水稻F1小孢子培養再生DH系的耐鹽性鑒定及稻米品質分析

代金英，郭桂梅，程新杰，劉成洪，岳紅亮，張夢龍，宛柏杰，孫一標，孫明法*

（1.上海市農業科學院生物技術研究所/上海市農業遺傳育種重點實驗室，上海 201106；2.江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇 鹽城 224000）

2021年10月21日，習近平總書記在山東東營考察調研時強調：“要加強種質資源、耕地保護和利用等基礎性研究，轉變育種觀念，由治理鹽堿地適應作物向選育耐鹽堿植物適應鹽堿地轉變，努力在關鍵核心技術和重要創新領域取得突破。”通過遺傳育種改良農作物抗逆性，已經成為保障鹽堿地區糧食生產的有效途徑之一[1]。

耐鹽水稻種質創制仍然面臨很多需要解決的技術問題，其中耐鹽主效基因的聚合慢，種質純合更慢，在多代自交純合與人工選擇的過程中目標性狀易丟失，很大程度上限制了耐鹽水稻育種進程和效率。F1小孢子是基因重組類型最豐富的群體，利用小孢子培養技術體系，給予適當的逆境、病害、營養、生長等脅迫壓力，有利于目標性狀的快速聚合與純合，快速獲得耐逆性提高的種質材料[2]。

另外，隨著人們生活水平的提高，對于水稻育種要求不僅僅是高產，還有優質。目前，稻米品質理化特性大都是通過測定直鏈淀粉、蛋白質含量等生理指標來衡量；通過堊白、透明度等指標衡量稻米品質的外觀特性[3]。當前，關于水稻苗期耐鹽鑒定的報道較多，水稻分蘗期—成熟期的耐鹽鑒定報道及稻米品質與耐鹽相關的研究報道較少[4-6]。本研究對小孢子培養技術獲得的DH系進行耐鹽性鑒定和稻米品質分析，以期快速創制優質耐鹽水稻種質，為優質水稻耐鹽品種的選育提供材料支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

利用上海地方雜交粳稻品種申優17經小孢子培養獲得的加倍單倍體純系M8G（編號L41）與韭菜青（編號L42）進行雜交得到F1，然后通過小孢子培養技術[2]得到40份株系，編號L1—L40號（缺失L23、L32、L33、L36、L37、L38）。耐鹽性鑒定選取鹽稻12號[7]作對照材料。

1.2種植方法

2020年在江蘇沿海地區農業科學研究所南洋試驗場（120.15°E、33.5°N）種植DH株系及其親本。設置對照組（非鹽脅迫處理）和處理組（鹽池，0.4%鹽水灌溉）2個處理，秧齡30 d左右插秧，行距30 cm，株距15 cm，行長1 m，3行區，每穴單株插秧，以單株作重復。插秧后7 d調查成活率，如缺苗則補苗。鹽池處理：插秧15 d后控水，灌0.4%鹽水（人工配制），鹽脅迫處理期間保持水層深度4 cm，每隔2 d用便攜式鹽度計（Thermo SALT 6+或德國STEPS便攜式含鹽量測試儀PNT3000）監測水層及土壤耕作層鹽濃度，保持水層含鹽量（質量百分濃度）0.4%。抽穗期停止鹽脅迫。田間管理按照水稻高產栽培技術措施進行。

1.3 試驗評價

1.3.1 分蘗期—成熟期耐鹽性鑒定[8]。成熟期收獲每種材料長勢均勻的5株水稻，分別記錄每株籽粒產量，并計算成熟期耐鹽指數N。

式中：N為分蘗期—成熟期耐鹽指數；G1為鹽脅迫處理的單株籽粒產量的平均值；G2為淡水處理（對照）的單株籽粒產量的平均值。

評價方法：具體分5個級別，對應的耐鹽級別數字為1、3、5、7、9，相應的耐鹽性等級依次為極強、強、中、弱、極弱（評價標準見表1）。

表1 水稻DH株系分蘗期—成熟期耐鹽性評價標準

1.3.2 稻米品質評價。成熟期收獲DH株系及其親本的稻谷，用精米機去殼打成米，利用FOSS近紅外光譜儀和稻米堊白觀測儀對DH株系及其親本進行稻米品質測定。

1.4 數據分析

使用Excel 2016、SPSS 20.0及DPS 7.05軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 DH株系及其親本的耐鹽性評價

從表2可以看出，水稻DH株系及其親本分蘗期—成熟期耐鹽指數變幅為14.82%～85.73%。分蘗期—成熟期耐鹽等級達1級的材料1份（L1），等級達3級的材料10份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等級達5級的材料12份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等級達7級的材料12份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等級達9級的材料1份（L7）。

表2 水稻DH株系及其親本分蘗期—成熟期耐鹽性鑒定結果

2.2 DH株系及其親本的稻米品質性狀分析

由表3可以看出，水稻DH株系及其親本水份、蛋白質含量（質量分數，下同）、直鏈淀粉含量、透明度、堊白粒率、堊白度的變幅分別為11.60%～12.90%、7.40%～9.50%、12.90%～22.40%、1.00～4.00、5.00%～76.00%、1.20%～45.00%；相對應的變異系數分別為2.00%、13.00%、6.00%、43.03%、48.96%、88.85%。

表3 水稻DH株系及其親本稻米品質評價

2.3 DH株系及其親本的稻米品質性狀相關性分析

水稻DH株系及其親本稻米品質性狀之間具有一定的相關性。由表4可以看出，直鏈淀粉含量（質量分數，下同）與蛋白質含量和水份呈正相關關系，與透明度、堊白粒率、堊白度呈負相關關系；蛋白質含量與水份、透明度、堊白粒率、堊白度呈負相關關系；水份與透明度、堊白粒率、堊白度呈正相關關系；透明度與堊白粒率、堊白度呈極顯著正相關關系；堊白粒率與堊白度呈極顯著正相關關系。

表4 水稻DH株系及其親本稻米品質性狀相關性分析

2.4 DH株系及其親本的稻米品質性狀聚類分析

根據平方歐氏距離大小，采用離差平方和法對水稻DH株系及其親本品質性狀進行聚類分析。依據距離不同，將36份材料的品質性狀分成4大類（圖1）：第Ⅰ類包括L1、L3、L4等10個材料；第Ⅱ類只有L24；第Ⅲ類包括L2、L7、L20等6個材料；第Ⅳ類包括L8、L9、L16等19個材料。

圖1 水稻DH 株系及其親本稻米品質性狀聚類分析

對4大類DH株系及其親本品質性狀的平均值分析可以看出（表5），第Ⅰ類蛋白質含量最低，水份最高；第Ⅱ類透明度最高；第Ⅲ類透明度和堊白度最低；第Ⅳ類直鏈淀粉和蛋白質含量最高。

表5 4 類水稻DH 株系及其親本稻米品質性狀平均值

3 討論與小結

小孢子培養技術可應用于純系創制、雜交優勢利用以及DH 群體構建[9]，變異的篩選可從大田轉移到培養容器中，呈數量級地擴大了篩選規模，可高通量創制水稻新種質。本研究通過小孢子培養技術獲得水稻雜交F1后代DH 株系34 份，對DH 株系及其親本進行分蘗期—成熟期耐鹽性評價，等級達1 級的材料 1 份（L1），等級達 3 級的材料 10 份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等級達5 級的材 料 12 份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等級達 7 級的材料 12 份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等級達 9 級的材料 1 份（L7）。

水稻種質資源品質性狀間差異較大，變異豐富[11]。稻米重要的2個品質性狀指標是直鏈淀粉和蛋白質含量[10]。一般而言，直鏈淀粉含量高，蛋白質含量超過9%的品種，其食味往往較差[12]。本研究對DH 株系的稻米品質性狀進行分析，將34 份DH 株系及其親本品質性狀分成4 大類。第Ⅳ類直鏈淀粉和蛋白質含量最高。隨著耐鹽水稻育種工作的開展，耐鹽水稻種質創制不僅僅局限于高產的選擇，優質也是耐鹽水稻研究的重要方向。前人研究報道，稻米品質性狀與水稻耐鹽有一定相關性，直鏈淀粉含量與水稻耐鹽性正相關[13]。綜合DH 株系分蘗期—成熟期耐鹽性評價和稻米品質分析，發現分蘗期—成熟期耐鹽性較好的材料（等級達1～5 級）大部分在稻米品質性狀聚類分析的第Ⅳ類。肖丹丹等研究表明，高鹽濃度（質量百分濃度0.35%）下，稻米品質明顯變劣[14]。本研究中，耐鹽性較好的水稻種質的直鏈淀粉和蛋白質含量較高，稻米食味品質差。對于鹽脅迫對稻米品質的影響還需進一步研究。

本研究通過小孢子培養技術快速創制水稻純合DH 系，對DH 系進行耐鹽性鑒定和稻米品質分析，發掘出耐鹽性和品質性狀比原有地方品種均有改良提升的優質新種質，為優質耐鹽水稻品種的選育提供了技術與材料支撐。下一步將對鹽脅迫對創制的新種質材料稻米品質的影響開展深入研究。