分子標(biāo)記輔助選擇育成抗稻瘟病粳稻新品種揚農(nóng)粳3091

陳宗祥 馮志明 張亞芳 葉英豪 李明友 王小秋 王嘉楠 胡珂鳴 左示敏,3*

（1江蘇省作物基因組學(xué)和分子育種重點實驗室/植物功能基因組學(xué)教育部重點實驗室/揚州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江蘇 揚州 225009；2江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚州大學(xué)，江蘇 揚州 225009；3教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國際合作聯(lián)合實驗室/揚州大學(xué) 農(nóng)業(yè)科技發(fā)展研究院，江蘇 揚州 225009；第一作者：czx@yzu.edu.cn；*通訊作者：smzuo@yzu.edu.cn）

稻瘟病是水稻最重要的病害之一，2010—2020年《全國植保專業(yè)統(tǒng)計資料》顯示，在我國各水稻產(chǎn)區(qū)稻瘟病發(fā)生面積及造成的產(chǎn)量損失僅次于紋枯病，而在東北稻區(qū)，稻瘟病的危害超過紋枯病為水稻第一大病害[1]。稻瘟病的發(fā)生具有流行性、突發(fā)性和毀滅性的特點，在條件適宜時能造成水稻產(chǎn)量損失30%～50%，嚴(yán)重時甚至顆粒無收[2-3]。選育抗病品種是抵御病害最有效的方法之一。挖掘抗病基因是選育抗病品種的前提條件。據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今已鑒定到抗稻瘟病基因超過100個，與稻瘟病相關(guān)的抗性QTL至少500個，其中約40個抗性基因已被克隆[4-5]，為培育抗稻瘟病水稻品種提供了豐富的基因資源。然而，稻瘟病菌在自然界有著豐富且復(fù)雜多變的生理小種[6]，在同一地區(qū)、同一田塊、不同種植方式、不同年份采集的稻瘟病菌生理小種間存在明顯不同[7-9]。以至于同一個品種在不同區(qū)域種植抗性表現(xiàn)不一定相同，一個抗病品種連續(xù)大規(guī)模種植幾年后其抗性會減弱甚至消失[3，10]。已克隆的抗性基因其遺傳行為、抗性水平以及抗譜不盡相同[5]，因此，選擇合適的基因或基因組合是育成抗稻瘟病品種的關(guān)鍵。抗稻瘟病基因Pigm來自我國地方品種谷梅4號，具有抗性持久、抗譜廣的特點，且與不同抗性基因組合后的抗性表現(xiàn)更佳[3，11-13]。我們通過雜交及不完全回交，利用與Pigm基因緊密連鎖的分子標(biāo)記對其進行輔助選擇，結(jié)合田間農(nóng)藝綜合性狀評價，育成抗稻瘟病水稻新品種揚農(nóng)粳3091。本文介紹揚農(nóng)粳3091的選育過程、主要特征特性及栽培技術(shù)要點。

1 親本選擇及選育過程

利用高感粳稻中間材料07GY31中導(dǎo)入Pigm的近等基因系07GY31（Pigm）[14]為Pigm供體，與中熟中粳稻品種華粳8號雜交，并用華粳8號連續(xù)回交3次；在回交及自交分離世代，結(jié)合分子標(biāo)記對目標(biāo)基因Pigm進行輔助選擇。自BC3F3世代起，進行農(nóng)藝性狀篩選的同時對目標(biāo)基因純合的自交后代進行稻瘟病抗性鑒定。2018年正季獲得性狀穩(wěn)定、抗稻瘟病且綜合性狀優(yōu)良的品系，其中1份以揚農(nóng)粳18-3091推薦參加2019年江蘇省遲熟中粳聯(lián)合體區(qū)試，2020年參加區(qū)試同步生產(chǎn)試驗。2021年通過江蘇省農(nóng)作物品種審定委員會審定，定名為揚農(nóng)粳3091（審定編號：蘇審稻20210046）。

2 分子標(biāo)記開發(fā)及輔助選擇

起初采用分子標(biāo)記ZJ58.7-6[15]對Pigm進行檢測，該標(biāo)記與共分離標(biāo)記S29742相距0.1 Mb。然而，在群體檢測過程中發(fā)現(xiàn)該標(biāo)記的擴增效果不穩(wěn)定，時常出現(xiàn)擴增帶型較弱或擴增不出目標(biāo)帶型的情況。為此，我們在Gramene網(wǎng)站（http://www.gramene.org）查詢ZJ58.7-6標(biāo)記前后引物所在位置，通過適當(dāng)改變引物的位置，開發(fā)了1個新的標(biāo)記，命名為PG58.7-6-2，該標(biāo)記檢測的差異位點與ZJ58.7-6一致。以同一批樣品作為DNA模板分析2個標(biāo)記的擴增效果，結(jié)果（圖1）顯示，標(biāo)記PG58.7-6-2的PCR擴增效果總體優(yōu)于標(biāo)記ZJ58.7-6。因而在后續(xù)針對Pigm基因的輔助選擇中，均采用標(biāo)記PG58.7-6-2進行各單株的選擇（表1）。

圖1 標(biāo)記ZJ58.7-6和PG58.7-6-2擴增效果比較

表1 用于檢測Pigm的引物序列

2016年正季，利用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供的稻瘟病混合菌株對目標(biāo)基因純合的BC3F3株系進行穗頸瘟接種鑒定，每個株系接種5個稻穗，以發(fā)病最重的稻穗病級代表該株系病級，結(jié)果見圖2。從圖2可見，18個帶有Pigm的株系中，有3個株系穗頸瘟1級，其它株系沒有發(fā)病（0級），而對照華粳8號穗頸瘟5級，同世代3個陰性株系，2個株系穗頸瘟7級，1個株系穗頸瘟5級。表明Pigm對稻瘟病混合菌株具有較好的抗性，也說明采用分子標(biāo)記PG58.7-6-2對Pigm進行輔助選擇是有效的。

圖2 華粳8號背景BC3F3株系穗頸瘟抗性

2017年正季，利用江蘇不同地域采摘分離獲得的28個稻瘟病菌單胞菌株對3個進入品比試驗的BC3F4品系進行苗瘟接種鑒定，結(jié)果見圖3A。從圖3A可見，3個BC3F4株系中有2個株系對28個菌株均表現(xiàn)抗病，抗病頻率為100%，1個株系抗病頻率為96.4%，而對照華粳8號（HJ8）的抗病頻率為81.2%。利用當(dāng)年江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所提供的稻瘟病混合菌株進行穗頸瘟接種鑒定，每個品系接種5穗，以發(fā)病最重的一穗病級代表該品系穗瘟病級，結(jié)果見圖3B。從圖3B可見，3個品系中有2個品系沒有發(fā)病，1個品系穗瘟1級，而對照華粳8號穗瘟5級。以上結(jié)果表明，帶有Pigm的品系對稻瘟病的抗性水平顯著好于輪回親本對照。

圖3 華粳8號背景BC3F4品系稻瘟病抗性

3 揚農(nóng)粳3091主要特征特性

3.1 產(chǎn)量性狀

2019—2020年參加江蘇省水稻區(qū)試，平均產(chǎn)量10.36 t/hm2，比對照淮稻5號增產(chǎn)5.97%。2020年同步參加江蘇省水稻生產(chǎn)試驗，平均產(chǎn)量10.10 t/hm2，比對照淮稻5號增產(chǎn)4.10%。

3.2 抗性表現(xiàn)

據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所2019—2020年鑒定，揚農(nóng)粳3091對4個白葉枯病代表菌株KS6-6、浙173、PXO97、JS49-6鑒定結(jié)果3～5級（9級制）；稻瘟病綜合指數(shù)3.5，穗頸瘟損失率最高級3級，中抗稻瘟病；條紋葉枯病5級；感紋枯病。

3.3 品質(zhì)性狀

據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（武漢）2020年檢測，揚農(nóng)粳3091整精米率76.2%，堊白粒率10.0%，堊白度1.8%，膠稠度80 mm，直鏈淀粉含量15.3%，長寬比1.8，達到農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《食用稻品種品質(zhì)》2級。

3.4 基本農(nóng)藝性狀

揚農(nóng)粳3091葉片中綠色，葉姿較挺，分蘗力較強，株型松散適中，群體整齊度好，成熟期轉(zhuǎn)色好，抗倒性強。全生育期151.5 d，較對照淮稻5號長0.5 d；株高101.3 cm，有效穗數(shù)342萬/hm2，每穗總粒數(shù)136粒左右，結(jié)實率92.9%，千粒重26.4 g。

4 栽培技術(shù)要點

4.1 適期播種，培育壯秧

一般5月中下旬播種，濕潤育秧凈秧板播量375～450 kg/hm2，旱育秧凈秧板播量525～600 kg/hm2，塑盤育秧每盤120 g左右，大田用種量45～60 kg/hm2。

4.2 適時移栽，合理密植

根據(jù)不同育秧及栽插方式合理確定秧齡。適時移栽，每hm2栽插27～30萬叢，確保基本苗90～120萬。

4.3 科學(xué)肥水運籌

一般施純氮270～300 kg/hm2，氮、磷、鉀比例為2∶1∶1。肥料運籌掌握“前重、中穩(wěn)、后補”的原則，基蘗肥與穗肥比以7∶3左右為宜，早施分蘗肥，拔節(jié)期穩(wěn)施氮肥，后期適施保花肥。淺水活棵，薄水分蘗，適當(dāng)露田，當(dāng)莖蘗數(shù)達到300萬/hm2時分次適度擱田，后期間隙灌溉，干干濕濕，強稈壯根，收割前1周斷水。

4.4 綜合防治病蟲草害

根據(jù)各地病蟲發(fā)生的動態(tài)，堅持“預(yù)防為主，綜合防治”的方針，尤其要注意螟蟲、紋枯病、稻飛虱等病蟲的防治工作。