優(yōu)質(zhì)食味粳稻香軟米新品種云粳37 號選育及功能基因優(yōu)勢等位基因型分析

趙國珍 陳于敏 吳志剛 劉慰華 劉似玉 劉家穩(wěn)

（1云南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，昆明 650205；2 曲靖市麒麟?yún)^(qū)白石江街道辦事處經(jīng)濟管理服務中心，云南 曲靖 655000；3 曲靖市麒麟?yún)^(qū)東山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務中心，云南曲靖655000；第一作者：guozhenzhao@163.com）

水稻是重要的口糧作物，世界上有一半以上的人口以稻米為主食。云南省水稻常年種植面積100 萬hm2左右（粳稻占60%），居全國第11 位，占全省糧食播種面積的24%左右。近年來，隨著生活水平的提高，食味優(yōu)良有香味的大米越來越受到市場的歡迎，特色優(yōu)質(zhì)品種選育成為了水稻遺傳育種研究的重要方向[1-3]。

云南高原粳稻區(qū)是我國乃至世界上的特殊稻區(qū)之一，由于特殊的立體氣候條件，外引品種在云南粳稻區(qū)表現(xiàn)為植株較矮、生育期較短或較長、產(chǎn)量低、耐寒性不強，不能適應大面積生產(chǎn)種植。因此，該區(qū)域的粳稻品種需靠自育解決[4-6]。高原稻區(qū)生態(tài)環(huán)境多樣復雜，水稻孕穗期、灌漿成熟期常多雨寡照、氣溫偏低，水稻結(jié)實率受影響較大，同時也不利于優(yōu)質(zhì)米形成。近幾年來，在國家、云南省相關(guān)部門的支持下，云南育成了云粳系列、楚粳系列、鳳稻系列、靖粳系列、麗粳系列等常規(guī)粳稻新品種，這些品種大多具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗等性狀，在云南高原粳稻區(qū)大面積推廣應用，為云南的口糧安全作出了重要貢獻[7-9]。但是在云南省海拔1 450～2 100 m的粳稻區(qū)，尚缺乏可以作為優(yōu)質(zhì)米開發(fā)的優(yōu)質(zhì)食味品種。本項目組通過對大量親本材料進行稻米品質(zhì)、豐產(chǎn)性、耐寒性、抗病性評價和分析，選擇具有香味且豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好的云粳26 號[10]作為母本，以持有調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37且稻米食味品質(zhì)優(yōu)異、耐寒性和抗病性強的粳稻軟米品種銀光[11]作為父本進行雜交，經(jīng)6年8 代系統(tǒng)選育和多點鑒定，育成了食味品質(zhì)優(yōu)異，高產(chǎn)、耐寒和抗病的粳稻香軟米新品種云粳37 號。由于稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，種植云粳37 號產(chǎn)值要比普通品種高50%以上，已作為云南省粳稻區(qū)優(yōu)質(zhì)米開發(fā)的主要品種廣泛應用，是目前云南省影響較大的粳稻品種?，F(xiàn)介紹如下。

1 選育

1.1 選育思路

隨著人們生活水平的不斷改善，消費者對稻米品質(zhì)的要求亦越來越高。我國優(yōu)質(zhì)粳稻品種，以東北優(yōu)質(zhì)粳稻核心區(qū)和江浙粳稻區(qū)為代表，其中東北的稻花香、五常米已經(jīng)是全國知名品種并形成多個著名品牌[12]。江蘇省農(nóng)業(yè)科學院選育的粳稻軟米品種南粳46 稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，曾獲“全國金獎大米”稱號，被譽為江蘇省最好吃的大米[13]。云南高原粳稻區(qū)由于海拔較高，水稻灌漿期氣溫偏低，熱量不足，不利于優(yōu)質(zhì)米形成，加之氣壓低，水的沸點低，即使是國標優(yōu)質(zhì)品種生產(chǎn)出來的大米飯也偏硬[14]。鑒于直鏈淀粉含量與食味品質(zhì)關(guān)系密切[15-17]，若將控制低直鏈淀粉含量的基因?qū)敫弋a(chǎn)品種中，有可能較好解決高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)不易并存的矛盾。因此，在選擇親本時，主要考慮低直鏈淀粉含量的品種與具香味且豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好的品種組配。母本云粳26 號稻米香味濃郁，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)抗病，曾是云南省中海拔粳稻區(qū)域試驗的對照品種；父本銀光持有低直鏈淀粉含量基因[11]，稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)多抗，曾是云南省高海拔粳稻區(qū)域試驗對照品種。因此，選擇云粳26號作母本、銀光作父本進行雜交配組，在選育過程中從集團的個體選拔開始，每年都對育種材料的香味、豐產(chǎn)性、稻米品質(zhì)、耐寒性、稻瘟病抗性等進行同步鑒定作為單株選拔和品系選定的科學依據(jù)，最終育成了稻米食味品質(zhì)優(yōu)異、香味濃郁、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好和適應性廣的粳型香軟米品種云粳37 號。

1.2 選育方法及系譜

2006 年夏在昆明溫室配制雜交組合（F0代），組合為云粳26 號/銀光，系譜見圖1。2006 年冬季在海南種植雜交后代（F1代），2007 年夏季在昆明種植集團（F2代），編號為KF56，選拔12 個單株，通過對稻米外觀品質(zhì)鑒定和香味品嘗后同年冬季在海南種植株系（F3代），其中1 個株系表現(xiàn)優(yōu)異，從中選擇5 個單株并對稻米外觀品質(zhì)進行鑒定和香味品嘗，5 個單株的糙米外觀均為乳白色并具有香味。2008 年夏在昆明種植株系（F4代），同時在稻瘟病重病區(qū)的宜良進行稻瘟病（葉瘟）抗性鑒定，其中編號為K1755 的株系表現(xiàn)豐產(chǎn)性好、抗稻瘟病（3 級），選擇5 個單株，再次進行稻米外觀品質(zhì)鑒定和香味品嘗，稻米外觀均為乳白色且具有香味，選擇其中1 個單株冬季到海南加代（F5代）。成熟時，選擇1 個單株后，其余種子全收。2009 年夏在昆明同時進行預備試驗和品比試驗（F6代），并在云南進行多點（昆明、曲靖、玉溪、楚雄、昭通、保山等）試種、稻瘟?。ㄈ~瘟和穗瘟）鑒定和耐寒性鑒定，表現(xiàn)出豐產(chǎn)性較好，抗稻瘟病，耐寒性較強，米粒外觀乳白色，米飯香味濃郁，油潤可口，冷不回生，同年冬季在海南繁殖一定數(shù)量的種子（F7代）。2010 年夏季在云南嵩明再次參加品比試驗（F8代），同時再次進行多點試種、穗瘟鑒定和耐寒性鑒定，均表現(xiàn)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好，抗稻瘟病和耐寒性較強，米飯香味濃郁，油潤可口，冷不回生，定名為云粳37 號。2021 年通過云南省審定（審定編號：滇審稻2021030 號）。

圖1 云粳37 號及親本系譜圖

2 主要特征特性

2.1 農(nóng)藝性狀

云粳37 號屬中熟粳稻。分蘗力較強，株型好，葉色綠，抽穗整齊度好，著粒均勻，谷殼黃，無芒，落粒性適中。株高99.9 cm，最高莖蘗數(shù)32.3 萬/667 m2，有效穗26.0 萬/667 m2，成穗率80.5%，穗長20.8 cm，每穗總粒數(shù)123.9 粒，每穗實粒數(shù)112.3 粒，結(jié)實率90.6%，千粒重24.2 g，全生育期170 d。

2.2 稻米品質(zhì)

據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（昆明）檢測，糙米率78.6%，整精米率66.3%，粒型長寬比1.91，直鏈淀粉含量5.89%，堿消值7.0 級，膠稠度91 mm，蛋白質(zhì)含量7.6%。據(jù)中糧集團營養(yǎng)健康研究院消費者與市場研究中心檢測，糙米中香味成分2-乙?；?1-吡咯啉含量為5.33 μg/kg。

2.3 抗逆性

據(jù)云南省農(nóng)作物抗病性鑒定站采用溫室接種鑒定和田間自然誘發(fā)鑒定，穗瘟損失率1 級，綜合抗性指數(shù)2.08，綜合評價為抗稻瘟?。? 級），抗紋枯?。? 級），中抗白葉枯?。? 級）和稻曲?。? 級）。

在品種選育過程中，連續(xù)幾年在海拔2 400 m 的麗江市和海拔2 200 m 的曲靖市馬龍縣進行自然冷溫鑒定，通過調(diào)查結(jié)實率，并與耐寒性強、中、弱的標準品種比較，云粳37 號表現(xiàn)為耐寒性較強。

2.4 產(chǎn)量表現(xiàn)

2019—2020 年參加云南省軟米型常規(guī)水稻品種區(qū)域試驗（5 個點，海拔范圍1 650～1 920 m），平均產(chǎn)量693.1 kg/667 m2，比對照增產(chǎn)3.27%。2022 年在海拔1 750 m 的玉溪市澄江縣千畝連片種植，平均產(chǎn)量為854.8 kg/667 m2；在海拔2 240 m 的麗江市永勝縣百畝連片種植，產(chǎn)量達717.6 kg/667 m2，創(chuàng)造了云南省高寒稻區(qū)香軟米品種的高產(chǎn)紀錄。生產(chǎn)上示范推廣平均單產(chǎn)700 kg/667 m2左右。

2.5 適宜推廣范圍

該品種適宜于云南省海拔1 450～2 250 m 粳稻區(qū)作中稻種植和海拔1 200 m 以下秈稻區(qū)作早稻種植。

2.6 生產(chǎn)應用情況

云粳37 號在云南省年種植面積約1.5 萬hm2，是云南省公認的優(yōu)質(zhì)食味粳米，深受大米企業(yè)和消費者青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計，在云南省內(nèi)有60 余家米業(yè)企業(yè)從事該品種的開發(fā)，形成了“傣王稻”“洱海留香”“云香莊園香軟米”“象牙香米”“七彩云米”和“高原寒香”等高端大米品牌，大米零售價在20 元/kg 左右，不僅在省內(nèi)暢銷，也銷往北上廣等大城市，云粳37 號的大面積推廣應用，促進了云南高原特色優(yōu)質(zhì)米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于產(chǎn)值高，是目前云南省高原湖泊流域面源污染綜合治理實施水稻綠色種植的主導品種，具有廣闊的應用前景。

3 功能基因優(yōu)勢等位基因型分析

為了弄清控制云粳37 號高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗等相關(guān)性狀的功能基因及其來源，經(jīng)華智生物技術(shù)有限公司對云粳37 號及其雙親進行重測序及功能基因優(yōu)勢等位基因型分析，結(jié)果列于表1 和圖2[參考基因組（日本晴）上物理位置為chr06: 1767049- 1767059，云粳37號和銀光Waxy 基因編碼區(qū)第2 外顯子的第129 至139 位核苷酸缺失]。由此表明，云粳37 號持有增加穗粒數(shù)的基因Gn1a/OsCKX2，抗稻瘟病基因Pi35，抗旱基因OsPP15，延長生育期的基因HESO1/OsHESO1、Hd6、Hd17/Hd3b、Hd18、Ehd1，增加落粒性的基因qSH1，耐冷性基因CTB4a，抗白葉枯病基因Xa26/Xa3，香味基因fgr/Badh2以及調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因Wxy37（Wxy37是Wx的一個新等位變異類型，云粳37 號的育成才明確了該基因，定名為Wxy37）。其中，增加穗粒數(shù)的基因Gn1a/OsCKX2，延長生育期的基因Hd18和Ehd1，抗稻瘟病基因Pi35，耐冷性基因CTB4a和抗白葉枯病基因Xa26/Xa3來源于雙親；延長生育期的基因HESO1/Os-HESO1和Hd6，抗旱基因OsPP15，增加落粒性的基因qSH1和香味基因fgr/Badh2來源于母本云粳26 號；延長生育期的基因Hd17/Hd3b和調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因Wxy37來源于父本銀光。

表1 功能基因等位基因型分析

圖2 調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37 的檢測結(jié)果

4 討論

4.1 云粳37號的選育方法

親本選配是育種成敗的關(guān)鍵，種質(zhì)資源是品種選育的基礎(chǔ)，稻種資源的發(fā)掘和合理利用在水稻育種中發(fā)揮了重要作用[18-19]。云粳37 號的成功選育得益于雙親具有眾多優(yōu)良性狀（基因）[20-22]，并且很多性狀是互補的，如母本云粳26 號具有香味，父本銀光直鏈淀粉含量低、糊化溫度高、食味品質(zhì)好等。在品種選育中，提高糧食產(chǎn)量和改善糧食品質(zhì)一直是作物育種的目標，而育種過程中采用的方法是提高育種效率的關(guān)鍵[23]。云粳37 號于2006 年配制雜交組合，由于當時分子標記輔助選擇育種、轉(zhuǎn)基因育種及分子設(shè)計育種等技術(shù)在云南省水稻育種上應用較少，在云粳37 號品種選育過程中主要采用的是常規(guī)育種方法，但是對于香味和調(diào)控低直鏈淀粉含量基因的鑒定，采用了品嘗糙米香味和肉眼鑒定糙米外觀的方式，即從F2代集團中選拔的優(yōu)良單株采用咀嚼糙米的方式鑒定香味，淘汰沒有香味的單株，對于調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因，由于該基因為單隱性基因，糙米外觀為乳白色[24]，通過鑒定糙米外觀是否為乳白色進行判斷。此外，在云粳37 號選育過程中還采用在云南和海南兩地多次穿梭選擇，以及在云南的稻瘟病重發(fā)區(qū)進行稻瘟病抗性鑒定，在海拔2 400 m 高寒稻區(qū)進行耐冷性鑒定，因此，云粳37 號除了具有香味、稻米食味品質(zhì)優(yōu)異等特點外，還具有高產(chǎn)、多抗、廣適等綜合優(yōu)良性狀。但是由于云粳37 號的選育主要是通過表型進行選擇，父本銀光持有的一些優(yōu)異等位基因如增加糊化溫度的基因ALK/SSSII、抗稻瘟病基因Pia/RGA4、Pia/RGA5等（表1）在品種選育中丟失了。如果在品種選育過程中結(jié)合分子標記輔助選擇，將會提高相關(guān)基因的選擇效率。

4.2 調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37 的育種利用

從云粳37 號的系譜（圖1）可以看出，調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37來源于軟米品系研系2107，20 多年前，筆者就對研系2107 進行了相關(guān)研究和育種利用[24-25]，并育成了云南第一個軟米品種銀光，該品種稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，直鏈淀粉含量5.11%[11]，與Wx的其他等位變異品種的直鏈淀粉含量有較大差異[26-27]。由于檢測技術(shù)的限制，一直把該基因作為一個新的du基因進行育種利用。隨著分子生物學的發(fā)展及云粳37 號稻米食味品質(zhì)得到更多消費者認可和在生產(chǎn)上推廣應用面積的逐年擴大，最終通過對云粳37 號及雙親的Wx基因進行重測序和Wx基因編碼區(qū)進行插入缺失（INDEL）檢測，發(fā)現(xiàn)控制云粳37 號低直鏈淀粉含量的基因是由于Wx基因編碼區(qū)第2 外顯子的第129 至139位核苷酸缺失，參考基因組（日本晴）上物理位置為chr06: 1767049-1767059，屬于Wx基因一個新的等位變異，為培育和豐富軟米育種提供了重要種質(zhì)資源。影響云粳37 號稻米食味品質(zhì)的其他因素需進一步研究。