籼型巨胚功能稻新品系“黑珍珠”的选育与应用

张祥喜,袁林峰,罗林广,张标金,熊 艳,邬 磊,尹德凤,涂田华

(1.江西省农业科学院 农产品质量安全与标准研究所,江西 南昌 330200;2.江西省超级水稻研究发展中心,江西 南昌 330200)

γ-氨基丁酸(γ-Aminobutiric acid, GABA)是中枢神经系统内重要的抑制性神经递质,能激活脑内葡萄糖代谢,促进乙酰胆碱合成,具有辅助缓解高血压、治疗癫痫病、防止动脉硬化、调节心律失常、防止皮肤老化、改善肝肾功能、促进乙醇代谢等多种生理功能[1-2]。富含GABA成分的巨胚功能稻市场开发前景广阔,现已成为水稻品质改良的研究热点之一。水稻籽粒中的GABA含量较低,通过诱变和杂交转育技术,已经育成了Haiminori[3]、巨胚1号[4]、6601[5]、W025[6]等富含GABA的巨胚水稻新品种(系),但因其均为粳稻类型品种(系),不适于在江西及南方稻区种植和以食用籼型稻米为主的我国南方人群的消费习惯。

为了培育适于南方稻区种植和消费习惯的黑米类籼型巨胚水稻新品种(系),我们利用种皮颜色呈紫黑色的水稻种质资源“黑帅”为母本,与巨胚育种中间材料“巨胚1号/早25(F9)”杂交,按照系谱法进行黑米巨胚性状的定向选育。2014年至F12代获得了农艺性状基本趋于稳定、种皮颜色为黑色的巨胚水稻新品系“41600”,其株叶型较好,植株中高,穗粒较密,支梗不散,结实率较高,种皮深黑色,种胚巨大,田间表现整齐一致,较抗病虫害、抗倒伏,丰产性和适应性较好,暂定名为“黑珍珠”。2015～2018年在江西南昌、高安、丰城、吉安、赣州等地作晚稻种植,表现较好。

1 选育经过

亲本来源:“黑帅”是湖南省株洲市农科所提供的一个黑米类籼型常规水稻品种,该品种株叶形态好,分蘖力中等,种胚大小正常,种皮颜色为黑色。“(巨胚1号/早25,F9)”为“早25”与“巨胚1号”杂交并经9代系统选择而成的巨胚育种中间材料。其中,“早25”是江西省农业科学院水稻研究所提供的一个籼型早稻品种,种皮颜色为白色,种胚大小正常;“巨胚1号”是中国水稻研究所育成的巨胚粳型水稻品种,种皮颜色为白色,种胚巨大。

2007～2008年度于海南三亚配制黑帅/(巨胚1号/早25,F9)组合,2008年在南昌种植F1代,混收F2代,之后按照系谱法进行黑米、巨胚优良农艺性状的定向选育,2014年至F12代在江西省农业科学院高安基地进行品系比较试验。其中,“41600”综合农艺性状较好,具有种皮颜色为黑色、胚巨大、结实率较高、抗(耐)性、丰产性和适应性较好等特点,暂定名为“黑珍珠”,其具体选育经过如表1所示。

表1 籼型巨胚功能稻新品系“黑珍珠”的选育经过

2 主要特征特性

2.1 农艺性状

“黑珍珠”株叶型较好,茎秆粗壮,剑叶挺直,穗型中等,籽粒无芒,种皮黑色,种胚巨大(图1)。糙米种胚大小为2.5 mm×1.5 mm左右,是黑帅(近似品种)的2～3倍；糙米的GABA含量在120 mg/kg以上。在江西高安作晚稻种植,全生育期124～126 d,单株有效分蘖14.9个,株高114.8 cm,穗长27.1 cm,每穗总粒数168.7粒,结实率88.92%,千粒重21.85 g,理论产量551.3 kg/667 m2(表2)。该品系的植株在田间表现整齐一致,异品种株率≤0.5%,巨胚及其它农艺性状稳定遗传；抗倒伏,抗病虫性较强。

图1 “黑珍珠”的稻株(左图)、稻穗(中图)和稻米(右图)

品种(系)名称全生育期/d有效穗数/(穗/株)种植密度/(株/667 m2)株高/cm穗长/cm每穗粒数结实率/%千粒重/g理论产量/(kg/667 m2)黑珍珠12414.911289114.827.1168.788.9221.85551.3黑帅(CK)12615.510302102.624.1154.679.8224.95491.6

注:试验于2017年在江西省农业科学院高安基地进行。

2.2 区域试验表现

在江西南昌、高安、丰城、吉安、赣州等地进行了试验示范种植,示范面积3.3 hm2左右。“黑珍珠”在田间表现群体整齐一致,长势均衡,株型适中,分蘖力强,结实率较高;田间稻瘟病、稻曲病轻微发生,无倒伏。据测产,每667 m2平均产量在420.6 kg,表现出较好的丰产性和适应性。

2.3 抗性鉴定结果

根据《NY/T 2646─2014水稻品种试验 稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程》,于2018年5～9月在江西井冈山稻瘟病抗性鉴定圃开展了稻瘟病自然诱发抗性鉴定。结果表明:“黑珍珠”苗期叶瘟0.5级,成熟期穗颈瘟发病率为57.14%,损失率为2.14级,对稻瘟病的抗性综合指数达4.4,表现为中抗。

2.4 稻米营养品质

2.4.1 γ-氨基丁酸含量分析 江西省无公害农产品质量监督检验站采用邻苯二甲醛(o-phthalaldehyde, OPA)柱前衍生高效液相色谱法(high performance liquid chromatography, HPLC)测定了糙米中γ-氨基丁酸的含量。结果表明,“黑珍珠”糙米的GABA平均含量达124.5 mg/kg,是常规水稻品种“黄华占”GABA平均含量的3.5倍。

2.4.2 氨基酸含量分析 依据国家标准《GB 5009.124─2016 食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》,利用L-8900氨基酸分析仪测定了糙米样品中氨基酸组成。结果(表3)表明,“黑珍珠”糙米中17种氨基酸含量均比常规水稻品种“黄华占”(CK)高,增长率为25.00%～141.67%,氨基酸总含量的增长率达71.64%。其中,人体必需氨基酸赖氨酸(Lysine)、苯丙氨酸(Phenylalanine)、蛋氨酸(Methionine)、苏氨酸(Threonine)、异亮氨酸(Isoleucine)、亮氨酸(Leucine)、缬氨酸(Viline)、组氨酸(Hlstidine)、精氨酸(Argnine)的含量分别较对照提高了65.38%、87.10%、25.00%、66.67%、76.00%、76.47%、65.79%、62.50%,73.47%,幅度较大。

表3 “黑珍珠”糙米氨基酸含量测定结果 g/100 g

2.4.3 矿物质元素含量分析 按照《GB 5009.92─2016 食品安全国家标准 食品中钙的测定》等标准规定的方法,采用原子荧光光谱仪等仪器分析测定了“黑珍珠”糙米中的钙、镁、铁等矿物质元素含量。结果(表4)表明,“黑珍珠”糙米富含钙、镁、锌等矿物质元素,特别是锌含量,比对照黄华占高181.1%。

表4 “黑珍珠”糙米钙、镁、铁等矿物质元素含量测定结果 mg/kg

2.4.4 稻米品质分析 根据《NY/T 832─2004 黑米》等农业行业标准,经农业部稻米及制品质量监督检验测试中心检验,“黑珍珠”稻米黑色度为90.8%,黑米色素为1.17,整黑米率为97.0%,碱消值3.7级,直链淀粉含量14.6%,蛋白质含量7.9%，其中黑色度、整黑米率均达到了一级标准(表5)。

表5 “黑珍珠”稻米品质分析结果

3 高产栽培技术

3.1 适时播种,培育壮秧

按当地晚稻正常生产季节适时(6月22日前后)播种。大田用种量30.0～37.5 kg/hm2,秧田播种量240～300 kg/hm2。先将种子用5%烯效唑可湿性粉剂1000～2000倍液浸种16～18 h,种子量与药液量比例为1∶1.2,在浸种期间搅拌2～3次;之后捞起种子沥干,置于室内常温下催芽,至破胸露白即可摊晾备播。要稀播匀播,播后压谷,注意防鸟害和鼠害。巨胚稻胚乳相对较小,发芽后营养消耗快,要早施断奶肥。播种后到1叶1心期保持畦面无水而沟中有水,以防“高温烧芽”;从2叶期开始灌浅水上畦,并施断奶肥，每667 m2施尿素、氯化钾各3～4 kg。以后浅水勤灌促进分蘖,培育带2～3个分蘖的壮秧；如果遇高温天气,则可日灌夜排降温。在育秧期间注意稻蓟马、稻叶蝉和稻瘟病等病虫害的防治。在移栽前注意施好送嫁肥，打好送嫁药。

3.2 适时移栽,合理密植

当秧龄达22～25 d时及时移栽。做到合理密植,插足基本苗。采取宽行窄株栽插,株行距为16.5 cm×25.3 cm～13.2 cm×28.0 cm,栽植密度为1.6万～1.8万穴/667 m2,每穴3～4本。浅水栽秧,插秧深度在2 cm内。

3.3 科学水、肥管理,促进早生快发

重施基肥,早施分蘖肥,中、后期看苗补肥。在施足基肥的前提下,于移栽后5～7 d,每667 m2施用尿素7.5～12.5 kg、氯化钾5.0 ～7.5 kg,结合除草剂拌匀施用。在破口期巧施穗肥,看苗酌情施肥,以延长叶片的寿命,提高其光合能力。巨胚稻籽粒灌浆速度较慢,为了防止早衰,可在始穗和灌浆期每667 m2用150 g磷酸二氢钾或丰产素30 mL对水45 kg进行叶面喷施,起到养根保叶、增加千粒重的作用。

水分管理做到“有水插秧,寸水返青,浅水分蘖,苗够晒田,后期浅水”。在移栽后12～15 d,每667 m2苗数达到计划穗数的80%～90%时,开始露田或晒田,采用2～3次轻搁,以田面无水、起鸡爪裂、人踩不陷脚为标准。在幼穗分化期灌水并保持浅水层,足水抽穗,干湿壮籽,后期保持湿润至成熟。鉴于巨胚稻籽粒灌浆速度较慢的特性,要求成熟后期不能过早断水,一般宜在收割前3～4 d断水,以免降低粒重、影响稻米品质。

3.4 加强病虫害控制

坚持“预防为主,综合防治”的绿色植保方针,从稻田整个生态系统出发,综合应用农业防治、生物防治、物理防治和化学防治等措施,控制病虫草害的发生和危害。突出准确测报、达标防治、健身栽培、保护天敌和科学安全用药。在生育前期注意稗草、千金子、野慈菇、鸭舌草等杂草的防除,以及纹枯病、螟虫、稻纵卷叶螟和稻飞虱的防治；在生育后期重点抓好稻瘟病、稻曲病的防治。

防治稻瘟病每667 m2可选用40%稻瘟灵乳油100～150 g，或75%三环唑可湿性粉剂20～25 g,对水45 kg喷雾防治。防治纹枯病每667 m2可选用20%井冈霉素可湿性粉剂50～70 g,或300 g/L苯甲·丙环唑乳油15～20 g,对水45 kg喷雾。防治三化螟、稻纵卷叶螟每667 m2可选用5%阿维菌素乳油50～75 g,或5%甲氨基阿维菌素苯甲盐水分散粒剂25～35 g,对水45 kg喷雾稻株中、上部。防治稻飞虱每667 m2可选用20%呋虫胺可溶性粒剂20～40 g,或25%噻虫嗪水分散粒剂15～25 g,对水45 kg针对稻株中下部喷雾。

3.5 其他栽培管理措施

按当地大田生产习惯进行。

3.6 收获与贮运

齐穗后35～45 d、籽粒成熟度达90%左右时为收割适期。选择晴天收割,如果预计收割期会遭遇雨水较多天气,则应提前收割,以防穗粒发芽。收后自然晒干，使籽粒的水分含量下降到13.5%。贮存仓库要消毒、除虫、灭鼠；进仓后注意检查温度和湿度,防霉、防鼠害。运输时不与有毒有害和有异味的其它物质混运。

4 讨论

日本学者Satoh等(1981)通过化学诱变技术,最早获得了粳稻品种“金南风”(Kinmaze)的巨胚突变体[7]。近年来,在农业部行业计划及江西省重点科技项目的支持下,我们利用巨胚种质资源“巨胚1号”与优良主推品种杂交,育成了“赣巨1号”、“莲塘巨胚红”等籼型白米和红米类降压功能性水稻新品种(系)[8-9]。黑米类巨胚水稻新品种(系)“黑珍珠”的育成,丰富了巨胚水稻遗传资源,真正实现了巨胚降压功能稻白米-红米-黑米多种稻米类型的配套,为保健稻米市场的开拓奠定了十分坚实的基础。