優質節水抗旱稻‘滬旱1517’的選育與應用

王飛名,劉 毅,孔德艷,劉國蘭,余新橋,畢俊國,羅利軍,張安寧

(上海市農業生物基因中心,上海 201106)

水稻是我國主要的糧食作物之一,對于保障我國的糧食安全發揮了重大作用。但是水稻生產用水量占全國總用水量的50%以上,水資源短缺成為全球面臨的危機[1],培育節水抗旱品種,穩定和提高稻谷產量,是節約水資源、保護生態環境的重要途徑。節水抗旱稻是既具有水稻的高產優質特性,又具有旱稻節水特性的新的栽培稻類型[2-3],培育節水抗旱、高產的水稻新品種是緩解我國水資源短缺和提高中低產田產量的重要途徑之一[4]。隨著人民生活水平的不斷提高,對優質稻米的消費需求不斷擴大,對優質常規稻品種的需求也呈現多樣化[5]。稻米品質一般由碾磨品質、外觀品質、蒸煮食味和營養品質組成,其中外觀品質是決定稻米市場價值的主要因素之一[6],外觀品質中以堊白粒率和堊白度為重要性狀。整精米率是稻米碾磨品質的關鍵指標,直接影響出米率,無論何種類型的優質稻,均要求稻谷有較高的整精米率[7]。整精米率作為稻米商品性的重要指標之一,其重要性日益凸顯,逐漸成為優質秈稻推廣的重要限制性因素之一[8]。因此,選育并推廣節水抗旱、外觀品質好、整精米率高的優質節水抗旱稻品種勢在必行。

‘滬旱1509’是筆者團隊選育的節水抗旱稻新品種,具有產量高、節水抗旱以及抗性好的特性[9],但其外觀品質較差、整精米率不高,不利于市場推廣,因此急需針對米質性狀,尤其是整精米率進行改良。在此背景下,筆者團隊充分利用優質稻品種資源,挑選具有外觀品質優、整精米率高、綜合抗性好的品種‘粵禾絲苗’作為親本和‘滬旱1509’雜交,以優質、高整精米率、常規稻與恢復系一系多用為育種目標,歷時5年成功選育出節水抗旱稻新品種‘滬旱1517’。該品種于2021年通過上海市農作物品種審定(審定號:滬審稻2021010),并獲得植物新品種權保護(品種權號:CNA20191006108)。本研究主要介紹該品種的選育過程、主要特性、育種配組和推廣應用情況,探討與其特性相匹配的栽培技術,為秈型常規節水抗旱稻優質化育種技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

雜交親本材料:母本‘滬旱1509’是筆者團隊選育的品種,抗旱性2級,堊白粒率、堊白度等指標均未達到部頒三級標準,整精米率為59%,是常規稻和雜交稻父本兩用的品種。父本‘粵禾絲苗’引自廣東省農業科學院水稻研究所,該品種抗倒性、稻瘟病抗性較強,主要米質指標達部標二級,整精米率高達65.4%,是常規稻和雜交稻父本兩用的品種。

抗旱性鑒定以‘旱優73’作為對照。稻瘟病鑒定以‘湘晚秈11號’作為對照。

1.2 選育過程

自2013年夏季開始,以‘滬旱1509’和‘粵禾絲苗’2個品種作為親本,進行雜交。從F2代開始利用海南陵水、浙江安吉兩地的旱地條件進行5 000株以上大群體的穿梭加代,分別篩選耐旱性和避旱性以及稻瘟病抗性高的單株,兼選具有早熟與豐產性狀的單株,F6代進行品比試驗,挑選產量較對照增產3%以上的7個品系進行稻米品質分析(表1),入選整精米率高、外觀品質好的4個F6品系(16JD01、16JD04、16JD05、16JD10)于2017年在上海和安徽等地進行多點聯合鑒定,并將4個入選株系作為恢復系,分別以滬旱1S、滬旱7A作母本在上海配組,結合多點試驗和配組能力表現最終選育出聚合優質抗旱、高整精米率、抗倒、配合力好的品系16JD04,定名為‘滬旱1517’。該品系于2019—2020年參加上海市節水抗旱稻區域試驗和生產試驗,于2021年通過上海市農作物品種審定委員會審定。圖1為‘滬旱1517’的選育過程。

圖1 ‘滬旱1517’的選育過程Fig.1 Breeding process of‘Huhan 1517’

表1 7個入選品系的稻米品質Table 1 Rice quality of 7 selected lines

1.3 抗旱性鑒定

2019年、2020年的6—10月在上海市農業生物基因中心節水抗旱鑒定中心進行鑒定。抗旱性鑒定方法參考中華人民共和國農業行業標準《NY∕T 2863—2005節水抗旱稻抗旱性鑒定技術規范》。

1.4 稻瘟病自然誘發鑒定方法

2019年、2020年的6—10月在江西井岡山、湖南桃江進行鑒定。每個品種種植5行,每行種植7穴,每穴種植2—4株基本苗,重復3次,隨機區組排列,肥水管理同一般大田。在田埂四周種植2行對照材料‘湘晚秈11號’作為保護行,并且在田間操作溝種植1行‘湘晚秈11號’作為對照材料。按照郝中娜等[10]的調查方法和評價標準進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 產量

2018年5—10月,在上海市農業生物基因中心莊行基地進行水種旱管品比試驗,‘滬旱1517’平均產量9 259.7 kg∕hm2,比對照‘滬旱1509’增產4.41%,增產顯著(F值為22.1);2019—2020年區試,‘滬旱1517’在水種旱管栽培下,產量分別為8 899.5 kg∕hm2、8 589.0 kg∕hm2。2020年生產試驗中‘滬旱1517’采用水直播旱管栽培方式,比對照‘旱優73’增產0.6%(表2)。

表2 ‘滬旱1517’的產量表現Table 2 Yield performance of‘Huhan 1517’

2.2 主要農藝性狀

‘滬旱1517’屬于早熟秈型常規稻,在上海作單季稻種植,5月19日播種,9月21日成熟。該品種株型適中,分蘗力強,葉色淡綠,葉姿較挺,穗姿強烈下彎,后期熟色好,莖稈粗壯且彈性好,抗倒伏能力強。‘滬旱1517’生育期比‘滬旱1509’長2.2 d,株高比‘滬旱1509’低2.8 cm,千粒重比‘滬旱1509’增加1.3 g(表3)。

表3 ‘滬旱1517’與‘滬旱1509’的主要農藝性狀Table 3 Main agronomic characters of‘Huhan 1517’and‘Huhan 1509’

2.3 抗性

結合兩年的抗旱性鑒定結果,‘滬旱1517’抗旱性級別為3級,評價為“中抗”。在湖南桃江、江西井岡山稻瘟病自然誘發鑒定結果顯示:‘滬旱1517’兩年兩個點的穗瘟損失率最高級為3級。稻瘟病綜合指數,‘滬旱1517’在湖南兩年的抗性評價為“中抗”,在江西兩年的抗性評價為“中感”,對照‘湘晚秈11號’在兩個點連續兩年的抗性評價均為“高感”(表4)。‘滬旱1517’在2019—2020年區試及生產試驗點田間種植沒有稻瘟病、紋枯病與稻曲病發生。

表4 ‘滬旱1517’的抗性表現Table 4 Resistance performance of‘Huhan 1517’

2.4 稻米品質表現

經農業農村部食品質量監督檢驗測試中心2021年檢測(表5),‘滬旱1517’的碾磨品質及外觀品質性狀較‘滬旱1509’有了明顯的改善,其整精米率比‘滬旱1509’明顯提高,達到了70.8%,其堊白度較‘滬旱1509’明顯降低,為2.1。在食味品質上,‘滬旱1517’的直鏈淀粉含量比‘滬旱1509’高,其膠稠度比‘滬旱1509’高,達到80 mm。‘滬旱1517’米飯光滑有彈性,冷飯不回生。

表5 ‘滬旱1517’與‘滬旱1509’的稻米品質比較Table 5 Rice quality of‘Huhan 1517’and‘Huhan 1509’

2.5 育種應用情況

自‘滬旱1517’育成后,筆者團隊先后以其作為恢復系進行配組,或以其為骨干親本利用分子標記輔助育種技術等開展節水抗旱稻新品種選育。初步研究表明,‘滬旱1517’的優質、抗倒、節水抗旱等特性能較好地遺傳給后代。目前,以‘滬旱1517’直接配組已育成了2個組合進入區試,多個苗頭品種通過上海市農業生物基因中心品比試驗。由‘滬旱1517’衍生出的部分品種的特征特性見表6。

表6 ‘滬旱1517’的部分衍生品種Table 6 Several new varieties derived from‘Huhan 1517’

2.6 推廣應用情況

由于‘滬旱1517’綜合性狀表現突出,在參加上海市節水抗旱稻區域試驗時就引起了種子企業的關注。‘滬旱1517’使用權受讓單位江蘇豐大生物科技有限公司近2年在全國各地布點試種表明,該品種表現出良好的推廣應用前景。(1)適合種植區域廣。在上海作單季稻種植,5月底至6月中旬播種,9月底至10月初可成熟;在長江中下游作一季稻,4月下旬至6月下旬播種,均能正常成熟,且產量較高;在沿淮和淮北稻區作麥茬稻種植,6月中旬種植,10月中旬收割,其生育期非常適合水稻-小麥的茬口安排。(2)抗倒性好。‘滬旱1517’株高矮,莖稈彈性好,株型緊湊,葉片挺直,耐密植,抗倒性好,適合直播種植,直播種植產量甚至比移栽更高。(3)結實率高。生育后期遇到連續干旱和高溫,結實率仍可達85%左右。(4)后期轉色好。成熟期轉色好且不早衰,完全成熟后再推遲一周收割,熟相依然較好。(5)產量高、米質好。各試種點均反映產量水平高,其旱直播旱管種植產量在8 550 kg∕hm2左右,特別是2021年在安徽省肥西縣2.3 hm2連片種植,實收產量達9 150 kg∕hm2。經江蘇豐大生物科技有限公司組織米飯品嘗測試結果反映,其米飯軟糯、適口性好。

3 結論與討論

3.1 高整精米率與節水抗旱的聚合育種

水稻的整精米率是粒型、堊白大小、籽粒充實度等性狀綜合體現的一個復合性狀,現已成為優質稻米發展的一個重要制約因素[8]。提高稻谷的整精米率,可有效提升水稻品種的種植效益和加工效益。但是,整精米率是基因和環境共同作用的表現,且環境因素影響巨大,播種期[11]、施肥水平[12]、儲藏加工[11,13]、種植環境[14]等均對稻米的整精米率有一定的影響。由于稻米整精米率的復雜性,當前對整精米率的研究相對較少,眾多學者雖然開展了稻米整精米率QTL的定位工作[8,15-17],并取得了一定進展,但未見QTL精細定位或克隆的報道,初步定位結果難以應用于育種實踐。與此相反,通過鑒定和發掘高整精米率水稻品種資源,利用傳統育種手段可選育高整精米率水稻品種。

‘滬旱1517’是在筆者團隊前期育成抗旱品種‘滬旱1509’的基礎上選育而成的,針對‘滬旱1509’的外觀品質及整精米率不足,確定了以優質、高整精米率為主要育種目標。本研究利用早熟高產節水抗旱稻品種‘滬旱1509’為親本,通過雜交的方式導入優質抗倒的水稻品種‘粵禾絲苗’的有利基因,通過低世代大群體種植,在海南、浙江兩地進行穿梭篩選,同時進行了避旱性與耐旱性[18]的選擇,其間淘汰生育期偏長的單株。在上海、安徽等地多點種植,充分評價入選株系的節水抗旱性。在F6選擇豐產性好的品系進行米質檢測,以整精米率超過69%,其他米質性狀達到優質二級以上的品系進行配組,考察其作為恢復系的配合力,最終選育出了整精米率高、配組能力強的常規節水抗旱稻品種‘滬旱1517’,實現了一系兩用,既可作為常規稻,也可作為“三系”“兩系”雜交稻的恢復系,并衍生出多個苗頭組合。

3.2 ‘滬旱1517’的特性與應用

‘滬旱1517’不僅產量高、節水抗旱性好,而且優質,尤其是其整精米率高,達到70.8%。高精米率可以提高稻米加工產量,降低成本,提高質量和增加經濟效益[19],故‘滬旱1517’稻米的商品性好。‘滬旱1517’早熟、抗倒,適合直播,栽培上應保證一定的基本苗,盡早封行,在爭粒重的基礎上,提高結實率。同時,因其生育期短,在肥料運籌上,應早施、少施氮肥,后期增施鉀肥以增加粒重,提高結實率。水分管理上,以旱管為主,在灌漿結實期遇持續干旱,建議適當灌跑馬水一次,以提高結實率。

3.3 ‘滬旱1517’的進一步改良

‘滬旱1517’米質優,稻米食味品質較好,但米飯缺少香味,需要進一步改良。事實上課題組正在利用分子標記輔助育種方法導入香味基因,通過與‘19香’及‘美香占2號’雜交并回交,結合表型鑒定,培育含有香味基因的‘滬旱1517’改良株系。