離子束誘變雙胚苗水稻的谷粒性狀及相關分析

黃雅琴　劉敏杰　李盡哲　黃群策　龐瑞華（信陽農林學院，河南信陽464000；鄭州大學離子束生物工程省重點實驗室，鄭州45005；信陽師范學院，河南信陽464000；通訊作者：xynz688@6.com）

離子束誘變雙胚苗水稻的谷粒性狀及相關分析

黃雅琴1,2劉敏杰1李盡哲1*黃群策2龐瑞華3
（1信陽農林學院，河南信陽464000；2鄭州大學離子束生物工程省重點實驗室，鄭州450052；3信陽師范學院，河南信陽464000；*通訊作者：xynz1688@163.com）

為了挖掘無融合生殖種質并提供參考資料給一系法雜交水稻的選育，以離子束誘變所得同源四倍體雙胚苗突變水稻品系、近親系和介導后代為研究材料，對其農藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關性進行了研究。結果表明，與四倍體雙胚苗品系相比，二倍體雙胚苗品系的株型小、主穗穎花數多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重對單粒重貢獻最大；披堿草介導品系的株型大、主穗穎花數多、谷粒大、谷粒容重高、單粒質量高、谷粒體積對單粒重貢獻最大；原始親本在各項指標參數中都差異不明顯。

離子束；雙胚苗水稻；農藝性狀；谷粒性狀；相關分析

離子束生物技術是上世紀80年代興起的一項新技術［1］。近年來，筆者以低能離子束為誘變源對同源四倍體水稻進行了遺傳改良，在其后代群體中篩選到具有雙胚苗特征的新材料［2-3］，雙胚苗即由一粒種子可以同時萌發出兩株幼苗。研究者之所以提出在多倍體水平挖掘水稻潛在利用價值的技術策略［4-6］，是因為二倍體水稻有性生殖能力比較強，找到無融合生殖種質比較困難。雜交水稻育種從研究方法上可以分為三系法、兩系法和一系法［7］。一系法雜交水稻研究的實質就是挖掘具有特殊生物學意義的種質資源和建立特定的技術程序，以便固定水稻的雜種優勢。在禾本科植物中，多胚現象或多胚苗現象是無融合生殖物種在胚胎學和形態學上的重要特征，因而，通過篩選多胚苗材料，進而尋找無融合生殖種質是一條比較有效的研究途徑［8-9］。

谷粒性狀不僅影響構成產量的重要因子——千粒重的大小［10］，而且還與稻米品質密切相關［11］。稻谷粒形性狀是影響水稻產量的重要因素之一，同時也影響稻米的外觀品質。隨著人們生活水平的提高和稻米市場的開放，對米質的要求不僅要口味適合，而且要外形美觀，這在國際市場上特別突出。改良米質，育成具有較高產量水平的優質抗病品種，已成為水稻育種家的重要目標［12-13］。一般認為，秈稻長粒形的品種米質較好，而谷粒太長又會導致整精米率下降，粒寬太大會出現堊白增大、透明度下降現象，只有粒形較好和粒重適中的谷粒才易達到優質米育種的目標［14］。然而，關于雙胚苗的研究在國內較少，尤其是米質方面的研究在國內還是空白。因此，本試驗對1個同源四倍體雙胚苗突變水稻材料及其2個近親系、1個介導品系材料的農藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關性進行了初步研究，旨在為水稻無融合生殖種質資源的篩選提供參考依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料

本研究所用材料為同源四倍體雙胚苗突變水稻材料D07-04-01，其近親系D07-02-01和01-04-01，及介導品系DP07-04-01。D07-02-01是以D07-04-01的花粉材料通過花藥培養途徑所獲得的穩定的二倍體后代株系；01-04-01是四倍體原始親本，由它通過離子注入后篩選到具有雙胚苗特征的D07-04-01；以D07-04-01為受體，披堿草總DNA為供體在離子束的介導下轉基因，在后代群體內篩選到四倍體突變單株DP07-04-01。

1.2農藝性狀的測定

10月中旬，水稻進入成熟期，考察株高、劍葉長、劍葉寬、穗長和主穗穎花數共5個重要農藝性狀。株高是從地面部分基部到植株最頂端的高度；劍葉長是從劍葉的葉耳處到葉片末梢的長度；劍葉寬是劍葉中間最寬處的長度；穗長是一根稻穗的長度；主穗穎花數是一根稻穗上內穎和外穎完整，雌雄蕊發育正常的穎花個數。每份材料均隨機選擇30株，每株選擇長勢最強的3～4個分蘗枝進行上述5個農藝性狀的考察。

表1　4份水稻材料的農藝性狀

表2　4份水稻材料的谷粒性狀

1.3谷粒性狀的測定和分析

將材料手工去穎殼，數取1 000粒，測定千粒重。隨機取飽滿谷粒50粒測量其長（x1）、寬（x2）、厚（x3）、單粒質量（y），寬、厚均測量谷粒最寬最厚處，精確至0.02 mm，重復3次。計算4個2級數據：長寬比（x4）、長厚比（x5）、谷粒體積（x6，以長×寬×厚值近似代替）及谷粒容重（x7，單粒質量/谷粒體積）。用DPS數據處理軟件進行兩組平均數student t檢驗并分析各性狀的差異顯著性；為了比較不同谷粒性狀對單粒質量的貢獻大小，以單粒質量為依變量，其余7個谷粒性狀為自變量，進行逐步回歸分析，分析谷粒性狀間的相關性。

2　結果與分析

2.1農藝性狀的比較

在成熟期考察了4份不同雙胚苗水稻材料的5個主要農藝性狀，結果如表1所示。同源四倍體雙胚苗材料D07-04-01與原始親本01-04-01的5個主要農藝性狀參數均未達顯著差異，與二倍體雙胚苗材料D07-02-01和披堿草介導品系DP07-04-01均出現了顯著差異；與D07-02-01的5個主要農藝性狀參數均出現了顯著差異，其中株高、劍葉長和劍葉寬差異均達到極顯著水平，分別比D07-04-01減少了19.34 cm、6.62 cm和0.39 cm，穗長和主穗穎花數差異達顯著水平，穗長減少了1.86 cm，主穗穎花數增加了2.76個；與DP07-04-01僅3個農藝性狀參數出現了差異性，其中，劍葉長差異達到極顯著水平，比D07-04-01增加了2.15 cm，株高和劍葉寬差異達顯著水平，分別增加了1.45 cm和0.28 cm。由此可見，二倍體雙胚苗材料株型比四倍體小，抗倒伏能力強，同時其主穗穎花數顯著增加，這也為產量的增加奠定了基礎。

2.2谷粒性狀的比較

由表2可知，在谷粒性狀方面，與D07-04-01相比，D07-02-01差異最明顯，其次是DP07-04-01，01-04-01差異較小。D07-02-01的8個谷粒性狀中，與D07-04-01差異達極顯著水平的有谷粒長、谷粒寬、谷粒厚、長寬比、長厚比、谷粒體積和單粒質量等7個參數，分別減少了17.70%、12.69%、14.07%、31.00%、24.71%、41.58%和33.82%；差異達顯著水平的是谷粒容重，增加了6.58%，達到0.81±0.04 mg/mm3。DP07-04-01的8個谷粒性狀中，谷粒長、谷粒寬、谷粒厚、谷粒體積、谷粒容重和單粒重等6個參數出現了升高，其中，谷粒寬和谷粒體積差異達顯著水平，分別增加6.92%、7.96%；而長寬比和長厚比卻出現了降低，分別下降了4.56%、3.26%。01-04-01的8個谷粒性狀中，谷粒長、長寬比、長厚比、谷粒容重和單粒重等5個參數出現了降低，但差異均未達顯著水平，而谷粒寬、谷粒厚和谷粒體積共3個參數出現了升高，分別增加了4.23%、1.51%、6.05%，其中谷粒體積差異顯著。

由以上分析可見，在谷粒性狀上，二倍體雙胚苗材料與四倍體雙胚苗材料之間的差異十分顯著，可見染色體數目的差異能造成谷粒性狀的顯著差異；披堿草介導品系由于獲得了披堿草的部分優良特性，抗逆能力強，植株株型大，谷粒性狀參數提升，品質變優。

2.3谷粒性狀間的相關分析

D07-04-01單粒質量的逐步回歸方程為：y=-0.0179+0.0034x1-0.0076x2-0.0063x5+0.0008x6+40.2095x7（R=0.9424**，SSE=0.0011）。由方程可知，D07-04-01單粒質量與谷粒長、谷粒寬、長厚比、谷粒體積、谷粒容重存在相關性，其中，與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重呈正相關，與谷粒寬、長厚比呈負相關。單粒質量與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重的偏相關系數分別為0.5796*、0.8264**、0.8738**。由此可見，對單粒質量的貢獻上，谷粒容重＞谷粒體積＞谷粒長。

D07-02-01單粒質量的逐步回歸方程為：y=-0.0246+0.0032x1+0.0056x2-0.0021x5+29.2001x7（R= 0.9548**，SSE=0.0007）。由方程可知，D07-02-01單粒質量與谷粒長、谷粒寬、長厚比、谷粒容重存在相關性，其中，與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重呈正相關，與長厚比呈負相關。單粒質量與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重的偏相關系數分別為0.5831、0.6833*、0.7267*。通過比較偏相關系數大小可知，對單粒質量的貢獻上，谷粒容重＞谷粒寬＞谷粒長。

01-04-01單粒質量的逐步回歸方程為：y= 0.0217+0.0012x1+0.0125x2-0.0068x4+37.2337x7（R= 0.9658*，SSE=0.0004）。由方程可知，01-04-01單粒質量與谷粒長、谷粒寬、長寬比、谷粒容重存在相關性，其中，與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重呈正相關，與長寬比呈負相關。單粒質量與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重的偏相關系數分別為0.6741、0.8912**、0.7458*。由此可見，對單粒質量的貢獻上，谷粒寬＞谷粒容重＞谷粒長。

DP07-04-01單粒質量的逐步回歸方程為：y=-0.0248+0.0014x1-0.0091x4-0.0062x5+0.0007x6+46.1427x7（R=0.9874**，SSE=0.0012）。由方程可知，DP07-04-01單粒質量與谷粒長、長寬比、長厚比、谷粒體積、谷粒容重存在相關性，其中，與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重呈正相關，與長寬比、長厚比呈負相關。單粒質量與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重的偏相關系數分別為0.6348、0.8543**、0.8132**。由此可見，對單粒質量的貢獻上，谷粒體積＞谷粒容重＞谷粒長。

3　小結與討論

通過對 D07-04-01、D07-02-01、01-04-01和DP07-04-01等4個雙胚苗系列材料農藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關性進行比較研究，發現與四倍體雙胚苗品系D07-04-01相比，D07-02-01這一二倍體雙胚苗品系的株型小、主穗穎花數多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重對單粒質量貢獻最大；DP07-04-01這一披堿草介導品系的株型大、主穗穎花數多、谷粒大、谷粒容重高、單粒質量高、谷粒體積對單粒質量貢獻最大；01-04-01這一原始親本在各項指標參數中差異都不明顯。由此可見，要想更有效地挖掘增產潛力，必須針對某一品種進行遺傳改良，了解哪些谷粒性狀與粒重相關性較大，這樣才能為育種工作指明方向，做到有的放矢。

已進行的苗位和胚位研究發現，D07-02-01的苗位、胚位類型豐富，多胚率高［15］。通過掃描電鏡的觀察發現，D07-02-01的堊白粒率、堊白度和堊白大小均最小，稻米的自然橫斷面中部無明顯輻射狀，裂痕少且淺，“粗短形”的不規則多邊形胚乳細胞與淀粉粒分布均勻，多面體狀淀粉粒呈現典型的晶體結構，數目多且排列致密，球形單粒淀粉粒和塊狀不規則的復粒淀粉體數目比較少，相對結晶度高，直鏈淀粉含量低［16］。綜合以上研究認為，二倍體雙胚苗品系D07-02-01雙胚苗頻率高，品質優良，具有進一步挖掘無融合生殖資源的潛在價值，值得進一步研究開發。

［1］余增亮.離子束生物技術引論［M］.合肥：安徽科學技術出版社，1998：223-240.

［2］黃群策，代西梅.低能氮離子對不同倍性水稻的誘變效應［J］.雜交水稻，2004，19（3）：57-61.

［3］黃群策，彭建軍，李玉峰.氮離子注入對同源四倍體水稻的誘變效應［J］.河南農業科學，2006（4）：24-27.

［4］黃群策，孫梅元，鄧啟云.多倍體水稻及其潛在價值［J］.雜交水稻，2001，16（1）：1-3.

［5］代西梅，黃群策.植物多倍體化研究進展［J］.河南農業科學，2005 （1）：9-12.

［6］謝慧波，黃群策.禾谷類作物多倍化研究進展［J］.河南農業科學，2006（2）：15-20.

［7］袁隆平.雜交水稻的育種戰略設想［J］.雜交水稻，1987，2（1）：1-3.

［8］Hanna W W.Use of apomixis in cultivar development［J］.Adv Agron, 1995,54:333-350.

［9］黃群策.被子植物的無融合生殖 ［M］.福州：福建科學技術出版社，2000.

［10］王余龍，姚友禮，李曇云，等.水稻籽粒有關性狀與粒重關系的初步探討［J］.作物學報，1995，21（5）：573-578.

［11］楊聯松，白一松，張培江，等.谷粒形狀與稻米品質相關性研究［J］.雜交水稻，2001，16（4）：48-50.

［12］張欣，施利利，丁得亮，等.米飯理化指標與食味品質的相關性研究［J］.中國農學通報，2010，26（12）：45-47.

［13］彭小松，鄒小云，賀浩華，等.兩系雜交水稻谷粒性狀的遺傳及相關分析［J］.雜交水稻，2005，20（3）：60-63.

［14］應存山.中國稻種資源［M］.北京：中國農業科技出版社，1993.

［15］黃雅琴，黃群策，燕曉陽.水稻雙胚苗種子的特征研究［J］.鄭州大學學報：理學版，2009，41（4）：97-102.

［16］黃雅琴，黃群策，燕曉陽，等.雙胚苗水稻種子的掃描電鏡觀察［J］.核農學報，2010，24（4）：662-667.

Grain Traits and Correlation Analysis of Twin-embryonic Rice Mutated by Ion Beam

HUANG Yaqin1,2,LIU Minjie1,LI Jinzhe1*,HUANG Qunce2,PANG Ruihua3
（1Xinyang College of Agriculture and Forestry,Xinyang,Henan 464000,China；2He'nan Provincial Key Laboratory of Ion Beam Bio-engineering, Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China；3Xinyang Normal University,Xinyang,Henan 464000,China；*Corresponding author: xynz1688@163.com）

In order to tap apomictic germplasm and provide reference to a line hybrid rice breeding,a preliminary research regarding agronomic traits,grain traits,correlation between grain traits has been made on the mutant with twin-embryo seedling by ion beam in auto-tetraploid rice,the closely relative strains and mediated progeny.The results showed that the plant type of diploid strains twin seedlings was smaller,the number of spikelets main spike was more,grains was smaller,grains density was higher and largest contributed to the single grain weight,compared with the twin seedlings tetraploid strains；the plant type of elymus mediated strains was larger,the number of spikelets main spike was more,grains was larger,grain density was higher,single grain weight was higher,grain volume contributed largest to the single grain weight；the original parent were not significantly different at the indicators parameters.

ion beam；twin-embryonic rice；agronomic traits；grain traits；correlation analysis

Q691；S511

A

1006-8082（2016）04-0053-04

2016-01-26

河南省高等學校重點科研項目（16B180006）；河南省教育廳自然科學研究項目（2008A180030）