水稻蛋白質含量的世代遺傳

郭慧，李樹杏，楊占烈，甘雨，向關倫，潘建慧，郝留根

（1.貴州省水稻研究所，貴州貴陽550006；2.中南大學研究生院隆平分院，湖南長沙410125）

水稻蛋白質含量的世代遺傳

郭慧1，2，李樹杏1，楊占烈1，甘雨1，向關倫1，潘建慧1，郝留根1

（1.貴州省水稻研究所，貴州貴陽550006；2.中南大學研究生院隆平分院，湖南長沙410125）

為了研究貴州地方水稻高蛋白材料在其雜交后代中蛋白質含量的遺傳規律，試驗選用惠水金包銀和興義紅冬谷2份高蛋白材料作為雜交親本，與生產上應用的水稻材料進行雜交，構建了一個包括195個個體的遺傳群體，對F2群體的每個個體都進行了稻谷和糙米蛋白質含量的測定，之后對F3和F4的一些小群體進行了蛋白質含量的跟蹤測定。結果表明，其雜交后代沒有出現超親優勢，大部分后代材料的蛋白質含量都表現為介于2個親本之間；其直鏈淀粉與蛋白質含量之間沒有明顯的相關關系。

水稻；蛋白含量；種質資源；遺傳

蛋白質是一切生命的物質基礎，是人類生存不能缺少的營養成分之一。人類生存所需的蛋白質約有70%來源于植物，而農作物提供的蛋白質就占到其中的1/2[1]。在三大農作物當中，玉米蛋白質含量最高，約為14%，小麥次之，約為12%，水稻最低，約為8%[2]。雖然稻米蛋白含量低于玉米和小麥，但它的可利用率遠比玉米、小麥高。有研究認為，如果能夠把精米的蛋白質含量提高2百分點達到10%左右，其營養價值就會遠超玉米和小麥[3]。稻米蛋白質在溶解性、能量吸收和生物價等方面都有很好的性能，氨基酸組成適當，賴氨酸、蘇氨酸等幾種必需氨基酸含量較高[4]，而蛋白質的質量主要是以氨基酸的含量來衡量[5]。近年來，隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平不斷提高，對食物品質要求越來越高。因此，國內水稻育種家也不再把高產作為育種的唯一目標，而是把提高水稻產量和品質放在同等重要的位置。因而，水稻高蛋白種質的篩選、鑒定、創新是開展高蛋白性狀表型、生理、生化、分子機制研究以及開展水稻高蛋白育種的前提條件。對現有種質資源、特別是地方種質資源開展高蛋白種質鑒定和篩選工作至關重要。

貴州目前已經收集了近6 000份具有地方特色的水稻種質資源，經過以往研究，發現了一批高蛋白、高賴氨酸含量的特色地方品種，蛋白質和賴氨酸含量分別高達15.99%和0.72%，比一般品種都高出近100%。開展地方資源高蛋白水稻種質的遺傳研究及材料創新，可為選育高產、高蛋白質優質水稻新品種提供資源材料，同時，對于提高稻米營養價值、培育功能稻米、開發優質營養食品、改善膳食結構、延長產業鏈等方面都有著非常重要的意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

通過對《貴州省稻種資源性狀鑒定研究結果匯編》中的6 000多份貴州省稻種資源逐一查找，從中找到15份高蛋白資源，部分親本糙米蛋白質、直鏈淀粉含量較高，蛋白質含量最高達到13.323 4%（圖1）。2012年在貴陽種植，由于都是地方材料，部分材料嚴重感光、株高偏高、后期出現嚴重倒伏等，存在繁種困難。最終篩選出蛋白質含量分別為13.323 4%和12.520 6%的惠水金包銀和興義紅冬谷2份地方材料作為高蛋白雜交親本，選擇低蛋白水稻材料（育種中間材料）以及優良水稻育種材料（大粒香和紅米）與之雜交，構建遺傳群體。

1.2 試驗方法

2012年在貴陽進行雜交，2013年1月在海南三亞種植雜種F1，2013年5月在貴陽種植F2，通過單株、單穗收種，構建了一個包括195個個體的遺傳群體，2014年2月在海南選擇部分材料種植F3。試驗對F2群體的每個個體都用InfratecTM1241近紅外谷物分析儀進行了稻谷和糙米蛋白質含量的測定。之后分別對F3和F4的一些小群體進行了蛋白質含量的跟蹤測定。

1.3 數據處理

試驗數據管理和統計分析采用Excel分析處理完成。

2 結果與分析

2.1 F2群體蛋白質含量分析

通過對F2群體的195個個體的稻谷和糙米進行蛋白質含量逐一測定，結果顯示，F2群體中單株蛋白質含量沒有超過高值親本，基本上都介于雙親之間，稻谷蛋白質含量最小的是7.688 3%，最大值12.288 1%，其中，蛋白質含量達到10%以上的材料有41份，介于9%～10%的有119份，9%以下的僅有30份；糙米蛋白質含量最小值為7.364 3%，最大值為10.474 6%，10%以上的只有12份，介于9%～10%的有46份，介于8%～9%的有97份，8%以下的有24份（糙米共有179份材料，有部分材料損失）。從F2分離世代個體分析來看，蛋白質含量沒有明顯的規律可循（圖2）。

蛋白質、直鏈淀粉都和稻米的品質有著直接的關系，不論是蛋白質含量高還是直鏈淀粉高都會在一定程度上影響稻米的品質，特別是食味口感。因此，本試驗同時也進行了直鏈淀粉含量的跟蹤測定，F2群體糙米直鏈淀粉的含量為19.577 0%～23.906 2%（圖3）。分析結果同時也顯示，糙米的蛋白質含量和直鏈淀粉含量間沒有明顯的相關關系。

2.2 F3，F4小群體蛋白質含量分析

繼續跟蹤檢測F3，F4世代群體的蛋白質含量以及直鏈淀粉含量的變化，從幾個雜交中分別選擇了1個F3(金麻粘/興義紅冬谷），1個F4（紅香/惠水金包銀）世代小群體，分析F3，F4世代蛋白質和直鏈淀粉含量的變化（圖4，5）。在不同的雜交組中，F3，F4世代的蛋白質含量基本沒有太大的變化，還是介于其雙親之間，沒有出現超親分離，但是在這些雜交后代中發現了幾個產量、抗性以及米質均表現優良的株系，其可以作為育種的基礎材料利用。

3 結論與討論

蛋白質和淀粉是稻米的主要成分，含量分別為8%～11%和76%～78%[6-7]。因此，稻米的蛋白質和淀粉含量及組分是衡量稻米品質的主要指標，也是影響稻米營養品質的重要因素。稻米蛋白質易被人體消化吸收，是公認的優質植物蛋白。據統計，我國以稻米為主食的人群中攝入的總蛋白質含量中稻米蛋白質占41%～46%[8]，因此，稻米蛋白質的含量和組分影響著以稻米為主食的人群的飲食健康和飲食質量。蛋白含量超過9%的稻米品種，其食味往往較差[6]，因此，大部分研究者認為，稻米蛋白質含量與蒸煮食味品質之間呈負相關。但也有一些研究者認為，稻米蛋白質含量與蒸煮食味品質之間的關系不能用簡單的相關性來衡量[9-10]；稻米蛋白質含量與蒸煮食味品質之間沒有明顯的相關性[11]，蛋白質含量對蒸煮食味品質的影響因稻米品種而異[12]。另外，有學者研究認為，蛋白質高含量對低含量為顯性性狀[13]，另一些學者則恰好相反，認為蛋白質低含量對高含量為顯性性狀[14]。

本試驗結果表明，水稻高蛋白材料與低蛋白材料雜交，在其雜交后代中很難出現超高親分離，后代中蛋白質的含量一般都介于雙親之間，也有部分后代材料會出現低于低親的現象。祁祖白等[15]研究認為，秈粳雜交種F2種子蛋白質含量多偏向大值，但無顯著優勢，與本研究結果相似。本研究結果還表明，蛋白質含量和直鏈淀粉含量間沒有直接的相關關系。水稻籽粒蛋白質含量是個復雜的性狀，不僅受自身基因的調控，也受到種植當年氣候、環境、特別是氮肥使用量等外界因素的影響，因而，在試驗的過程中很難做到試驗條件的一致性，這也給本試驗結果帶來一定的影響。

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Study on Generation Genetic of Protein Content of Rice

GUOHui1，2，LI Shuxing1，YANGZhanlie1，GANYu1，XIANGGuanlun1，PANJianhui1，HAOLiugen1
（1.Guizhou Rice Research Institute，Guiyang550006，China；2.Longping Branch of Graduate School，Central South University，Changsha 410125，China）

To explore the heritability of hybrids rice of the high protein content material in Guizhou local,the test selected"Huishui Jinbaoyin"and"Xingyi Hongdonggu"as a hybrid parents of high protein material,and hybridization with the application materials in production,and constructed a genetic group contented 195 individuals.Each individual F2was tested for the protein content of rice and brown rice,and tested some small groups of F3and F4.The result showed that the hybrids was no heterobeltiosis,the protein content of most of the descendants was between two parents,and no significant correlation between protein content and amylose.

rice;protein content;germplasm resource;inheritance

S511

A

1002-2481（2016）11-1589-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.11.03

2016-06-27

國家重點研發計劃項目（2016YFD0101100）；貴州省水稻產業技術體系建設項目（GZCYTX2016-0601）；貴州省科學技術基金項目（黔科合J字[2012]2248）；貴州省農業科學院自主創新科研項目（黔農科院自主創新科研專項字（2014）19號）

郭慧（1977-），男，內蒙古烏蘭察布人，副研究員，主要從事水稻雜種優勢利用與組合選育研究工作。