优良食味新品种苏香粳3号栽培特性和成香机理研究

朱勇良 叶亚新 谢裕林等

摘要 [目的]了解苏香粳3号的栽培特性和成香机理。[方法]研究了苏香粳3号的栽培特性，利用特异引物检测了其香味的基因型，并利用全二维时间质谱（GC×GCTOFMS）分析了致香物组分。[结果]苏香粳3号播种量为90.0 kg/hm2、施氮量为225.0 kg/hm2 时采取直播栽培产量最高；苏香粳3号的抗、耐高温逆境的能力较好，并且较适宜网室栽培。香味基因检测结果表明苏香粳3号受fgr 基因控制，第2外显子存在7 bp 的碱基缺失。利用全二维时间质谱分析获得了香稻特征化合物2乙酰基吡咯啉含量为0.021 5 mg/kg和初步的致香物组分。[结论]为苏香粳3号的推广应用提供了参考。

关键词 苏香粳3号；栽培特性；成香机理

中图分类号 S511.2+2 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2015）05-052-02

Cultivation Characteristics of New Good Eating Quality Rice Variety Su Xiangjing 3 and Its Mechanism of Aroma

ZHU Yongliang1， YE Yaxin2， XIE Yulin1et al （1. Institute of Agricultural Sciences in the Taihu Lake Region of Jiangsu Province， Suzhou， Jiangsu 215155； 2. Suzhou Science and Technology College， Suzhou， Jiangsu 215009）

Abstract [Objective] The aim was to understand cultivation characteristics and aroma mechanism of Su Xiangjing 3. [Method] The cultivation characteristics and aroma mechanism of Su Xiangjing 3 were analyzed by special primers and GC×GCTOFMS. [Result] The yield was highest under the direct seeding conditions simultaneously the seeding quantity was 90.0 kg/hm2 and nitrogen application amount was 225.0 kg/hm2. Su Xiangjing 3 had good resistance to high temperature stress and late sowing. The production structure was changed under the network culture conditions. By using genetic analysis and specific primers， it was found that the fragrance of Su Xiangjing 3 was controlled by gene fgr for 7 bp deletion in the second exon. Meanwhile， the GC×GCTOFMS technology was used to determine the aroma compounds of Su Xiangjing 3， the results found 53 types of aroma compounds， and 2acetylpyrroline content was 0.021 5 mg/kg. [Conclusion] The result provided reference for the application of Su Xiangjing 3.

Key words Su Xiangjing 3； Cultivation characteristics； Mechanism of aroma

基金項目 江苏省苏州市应用基础研究项目（SYN201202）。

作者简介 朱勇良（1965- ），男，江苏苏州人，副研究员，从事水稻遗传育种和优质高产栽培研究。

收稿日期 20141218

苏香粳3号，1999年在南京用江苏本地丰产品种武粳13号作母本，日本优质优味品种北明为父本配组，历时近10年的田间评价、室内鉴定和筛选，于2010年通过江苏省审定并定名；2009年申请植物新品种保护，2010年获得申请公告，公告号：CNA006188E。该品种由于抽穗期早，耐、抗高温能力较强，米饭口感优异，并且稻米商品性良好，深受适种地区广大农户的欢迎，展示了较好的生产应用和产业化开发的前景。鉴于此，笔者对该品种的栽培特性、香味的基因型、致香物成分进行了分析，旨在为该品种的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验作物。苏香粳3号；日本晴、苏香粳 1号、扬稻6号、南京11号、苏香粳3号5个水稻品种，用于苏香粳3号香味的基因型分析。

1.1.2 主要仪器与试剂。全二维飞行时间质谱（GC×GCTOFMS，美国Zoex公司）；固相微萃取仪（美国Supelco公司）；固相微萃取纤维头（DVB/CAR/PDMS，美国Supelco公司），顶空样品瓶等。乙腈（色谱级TEDIA），配置内标，乙酸苯乙酯，均由J&K Chemica提供，纯度均大于99.9%。

1.2 方法

1.2.1 栽培特性研究。

1.2.1.1 直播栽培条件下苏香粳3号的收获产量对播种量和投氮量的响应。采用裂区设计，播种量为主因素，投氮量为副因素。播种量分3个水平，分别为45.0、67.5和90.0 kg/hm2 ；投氮量分5个水平，分别为0、150、225、300和375 kg/hm2 纯氮，肥料运筹中：基肥占总施氮量的25%（播种前2 d施用），苗肥（2叶1心期施用）占30%，分蘖肥（4叶1心期施用）占30%，穗肥（播后60 d施用）占15%；钾肥用氯化钾150 kg/hm2，全部用作基肥投入。

1.2.1.2 苏香粳3号对高温逆境栽培的反应。采用盆钵试验（盆径30 cm），自孕穗期（8月12日）开始对其进行高温处理，高温处理模式为玻璃温室安置，播种期和肥水管理统一，其中播种期为5月13日。对处理的全部材料收回进行单穗考种，统计试验样本的结实率和千粒重。

1.2.1.3 苏香粳3号设施栽培的产量表现。采用网室设施栽培，试验用防虫网室长60 m、宽20 m，立柱直立，间距3 m。采用30目白色网。

1.2.1.4 播种期对苏香粳3号生长发育和产量的影响。采用播种期试验及4个迟直播播种期处理为6月30日、7月10日、7月20日、7月30日的水直播试验。

1.2.2 苏香粳3号香味的基因型分析。

1.2.2.1 引物标记及DNA提取。利用Prime Premier 5.0将控制稻米香味基因fgr的第2外显子7 bp的缺失和第7外显子8 bp的缺失分别设计成InDel标记，分别命名为Badh2、Badh7，引物由Invitrogen 公司合成，Badh2F： GGGAGGCGCTGAAGAGGA；Badh2R：GGGTAGTCACCACCCTACCTTG；Badh7F：ATACCCCATCAATGGAAAT；Badh7R： GAAAAGGACAACATTGAGAA。水稻苗期分单株取6～8 cm长的嫩叶片，水稻基因组DNA提取采用CTAB法。

1.2.2.2 PCR 扩增和电泳。10.0 μl反应体系包括BUTaq 2×Master PCR Mix 5.0 μl，Primer （4 pmol/L） 2.0 μl，模板DNA（约15 ng/μl） 2.0 μl，灭菌双蒸水1.0 μl。在Eppendorf PCR仪上进行扩增，反应条件为：94 ℃预变性5 min；94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，共35个循环；72 ℃再延伸10 min。反应产物在6%非变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳，用硝酸银染色。

1.2.3 苏香粳3号致香物的初步分析。

1.2.3.1 样品预处理。称取2 g精米粉样品至20 ml顶空样品瓶中，加入1.0 μl内标化合物（乙酸苯乙酯22.9 μg/ml），用顶空瓶盖将其密封。然后将顶空瓶放入到固相微萃取加热装置中，在80 ℃下平衡40 min，利用固相微萃取纤维头（DVB/CAR/PDMS）吸附平衡10 min，最后在250 ℃进样口解析进行全二维飞行时间质谱分析。

1.2.3.2 全二维质谱分析条件。柱1：DB5（30 m×0.25 mm×1.0 μm）；柱2：DB17（1.5 m ×0.10 mm×0.1 μm）；程序升温：60 ℃（保持2 min）以3 ℃/min 升到250 ℃（保持5 min）；进样口压力：程序升压模式；35 psi（保持2 min）以0.3 psi/min 升到49 psi（保持5 min）；样品运行时间：70 min；进样口温度：250 ℃；进样模式：不分流；吹扫时间：3.5 min；调制周期：6 s；持续周期：300 ms；热喷口：370 ℃；冷喷口流速：18 L/min；热喷口压力：40 psi。质谱条件：离子源EI， 70 eV；离子源温度280 ℃；传输线温度300 ℃；质量范围45～450 m/z；分辨率4 000 FWHM；采集速度100 Hz；质谱库NIST08。

2 结果与分析

2.1 栽培特性

2.1.1 直播栽培条件下苏香粳3号的收获产量对播种量和投氮量的响应。结果表明，播种量与施氮量对直播水稻苏香粳3号产量影响显著。播种量在90 kg/hm2 时产量最高，達到6 174.53 kg/hm2 ，显著高于播种量为45.0和67.5 kg/hm2时的产量；施氮量水平在225.0 kg/hm2 时产量最高，达到6 497.48 kg/hm2，显著高于施氮量水平为0和150.0 kg/hm2的产量；当播种量为90.0 kg/hm2，施氮量为225.0 kg/hm2 时直播水稻苏香粳3号的产量最高，达到6 697.50 kg/hm2[1]。

2.1.2 苏香粳3号对高温逆境栽培的反应。结果表明，高温处理引起了苏香粳3号结实率的下降，并且高温处理时间越长，其结实率降低越多。试验中苏香粳3号抽穗扬花期间玻璃房内的最高气温高于35 ℃的天数有10 d，并且有连续7 d的最高气温高于40 ℃，受该期间高温处理的样本的最低结实率为82.3%。初步说明苏香粳3号具有较好的抗耐高温逆境的能力[2]。

2.1.3 苏香粳3号设施栽培的产量表现。结果表明，网栽条件下，苏香粳3号成熟期的植株高度显著增加，平均增幅达5%左右，一般植株高度为93 cm。网栽对苏香粳3号的水稻产量影响较大，平均降幅达29.50%。网栽条件下苏香粳3号单位面积总穗数分别较常规栽培有显著降低，降幅达7.19%；苏香粳3号每穗颖花数较常规栽培降低1.46%；同时苏香粳3号的结实率也有所降低，降幅为4.49%；网栽苏香粳3号水稻的千粒重也有所降低，降幅为0.24%[3]。

2.1.4 播种期对苏香粳3号生长发育和产量的影响。根据播种期试验得出的温光反应模式表明，常规移栽的苏香粳3号在苏州适宜播种期播种，如在夏至日播种时30 ℃的气温下，从播种到齐穗的时间为70.50 d，平均气温每降低1 ℃，播始历期相应增加2 d左右，播种期每提早1.00 d，营养生长期则相应增加0.28 d。苏香粳3号随着播种期的推迟，产量呈下降的趋势，5月10日左右播种的产量最高，在适宜播种期内，适当的早播早栽有利于发挥中粳类品种苏香粳3号的产量潜力[4]。4个迟直播播种期处理为6月30日、7月10日、7月20日、7月30日的水直播试验结果表明，苏香粳3号的全生育期随着播种期的推迟而延长，变化幅度为102～126 d，极差达24 d，播种期每推迟10 d，抽穗期则推迟8～10 d。生育期变化主要表现在灌浆成熟期拉长，播种期越迟，齐穗期至成熟期的历时越长，差异幅度达28 d；播种期至齐穗期历时总体呈缩短趋势，变化较稳定。在迟直播条件下，6月30日播种的能正常成熟，7月10日、7月20日和7月30日播种的均不能正常成熟[5]。

2.2 苏香粳3号香味的基因型分析 利用Badh2 第7外显子特异引物扩增，结果显示供试的5个材料都没有缺失，利用Badh2 第2外显子特异引物扩增，结果显示第2外显子有缺失。第2外显子的特异引物检测表明，苏香粳3号和苏香粳1号2个香米材料都携带相同的香米等位基因，在fgr 基因的第2外显子存在7 bp 的碱基缺失，结果导致翻译提前终止，产生无功能的截短BADH2 蛋白，从而表现出香味[6]。

2.3 苏香粳3号致香物的初步分析 经过全二维质谱的进一步分析，共分析鉴定了53种主体香味成分，其中烃类物质有3种，约占总量的0.89%，醛类物质13种，约占总量的33.40%，酮类物质有10种，约占总量的2.50%，酯类物质1种，约占总量的2.20%，醇类物质10种，约占总量的8.40%，杂环类物质最多，约占总量的53.70%，未检测到酸类物质。检测到香稻的特征致香物2乙酰基1吡咯啉（2AP）的含量为0.021 5 mg/kg，与应兴华等[7]利用气质联仪分析的试验结果相近。

3 讨论

香稻是一种珍贵的具有天然香味的功能稻和特种稻，具有食味品质好、营养保健、经济价值高等优点，因而深受消费者青睐，是目前水稻研究的热点问题。苏香粳3号成熟期早、食味良好并且富有香味，因此，研究和总结其栽培特性和利用现代基因分析技术探明其成香机理，对于提高其种植效益具有实际意义。栽培试验表明，苏香粳3号能较好地适用于轻型栽培，播种量为90 kg/hm2、施氮量为225 kg/hm2时，采用直播栽培，能达到6 697.50 kg/hm2的较高产量；高温逆境栽培试验得出，苏香粳3号在有连续7 d的最高气温高于

40 ℃的环境条件下，最低结实率仍可达82.3%，表现出较好

的抗耐高温逆境能力；苏香粳3号的产量结构较合理，还可用于设施栽培，耐迟播性较好。利用遗传分析和基因标记鉴定的方法，分析了优质食味新品种苏香粳3号的香味基因型。苏香粳3号香味受单一的隐性核基因fgr控制，在fgr 基因的第2 外显子存在7 bp 的碱基缺失，和苏香粳1号的香味基因相同，从分子水平阐明了该品种香味的来源，也初步找到了高产、保香栽培的理论和技术借鉴。水稻香味物质的检测尚没有国家和行业标准，有关苏香粳3号等香稻的致香物质的分析研究工作還有待于开展。

参考文献

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责任编辑 黄小燕 责任校对 李岩