利用分子标记辅助选育优质香软水稻新品系“上师大22号”及试种

赵国超　谢水锋　宗士鹏　胡大明　李建粤

摘  要： 为培育适合上海市及其周边地区种植的优质香软水稻，以优质水稻“银香38”为母本，以抗稻瘟病水稻品系“13-2”为父本，进行杂交获得了F种子;再以抗倒性较强的“武运29185”香稻为母本，与F植株进行复交，然后多代自交，期间利用香味基因和抗稻瘟病基因分子标记辅助筛选，成功培育出优质香软水稻“上师大22号”.试种结果显示：“上师大22号”水稻全生育期比目前上海市主栽常规水稻“秀水134”短12 d，接近“银香38”水稻;“上师大22号”亩产量分别比“秀水134”和“银香38”增加2.84%和3.96%;“上师大22号”稻瘟病抗性及抗倒性都比“银香38”明显提高.“上师大22号”水稻新品系的成功培育，为上海市进一步推广优质稻品种奠定了基础.

关键词： 水稻（）; 香味基因; 抗稻瘟病基因; 分子标记辅助选育; “上师大22号”

中图分类号： S 511    文献标志码： A    文章编号： 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，嚴重危害水稻正常的生长发育，影响产量和品质.目前，防治稻瘟病的主要途径是化学防治，但化学防治成本较高且会污染环境，因此培育和推广抗稻瘟病水稻新品种是未来降低稻瘟病危害的主要途径.HITTALMANI等的研究表明，将具有不同抗谱的多个抗稻瘟病基因聚合到同一个水稻品种中，是培育具有持久抗性品种的有效措施之一.在已经克隆的稻瘟病抗性基因中，和在我国江浙沪地区种植的水稻中表现出持久的广谱稻瘟病抗性，被广泛应用于抗稻瘟病水稻的改良育种.

水稻是中国主要农作物之一，随着居民生活水平的提升，对优质食味稻米的需求日益扩大，因此，提高稻米品质成为育种者共同的目标.稻米食味品质主要由直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）和糊化温度（GT）决定，其中，直链淀粉含量是决定稻米食味品质的关键因素.蜡质基因（）编码的颗粒结合淀粉合成酶Ⅰ（GBSSⅠ）是稻米直链淀粉合成的关键酶，因此，被认为是影响稻米食味品质的重要基因.

香型水稻因稻米具有独特的香味深受消费者和育种者的青睐.稻米香味主要受8号染色体上编码甜菜碱醛脱氢酶2 基因（）的调控.基因第7外显子或第2外显子的碱基缺失导致香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2AP）积累，从而使稻米产生香气.

“银香38”是由光明种业有限公司选育的优质中熟晚粳常规水稻，属于优质香软水稻，2020年荣获“第三届全国优质稻品种食味品质鉴评（粳稻）金奖”，深受消费者喜爱.然而，“银香38”水稻的稻瘟病抗性和抗倒伏性都较差，制约了”银香38”水稻的进一步推广应用.本课题组通过等位测试分析的前期工作发现控制“银香38”稻米直链淀粉含量的基因不是，而是由新的基因调控，并且发现，“银香38”水稻米饭油亮性较好.本研究以“银香38”水稻为母本，以抗稻瘟病水稻品系“132”为父本进行杂交，获得了F种子;F植株再与抗倒性较强的“武运29185”香稻（母本）进行复交，再进行多代自交选育，期间结合分子标记辅助，成功培育了稻瘟病抗性和抗倒性都比“银香38”明显提高的香软水稻新品系“上师大22号”，并对其农艺性状、产量性状及稻米品质等指标进行了分析.

1  材料与方法

试验材料

在“上师大22号”的培育过程中，共使用3种水稻作为亲本材料，分别是光明种业有限公司许建华研究员惠赠的“银香38”水稻和“武运29185”香稻，以及上海市农业技术推广服务中心沈嘉清研究员惠赠的抗稻瘟病水稻品系“132”.“银香38”水稻香味基因属于第2外显子突变类型，“武运29185”水稻香味基因属于第7外显子突变类型.

香味基因和稻瘟病抗性基因鑒定

通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）法提取了水稻幼嫩叶片基因组DNA.采用BRADBURY等建立的分子标记对第7外显子突变类型香味基因进行了检测.香稻和非香稻均含有约580 bp的条带，但香型水稻还具有另外一个257 bp的条带，而非香水稻则具有另外一个355 bp的条带，杂合水稻同时含有580 bp，355 bp和257 bp 3个条带.

利用HAN等报道的方法对稻瘟病抗性基因和进行了检测.对于基因检测，仅含有850 bp条带的为感病植株，仅含有467 bp条带的为抗病植株，同时含有850 bp条带和467 bp条带的为杂合植株.对于基因检测，只含有803 bp条带的为感病植株，只含有365 bp条带的为抗病植株，杂合植株同时含有803 bp和365 bp的条带.

“上师大号”试种及主要农艺性状和产量性状考察

“上师大22号”水稻分别于2019年和2020年5—10月在上海市青浦区农业技术推广服务中心试验基地试种.试种面积均为13.3 m.试种期间记录农艺性状和产量性状.每项农艺性状和产量性状重复考察2次，并计算标准差.待植株成熟后进行小区测产.

稻米品质指标分析

2020年取500 g“上师大22号”水稻稻谷样品，委托农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心进行品质指标分析.

2  结果与分析

“上师大号”水稻选育过程及新品系分子标记验证

2013年3月在海南以“银香38”水稻为母本，以抗稻瘟病水稻品系“132”为父本进行杂交，获得了F种子.2013年5月，在上海种植F种子.2013年9月，以抗倒性较强的“武运29185”香稻为母本，与“银香38”ד132”的F植株进行复交，获得了复交F种子.2013年12月，在海南种植复交F种子，2014年4月在海南收获复交F种子.2014年5月在上海大量种植F种子，在8月下旬选择开花与“银香38”接近同时、株高明显矮于“银香38”的植株，取叶片进行第7外显子突变类型香味基因和稻瘟病抗性基因检测，10月中旬从同时含有第7外显子突变类型香味基因和稻瘟病抗性基因（及）单株上收获了F种子，待种子晒干后观察稻米的透明度，保留含有半透明稻米的单株.2015年5月在上海继续种植从F种子中选出的半透明稻米，10月再次检测植株的香味基因和稻瘟病抗性基因，从香味基因和稻瘟病抗性基因纯合植株上收获F种子.从2016年5月—2019年4月，轮流在上海和海南进行自交加代种植（图1）.2019年4月以小区形式收获F种子，暂定名为“新80047”，2021年5月将其更名为“上师大22号”.

2020年10月从“上师大22号”的F种植小区随机选择植株取叶片，进行香味基因和稻瘟病基因检测，确定新品系含有的目标基因是纯合状态.2021年10月再从“上师大22号”种植小区随机选取植株叶片，进行香味基因和稻瘟病基因及跟踪检测.结果显示：香味基因检测依然是所有植株都同时含有580 bp和257 bp两个条带，如图2（a）所示;基因检测所有植株都只含有467 bp条带，如图2（b）所示，基因检测所有植株都只有365 bp条带，如图2（c）所示.由此推测，“上师大22号”新品系水稻对应的3个目标基因都已能够稳定遗传.

“上师大号”水稻主要农艺性状及产量性状分析

2019年，“上师大22号”水稻在上海市青浦区农业技术推广服务中心试验基地试种. 5月21日播种，6月20日移栽，8月23日始穗，8月27日齐穗，10月16日成熟，“上师大22号”全生育期共148 d. 2019年在上海市青浦区农业技术推广服务中心试验基地同期还试种了目前上海市主栽的常规水稻品种“秀水134”.“秀水134”水稻与“上师大22号”水稻都在同一天进行播种和插秧.“秀水134”水稻9月3日始穗，9月8日齐穗，10月28日成熟，全生育期共160 d.“上师大22号”全生育期比“秀水134”短12 d.

2020年，“上师大22号”水稻再次在上海市青浦區农业技术推广服务中心基地试种.5月18日播种，6月16日移栽，8月20日始穗，8月25日齐穗，10月18日成熟，“上师大22号”全生育期共153 d. 2020年在上海市青浦区农业技术推广服务中心试验基地，“银香38”水稻与“上师大22号”水稻同一天进行播种和插秧.“银香38”水稻8月21日始穗，8月26日齐穗，10月20日成熟，全生育期共155 d.“上师大22号”全生育期与“银香38”接近.

2019年，对“上师大22号”和“秀水134”水稻的主要农艺性状和产量性状进行了考察（表1）.结果显示：“上师大22号”株高比“秀水134”略矮，但实际产量比“秀水134”提高了2.84%. 2020年，对“上师大22号”和“银香38”水稻主要农艺性状和产量性状进行了考察（表2）.结果显示：“上师大22号”比“银香38”株高降低了10.5 cm，结实率增加了7.65%，产量提高了3.96%.

综合2 a田间观察的抗性表现：“上师大22号”水稻2 a内均无叶瘟，穗茎瘟个别出现，纹枯病发病轻，无条纹叶枯病，抗倒性好.2020年同期种植的“银香38”水稻在苗期就已出现严重的叶瘟表型，并且穗茎瘟出现率约为5%.

稻米品质指标检测

经农业农村部稻米及制品质量监督及检验测试中心检测：“上师大22号”水稻糙米率为83.9%，精米率为73.7%，整精米率为68.9%，粒长4.7 mm，长宽比1.7，垩白率4.0%，垩白度1.0%，透明度3级，碱消值6.5级，胶稠度80 mm，直链淀粉质量分量9.7%.

3  讨 论

随着社会发展和人民生活水平的提高，以及气候环境的变化，水稻育种不仅要求高产，更要求优质、高抗，因此，多基因聚合育种成为新时期水稻育种的主要方向.近年来，直链淀粉质量分数约为9%的软米粳稻如“南粳46”“沪软1212”“银香38”等，因具有优良的食味品质得到广大农户和市民的认可，种植面积逐年扩大.然而，这些品种普遍不抗稻瘟病，同时抗倒伏性也较差.近年来，稻瘟病在长三角地区的大范围爆发，加上台风的影响，使这些优质品种的推广受限.

稻瘟病是阻碍水稻高产稳产最为严重的病害之一，发病严重时甚至颗粒无收.水稻稻瘟病抗性属于典型的质量-数量性状，抗性表型既受遗传控制，又受病原菌及湿度等环境因素的影响，因此传统育种的稻瘟病抗性选择往往效率低.而分子标记辅助选择育种直接选择表型对应的基因型，不受环境因素的影响，因此更准确、高效，现已广泛应用于水稻遗传育种.

本研究涉及水稻中最早克隆的两个稻瘟病抗性基因和，对稻瘟病菌生理小种的抗谱较广，被广泛用于水稻稻瘟病抗性改良.FAN等报道发现，含有抗病基因与水稻抗穗瘟之间存在极显著相关性.YANG等发现，同时含有和抗病基因的水稻品种具有相对较强的抗穗茎瘟能力.HAN等发现，“银香38”（报道中称其为“8004”）水稻含有基因，但不具有基因.本研究培育的”上师大22号”水稻，同时含有抗稻瘟病基因和.这也很好地解释了田间观察的发现，即“上师大22号”抗穗茎瘟表现好于“银香38”，苗期基本无叶瘟症状，后期也没有颈瘟症状.

有报道认为稻米透明度与直链淀粉含量有一定的关系，随着稻米直链淀粉含量降低，稻米透明度也会随之降低. 当“银香38”稻米水分低于16%时，其稻米也呈半透明表型.本研究在“上师大22号”软米性状选择中也采用半透明表型进行筛选.品质检测结果发现，“上师大22号”稻米直链淀粉质量分数为9.7%，符合软米的特性.这表明利用半透明表型筛选软米性状也是可行的.利用分子标记筛选验证，“上师大22号”水稻基因组中含有第7外显子突变的基因，如图2（a）所示.根据CHEN等报道推测，“上师大22号”水稻稻米应属于香稻类型.

有報道显示，“秀水134”水稻直链淀粉质量分数为16.6%，“银香38”水稻直链淀粉质量分数为8.2%（数据来源“国家水稻数据中心”）.本研究培育的“上师大22号”水稻直链淀粉质量分数为9.7%.从影响稻米品质最重要的指标直链淀粉含量数据比较推测，“上师大22号”水稻的食味品质与“银香38”水稻接近，并明显优于目前上海市主栽水稻品种“秀水134”.对影响稻米外观品质的重要指标——垩白率和垩白度数据的比较结果显示：“银香38”水稻垩白率23.0%，垩白度2.8%（数据来源“国家水稻数据中心”），而“上师大22号”垩白率4.0%，垩白度1.0%，表明“上师大22号”的外观品质明显好于“银香38”.

本研究培育的“上师大22号”水稻不仅具有软香特性和抗稻瘟病特性，同时由于株高较矮，由此具有很强的抗倒伏性状.近年来，上海等沿海地区台风频发，引起水稻，特别是香软优质常规水稻大面积倒伏，导致产量和品质下降，给粮食安全生产带来威胁.因此成功培育兼具抗稻瘟病和抗倒伏特性的香软优质水稻“上师大22号”具有重要的经济和社会意义.

4  结 论

本研究以优质水稻“银香38”、抗稻瘟病水稻品系“132”和抗倒性较强的香稻“武运29185”为亲本，通过杂交、复交和多代自交，利用分子标记辅助选择，并结合田间农艺性状筛选，成功培育出优质香软水稻“上师大22号”.“上师大22号”水稻产量与品质与亲本“银香38”接近或略有提高，而稻瘟病抗性及抗倒性都比“银香38”明显提高.“上师大22号”水稻新品系的成功培育，为上海市进一步推广优质稻品种奠定了基础.

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（責任编辑：顾浩然）