秈粳雜交改良武育粳3號的豐產性

宋學堂++湯述翥++徐小杰++張宏根++陳露++張英++楊一琴

摘要：遲熟中粳品種武育粳3號由江蘇（武進）水稻研究所育成，其食味品質優良，已在生產上應用20多年。該品種由于不抗條紋葉枯病以及產量潛力不如新育成的品種，進一步推廣應用受到限制。此前，揚州大學利用分子標記輔助選擇技術成功改良了武育粳3號的條紋葉枯病抗性，育成抗條武育粳3號。在此基礎上，2009年開始以優質秈稻品種黃華占為非輪回親本與抗條武育粳3號雜交和回交，以期通過秈粳雜交改良武育粳3號的豐產性，選育新品種。2013年對以上秈粳雜交、回交后代在揚州和武進兩地進行系統鑒定。

關鍵詞：秈粳雜交；粳稻；產量性狀改良；優良株系

中圖分類號：S511.2+20.4文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2017）09-0046-07

水稻是我國最重要的糧食作物，我國以稻米為主食的人口約占總人口的65%[1]。2010 年，我國水稻面積和總產分別占全國糧食面積和總產的27.2%和35.8%[2]。水稻生產在我國糧食生產中占據非常重要的地位。武育粳3號是常州武進稻麥育種場于20世紀80年代中期育成的遲熟中粳品種，1992年通過品種審定。大面積推廣以來，常年推廣面積超過33.3萬hm2，是全球單品種推廣面積最大的粳稻品種，也是國內大面積推廣時間最長的粳稻品種，日本將其列為世界十大粳稻品種之一。1990—2007年累計種植面積超過666.7萬hm2，1997年種植面積最大，為50.028萬hm2。該品種主要分布在江蘇省淮北南部、蘇中及沿江地區種植，安徽省、湖北省也有一定的種植面積。該品種曾獲國家科技進步二等獎，農業部“八五”攻關一級后補助獎勵，江蘇省首屆農業科技重大成果轉化一等獎。

武育粳3號在生產上應用20多年仍然經久不衰，被譽為江蘇的“老秀才”品種[3]，其主要原因是，武育粳3號食味品質好且穩定性高，是江蘇省公認的適口性優良的水稻品種[4]。但是隨著國內育種水平不斷提升，品種更新更替速度加快，武育粳3號的產量水平和抗病性已經遠遠不能滿足目前大面積生產要求，如何在保留該品種適口性好的基礎上提高抗性和產量，已成為目前育種科研單位的主要研究方向之一。

揚州大學通過回交結合分子標記輔助選擇將印度秋稻品種的條紋葉枯病抗性基因QTL qSTV-11b、qSTV-11c導入武運粳3號，改良武育粳3號的條紋葉枯病抗性獲得了成功[5]。本研究以期通過秈粳雜交和回交，選育保持武運粳3號良好品質但豐產性有所改進的新品種，以適應當前水稻生產的需要。為了盡可能減小秈稻血緣導入對粳稻品質的影響，本研究選擇優質、高產秈稻品種黃華占為非輪回親本[6]。在對淀粉品質效應最大的Wx位點上，黃華占攜有與一般粳稻品種一樣的等位基因Wxb。

1材料與方法

1.1供試品種

輪回親本為揚州大學以分子標記輔助選擇改良武育粳3號條紋葉枯病抗性育成的抗條武育粳3號（回交6代），非輪回親本為廣東省農業科學院育成的優質中秈品種黃華占，以及一批以抗條武育粳3號為輪回親本、黃華占為非輪回親本的雜交、回交育成的穩定品系。

鑒定對照親本為江蘇省原武進縣滆湖育種場育成的優質遲熟中粳品種武育粳3號，揚州大學選育的抗條武育粳3號，以及秈稻品種黃華占。

1.2選育過程

除2009年正季在揚州用武育粳3號與黃華占雜交，至2011年冬季F5代時才選株改用抗條武育粳3號回交選育外，2009年海南冬季以后雜交構建的其余材料均以抗條武育粳3號為輪回親本。

為加快育種進程，每年正季在揚州、冬季在海南種植2季，選育的技術線路如圖1所示。

1.3試驗方法

2012年冬季在海南目測選種材料的穩定情況及綜合表現選擇各世代單株種子292份，2013年正季在揚州市北郊槐泗鎮酒甸村（簡稱揚州試點）、常州市武進區前黃鎮運村（簡稱武進試點）分別種植292個株系以及對照品種武育粳3號、抗條武育粳3號、黃華占。

兩試點均5月17日播種，揚州試點6月16日移栽，武進試點6月14日移栽。每株系栽8行，每行10株，單苗栽插，株行距13.3 cm×25.0 cm，不設重復。

抽穗后記載各株系的抽穗情況，并根據兩地各株系的性狀分離情況，在成熟后選擇與武育粳3號同熟期、綜合性狀和豐產性較好且基本穩定的40個株系進行性狀調查和產量測定，包括BC4F2株系13個，BC3F3株系14個，BC2F4、BC2F3、BC2F2株系計10個，BC1F5株系2個，F7株系1個。

1.4性狀鑒定

1.4.1農藝性狀測定抽穗后記載各小區的始穗期，并折算成播種至始穗的天數（播始天數）。成熟后，每小區齊地面割取5個主莖，測定株高、穗長等農藝性狀

1.4.2產量性狀測定

1.4.3品質性狀測定

1.5統計分析

以上農藝性狀、產量性狀為揚州、武進兩地調查數據，品質性狀僅為揚州試點測定數據。

農藝性狀、產量性狀以株系和地點進行無重復雙因素試驗的方差分析。品質性狀因只有揚州試點結果，以不同回交世代為因素、株系為重復觀察值進行單因素試驗的方差分析，以分析不同回交世代的選育效果。

2結果與分析

2.1回交后代的農藝性狀

圖2為親本及部分代表型株系的植株形態。

從圖2可以看出，抗條武育粳3號與武育粳3號在所有農藝性狀上沒有明顯差異（圖2-B），但黃華占與武育粳3號在株高、穗葉形態上均存在秈、粳稻間的明顯差異（圖2-A），目測差異表現在黃華占熟期較早、葉色較淡、植株較高、葉片較長、穗型較大、穗彎曲度大。由于秈、粳亞種間性狀差異較大，因此雜交后代變異豐富，可以選育出不同株葉形態的材料，如株系1373較武育粳3號株系更加緊湊，穗型更加直立，呈葉上禾姿態（圖2-C）；株系1470則葉片長而挺拔，稻穗長而彎曲下垂，呈葉下禾姿態（圖2-D）。

2.1.1回交后代的穗部農藝性狀

選擇與武育粳3號熟期相近的40個株系調查穗部農藝性狀，各性狀以株系和地點進行無重復雙因素試驗的方差分析，結果見表1。

表1方差分析結果表明，除穗葉差外，株系間在穗長、著粒密度、一次枝梗數、二次枝梗數、一次枝梗穎花百分比、穗頸伸出長度、穗彎曲度、穗頸粗等性狀上差異顯著；地點間除一次枝梗數、二次枝梗數、一次枝梗穎花3個性狀差異不顯著，其余性狀上差異均顯著。40個株系與親本各穗部農藝性狀及差異顯著性測定結果見表2。

從表2可以看出，抗條武育粳3號與武育粳3號在穗部性狀上也沒有顯著差異；黃華占與輪回親本抗武育粳3號相比，穗長、著粒密度、一次枝梗數、二次枝梗數、穗彎曲度均顯著增加，由于二次枝梗數和二次枝梗數穎花增加，一次枝梗穎花百分比顯著降低?；亟缓蟠氩哭r藝性狀多介于兩親本之間，受黃華占血緣的影響，部分株系也表現穗長、著粒密度、一次枝梗數、二次枝梗數、穗彎曲度顯著增加，一次枝梗穎花百分比顯著降低的特點（如1470，圖2-D）；但1373、1553、1394等3個株系穗彎曲度顯著減小，稻穗更加直立（如1373，圖2-C）。

比較表2不同回交世代穗部農藝性狀的平均數，不同回交世代間不表現明顯差異。

比較揚州、武進兩地的性狀差異，揚州試點各株系整體較武進試點穗長、穗彎曲度、穗頸粗增加，著粒密度、穗葉差、穗頸伸出長度減小。

2.2回交后代的產量性狀

選擇與武育粳3號熟期相近的40個株系調查單株產量及產量構成因素，各產量性狀以株系和地點進行無重復雙因素試驗的方差分析，結果見表3。

表3方差分析結果表明，單株穗數、每穗總粒數、每穗實粒數、結實率、千粒質量及單株穎花量等各產量構成因素株系間[CM（25]的差異均顯著，但單株產量及單株產量潛力株系間的差異 不顯著。除結實率外，各單株產量及各產量構成因素地點間的差異均顯著。40個株系與親本各產量性狀及差異顯著性測定結果見表4。

從表4可以看出，黃華占每穗總粒數、每穗實粒數及單株穎花量均顯著高于抗條武育粳3號，表現明顯的大穗特征，但單株穗數、結實率、千粒質量則顯著低于抗條武育粳3號，兩者相抵，黃華占與抗條武育粳3號、武育粳3號的單株產量及單株產量潛力無顯著差異。

回交后代的產量性狀多介于2個親本之間，受黃華占血緣影響，部分回交后代株系不同地表現出穗型較大、穗數較少、千粒質量和結實率較低的特點。40個株系中有20個株系單株產量超過抗條武育粳3號（30.3 g），株系1346的單株產量最高，為35.2 g，較抗條武育粳3號增產16.2%。

比較表2不同回交世代產量性狀的平均數，不同回交世代間不表現明顯差異。

比較揚州、武進兩地的性狀差異，兩地結實率沒有明顯差異，但各產量構成因素武進試點均高于揚州試點，武進試點產量顯著高于揚州試點，并且差異較大，平均單株產量相差10 g以上。

2.3回交后代的品質性狀

統計各株系主要品質性狀于表5。

就親本而言，表5結果表明，黃華占為典型的長粒型品種，具有外觀品質優良的鮮明特點，堊白粒率和堊白度均達到國家優質稻谷1級標準，但食味品質明顯不如武育粳3號，直鏈淀粉含量（采用RLTA10A食味計測定精米的直鏈淀粉含量較人工化學方法測定的結果偏高）和蛋白質含量高，食味值低，整精米率也較低。抗條武育粳3號在回交改良條紋葉枯抗病性的選育過程中，每世代都十分注意對外觀品質的選擇和食味品質的測定，堊白粒率和堊白度較武育粳3號明顯降低，并保持其優良的食味。

通過回交后代的平均值與輪回親本抗條武育粳3號比較，整體品質測定結果不盡如人意，除粒長有所增長、長寬比保持原品種特征外，加工品質、外觀品質、食味品質均較輪回親本有所降低，但也有部分株系保持了較好的品質。加工品質方面，株系1870的整精米率66%，達到國家優質稻谷1級標準（≥66%）；與武育粳3號一樣整精米率達到國家優質稻谷2級標準（≥64%）的有3個株系，整精米率達到國家優質稻谷3級標準（≥62%）的有19個株系，有17個株系達不到優質稻谷標準，其中株系1588最差。外觀品質方面，堊白粒率達到國家優質稻谷2級標準（≤20%）的有2個株系，達到國家優質稻谷3級標準（≤30%）的有13個株系，達到或超過抗條武育粳3號（≤22.3%）的有5個株系，達到或超過武育粳3號（≤43%）的有31個株系；堊白度達到國家優質稻谷3級標準的只有1個株系（株系1436，2項指標均達標），達到或超過抗條武育粳3號（≤7.3%）的有4個株系，達到或超過武育粳3號（≤14.6%）的有28個株系。整體而言，外觀品質達到抗條武育粳3號的品系不多，但多數品系達到或超過武育粳3號的品質。食味品質方面，只有株系1392與武育粳3號相仿，另有21個株系食味值在50以上，較輪回親本略有下降。改良系食味值降低，推測是受供體親本黃華占的影響，蛋白質含量和直鏈淀粉含量有所提高的緣故。

本研究的重點是豐產性改良，在確定鑒定株系時未對堊白性狀及食味品質進行測定。另外，一些粒型偏長的株系外觀品質雖好，但千粒質量太低，豐產性差，在選育時被淘汰。根據本研究結果，粒長寬比與堊白粒率呈極顯著負相關（r=-0.413），粒長寬比與堊白度呈顯著負相關（r=-0.306），說明改變粒型，對提高外觀品質是有利的。在后續的選育中將進一步加強對品質的鑒定工作。

以13個BC4株系、14個BC3株系和10個BC2株系進行不同回交世代間的方差分析，整精米率、粒長、長/寬、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量、蛋白質含量、食味值8個性狀回交世代間的差異均不顯著。品質性狀各回交世代平均數及組內株系間的方差列于表6。

就各回交世代的平均值及變異度（方差）來看，不同回交世代加工品質（整精米率）、外觀品質（堊白粒率和堊白度）、食味品質（食味值和蛋白質含量）的差異不大。

2.4高產優質品系評述

由于本研究品系種子量少，未設置重復，方差分析差異又不顯著，因此很難明確判斷豐產性改良效果，尚需對其作進一步系統鑒定。本試驗武育粳3號（31.7 g）的產量高于抗條武育粳3號（30.3 g），僅就單株產量平均值來看，被鑒定的40個株系中，單株產量超過武育粳3號的有9個株系，分別為株系1314、1318、1325、1346、1386、1387、1404、1436、1526，其中1346單株產量最高，為35.2 g。

就外觀品質而言，所有株系均與黃華占有較大差異，有15個株系的堊白粒率達到國家優質稻谷3級標準（≤30%），其中1340、1417、1436、1466、1520等5個株系優于抗條武育粳3號（23.3%）；只有1436一個株系堊白度達到國家優質稻谷1級標準（≤5%），另有1368、1470、1520等3個株系達到或優于抗條武育粳3號（7.3%）。由于試驗田斷水較早，且2013年氣溫較高，整體的外觀品質較常年有所下降。

食味品質方面，所有株系的食味值均低于抗條武育粳3號（54），只有1392株系食味值與武育粳3號（53）相當。

從綜合豐產性和品質2個方面考慮，株系1314、1436、1526綜合表現較好（表7）：株系1526（BC2F3）較輪回親本抗條武育粳3號增產11.2%，外觀與食味品質與抗條武育粳3號相近，且熟期較早；株系1314（BC4F2）較抗條武育粳3號增產10.2%，外觀與食味品質與抗條武育粳3號相近；株系1436（BC3F3）較抗條武育粳3號增產7.3%，外觀品質達到國家優質稻谷3級以上，食味品質與抗條武育粳3號相近，但熟期較遲。

3小結與討論

秈、粳亞種間具有許多可以互補的優良性狀，秈粳稻雜交常規育種和秈粳亞種間雜種優勢利用已成為當今水稻高產育種研究的重要手段和方法。秈稻和粳稻雖都屬栽培稻，不存在兩親本間的不可交配性，但性狀差異較大，普遍存在后代結實偏低和性狀不易穩定等兩大困難。關于秈粳稻雜交育種所遇到的兩大困難，是可以克服的，克服的方法是采取復交或回交[7]。本研究在前期改良武育粳3號條紋葉枯病抗性的基礎上，以期通過秈、粳雜交和回交聚合秈稻的有利性狀，改良武育粳3號的豐產性，選育優質、高產、抗病的新品種。

3.1選育思路

本研究采用了2條選育思路：（1）在親本選擇上，為了保持武育粳3號的優良食味品質，本研究選擇攜有粳稻品種一般攜有的Wxb基因的優質中秈品種黃華占為非輪回親本。

直鏈淀粉含量的高低與稻米蒸煮品質密切相關。一般認為不同水稻品種的直鏈淀粉含量產生差異的主要原因是不同的Wx基因序列差異[8]。該位點的復等位基因wx、Wxb、Wxa分別存在于極低直鏈淀粉含量品種（糯稻品種）、中等直鏈淀粉含量品種（多數粳稻品種）、高直鏈淀粉含量品種（多數秈稻品種）[9]。黃華占（2005年審定）是早中晚稻兼用型優質稻核心種質，產量高于雜交稻汕優63，米質達國標1級，抗稻瘟病和白葉枯病，具有較好的耐熱性。由黃華占衍生出黃絲占、黃粵占、黃粳占、黃莉占等4個品種通過了廣東省品種審定[10]。黃華占的育成與利用也證明了該品種是一個較完美的秈稻骨干親本。經揚州大學植物功能基因組學教育部重點實驗室檢測，黃華占攜有多數粳稻品種所攜有的Wxb基因，具有較好的食味品質。

（2）在雜交方式上，采用單交及回交1～4次，構建多個世代群體，并通過對不同回交世代材料的鑒定，以期比較改良的效果，為今后秈粳雜交育種提供經驗與參考。

3.2效果評價

秈粳雜交特別是回交的后代，多數株系的農藝性狀介于雙親之間，株型類型豐富，差異顯著。由于黃華占血緣的導入，與輪回親本抗條武育粳3號相比，部分株系呈現播始天數縮短，株高、穗長、著粒密度、一次枝梗數、二次枝梗數、穗彎曲度顯著增加的特點。

在豐產性改良方面，40個株系中有20個株系單株產量超過抗條武育粳3號，但差異不顯著。株系1346的單株產量最高，為35.2 g，較輪回親本增產16.2%。單株穗數、每穗總粒數、每穗實粒數、結實率、千粒質量等各產量構成因素株系間變異類型豐富，但單株產量株系間差異不顯著?；亟缓蟠漠a量性狀多介于雙親之間，與抗條武育粳3號相比，部分株系表現出每穗粒數增加、單株穗數減少、千粒質量和結實率降低的特點。由于本試驗較多株系尚在分離之中，通過后續的選育與鑒定，會有更優良的品系出現。

秈粳雜交后代的外觀品質和食味品質整體有所下降，但通過篩選，仍舊可獲得保持或超過原品種品質的材料。如本試驗中，堊白粒率達到或超過輪回親本的有5個株系，堊白度達到或超過抗條武育粳3號的有4個株系，株系1436外觀品質達到國家優質稻谷3級以上；株系1392的食味值與武育粳3號相仿。

綜合評定，株系1314、1436、1526為優質、高產品系，單株產量分別較輪回親本增產7.3%～11.2%，外觀品質與食味品質與輪回親本相近。實踐證明，通過秈粳雜交改良武育粳3號的豐產性是可行的。

3.3經驗總結

應該說，通過秈粳雜交、回交改良武育粳3號豐產性的效果是明顯的，但在秈粳雜交選育過程中，有2個問題需要注意：

（1）由于秈、粳亞種性狀差異較大，在單交和僅回交1次的后代中分離嚴重、性狀不協調，難以選育出綜合性狀和豐產性較好的材料。因此，至少需回交2次以上（雜交3次）。本研究確定考種的40個綜合性狀較好的穩定株系中BC4F2株系13個，BC3F3株系14個，BC2F4、BC2F3、BC2F2株系合計10個，單交和BC1的后代僅有3個株系，最終篩選出的3個優質高產株系均為回交2次以上的后代。但是，回交次數過多，性狀更多地回復至輪回親本狀態，也不利于超親品種的選育，所以要把握適度。

（2）盡管本研究選擇了外觀品質優良、食味品質較好的長粒型秈稻品種黃華占為非輪回親本，但被鑒定的40個株系整體的外觀品質和食味品質不僅沒有提升，甚至較抗條武育粳3號有所下降。說明通過秈粳雜交改良粳稻品質的難度較大，需要擴大選擇群體，加大對稻米品質的選擇。揚州大學在回交改良武育粳3號條紋葉枯抗病性的選育過程中，每世代都十分注意外觀品質的選擇和食味品質的測定[5]，這一經驗值得推廣借鑒。

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