优质高产抗病耐储藏杂交稻品种内10优702的创制

陈丽萍，谢鸿光，蒋家焕，王颖姮，朱永生，郑燕梅，林 强，肖晏嘉，蔡秋华，吴方喜，谢华安 *，张建福 *

[1.福建省农业科学院水稻研究所，福建 福州 350018；2.农业农村部华南杂交水稻种质创新与分子育种重点实验室/福州（国家）水稻改良分中心/福建省作物分子育种工程实验室/福建省水稻分子育种重点实验室/福建省作物种质创新与分子育种省部共建国家重点实验室培育基地/杂交水稻国家重点实验室华南研究基地，福建 福州 350003；3.水稻国家工程研究中心，福建 福州 350003]

0 引言

【研究意义】水稻是世界上重要的粮食作物之一，在我国更是三分之二以上人口的主食[1]。自1973年成功实现三系法杂交水稻配套，1995年成功实现两系法杂交水稻配套以后，水稻育种中所使用的品种间遗传基础相近，多样性较为狭窄，导致近年来水稻杂种优势利用的难度不断加大[2]。因此育种家们在不断探索通过新的途径来加强水稻杂种优势利用。目前水稻生产中亟需创制优质高产抗病耐储藏杂交稻新品种并投入生产应用，优质高产能够在稻米品质与产量上满足人们生活水平日益改善的膳食需求，抗病可以减少农药的使用进而降低对环境的污染及稻米的农药残留[3]，耐储藏则可以缓解全球气候变暖带来的粮食储藏问题，降低因高温高湿环境导致种子发芽率降低、稻米陈化等造成的直接和间接经济损失[4]。因此，在育种工作中迫切需要选育优质高产且具备较强的稻瘟病抗性及耐贮性的杂交稻新品种。【前人研究进展】随着生活水平日益提高，人们对吃越来越讲究，已经从最初的吃饱过渡到现在的吃好。稻米的品质尤其是消费者可以直观感受到的外观品质和口感必须受到育种家们的重视，以不断满足消费者的高品质生活需要[5−6]。稻瘟病发病机制复杂，目前生产上虽然可以通过加强田间管理和喷施化学药剂来降低稻瘟病的危害，但选育携带多个抗性基因的水稻抗病新品种仍是最经济、安全、有效的手段，也一直是育种家们的研究方向及目标[7−8]。早在20世纪60年代，国内外科学家们就在世界范围内对水稻种质资源进行稻瘟病抗性鉴定，从中获得了一大批优质抗源，其中具有广谱性且持久稳定的品种Digu、Tetep等开始被广泛应用于杂交配组[9−10]。此后随着分子生物学的发展，越来越多的抗病位点得以鉴定，并且不少抗病基因被相继成功克隆，这为抗性基因在分子育种上的应用奠定了很好的基础，特别是一半以上稻瘟病抗性基因分布在第6、11、12染色体上，这非常利于育种上通过杂交对抗性基因的聚合[11−12]。育种家们也一直在寻求利用分子标记辅助选择育种（MAS）来高效聚合多个抗性基因[13−16]。近年来，全球气候变暖明显，特别是在中国南方高湿、高热气候地区，水稻在贮藏过程中容易老化、变质，并伴随着种子活力和发芽率的下降[17]。随着储藏时间的延长，大米种子的老化会导致煮食品质的恶化和营养的破坏，从而导致大米食用品质恶化[18]。【本研究切入点】水稻稻米品质是由多基因共同控制的复杂农艺性状，而品质与产量及其他农艺性状之间通常又是矛盾且难以协调统一的，如优质与高产的矛盾、优质与抗逆的矛盾等[19]。将优质、高产与抗稻瘟病及耐储藏等相结合在当前育种中尤为重要，但一直是实际育种中的难点。【拟解决的关键问题】通过杂交、回交、复交、测交等常规育种手段，并结合多年多点的米质筛选、稻瘟病抗性鉴定及人工模拟老化耐储性鉴定，以期选育出优质高产同时兼具较强的稻瘟病抗性与耐储性的杂交稻新组合，解决水稻高产、优质、抗病及耐储等优点难以集中的矛盾。

1 材料与方法

1.1 试验材料

育种亲本材料镇恢084为江苏丘陵地区镇江农业科学研究所选育的籼型常规稻，明恢86为福建省三明市农业科学研究院选育的籼型恢复系，多系1号为内江市农业科学研究所选育的籼型常规稻，内香10A由内江杂交水稻科技发展中心选育的优质籼型三系不育系。稻瘟病抗性鉴定所用的抗病对照材料粳稻云引引自云南省农业科学院，感病对照材料水稻丽江黑谷新团为云南粳型地方品种。人工老化试验对照材料云恢290为云南省农业科学院粮作所选育，9311为江苏里下河地区农业科学研究所选育，玉晶丝苗为广东省农业科学院水稻研究所选育。

1.2 稻瘟病鉴定

田间稻瘟病抗性自然发病鉴定采用2020年正季在福建省上杭县茶地镇调查并统计水稻整个生育期自然发病的结果。室内苗期稻瘟病抗性鉴定在福建省农业科学院植物保护研究所稻瘟病抗性鉴定中心进行。接种的10个稻瘟病菌株，由福建省农业科学院植物保护研究所稻瘟病抗性鉴定中心提供，编号记为S1～S10，分别对应菌株JY18026、NH17026、SH18073、NH19003、JL18053、NH19007、NH18044、NH18046、SW18055、XI18034。

1.3 种子人工老化处理及发芽试验

2021年春季，海南藤桥新收获的水稻种子在37 ℃烘干箱中烘干5 d以打破休眠。选择饱满种子50粒，密闭干燥器，温度42 ℃，相对湿度88%，分别人工老化处理21 d和28 d，每组3个重复。处理前后的种子在植物生长培养箱（光照14 h，温度30 ℃/黑暗10 h，温度 25 ℃、湿度 75%）萌发 10 d。本试验萌发4 d的短时发芽率和萌发10 d的整体发芽率为指标，观察种子的萌发情况。以发芽4 d的露白种子数除以总种子数来计算4 d的短时发芽率，发芽10 d的萌发种子数除以总种子数来计算10 d的整体发芽率。

2 结果与分析

2.1 恢复系福恢 702 及杂交组合内 10 优 702 的选育过程

内10优702是福建省农业科学院水稻研究所采用自育的抗病恢复系福恢702与内江杂交水稻科技开发中心选育的优质三系不育系内香10A配组育成的三系籼型杂交水稻新组合。恢复系福恢702是于2008年春季在福建省南繁育种基地（海南省三亚市海棠湾区藤桥）用恢复系镇恢084作母本，用强恢复系材料明恢86为父本杂交，2008年晚季在福建沙县育种基地种植F1代，并以F1代作母本再与优良恢复系材料多系1号为父本做复交，2009年春季在福建省南繁育种基地（海南省三亚市海棠湾区藤桥）种植复交F1代。后代对所获得的优良单株按系谱法连续多年在福建省沙县育种基地和福建省南繁育种基地（海南省三亚市海棠湾区藤桥）反复加代定向培育和逐代稳定，同时在福建省上杭县茶地镇和沙县夏茂镇等稻瘟病重病区进行稻瘟病抗性鉴定筛选，于2012年育成了恢复力强、配合力好、综合性状优良的材料R02，恢复系命名为福恢702，该恢复系表现群体整齐，株型适中，株叶形态好，抗稻瘟病。2013年福恢702与优质三系不育系内香10A进行小面积制种，杂交组合命名为内10优702。2016−2017年内10优702参加湖北省恩施州水稻新品种区域试验，于2019年8月通过湖北省农作物品种审定委员会审定（鄂审稻2019040）。选育过程见图1。

2.2 福恢 702 和内 10 优 702 的农艺性状及粒型比较

农艺性状是判断一个品种的重要标准，因此，对2021年春季在福建省南繁育种基地（海南省三亚市海棠湾区藤桥）同一地点种植的福恢702和内10优702的基本农艺性状和籽粒表型进行了调查并统计相应的表型数据。统计数据显示，福恢702和内10优702均具有良好的农艺性状，株型适中、穗大粒多、结实率高、长粒型、长宽比适中、千粒重较大，和福恢702 相比，内10优 702的株高和有所降低，每丛有效穗数增加，穗长更长，粒长变长且粒宽变窄导致了长宽比变大及千粒重下降（表1）。

表1 福恢702和内10优702的农艺性状及粒形比较Table 1 Agronomic characteristics and grain appearances of Fuhui 702 and Nei-10-You-702

2.3 内 10 优 702 的米质分析

委托农业农村部食品质量监督检验测试中心（武汉）对内10优702的多项稻米品质指标进行了检测。品种内10优702的各项指标如下：糙米率79.6%，整精米率65.3%，垩白粒率20%，垩白度4.8%，直链淀粉含量15.5%，胶稠度73 mm，长宽比3.0，主要理化指标达到了中华人民共和国农业农村部颁布的食用优质大米三级标准。目前水稻中已经鉴定及克隆的香味基因只有一个，即Badh2[20]，对内香10优702的亲本内香10A和福恢702中所携带的香味基因Badh2的序列进行测序分析。测序结果表明内香10A中的Badh2基因型与已克隆的香稻品种苏玉糯一致，均为badh2-E7单倍型，即在第7 外显子中发生 8 bp 缺失和 3 bp 的变异，造成蛋白移码突变，而福恢702中的Badh2基因与无香味的日本晴序列一致，均为功能正常的无香型（图2）。由于食用的稻米为杂交组合的F2种子，有四分之一为纯合的badh2-E7单倍型，因而内香10优702的稻米也有部分香味，能总体上提升食味品质。

图2 香味基因Badh2在各品种中的单倍型分析Fig.2 Haplotype analysis on fragrance gene Badh2 in various varieties

2.4 内 10 优 702 及其亲本的稻瘟病抗性评价

稻瘟病危害影响水稻产量，我国水稻新品种审定自2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制，新选育的品种必须具备一定的稻瘟病抗性，因此我们对内10优702及其亲本内香10A和福恢702分别在福建省上杭县茶地镇国家级稻瘟病抗性鉴定点进行田间稻瘟病抗性自然诱发鉴定及室内苗期稻瘟病人工喷雾接种鉴定。2020年正季，在茶地镇自然环境下种植内10优702及其亲本内香10A及福恢702并进行田间发病情况调查。田间鉴定调查结果表明，福恢702、内香10A及内10优702的苗瘟均表现为抗，叶瘟分别为中感、抗、抗，穗茎瘟均为抗，综合评价分别为中感、抗、抗。2020年秋季在福建省农业科学院植物保护研究所稻瘟病抗性鉴定中心进行的苗期室内稻瘟病鉴定，共10个供试菌株，分别用单菌株接种及混合接种（即10个菌株混合），云引为抗病对照，丽江新团黑谷为感病对照。苗期鉴定结果显示，福恢702、内香10A及内10优702的抗菌株率分别为30.77%，92.31%和100%，对应的抗性评价分别为感、抗和抗（图3，表2）。2020年正季再经恩施州农业科学院植保土肥所鉴定，内10优702的稻瘟病综合抗性指数2.0，穗瘟损失率最高级1级，抗稻瘟病；稻曲病最高级1级，中抗稻曲病；纹枯病高级5级，中感纹枯病。综合以上鉴定结果表明，内10优702具有较强的稻瘟病抗性。

表2 内10优702、内香10A和福恢702的稻瘟病抗性鉴定结果Table 2 Blast resistance of Nei-10-You-702, Neixiang 10A, and Fuhui 702

图3 内10优702、内香10A和福恢702的室内苗期稻瘟病抗性鉴定Fig.3 Phenotypes of Fuhui 702, Neixiang 10A, and Nei-10-You-702 inoculated for 7 d at seedling stage

2.5 内 10 优 702 的耐储藏性鉴定

近年来，随着全球气候变暖，稻谷的储藏问题日益加剧，耐储性也成为衡量新品种的重要指标之一。因此我们将2021年福建省南繁育种基地（海南省三亚市海棠湾区藤桥）新收获的内10优702及福恢702的种子进行人工老化处理以明确其耐储性，并选择同时间同地点播种的云恢290、9311、明恢86、玉晶丝苗等4个不同耐储性的材料作为对照。新收获的种子在37 ℃烘干箱中烘干5 d破休眠后，在老化箱中分别进行人工老化处理21 d和28 d。处理前后的种子在光照培养箱萌发10 d，调查并统计种子的4 d短时发芽率和10 d整体发芽率，以判断品种的耐储性。统计结果显示，未进行人工老化处理的种子的4 d短时发芽率和10 d整体发芽率均在95%以上，说明所选择的种子质量都较好。而人工老化处理21 d后，9311和明恢86的短时发芽率明显降约低至80%，而云恢290、玉晶丝苗、福恢702和内10优702的短时发芽率仍保持在95%以上；人工老化处理28 d后，云恢290短时发芽率为79.33%，内10优702的短时发芽率为73.33%，福恢702为34.67%，9311为18.67%，而明恢63和玉晶丝苗已经降低到10%以下（图4−A）；人工老化处理 21 d 及 28 d 的 10 d 整体发芽率趋势与4 d短时发芽率趋势相一致（图4−B）。云恢290已被证明具有很好的耐储性[4]，本研究试验结果也证实了这一点，而内10优702的耐储性和云恢290较为接近，表明内10优702同样具有很强的耐储性，便于在高温高湿的南方地区贮藏。

图4 人工老化处理前后各品种的短时发芽率和整体发芽率Fig.4 Percentages of shortened and overall seed germination rates of different varieties of rice before and after artificial aging

2.6 内 10 优 702 的区试表现

福建省农业科学院水稻研究所和湖北惠民农业科技有限公司供种。内10优702属三系籼型中稻杂交水稻新组合，属基本营养型，作中稻种植。

2016−2017 年两年区试每667 m2平均产量586.60 kg，比对照瑞优399增产3.51%。其中2016年区试每667 m2平均产量557.33 kg，比对照瑞优399增产3.56%，极显著，居第7位；6试点中，4点增产，增产点比例66.7%；比组平均增产1.08%，两年12试点，8点增产，增产点比例66.7%。全生育期两年区试平均149.9 d，比对照早熟5.0 d。主要农艺性状两年综合表现：每667 m2有效穗17.7万，成穗率60.6%，株高116.7 cm，穗长26.1 cm，每穗总粒数161.5粒，实粒数133.4粒，结实率82.6%，且年度区试结实率＜65%区试点分别为 0、0 个，千粒重 28.7 g。2017 年区试每 667 m2平均产量615.89 kg，比对照瑞优399增产3.46%，极显著，居第5位；6试点中，4点增产，增产点比例66.7%；比组平均增产4.28%。全生育期150.7 d，比对照早熟5.5 d。主要农艺性状表现：每667 m2有效穗19.8万，成穗率62.7%，株高118.0 cm，穗长27.2 cm，每穗总粒数158.7粒，实粒数131.1粒，且区试结实率＞65%的区试点数0个，结实率82.6%，且区试结实率＜65%的区试点0个，千粒重27.6 g。

3 讨论与结论

当前水稻育种对优良品种要求除具备水稻新品种的基本条件外，还要求产量高、品质好、广适性好和具备较强的抗病性及耐储性等多重特性。高产是优良品种最基本条件，水稻产量是由单位面积有效穗数、每穗总粒数、结实率和千粒重共同决定的[21]。内10优702在2016和2017年的两年区试每667 m2平均产量586.60 kg，比对照瑞优399增产3.51%，两年12试点，8点增产，增产点比例66.7%，达到了高产标准。同时由于当前人民的生活水平总体提高，对稻米的品质也要求高了，要求稻米外观好看并且好吃。在评价米质优劣的诸多指标中，整精米率、垩白率、垩白度、直链淀粉含量和食味最为重要[22]。内10优702的米质主要指标两年综合表现单看每个指标虽然都不算很突出，但是综合总体指标，达到了部颁优质稻谷3级标准。稻瘟病的发生与灌浆期天气阴雨、寡照、气温低等密切相关，如果水稻在灌浆期遇到严重稻瘟病，则可能造成大幅度减产甚至绝产，将对农业生产造成巨大损失[23]。过去我国稻瘟病平均年发病面积在8 000万亩以上[24]，因此我国水稻新品种审定从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。2020年正季经恩施州农科院植保土肥所鉴定，内10优702稻瘟病综合抗性指数2.0，穗瘟损失率最高级1级，抗稻瘟病；稻曲病最高级1级，中抗稻曲病；纹枯病高级5级，中感纹枯病。云恢290通常被作为强耐储藏的水稻对照材料，而内10优702的耐储性和云恢290非常接近，也具有很强的耐储性。综合上述，内10优702在高产、稻米品质、抗稻瘟病及耐储藏几个方面总体表现不错。