fù)交F種子.2013年12月，在海南種植復(fù)交F種子，2014年4月在海南收獲復(fù)交F種子.2014年5月在上海大量種植F種子，在8月下旬選擇開花與“銀香38”接近同時(shí)、株高明顯矮于“銀香38”的植株，取葉片進(jìn)行第7外顯子突變類型香味基因和稻瘟病抗性基因檢測(cè)，10月中旬從同時(shí)含有第7外顯子突變類型香味基因和稻瘟病抗性基因（及）單株上收獲了F種子，待種子曬干后觀察稻米的透明度，保留含有半透明稻米的單株.2015年5月在上海繼續(xù)種植從F種子中選出的半透明稻米，10月再次檢測(cè)植株的香味基因和稻瘟病抗性基因，從香味基因和稻瘟病抗性基因純合植株上收獲F種子.從2016年5月—2019年4月，輪流在上海和海南進(jìn)行自交加代種植（圖1）.2019年4月以小區(qū)形式收獲F種子，暫定名為“新80047”，2021年5月將其更名為“上師大22號(hào)”.

2020年10月從“上師大22號(hào)”的F種植小區(qū)隨機(jī)選擇植株取葉片，進(jìn)行香味基因和稻瘟病基因檢測(cè)，確定新品系含有的目標(biāo)基因是純合狀態(tài).2021年10月再?gòu)摹吧蠋煷?2號(hào)”種植小區(qū)隨機(jī)選取植株葉片，進(jìn)行香味基因和稻瘟病基因及跟蹤檢測(cè).結(jié)果顯示：香味基因檢測(cè)依然是所有植株都同時(shí)含有580 bp和257 bp兩個(gè)條帶，如圖2（a）所示;基因檢測(cè)所有植株都只含有467 bp條帶，如圖2（b）所示，基因檢測(cè)所有植株都只有365 bp條帶，如圖2（c）所示.由此推測(cè)，“上師大22號(hào)”新品系水稻對(duì)應(yīng)的3個(gè)目標(biāo)基因都已能夠穩(wěn)定遺傳.

“上師大號(hào)”水稻主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀分析

2019年，“上師大22號(hào)”水稻在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心試驗(yàn)基地試種. 5月21日播種，6月20日移栽，8月23日始穗，8月27日齊穗，10月16日成熟，“上師大22號(hào)”全生育期共148 d. 2019年在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心試驗(yàn)基地同期還試種了目前上海市主栽的常規(guī)水稻品種“秀水134”.“秀水134”水稻與“上師大22號(hào)”水稻都在同一天進(jìn)行播種和插秧.“秀水134”水稻9月3日始穗，9月8日齊穗，10月28日成熟，全生育期共160 d.“上師大22號(hào)”全生育期比“秀水134”短12 d.

2020年，“上師大22號(hào)”水稻再次在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心基地試種.5月18日播種，6月16日移栽，8月20日始穗，8月25日齊穗，10月18日成熟，“上師大22號(hào)”全生育期共153 d. 2020年在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心試驗(yàn)基地，“銀香38”水稻與“上師大22號(hào)”水稻同一天進(jìn)行播種和插秧.“銀香38”水稻8月21日始穗，8月26日齊穗，10月20日成熟，全生育期共155 d.“上師大22號(hào)”全生育期與“銀香38”接近.

2019年，對(duì)“上師大22號(hào)”和“秀水134”水稻的主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀進(jìn)行了考察（表1）.結(jié)果顯示：“上師大22號(hào)”株高比“秀水134”略矮，但實(shí)際產(chǎn)量比“秀水134”提高了2.84%. 2020年，對(duì)“上師大22號(hào)”和“銀香38”水稻主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀進(jìn)行了考察（表2）.結(jié)果顯示：“上師大22號(hào)”比“銀香38”株高降低了10.5 cm，結(jié)實(shí)率增加了7.65%，產(chǎn)量提高了3.96%.

綜合2 a田間觀察的抗性表現(xiàn)：“上師大22號(hào)”水稻2 a內(nèi)均無(wú)葉瘟，穗莖瘟個(gè)別出現(xiàn)，紋枯病發(fā)病輕，無(wú)條紋葉枯病，抗倒性好.2020年同期種植的“銀香38”水稻在苗期就已出現(xiàn)嚴(yán)重的葉瘟表型，并且穗莖瘟出現(xiàn)率約為5%.

稻米品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)

經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督及檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)：“上師大22號(hào)”水稻糙米率為83.9%，精米率為73.7%，整精米率為68.9%，粒長(zhǎng)4.7 mm，長(zhǎng)寬比1.7，堊白率4.0%，堊白度1.0%，透明度3級(jí)，堿消值6.5級(jí)，膠稠度80 mm，直鏈淀粉質(zhì)量分量9.7%.

3? 討 論

隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的提高，以及氣候環(huán)境的變化，水稻育種不僅要求高產(chǎn)，更要求優(yōu)質(zhì)、高抗，因此，多基因聚合育種成為新時(shí)期水稻育種的主要方向.近年來(lái)，直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為9%的軟米粳稻如“南粳46”“滬軟1212”“銀香38”等，因具有優(yōu)良的食味品質(zhì)得到廣大農(nóng)戶和市民的認(rèn)可，種植面積逐年擴(kuò)大.然而，這些品種普遍不抗稻瘟病，同時(shí)抗倒伏性也較差.近年來(lái)，稻瘟病在長(zhǎng)三角地區(qū)的大范圍爆發(fā)，加上臺(tái)風(fēng)的影響，使這些優(yōu)質(zhì)品種的推廣受限.

稻瘟病是阻礙水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)最為嚴(yán)重的病害之一，發(fā)病嚴(yán)重時(shí)甚至顆粒無(wú)收.水稻稻瘟病抗性屬于典型的質(zhì)量-數(shù)量性狀，抗性表型既受遺傳控制，又受病原菌及濕度等環(huán)境因素的影響，因此傳統(tǒng)育種的稻瘟病抗性選擇往往效率低.而分子標(biāo)記輔助選擇育種直接選擇表型對(duì)應(yīng)的基因型，不受環(huán)境因素的影響，因此更準(zhǔn)確、高效，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水稻遺傳育種.

本研究涉及水稻中最早克隆的兩個(gè)稻瘟病抗性基因和，對(duì)稻瘟病菌生理小種的抗譜較廣，被廣泛用于水稻稻瘟病抗性改良.FAN等報(bào)道發(fā)現(xiàn)，含有抗病基因與水稻抗穗瘟之間存在極顯著相關(guān)性.YANG等發(fā)現(xiàn)，同時(shí)含有和抗病基因的水稻品種具有相對(duì)較強(qiáng)的抗穗莖瘟能力.HAN等發(fā)現(xiàn)，“銀香38”（報(bào)道中稱其為“8004”）水稻含有基因，但不具有基因.本研究培育的”上師大22號(hào)”水稻，同時(shí)含有抗稻瘟病基因和.這也很好地解釋了田間觀察的發(fā)現(xiàn)，即“上師大22號(hào)”抗穗莖瘟表現(xiàn)好于“銀香38”，苗期基本無(wú)葉瘟癥狀，后期也沒有頸瘟癥狀.

有報(bào)道認(rèn)為稻米透明度與直鏈淀粉含量有一定的關(guān)系，隨著稻米直鏈淀粉含量降低，稻米透明度也會(huì)隨之降低. 當(dāng)“銀香38”稻米水分低于16%時(shí)，其稻米也呈半透明表型.本研究在“上師大22號(hào)”軟米性狀選擇中也采用半透明表型進(jìn)行篩選.品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“上師大22號(hào)”稻米直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.7%，符合軟米的特性.這表明利用半透明表型篩選軟米性狀也是可行的.利用分子標(biāo)記篩選驗(yàn)證，“上師大22號(hào)”水稻基因組中含有第7外顯子突變的基因，如圖2（a）所示.根據(jù)CHEN等報(bào)道推測(cè)，“上師大22號(hào)”水稻稻米應(yīng)屬于香稻類型.

有報(bào)道顯示，“秀水134”水稻直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.6%，“銀香38”水稻直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.2%（數(shù)據(jù)來(lái)源“國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心”）.本研究培育的“上師大22號(hào)”水稻直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.7%.從影響稻米品質(zhì)最重要的指標(biāo)直鏈淀粉含量數(shù)據(jù)比較推測(cè)，“上師大22號(hào)”水稻的食味品質(zhì)與“銀香38”水稻接近，并明顯優(yōu)于目前上海市主栽水稻品種“秀水134”.對(duì)影響稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)——堊白率和堊白度數(shù)據(jù)的比較結(jié)果顯示：“銀香38”水稻堊白率23.0%，堊白度2.8%（數(shù)據(jù)來(lái)源“國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心”），而“上師大22號(hào)”堊白率4.0%，堊白度1.0%，表明“上師大22號(hào)”的外觀品質(zhì)明顯好于“銀香38”.

本研究培育的“上師大22號(hào)”水稻不僅具有軟香特性和抗稻瘟病特性，同時(shí)由于株高較矮，由此具有很強(qiáng)的抗倒伏性狀.近年來(lái)，上海等沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，引起水稻，特別是香軟優(yōu)質(zhì)常規(guī)水稻大面積倒伏，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，給糧食安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅.因此成功培育兼具抗稻瘟病和抗倒伏特性的香軟優(yōu)質(zhì)水稻“上師大22號(hào)”具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義.

4? 結(jié) 論

本研究以優(yōu)質(zhì)水稻“銀香38”、抗稻瘟病水稻品系“132”和抗倒性較強(qiáng)的香稻“武運(yùn)29185”為親本，通過雜交、復(fù)交和多代自交，利用分子標(biāo)記輔助選擇，并結(jié)合田間農(nóng)藝性狀篩選，成功培育出優(yōu)質(zhì)香軟水稻“上師大22號(hào)”.“上師大22號(hào)”水稻產(chǎn)量與品質(zhì)與親本“銀香38”接近或略有提高，而稻瘟病抗性及抗倒性都比“銀香38”明顯提高.“上師大22號(hào)”水稻新品系的成功培育，為上海市進(jìn)一步推廣優(yōu)質(zhì)稻品種奠定了基礎(chǔ).

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（責(zé)任編輯：顧浩然）