優(yōu)質(zhì)食味粳稻香軟米新品種云粳37 號(hào)選育及功能基因優(yōu)勢(shì)等位基因型分析

趙國(guó)珍 陳于敏 吳志剛 劉慰華 劉似玉 劉家穩(wěn)

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，昆明 650205；2 曲靖市麒麟?yún)^(qū)白石江街道辦事處經(jīng)濟(jì)管理服務(wù)中心，云南 曲靖 655000；3 曲靖市麒麟?yún)^(qū)東山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，云南曲靖655000；第一作者：guozhenzhao@163.com）

水稻是重要的口糧作物，世界上有一半以上的人口以稻米為主食。云南省水稻常年種植面積100 萬(wàn)hm2左右（粳稻占60%），居全國(guó)第11 位，占全省糧食播種面積的24%左右。近年來(lái)，隨著生活水平的提高，食味優(yōu)良有香味的大米越來(lái)越受到市場(chǎng)的歡迎，特色優(yōu)質(zhì)品種選育成為了水稻遺傳育種研究的重要方向[1-3]。

云南高原粳稻區(qū)是我國(guó)乃至世界上的特殊稻區(qū)之一，由于特殊的立體氣候條件，外引品種在云南粳稻區(qū)表現(xiàn)為植株較矮、生育期較短或較長(zhǎng)、產(chǎn)量低、耐寒性不強(qiáng)，不能適應(yīng)大面積生產(chǎn)種植。因此，該區(qū)域的粳稻品種需靠自育解決[4-6]。高原稻區(qū)生態(tài)環(huán)境多樣復(fù)雜，水稻孕穗期、灌漿成熟期常多雨寡照、氣溫偏低，水稻結(jié)實(shí)率受影響較大，同時(shí)也不利于優(yōu)質(zhì)米形成。近幾年來(lái)，在國(guó)家、云南省相關(guān)部門(mén)的支持下，云南育成了云粳系列、楚粳系列、鳳稻系列、靖粳系列、麗粳系列等常規(guī)粳稻新品種，這些品種大多具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗等性狀，在云南高原粳稻區(qū)大面積推廣應(yīng)用，為云南的口糧安全作出了重要貢獻(xiàn)[7-9]。但是在云南省海拔1 450～2 100 m的粳稻區(qū)，尚缺乏可以作為優(yōu)質(zhì)米開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)食味品種。本項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)大量親本材料進(jìn)行稻米品質(zhì)、豐產(chǎn)性、耐寒性、抗病性評(píng)價(jià)和分析，選擇具有香味且豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好的云粳26 號(hào)[10]作為母本，以持有調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37且稻米食味品質(zhì)優(yōu)異、耐寒性和抗病性強(qiáng)的粳稻軟米品種銀光[11]作為父本進(jìn)行雜交，經(jīng)6年8 代系統(tǒng)選育和多點(diǎn)鑒定，育成了食味品質(zhì)優(yōu)異，高產(chǎn)、耐寒和抗病的粳稻香軟米新品種云粳37 號(hào)。由于稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，種植云粳37 號(hào)產(chǎn)值要比普通品種高50%以上，已作為云南省粳稻區(qū)優(yōu)質(zhì)米開(kāi)發(fā)的主要品種廣泛應(yīng)用，是目前云南省影響較大的粳稻品種。現(xiàn)介紹如下。

1 選育

1.1 選育思路

隨著人們生活水平的不斷改善，消費(fèi)者對(duì)稻米品質(zhì)的要求亦越來(lái)越高。我國(guó)優(yōu)質(zhì)粳稻品種，以東北優(yōu)質(zhì)粳稻核心區(qū)和江浙粳稻區(qū)為代表，其中東北的稻花香、五常米已經(jīng)是全國(guó)知名品種并形成多個(gè)著名品牌[12]。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的粳稻軟米品種南粳46 稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，曾獲“全國(guó)金獎(jiǎng)大米”稱號(hào)，被譽(yù)為江蘇省最好吃的大米[13]。云南高原粳稻區(qū)由于海拔較高，水稻灌漿期氣溫偏低，熱量不足，不利于優(yōu)質(zhì)米形成，加之氣壓低，水的沸點(diǎn)低，即使是國(guó)標(biāo)優(yōu)質(zhì)品種生產(chǎn)出來(lái)的大米飯也偏硬[14]。鑒于直鏈淀粉含量與食味品質(zhì)關(guān)系密切[15-17]，若將控制低直鏈淀粉含量的基因?qū)敫弋a(chǎn)品種中，有可能較好解決高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)不易并存的矛盾。因此，在選擇親本時(shí)，主要考慮低直鏈淀粉含量的品種與具香味且豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好的品種組配。母本云粳26 號(hào)稻米香味濃郁，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)抗病，曾是云南省中海拔粳稻區(qū)域試驗(yàn)的對(duì)照品種；父本銀光持有低直鏈淀粉含量基因[11]，稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)多抗，曾是云南省高海拔粳稻區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種。因此，選擇云粳26號(hào)作母本、銀光作父本進(jìn)行雜交配組，在選育過(guò)程中從集團(tuán)的個(gè)體選拔開(kāi)始，每年都對(duì)育種材料的香味、豐產(chǎn)性、稻米品質(zhì)、耐寒性、稻瘟病抗性等進(jìn)行同步鑒定作為單株選拔和品系選定的科學(xué)依據(jù)，最終育成了稻米食味品質(zhì)優(yōu)異、香味濃郁、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好和適應(yīng)性廣的粳型香軟米品種云粳37 號(hào)。

1.2 選育方法及系譜

2006 年夏在昆明溫室配制雜交組合（F0代），組合為云粳26 號(hào)/銀光，系譜見(jiàn)圖1。2006 年冬季在海南種植雜交后代（F1代），2007 年夏季在昆明種植集團(tuán)（F2代），編號(hào)為KF56，選拔12 個(gè)單株，通過(guò)對(duì)稻米外觀品質(zhì)鑒定和香味品嘗后同年冬季在海南種植株系（F3代），其中1 個(gè)株系表現(xiàn)優(yōu)異，從中選擇5 個(gè)單株并對(duì)稻米外觀品質(zhì)進(jìn)行鑒定和香味品嘗，5 個(gè)單株的糙米外觀均為乳白色并具有香味。2008 年夏在昆明種植株系（F4代），同時(shí)在稻瘟病重病區(qū)的宜良進(jìn)行稻瘟病（葉瘟）抗性鑒定，其中編號(hào)為K1755 的株系表現(xiàn)豐產(chǎn)性好、抗稻瘟病（3 級(jí)），選擇5 個(gè)單株，再次進(jìn)行稻米外觀品質(zhì)鑒定和香味品嘗，稻米外觀均為乳白色且具有香味，選擇其中1 個(gè)單株冬季到海南加代（F5代）。成熟時(shí)，選擇1 個(gè)單株后，其余種子全收。2009 年夏在昆明同時(shí)進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)和品比試驗(yàn)（F6代），并在云南進(jìn)行多點(diǎn)（昆明、曲靖、玉溪、楚雄、昭通、保山等）試種、稻瘟病（葉瘟和穗瘟）鑒定和耐寒性鑒定，表現(xiàn)出豐產(chǎn)性較好，抗稻瘟病，耐寒性較強(qiáng)，米粒外觀乳白色，米飯香味濃郁，油潤(rùn)可口，冷不回生，同年冬季在海南繁殖一定數(shù)量的種子（F7代）。2010 年夏季在云南嵩明再次參加品比試驗(yàn)（F8代），同時(shí)再次進(jìn)行多點(diǎn)試種、穗瘟鑒定和耐寒性鑒定，均表現(xiàn)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好，抗稻瘟病和耐寒性較強(qiáng)，米飯香味濃郁，油潤(rùn)可口，冷不回生，定名為云粳37 號(hào)。2021 年通過(guò)云南省審定（審定編號(hào)：滇審稻2021030 號(hào)）。

圖1 云粳37 號(hào)及親本系譜圖

2 主要特征特性

2.1 農(nóng)藝性狀

云粳37 號(hào)屬中熟粳稻。分蘗力較強(qiáng)，株型好，葉色綠，抽穗整齊度好，著粒均勻，谷殼黃，無(wú)芒，落粒性適中。株高99.9 cm，最高莖蘗數(shù)32.3 萬(wàn)/667 m2，有效穗26.0 萬(wàn)/667 m2，成穗率80.5%，穗長(zhǎng)20.8 cm，每穗總粒數(shù)123.9 粒，每穗實(shí)粒數(shù)112.3 粒，結(jié)實(shí)率90.6%，千粒重24.2 g，全生育期170 d。

2.2 稻米品質(zhì)

據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（昆明）檢測(cè)，糙米率78.6%，整精米率66.3%，粒型長(zhǎng)寬比1.91，直鏈淀粉含量5.89%，堿消值7.0 級(jí)，膠稠度91 mm，蛋白質(zhì)含量7.6%。據(jù)中糧集團(tuán)營(yíng)養(yǎng)健康研究院消費(fèi)者與市場(chǎng)研究中心檢測(cè)，糙米中香味成分2-乙酰基-1-吡咯啉含量為5.33 μg/kg。

2.3 抗逆性

據(jù)云南省農(nóng)作物抗病性鑒定站采用溫室接種鑒定和田間自然誘發(fā)鑒定，穗瘟損失率1 級(jí)，綜合抗性指數(shù)2.08，綜合評(píng)價(jià)為抗稻瘟病（3 級(jí)），抗紋枯病（3 級(jí)），中抗白葉枯病（5 級(jí)）和稻曲病（5 級(jí)）。

在品種選育過(guò)程中，連續(xù)幾年在海拔2 400 m 的麗江市和海拔2 200 m 的曲靖市馬龍縣進(jìn)行自然冷溫鑒定，通過(guò)調(diào)查結(jié)實(shí)率，并與耐寒性強(qiáng)、中、弱的標(biāo)準(zhǔn)品種比較，云粳37 號(hào)表現(xiàn)為耐寒性較強(qiáng)。

2.4 產(chǎn)量表現(xiàn)

2019—2020 年參加云南省軟米型常規(guī)水稻品種區(qū)域試驗(yàn)（5 個(gè)點(diǎn)，海拔范圍1 650～1 920 m），平均產(chǎn)量693.1 kg/667 m2，比對(duì)照增產(chǎn)3.27%。2022 年在海拔1 750 m 的玉溪市澄江縣千畝連片種植，平均產(chǎn)量為854.8 kg/667 m2；在海拔2 240 m 的麗江市永勝縣百畝連片種植，產(chǎn)量達(dá)717.6 kg/667 m2，創(chuàng)造了云南省高寒稻區(qū)香軟米品種的高產(chǎn)紀(jì)錄。生產(chǎn)上示范推廣平均單產(chǎn)700 kg/667 m2左右。

2.5 適宜推廣范圍

該品種適宜于云南省海拔1 450～2 250 m 粳稻區(qū)作中稻種植和海拔1 200 m 以下秈稻區(qū)作早稻種植。

2.6 生產(chǎn)應(yīng)用情況

云粳37 號(hào)在云南省年種植面積約1.5 萬(wàn)hm2，是云南省公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)食味粳米，深受大米企業(yè)和消費(fèi)者青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在云南省內(nèi)有60 余家米業(yè)企業(yè)從事該品種的開(kāi)發(fā)，形成了“傣王稻”“洱海留香”“云香莊園香軟米”“象牙香米”“七彩云米”和“高原寒香”等高端大米品牌，大米零售價(jià)在20 元/kg 左右，不僅在省內(nèi)暢銷(xiāo)，也銷(xiāo)往北上廣等大城市，云粳37 號(hào)的大面積推廣應(yīng)用，促進(jìn)了云南高原特色優(yōu)質(zhì)米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于產(chǎn)值高，是目前云南省高原湖泊流域面源污染綜合治理實(shí)施水稻綠色種植的主導(dǎo)品種，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 功能基因優(yōu)勢(shì)等位基因型分析

為了弄清控制云粳37 號(hào)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗等相關(guān)性狀的功能基因及其來(lái)源，經(jīng)華智生物技術(shù)有限公司對(duì)云粳37 號(hào)及其雙親進(jìn)行重測(cè)序及功能基因優(yōu)勢(shì)等位基因型分析，結(jié)果列于表1 和圖2[參考基因組（日本晴）上物理位置為chr06: 1767049- 1767059，云粳37號(hào)和銀光Waxy 基因編碼區(qū)第2 外顯子的第129 至139 位核苷酸缺失]。由此表明，云粳37 號(hào)持有增加穗粒數(shù)的基因Gn1a/OsCKX2，抗稻瘟病基因Pi35，抗旱基因OsPP15，延長(zhǎng)生育期的基因HESO1/OsHESO1、Hd6、Hd17/Hd3b、Hd18、Ehd1，增加落粒性的基因qSH1，耐冷性基因CTB4a，抗白葉枯病基因Xa26/Xa3，香味基因fgr/Badh2以及調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因Wxy37（Wxy37是Wx的一個(gè)新等位變異類型，云粳37 號(hào)的育成才明確了該基因，定名為Wxy37）。其中，增加穗粒數(shù)的基因Gn1a/OsCKX2，延長(zhǎng)生育期的基因Hd18和Ehd1，抗稻瘟病基因Pi35，耐冷性基因CTB4a和抗白葉枯病基因Xa26/Xa3來(lái)源于雙親；延長(zhǎng)生育期的基因HESO1/Os-HESO1和Hd6，抗旱基因OsPP15，增加落粒性的基因qSH1和香味基因fgr/Badh2來(lái)源于母本云粳26 號(hào)；延長(zhǎng)生育期的基因Hd17/Hd3b和調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因Wxy37來(lái)源于父本銀光。

表1 功能基因等位基因型分析

圖2 調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37 的檢測(cè)結(jié)果

4 討論

4.1 云粳37號(hào)的選育方法

親本選配是育種成敗的關(guān)鍵，種質(zhì)資源是品種選育的基礎(chǔ)，稻種資源的發(fā)掘和合理利用在水稻育種中發(fā)揮了重要作用[18-19]。云粳37 號(hào)的成功選育得益于雙親具有眾多優(yōu)良性狀（基因）[20-22]，并且很多性狀是互補(bǔ)的，如母本云粳26 號(hào)具有香味，父本銀光直鏈淀粉含量低、糊化溫度高、食味品質(zhì)好等。在品種選育中，提高糧食產(chǎn)量和改善糧食品質(zhì)一直是作物育種的目標(biāo)，而育種過(guò)程中采用的方法是提高育種效率的關(guān)鍵[23]。云粳37 號(hào)于2006 年配制雜交組合，由于當(dāng)時(shí)分子標(biāo)記輔助選擇育種、轉(zhuǎn)基因育種及分子設(shè)計(jì)育種等技術(shù)在云南省水稻育種上應(yīng)用較少，在云粳37 號(hào)品種選育過(guò)程中主要采用的是常規(guī)育種方法，但是對(duì)于香味和調(diào)控低直鏈淀粉含量基因的鑒定，采用了品嘗糙米香味和肉眼鑒定糙米外觀的方式，即從F2代集團(tuán)中選拔的優(yōu)良單株采用咀嚼糙米的方式鑒定香味，淘汰沒(méi)有香味的單株，對(duì)于調(diào)控低直鏈淀粉含量的基因，由于該基因?yàn)閱坞[性基因，糙米外觀為乳白色[24]，通過(guò)鑒定糙米外觀是否為乳白色進(jìn)行判斷。此外，在云粳37 號(hào)選育過(guò)程中還采用在云南和海南兩地多次穿梭選擇，以及在云南的稻瘟病重發(fā)區(qū)進(jìn)行稻瘟病抗性鑒定，在海拔2 400 m 高寒稻區(qū)進(jìn)行耐冷性鑒定，因此，云粳37 號(hào)除了具有香味、稻米食味品質(zhì)優(yōu)異等特點(diǎn)外，還具有高產(chǎn)、多抗、廣適等綜合優(yōu)良性狀。但是由于云粳37 號(hào)的選育主要是通過(guò)表型進(jìn)行選擇，父本銀光持有的一些優(yōu)異等位基因如增加糊化溫度的基因ALK/SSSII、抗稻瘟病基因Pia/RGA4、Pia/RGA5等（表1）在品種選育中丟失了。如果在品種選育過(guò)程中結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，將會(huì)提高相關(guān)基因的選擇效率。

4.2 調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37 的育種利用

從云粳37 號(hào)的系譜（圖1）可以看出，調(diào)控低直鏈淀粉含量基因Wxy37來(lái)源于軟米品系研系2107，20 多年前，筆者就對(duì)研系2107 進(jìn)行了相關(guān)研究和育種利用[24-25]，并育成了云南第一個(gè)軟米品種銀光，該品種稻米食味品質(zhì)優(yōu)異，直鏈淀粉含量5.11%[11]，與Wx的其他等位變異品種的直鏈淀粉含量有較大差異[26-27]。由于檢測(cè)技術(shù)的限制，一直把該基因作為一個(gè)新的du基因進(jìn)行育種利用。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及云粳37 號(hào)稻米食味品質(zhì)得到更多消費(fèi)者認(rèn)可和在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用面積的逐年擴(kuò)大，最終通過(guò)對(duì)云粳37 號(hào)及雙親的Wx基因進(jìn)行重測(cè)序和Wx基因編碼區(qū)進(jìn)行插入缺失（INDEL）檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)控制云粳37 號(hào)低直鏈淀粉含量的基因是由于Wx基因編碼區(qū)第2 外顯子的第129 至139位核苷酸缺失，參考基因組（日本晴）上物理位置為chr06: 1767049-1767059，屬于Wx基因一個(gè)新的等位變異，為培育和豐富軟米育種提供了重要種質(zhì)資源。影響云粳37 號(hào)稻米食味品質(zhì)的其他因素需進(jìn)一步研究。