回交改良中粳616抗除草劑性狀

楊東 駱名瑞 石義濤 謝蘭宇

摘 要：除草劑的使用會降低水稻的產量和品質，開展非轉基因的抗除草劑水稻品種改良迫在眉睫。以中粳616（受體材料）及抗除草劑品種金粳818、凈田美占為試驗材料，經除草劑（先達豆施樂，5%咪唑乙煙酸含量）濃度梯度試驗篩選抗除草劑處理濃度，通過雜交、回交、自交結合除草劑耐藥性篩選獲得中粳616-TR，進一步分析除草劑對改良后中粳616-TR幼苗萌發及生長的影響，同時以中粳616為對照進行品比試驗。結果表明：除草劑濃度梯度試驗結果顯示，可將3 mL·L-1作為后續抗除草劑水稻篩選濃度。改良獲得的中粳616-TR在3 mL·L-1濃度除草劑處理下，在萌發期和苗期對除草劑均有耐藥性，品比試驗發現中粳616-TR在農藝性狀、產量、抗病性、品質方面與中粳616無顯著差異。綜上，改良后的中粳616-TR具有品質優、稻瘟病抗性好、產量高兼備抗除草劑性狀等特點。

關鍵詞：粳稻；中粳616；輕簡化栽培；抗除草劑；回交改良

中圖分類號：S 511? ?文獻標志碼：A? ?文章編號：0253-2301（2023）03-0056-06

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.03.010

Abstract： The use of herbicides would reduce the yield and quality of rice. It was urgent to improve the nontransgenic herbicidetolerant rice varieties. Zhongjing 616 （receptor material） and the herbicidetolerant varieties， such as Jinjing 818 and Jingtian Meizhan， were selected as the experimental materials， and the concentration gradient test of herbicide （Xianda Doushile， 5% imidazoic acid content） was used to screen the herbicidetolerant treatment concentrations. Zhongjing 616-TR was obtained through the hybridization， backcrossing and selfcrossing combined with the screening of herbicide resistance. The effects of herbicides on the seedling germination and growth of the improved Zhongjing 616-TR were further analyzed. At the same time， Zhongjing 616 was used as the control group to carry out the variety comparison test. The results showed that the herbicide concentration gradient experimentation results showed that 3 mL·L-1 could be used as the followup screening concentration of herbicidetolerant rice. The improved Zhongjing 616-TR was resistant to herbicides at the germination stage and the seedling stage when treated with 3 mL·L-1 herbicide. The variety comparison test showed that there was no significant difference in the agronomic traits， yield， disease resistance and quality between Zhongjing 616-TR and Zhongjing 616. In summary， the improved Zhongjing 616-TR had the characteristics of excellent quality， good rice blast resistance， high yield and herbicide resistance.

Key words： Japonica rice； Zhongjing 616； Light and simplified cultivation； Herbicide resistance； Backcross improvement

雜草對水稻的產量及品質有很大危害，給水稻生產帶來了巨大的挑戰[1]。稻田雜草通過與水稻植株競爭生存空間和養分、水、光資源，影響水稻田的微生態環境，以增加稻田病蟲害的發生幾率，進一步導致水稻不同程度地減產并影響稻米品質[2]。據統計，由于雜草的侵害造成了我國水稻產量損失達15%左右[3]。近年來，隨著我國水稻輕簡化栽培快速發展，免耕和直播稻田雜草的危害日益突出[4-5]。化學除草是農田雜草防除的主要手段[6]。然而增加除草劑的使用不僅會降低作物的經濟產量和品質而且對生態環境會造成一定影響，其用藥劑量過高、施藥時期不當、用藥時的環境條件不良等因素都會使作物產生藥害[7-8]。除草劑若使用不當造成藥害，對作物的脅迫會更加嚴重，對產量的影響更大。所以，使用除草劑在注重雜草防除效果的同時，更要重視其對作物產量的影響[9]。因此，水稻育種家和種業公司已越來越重視水稻抗除草劑性狀的改良。目前我國尚未批準轉基因水稻的商業化種植，利用轉基因技術培育抗除草劑水稻將無法商業化，培育和改良非轉基因的抗除草劑水稻品種迫在眉睫。

近年來中國科學家利用誘變等方法篩選乙酰乳酸合成酶（ALS）變異基因的抗除草劑種質，例如江蘇省農業科學院應用甲基磺酸乙酯（EMS）誘變技術，篩選出對甲咪唑煙酸敏感度低的多個粳稻、秈稻品種，篩選到多個抗除草劑突變體[10-12]。深圳興旺生物種業有限公司用EMS誘變黃絲占和黃華占，獲得了3個對咪唑啉酮類除草劑抗性的突變體[13]。抗除草劑水稻金粳818是天津市水稻所利用津稻9618和津稻1007雜交，經多年系譜法選育而成的常規粳稻品種，在種質資源開展除草劑篩選試驗過程中發現其具有咪唑啉酮除草劑抗性，由于近年來水稻輕簡化直播技術迅速發展，此品種受到較好的應用推廣[14]。然而國內抗咪唑啉酮類除草劑水稻育種進程緩慢，現有育成抗除草劑水稻品種的數量及類型不能滿足水稻市場及推廣應用的需要，抗除草劑水稻品種的育種進程得急需加快。

中粳616具有豐產穩產性好、優質、中抗稻瘟病等特點，2018年通過國家審定，獲江蘇省2019年度優質稻品種食味品質評鑒獎金獎。本研究前期通過除草劑濃度梯度試驗，篩選出水稻適宜的除草劑處理濃度，進一步以非轉基因抗除草劑水稻材料金粳818為供體材料，以中粳616為受體材料，利用雜交、連續回交和除草劑耐藥性篩選相結合的技術路線，獲得新改良“中粳616-TR”抗除草劑材，旨在為水稻抗除草劑育種提供新思路和新種質。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以中粳616、金粳818、凈田美占為試驗材料，其中金粳818、凈田美占屬于抗除草劑材料[13-14]，種子由中國種子集團有限公司江蘇分公司提供。

1.2 供試除草劑

除草劑為先達豆施樂，5%咪唑乙煙酸含量，由山東先達農化股份有限公司提供。該除草劑屬于咪唑啉酮類除草劑，是使用較廣的除草劑之一，具備譜廣滅殺雜草、用量低、殺草效率高等優勢，深受大眾青睞[15]。

1.3 除草劑濃度梯度篩選試驗

試驗于2018年在福建省農業科學院水稻研究所福州市城門鄉連坂村進行。（1）以中粳616、金粳818、凈田美占為試驗材料，每個品種挑出飽滿種子100粒，3次重復。分別設置0、10、50、100、150、200?mL·L-1濃度除草劑浸種處理12 h，再換清水浸種12 h，進行催芽，培養10 d，調查發芽率和成苗率。（2）前期梯度試驗結果認為篩選抗除草劑品種的藥劑濃度應在10 mL·L-1以下。以中粳616、金粳818、凈田美占為試驗材料，每個品種挑出飽滿種子100粒，3次重復。分別設置0、1、3、5、7、9 mL·L-1濃度除草劑浸種處理12 h，再換清水浸種12 h，進行催芽，培養10 d，調查發芽率和成苗率，確定最終除草劑處理濃度。

1.4 雜交、回交、自交結合除草劑耐藥性篩選獲得中粳616-TR

于2019年春至2021年夏在三亞、沙縣兩地，一年三代雜交、回交、自交。除草劑耐藥性篩選濃度均設置為3 mL·L-1。

1.5 中粳616-TR抗除草劑性狀驗證

（1）種子萌發試驗。以中粳616-TR和中粳616（對照）為材料，分別挑出飽滿種子100粒，3次重復，在種子萌發期，分別用濃度3 mL·L-1除草劑浸種處理12 h，再換清水浸種12 h，進行催芽，培養10 d，調查發芽率和成苗率。（2）苗期生長試驗。以中粳616-TR和中粳616（對照）為材料，在苗期分別挑選100株幼苗，3次重復，分別用濃度3 mL·L-1除草劑噴施水稻幼苗，調查水稻苗期生長情況。

1.6 改良后中粳616-TR的田間表現

于2021-2022年秋在江蘇洪澤，以中粳616為對照，考察改良后中粳616-TR的田間表現。5葉齡移栽，單本插栽40行，每行10株，株行距16.7 cm×20.0 cm，3次重復。土壤肥力中等偏上，地力均勻，肥水管理與病蟲害防治與大田生產相同。考查水稻的成熟期、株高、有效穗數、穗粒數、結實率、千粒重、產量、抗性以及稻米品質（參照NY/T 593-2013《米質測定方法》）。

1.7 統計分析方法

試驗數據采用Excel 2010進行整理，以SPSS 17.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 除草劑濃度梯度篩選試驗結果

從表1可見，在0 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均能正常發芽成苗，發芽率和成苗率均在85%以上；在10 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均能正常發芽，發芽率均在85%以上，但未能成苗；在50、100、150、200 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均未能發芽，更無法成苗；初步認為篩選抗除草劑品種的藥劑濃度應在10 mL·L-1以下。

進一步縮小除草劑濃度范圍，開展濃度篩選試驗。由表2可見，在0 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均能正常發芽成苗，發芽率和成苗率均在85%以上；在1、3 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均能發芽，發芽率均在85%以上，僅中粳616未能成苗，其余品種均能正常成苗，成苗率均在85%以上；在5、7、9 mL·L-1濃度處理下，中粳616、金粳818、凈田美占均能發芽，發芽率均在85%以上，但未能成苗。試驗結果表明，篩選抗除草劑品種的藥劑濃度應在1～3 mL·L-1。1～3 mL·L-1濃度除草劑對非轉基因常規水稻即可產生致死，但抗除草劑品種能正常成苗。因此，將3 mL·L-1作為抗除草劑水稻篩選濃度。

2.2 抗除草劑改良系中粳616-TR選育過程

2019年春在三亞以中粳616為母本與非轉基因抗除草劑水稻材料金粳818為父本進行雜交，2019年夏在三亞利用3 mL·L-1濃度除草劑處理得到真雜種F1與中粳616回交（下面使用除草劑濃度均為3 mL·L-1），收獲回交種200粒以上；2019年秋在沙縣回交種BC1F1通過除草劑處理后種植成小區，選擇田間農藝形態相似的單株繼續與中粳616回交，收獲雜交種200粒以上；2020年春在三亞回交種BC2F1通過除草劑處理后種植成小區，選擇田間農藝形態相似的單株，繼續與中粳616回交，收獲雜交種200粒以上；2020年夏在三亞BC3F1通過除草劑處理后種植成小區，收獲田間表型與親本中粳616一致的單株自交種。2020年秋至2021年夏，經三亞、沙縣一年三代自交加代，獲得抗除草劑、農藝形態與中粳616表型一致的小區，命名為中粳616-TR，回交改良過程見圖1。

2.3 中粳616-TR抗除草劑性狀驗證

由表3可知，在種子萌發期，在3 mL·L-1濃度除草劑處理下，中粳616-TR能正常發芽和成苗，對照中粳616能正常發芽，但未能成苗。進一步試驗發現，苗期在3 mL·L-1濃度除草劑噴施下，中粳616-TR能正常生長，對照中粳616未能正常生長導致枯死。結果表明，在萌發期和苗期中粳616-TR對除草劑均有耐藥性。

2.4 改良后中粳616-TR的田間表現

2.4.1 主要農藝性狀及產量 從表4可知，2021、2022年中粳616-TR全生育期分別為147.0、146.0 d，株高分別為102.0、98.5 cm，有效分蘗數分別為10.6、11.2個·叢-1，穗長分別為15.6、16.8 cm，每穗總粒數分別為152.0、155.0粒，結實率分別為89.0%、90.0%，千粒重分別為27.0、26.4 g，產量分別為11.6、11.8 t·hm-2，兩年農藝性狀及產量中粳616-TR與對照中粳616未有顯著差異。

2.4.2 稻米品質 2021、2022年經福建省農業科學院水稻研究所檢測，中粳616-TR出糙率分別為84.0%、83.0%，整精米率分別為70.1%、70.5%，直鏈淀粉含量分別為16.3%、16.1%，膠稠度分別為75、78 mm，堊白粒率分別為15.0%、14.0%，堊白度分別為4.0%、4.3%，長寬比均為1.8，主要品質指標與對照中粳616相比差異不顯著，均達到NY/T 593-2013《食用稻品種品質》標準三級。

2.4.3 抗病性 2021、2022年在湖北恩施進行稻瘟病田間鑒定，中粳616-TR稻瘟病綜合抗性指數分別為3.5、3.8，兩年穗頸瘟損失率最高級均為3級，兩年均為中抗（MR）稻瘟病，與對照中粳616基本上一致（表6）。

3 討論與結論

近年來美國RiceTec公司主推的抗咪唑啉酮類除草劑水稻品種有Clearfield XL729、Clearfield XL745、Clearfield XP756 和 Clearfield XP4534，屬于非轉基因雜交水稻。在美國和中南美洲廣泛種植抗咪唑啉酮類除草劑水稻，其市場份額占76%美國雜交水稻市場，占90%中南美洲市場[16]。本研究通過對中粳616回交改良除草劑試驗，結果表明，經海南三亞、福建沙縣兩地，一年三代，可實現育種目標的定向回交改良，縮短育種進程，發揮綜合技術育種優勢，促進種質創制進程。在當前我國嚴格監管轉基因水稻的背景下，非轉基因的抗除草劑水稻具有廣闊的應用前景。

吳云雨等[17]研究表明，抗咪唑啉酮類除草劑水稻種質是由于乙酰乳酸合成酶（ ALS） 發生堿基突變，引起蛋白的結構發生變化，減弱對咪唑啉酮類除草劑的敏感程度。前人對ALS基因分子標記的開發、堿基位點突變變異等分子方面有較多的研究。鮮有咪唑啉酮類除草劑對抗除草劑水稻和常規水稻耐藥性表型影響的研究。鄒拓等[18]研究認為抗除草劑水稻與常規水稻種子、根和葉片對除草劑耐藥性響應存在差異，在種子萌發期及苗期利用表型篩選，對具有抗除草劑基因后代材料完成快速選擇。其方法是用0.03%咪唑乙煙酸溶液浸泡水稻種子72 h，或在水稻3葉1心期用0.07%咪唑乙煙酸溶液噴施，不具有除草劑基因的后代材料均被殺死。本研究進行除草劑梯度和篩選試驗，結果表明，除草劑濃度3 mL·L-1（先達豆施樂，5%咪唑乙煙酸含量）浸種12 h可作為非轉基因水稻抗除草劑篩選濃度。前人在棉花種子和谷子上用除草劑溶液浸種，通過種子萌發期篩選品種除草劑抗性，此方法效果顯著，較分子標記輔助選擇效率更高，在正常的種子萌發期即可對抗性材料完成篩選[19-20]。本研究結果明確了水稻種子萌發期篩選非轉基因抗除草劑水稻的除草劑處理濃度，有利于提高抗除草劑水稻的育種效率。

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（責任編輯：林玲娜）