优质节水抗旱稻‘沪旱1517’的选育与应用

王飞名,刘 毅,孔德艳,刘国兰,余新桥,毕俊国,罗利军,张安宁

(上海市农业生物基因中心,上海 201106)

水稻是我国主要的粮食作物之一,对于保障我国的粮食安全发挥了重大作用。但是水稻生产用水量占全国总用水量的50%以上,水资源短缺成为全球面临的危机[1],培育节水抗旱品种,稳定和提高稻谷产量,是节约水资源、保护生态环境的重要途径。节水抗旱稻是既具有水稻的高产优质特性,又具有旱稻节水特性的新的栽培稻类型[2-3],培育节水抗旱、高产的水稻新品种是缓解我国水资源短缺和提高中低产田产量的重要途径之一[4]。随着人民生活水平的不断提高,对优质稻米的消费需求不断扩大,对优质常规稻品种的需求也呈现多样化[5]。稻米品质一般由碾磨品质、外观品质、蒸煮食味和营养品质组成,其中外观品质是决定稻米市场价值的主要因素之一[6],外观品质中以垩白粒率和垩白度为重要性状。整精米率是稻米碾磨品质的关键指标,直接影响出米率,无论何种类型的优质稻,均要求稻谷有较高的整精米率[7]。整精米率作为稻米商品性的重要指标之一,其重要性日益凸显,逐渐成为优质籼稻推广的重要限制性因素之一[8]。因此,选育并推广节水抗旱、外观品质好、整精米率高的优质节水抗旱稻品种势在必行。

‘沪旱1509’是笔者团队选育的节水抗旱稻新品种,具有产量高、节水抗旱以及抗性好的特性[9],但其外观品质较差、整精米率不高,不利于市场推广,因此急需针对米质性状,尤其是整精米率进行改良。在此背景下,笔者团队充分利用优质稻品种资源,挑选具有外观品质优、整精米率高、综合抗性好的品种‘粤禾丝苗’作为亲本和‘沪旱1509’杂交,以优质、高整精米率、常规稻与恢复系一系多用为育种目标,历时5年成功选育出节水抗旱稻新品种‘沪旱1517’。该品种于2021年通过上海市农作物品种审定(审定号:沪审稻2021010),并获得植物新品种权保护(品种权号:CNA20191006108)。本研究主要介绍该品种的选育过程、主要特性、育种配组和推广应用情况,探讨与其特性相匹配的栽培技术,为籼型常规节水抗旱稻优质化育种技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

杂交亲本材料:母本‘沪旱1509’是笔者团队选育的品种,抗旱性2级,垩白粒率、垩白度等指标均未达到部颁三级标准,整精米率为59%,是常规稻和杂交稻父本两用的品种。父本‘粤禾丝苗’引自广东省农业科学院水稻研究所,该品种抗倒性、稻瘟病抗性较强,主要米质指标达部标二级,整精米率高达65.4%,是常规稻和杂交稻父本两用的品种。

抗旱性鉴定以‘旱优73’作为对照。稻瘟病鉴定以‘湘晚籼11号’作为对照。

1.2 选育过程

自2013年夏季开始,以‘沪旱1509’和‘粤禾丝苗’2个品种作为亲本,进行杂交。从F2代开始利用海南陵水、浙江安吉两地的旱地条件进行5 000株以上大群体的穿梭加代,分别筛选耐旱性和避旱性以及稻瘟病抗性高的单株,兼选具有早熟与丰产性状的单株,F6代进行品比试验,挑选产量较对照增产3%以上的7个品系进行稻米品质分析(表1),入选整精米率高、外观品质好的4个F6品系(16JD01、16JD04、16JD05、16JD10)于2017年在上海和安徽等地进行多点联合鉴定,并将4个入选株系作为恢复系,分别以沪旱1S、沪旱7A作母本在上海配组,结合多点试验和配组能力表现最终选育出聚合优质抗旱、高整精米率、抗倒、配合力好的品系16JD04,定名为‘沪旱1517’。该品系于2019—2020年参加上海市节水抗旱稻区域试验和生产试验,于2021年通过上海市农作物品种审定委员会审定。图1为‘沪旱1517’的选育过程。

图1 ‘沪旱1517’的选育过程Fig.1 Breeding process of‘Huhan 1517’

表1 7个入选品系的稻米品质Table 1 Rice quality of 7 selected lines

1.3 抗旱性鉴定

2019年、2020年的6—10月在上海市农业生物基因中心节水抗旱鉴定中心进行鉴定。抗旱性鉴定方法参考中华人民共和国农业行业标准《NY∕T 2863—2005节水抗旱稻抗旱性鉴定技术规范》。

1.4 稻瘟病自然诱发鉴定方法

2019年、2020年的6—10月在江西井冈山、湖南桃江进行鉴定。每个品种种植5行,每行种植7穴,每穴种植2—4株基本苗,重复3次,随机区组排列,肥水管理同一般大田。在田埂四周种植2行对照材料‘湘晚籼11号’作为保护行,并且在田间操作沟种植1行‘湘晚籼11号’作为对照材料。按照郝中娜等[10]的调查方法和评价标准进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 产量

2018年5—10月,在上海市农业生物基因中心庄行基地进行水种旱管品比试验,‘沪旱1517’平均产量9 259.7 kg∕hm2,比对照‘沪旱1509’增产4.41%,增产显著(F值为22.1);2019—2020年区试,‘沪旱1517’在水种旱管栽培下,产量分别为8 899.5 kg∕hm2、8 589.0 kg∕hm2。2020年生产试验中‘沪旱1517’采用水直播旱管栽培方式,比对照‘旱优73’增产0.6%(表2)。

表2 ‘沪旱1517’的产量表现Table 2 Yield performance of‘Huhan 1517’

2.2 主要农艺性状

‘沪旱1517’属于早熟籼型常规稻,在上海作单季稻种植,5月19日播种,9月21日成熟。该品种株型适中,分蘖力强,叶色淡绿,叶姿较挺,穗姿强烈下弯,后期熟色好,茎秆粗壮且弹性好,抗倒伏能力强。‘沪旱1517’生育期比‘沪旱1509’长2.2 d,株高比‘沪旱1509’低2.8 cm,千粒重比‘沪旱1509’增加1.3 g(表3)。

表3 ‘沪旱1517’与‘沪旱1509’的主要农艺性状Table 3 Main agronomic characters of‘Huhan 1517’and‘Huhan 1509’

2.3 抗性

结合两年的抗旱性鉴定结果,‘沪旱1517’抗旱性级别为3级,评价为“中抗”。在湖南桃江、江西井冈山稻瘟病自然诱发鉴定结果显示:‘沪旱1517’两年两个点的穗瘟损失率最高级为3级。稻瘟病综合指数,‘沪旱1517’在湖南两年的抗性评价为“中抗”,在江西两年的抗性评价为“中感”,对照‘湘晚籼11号’在两个点连续两年的抗性评价均为“高感”(表4)。‘沪旱1517’在2019—2020年区试及生产试验点田间种植没有稻瘟病、纹枯病与稻曲病发生。

表4 ‘沪旱1517’的抗性表现Table 4 Resistance performance of‘Huhan 1517’

2.4 稻米品质表现

经农业农村部食品质量监督检验测试中心2021年检测(表5),‘沪旱1517’的碾磨品质及外观品质性状较‘沪旱1509’有了明显的改善,其整精米率比‘沪旱1509’明显提高,达到了70.8%,其垩白度较‘沪旱1509’明显降低,为2.1。在食味品质上,‘沪旱1517’的直链淀粉含量比‘沪旱1509’高,其胶稠度比‘沪旱1509’高,达到80 mm。‘沪旱1517’米饭光滑有弹性,冷饭不回生。

表5 ‘沪旱1517’与‘沪旱1509’的稻米品质比较Table 5 Rice quality of‘Huhan 1517’and‘Huhan 1509’

2.5 育种应用情况

自‘沪旱1517’育成后,笔者团队先后以其作为恢复系进行配组,或以其为骨干亲本利用分子标记辅助育种技术等开展节水抗旱稻新品种选育。初步研究表明,‘沪旱1517’的优质、抗倒、节水抗旱等特性能较好地遗传给后代。目前,以‘沪旱1517’直接配组已育成了2个组合进入区试,多个苗头品种通过上海市农业生物基因中心品比试验。由‘沪旱1517’衍生出的部分品种的特征特性见表6。

表6 ‘沪旱1517’的部分衍生品种Table 6 Several new varieties derived from‘Huhan 1517’

2.6 推广应用情况

由于‘沪旱1517’综合性状表现突出,在参加上海市节水抗旱稻区域试验时就引起了种子企业的关注。‘沪旱1517’使用权受让单位江苏丰大生物科技有限公司近2年在全国各地布点试种表明,该品种表现出良好的推广应用前景。(1)适合种植区域广。在上海作单季稻种植,5月底至6月中旬播种,9月底至10月初可成熟;在长江中下游作一季稻,4月下旬至6月下旬播种,均能正常成熟,且产量较高;在沿淮和淮北稻区作麦茬稻种植,6月中旬种植,10月中旬收割,其生育期非常适合水稻-小麦的茬口安排。(2)抗倒性好。‘沪旱1517’株高矮,茎秆弹性好,株型紧凑,叶片挺直,耐密植,抗倒性好,适合直播种植,直播种植产量甚至比移栽更高。(3)结实率高。生育后期遇到连续干旱和高温,结实率仍可达85%左右。(4)后期转色好。成熟期转色好且不早衰,完全成熟后再推迟一周收割,熟相依然较好。(5)产量高、米质好。各试种点均反映产量水平高,其旱直播旱管种植产量在8 550 kg∕hm2左右,特别是2021年在安徽省肥西县2.3 hm2连片种植,实收产量达9 150 kg∕hm2。经江苏丰大生物科技有限公司组织米饭品尝测试结果反映,其米饭软糯、适口性好。

3 结论与讨论

3.1 高整精米率与节水抗旱的聚合育种

水稻的整精米率是粒型、垩白大小、籽粒充实度等性状综合体现的一个复合性状,现已成为优质稻米发展的一个重要制约因素[8]。提高稻谷的整精米率,可有效提升水稻品种的种植效益和加工效益。但是,整精米率是基因和环境共同作用的表现,且环境因素影响巨大,播种期[11]、施肥水平[12]、储藏加工[11,13]、种植环境[14]等均对稻米的整精米率有一定的影响。由于稻米整精米率的复杂性,当前对整精米率的研究相对较少,众多学者虽然开展了稻米整精米率QTL的定位工作[8,15-17],并取得了一定进展,但未见QTL精细定位或克隆的报道,初步定位结果难以应用于育种实践。与此相反,通过鉴定和发掘高整精米率水稻品种资源,利用传统育种手段可选育高整精米率水稻品种。

‘沪旱1517’是在笔者团队前期育成抗旱品种‘沪旱1509’的基础上选育而成的,针对‘沪旱1509’的外观品质及整精米率不足,确定了以优质、高整精米率为主要育种目标。本研究利用早熟高产节水抗旱稻品种‘沪旱1509’为亲本,通过杂交的方式导入优质抗倒的水稻品种‘粤禾丝苗’的有利基因,通过低世代大群体种植,在海南、浙江两地进行穿梭筛选,同时进行了避旱性与耐旱性[18]的选择,其间淘汰生育期偏长的单株。在上海、安徽等地多点种植,充分评价入选株系的节水抗旱性。在F6选择丰产性好的品系进行米质检测,以整精米率超过69%,其他米质性状达到优质二级以上的品系进行配组,考察其作为恢复系的配合力,最终选育出了整精米率高、配组能力强的常规节水抗旱稻品种‘沪旱1517’,实现了一系两用,既可作为常规稻,也可作为“三系”“两系”杂交稻的恢复系,并衍生出多个苗头组合。

3.2 ‘沪旱1517’的特性与应用

‘沪旱1517’不仅产量高、节水抗旱性好,而且优质,尤其是其整精米率高,达到70.8%。高精米率可以提高稻米加工产量,降低成本,提高质量和增加经济效益[19],故‘沪旱1517’稻米的商品性好。‘沪旱1517’早熟、抗倒,适合直播,栽培上应保证一定的基本苗,尽早封行,在争粒重的基础上,提高结实率。同时,因其生育期短,在肥料运筹上,应早施、少施氮肥,后期增施钾肥以增加粒重,提高结实率。水分管理上,以旱管为主,在灌浆结实期遇持续干旱,建议适当灌跑马水一次,以提高结实率。

3.3 ‘沪旱1517’的进一步改良

‘沪旱1517’米质优,稻米食味品质较好,但米饭缺少香味,需要进一步改良。事实上课题组正在利用分子标记辅助育种方法导入香味基因,通过与‘19香’及‘美香占2号’杂交并回交,结合表型鉴定,培育含有香味基因的‘沪旱1517’改良株系。