分子標記輔助選育香型軟米水稻“上師大18號”

朱小方, 孫雙燕, 曾文秀, 趙國超, 李建粵

(上海師范大學 生命科學學院 植物種質資源開發協同創新中心,上海 200234)

隨著人民生活水平的提高和稻米市場的開放,全球市場對稻米食味品質都提出了更高的要求,優質稻育種成為水稻育種十分重要的研究方向[1-2].香型軟米因其在蒸煮時有特殊香味,食用時米飯軟滑、清香爽口,冷后不回生等特點,不僅受到消費者喜愛,而且在國際稻米市場上也享有特殊地位[3].TIAN等[4]研究發現有10 個基因位點對稻米食味品質指標影響較大,分別是:Wx,SSII-3,SBE3,AGPiso,SSIV-2,ISA,AGPlar,SSI,SSIII-2,PUL.其中,決定稻米直鏈淀粉含量和膠稠度的主效基因都是Wx,即蠟質基因.因此,蠟質基因被認為是影響稻米食味品質最重要的基因.

“光明粳2號”是由光明種業有限公司培育出的一種香粳型常規水稻.“光明粳2號”產量高,結實率高,在上海種植熟期也較早[5],但該水稻的稻米不是軟米.本研究采用分子標記輔助常規育種技術,以“光明粳2號”水稻為轉育親本,成功選育出香型軟米水稻“上師大18號”,并對“上師大18號”水稻主要農藝性狀、產量性狀和品質性狀進行分析.培育新型軟香型水稻新品系,符合目前市場對優質稻米的需求.

1 材料與方法

1.1 材 料

選取“光明粳2號”(審定編號:滬農品審水稻2013第003號)與“青香軟粳”(審定編號:滬農品審水稻2014第004號)2種水稻,作為“上師大18號”水稻選育的親本材料.

1.2 分子標記檢測軟米基因

取水稻幼嫩葉片,提取葉片總DNA.采用分子標記檢測軟米基因使用的聚合酶鏈式反應(PCR)引物序列,PCR擴增條件以及PCR產物酶切操作均參考文獻[6].酶切產物使用2%(體積分數)瓊脂糖凝膠進行電泳,電泳參數:120 V,30 min,溴化乙錠(EB)染色;取出凝膠在紫外成像儀上觀察、照相.

1.3 主要農藝性狀以及產量性狀考查

水稻成熟時,在“光明粳2號”水稻和“上師大18號”水稻種植小區中,隨機選取5棵單株,分別測量劍葉尖端至地面的高度(簡稱劍葉高度)和株高,調查每株的有效穗數、每株實粒數,計算結實率和總粒數,稱量千粒重和單株重,最后進行方差統計分析.

1.4 稻米品質指標分析

取500 g“上師大18號”水稻稻谷,送農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心,進行稻米品質指標分析.

2 結果與分析

2.1 香型軟米水稻選育過程

“光明粳2號”和“青香軟粳”水稻都屬于甜菜堿醛脫氫酶第二外顯子突變類型的香稻.“青香軟粳”水稻除了具有香味基因外,還含有軟米基因[7].2012年3月,以上海光明種業有限公司許建華研究員惠贈的“光明粳2號”水稻為母本,以含有軟米基因的水稻“青香軟粳”為父本進行雜交,4月收獲F1種子.同年5月種植F1種子.F1植株開花后,以“光明粳2號”水稻為母本,F1植株為父本進行回交,9月收獲回交一代種子BC1F1.2012年12月在海南三亞種植BC1F1種子,2013年3月繼續以“光明粳2號”水稻為母本,BC1F1為父本再次回交,4月得到BC2F1種子.2013年5月,在上海種植BC2F1種子,8月底至9月初又以“光明粳2號”水稻為母本,BC2F1為父本繼續回交得到BC3F1種子.2013年12月,在海南三亞種植BC3F1種子,2014年4月收獲BC3F2種子.在每一代進行回交前,都采用分子標記輔助對將要作為回交父本的植株進行軟米基因檢測,總是以具有軟米基因的植株作為繼續回交的父本.2014年5月,在上海大量種植BC3F2種子,在9月初考察BC3F2植株,選取開花時期與“光明粳2號”水稻接近的單株,取葉片進行軟米基因檢測,10月從軟米基因純合植株上收獲BC3F3種子.2014年12月—2015年4月,在海南三亞以小區擴繁軟米基因純合單株的BC3F3種子,4月從各項農藝性狀都一致的小區中混收BC3F4種子,并將其定名為“上師大18號”.

2.2 軟米基因分子標記檢測

WANG等[6]研究發現:軟米水稻與非軟米水稻在第4外顯子+693處鳥嘌呤脫氧核苷酸/腺嘌呤脫氧核苷酸(G/A)存在差異.采用其報道的軟米基因分子標記檢測方法,水稻基因組DNA的PCR擴增產物長度為385 bp.含有軟米基因水稻基因組DNA的PCR擴增產物經NlaⅢ內切酶消化后,能被剪切成215 bp和170 bp兩種長度的DNA條帶,而含非軟米基因水稻基因組DNA的PCR擴增產物不能被NlaⅢ內切酶消化,仍為385 bp條帶.

以“青香軟粳”和“光明粳2號”兩種水稻分別作為軟型和非軟型水稻的對照,分析了以“青香軟粳”與“光明粳2號”為親本雜交、回交和自交的植株.與“光明粳2號”水稻回交1次(BC1F1)、2次(BC2F1)和3次(BC3F1)的后代植株,利用軟米基因分子標記檢測,電泳圖譜都呈現出2種不同的帶型:1)只有385 bp的條帶;2)同時具有385,215,170 bp的3條條帶(圖1).對于需要繼續回交的植株,都是選擇同時具有385,215,170 bp 3條條帶,即軟米基因呈雜合狀態的植株.從含有雜合軟米基因的BC3F1植株上收獲BC3F2種子并種植,同樣采用軟米基因分子標記進行檢測.BC3F2植株有3種帶型:1)只有385 bp的條帶;2)具有215 bp和170 bp 2條條帶;3)同時具有385,215,170 bp 3條條帶(圖2).這3種帶型植株的軟米基因分別對應的是非軟純合、軟型純合和雜合3種基因型.

圖1 “青香軟粳”與“光明粳2號”雜交再回交后代植株軟米基因檢測圖譜.M:100 bp標準分子質量DNA；1：“青香軟粳”對照；2：“光明粳2號”對照；3～17：回交后代植株

圖2 “青香軟粳”與“光明粳2號” 雜交回交再自交后代植株軟米基因檢測圖譜.M:100 bp標準分子質量DNA；1:“青香軟粳”對照；2：“光明粳2號”對照；3～17：回交再自交后代植株

2.3 “上師大18號”和“光明粳2號”水稻主要農藝性狀及產量性狀分析

2017年5月,在上海種植香型軟米水稻新品系“上師大18號”和“光明粳2號”水稻.分別在8月下旬和10月中旬考察了2種水稻的開花期和種子的成熟期.結果顯示:2種水稻均在8月下旬開花.全生育期接近,均為148 d.水稻成熟后,在2個小區的中間各隨機取5棵單株,測定并比較2種水稻的主要農藝性狀和產量性狀.

主要農藝性狀檢測結果顯示:“上師大18號”水稻和“光明粳2號”水稻劍葉高度和單株有效穗數都比較接近,統計分析結果都沒有顯著差異(P>0.05)(表1).“上師大18號”水稻株高比“光明粳2號”水稻略矮,但經統計分析,兩者之間也沒有顯著差異(P>0.05)(表1).比較“上師大18號”水稻和“光明粳2號”水稻涉及產量性狀的每穗實粒數、結實率、千粒重、單株重,兩者也都比較接近,統計分析差異也都不顯著(P>0.05)(表2).

表1 “上師大18號”水稻和“光明粳2號”水稻主要農藝性狀比較

注:相同小寫字母上標表示差異不顯著(P>0.05)

表2 “上師大18號”水稻和“光明粳2號”水稻產量性狀比較

注:相同小寫字母上標表示差異不顯著(P>0.05)

2.4 稻米品質指標檢測

“上師大18號”水稻稻谷經農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心分析,結果顯示:糙米率為82.7%,整精米率為69.4%,堊白度為21%,透明度為3級,堿消值為6.5級,膠稠度為74 mm,直鏈淀粉質量分數為8.2%,精米率為74%,粒長為5.2 mm,長寬比為1.8,堊白粒率為77%,蛋白質質量分數為8.8%.

3 討 論

我國稻種資源豐富,類型復雜,其中不乏口感與蒸煮性質相當優秀的品種,但多數稻米的食用品質目前還不夠理想.而且,隨著人民生活水平的提高和稻米市場的開放,優質米育種已成為水稻育種中十分重要的研究方向.軟米是云南特有的優質米資源,其米質介于糯米與粘米之間[8].最近幾年,香型軟米也已越來越受到上海等周邊地區百姓的喜愛,并且上海育種單位也已先后培育出適合本地種植的香型軟米水稻[9-10].

隨著分子標記技術的發展,目前已有較多研究者采用分子標記技術輔助培育各種水稻新品系[6,11-15].“南粳46”水稻是首個在江蘇省利用分子標記輔助成功選育的香型軟米水稻[6].胡大明等[9]在“南粳46”水稻中利用系統選育方法,獲得熟期比“南粳46”水稻早大約4 d的香型軟米水稻“青香軟粳”.有報道顯示,“南粳46”水稻和“青香軟粳”水稻稻米直鏈淀粉含量分別為10.2%和8.7%[16].本研究獲得的“上師大18號”水稻稻米直鏈淀粉含量為8.2%,也屬于軟米水稻.

近幾年“南粳46”和“青香軟粳”水稻在上海市種植的香型軟米水稻中占有較大比例.在上海市5月種植,這兩種水稻全生育期大約分別是157 d和153 d[17].本研究采用分子標記輔助方法選育了“上師大18號”水稻,其米質與“南粳46”和“青香軟粳”水稻相似,都屬于香型軟米.“上師大18號”水稻全生育期只有148 d左右,比“青香軟粳”水稻的育期縮短了5 d.“上師大18號”水稻的成功選育將為上海市推廣生育期相對較短的香型軟米水稻提供了選擇.