低血糖生成指數(shù)水稻南粳絲苗的選育及應(yīng)用

蔣彥婕， 楊 杰， 王芳權(quán)， 許 揚(yáng)， 李 霞， 陳智慧， 李文奇， 陶亞軍， 范方軍， 王 軍

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，江蘇南京 210014)

稻米是世界上近一半人口的主食和能量來(lái)源。大約7 000年前，中國(guó)南方就開(kāi)始種植水稻，從古至今，稻米一直是中華民族賴以生存的最主要食物。淀粉占稻米的比例在90%左右，米飯淀粉適合人體消化和吸收，但人體的血糖也容易升高。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(IDF)2019 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球糖尿病患者數(shù)量不斷上升，平均年增長(zhǎng)率為5.1%，目前已有4.63億糖尿病患者。中國(guó)糖尿病患者約為1.16億，全球排名第一，糖耐量不良(IGT)人數(shù)則更高達(dá)3億以上。

評(píng)價(jià)食物血糖生成快慢的指標(biāo)是血糖生成指數(shù)(Glycemic Index，GI值)，用于衡量食物引起的餐后血糖反應(yīng)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 26641—2010 中規(guī)定：≤55，為低GI食物；55<≤70，為中等GI食物；>70，為高GI食物。低GI食物在預(yù)防和緩解糖尿病方面具有重要作用。大米通常被認(rèn)為是高GI值食品，經(jīng)常食用大米(精米)，會(huì)增加患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。雖然稻谷加工精度以及稻米蒸煮方式也會(huì)影響GI值，但是，不同水稻品種的GI值也不一樣。因此，篩選并培育出低血糖生成指數(shù)的稻米品種是預(yù)防和緩解糖尿病最直接、最經(jīng)濟(jì)有效的方法，將具有巨大的市場(chǎng)前景和社會(huì)效益。

稻米的GI值與直鏈淀粉含量密切相關(guān)。目前，從自然水稻材料中篩選出并得到應(yīng)用的低GI水稻品種很少，以印度的Swarna、Basmati、ISM改良種以及澳大利亞的Doongara為代表，其GI雖低，但直鏈淀粉含量較高，難以適合太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米人群的口味。近年來(lái)，低GI稻米品種的選育研究主要集中在高抗性淀粉方面，一般來(lái)說(shuō)，抗性淀粉含量越高，則GI值越低，例如優(yōu)糖稻2號(hào)、已商品化的功米1號(hào)等。但是，這些低GI水稻由于米飯很硬，一般口感較差，市場(chǎng)接受程度低。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，GI是復(fù)雜的數(shù)量性狀，除抗性淀粉主效位點(diǎn)之外，已定位到一些新的QTL。聚合低GI性狀與具有消費(fèi)者偏好的水稻品質(zhì)基因，是選育營(yíng)養(yǎng)健康而又適口性好的水稻品種的重要途徑。目前，GI體外測(cè)定方法的不斷完善也為低GI水稻育種提供了技術(shù)保障。

筆者所在研究團(tuán)隊(duì)以秈稻高產(chǎn)品種揚(yáng)稻6號(hào)、低血糖生成指數(shù)品種Basmati、香味粳稻品種R405為親本，進(jìn)行雜交和復(fù)交后，經(jīng)多代系譜選擇，獲得多份豐產(chǎn)性、抗倒性等綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新品系；通過(guò)模擬精米淀粉人體外消化試驗(yàn)，獲得消化速度慢的品系若干份；再通過(guò)測(cè)定直鏈淀粉含量以及抗性淀粉含量，同時(shí)進(jìn)行食味品質(zhì)評(píng)價(jià)，篩選到生育期適中、豐產(chǎn)性好的偏粳型新品系南粳絲苗，該品系具有優(yōu)質(zhì)、低血糖生成指數(shù)(GI)等特性。多次檢測(cè)結(jié)果表明，南粳絲苗的稻米主要品質(zhì)指標(biāo)達(dá)國(guó)標(biāo)一級(jí)優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)，且適口性較好，血糖生成指數(shù)僅55，明顯低于普通稻米，是一個(gè)適合糖尿病、高血糖、肥胖等特殊人群的低升糖指數(shù)稻米品種，具有較大的市場(chǎng)前景和社會(huì)效益。

1 選育過(guò)程

1.1 親本選擇

揚(yáng)稻6號(hào)為江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的著名秈型水稻品種，表現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性廣，適宜在江蘇、安徽和湖北作一季中稻種植，曾是大面積應(yīng)用的兩系法雜交稻的主要恢復(fù)系。Basmati源自巴基斯坦，是比泰國(guó)香米更為著名的香稻品種，也是知名的低血糖生成指數(shù)品種。R405為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所培育的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)粒型優(yōu)質(zhì)香味偏粳型品系，適口性也適合太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米的消費(fèi)人群。以上品種均為筆者所在育種團(tuán)隊(duì)親本圃保存材料。

1.2 選育經(jīng)過(guò)

2012年正季在南京以揚(yáng)稻6 號(hào)為母本、Basmati為父本雜交獲得F，2013年春在海南再以揚(yáng)稻6號(hào)/Basmati的F為母本與R405復(fù)交，之后多代自交并進(jìn)行農(nóng)藝性狀的系譜選擇。通過(guò)體外測(cè)定血糖生成指數(shù)，得到若干目標(biāo)株系。2018 年在南京溧水基地種植F，結(jié)合田間農(nóng)藝性狀，篩選確定其中1個(gè)株系83134，2019年參加品比試驗(yàn)，該株系分蘗力中等，莖稈粗壯、彈性好，熟相佳，并進(jìn)行了稻米體外消化檢測(cè)。2020 年，編號(hào)為03108的該品系參加品比試驗(yàn)和多點(diǎn)比較試驗(yàn)，表現(xiàn)熟相好、米粒透明度高、產(chǎn)量等綜合性狀較好，兼具親本較高豐產(chǎn)性、上佳適口性及低血糖生成指數(shù)等特性，2021年命名為南粳絲苗(又名“建康1號(hào)”，圖1)。

2 特征特性

2.1 秈粳型分類

利用盧寶榮和Liu等開(kāi)發(fā)的36對(duì)秈粳分類InDel標(biāo)記為引物，并以日本晴為粳稻對(duì)照，9311號(hào)為秈稻對(duì)照，對(duì)南粳絲苗進(jìn)行DNA檢測(cè)和秈粳分型研究，秈粳指數(shù)計(jì)算方法和秈粳分類參照盧寶榮等的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，除去2對(duì)反復(fù)驗(yàn)證均無(wú)擴(kuò)增條帶的引物外，剩余34對(duì)InDel標(biāo)記中，南粳絲苗秈型基因頻率為0.353，粳型基因頻率為0.647，屬于偏粳型水稻。

南粳絲苗與多個(gè)粳稻雜交種的平均結(jié)實(shí)率達(dá)到90%以上，而與多個(gè)秈稻雜交種的平均結(jié)實(shí)率僅為50%左右，表明南粳絲苗與秈稻親和性差，與粳稻的親和性好，進(jìn)一步證實(shí)南粳絲苗偏粳型。

2.2 主要農(nóng)藝性狀與形態(tài)特征

在南京作一季稻種植，5月中旬播種，南粳絲苗全生育期在130 d～135 d，屬中熟中粳。株高86.8 cm左右，株型緊湊，分蘗力中等，莖稈粗壯有彈性，苗期葉色較深，劍葉長(zhǎng)、內(nèi)卷、斜挺角度大。穗層整齊，穗型適中，穗長(zhǎng)23.3 cm，著粒均勻，稃尖紫色。每 667 m有效穗20萬(wàn)左右，平均每穗穎花數(shù)134.7，結(jié)實(shí)率83.8%，千粒質(zhì)量24.5 g(表1和圖2)。

表1 南粳絲苗主要農(nóng)藝性狀

2.3 產(chǎn)量及抗病性表現(xiàn)

南粳絲苗適應(yīng)性廣泛，2019年多點(diǎn)評(píng)比試驗(yàn)，平均單產(chǎn)450.8 kg/667 m；2020 年江蘇省內(nèi)多點(diǎn)示范，平均單產(chǎn)500.1 kg/667 m；2021年江蘇東海展示片測(cè)產(chǎn)，百畝方平均單產(chǎn)525 kg/667 m。

經(jīng)多年多點(diǎn)試驗(yàn)示范的檢驗(yàn)，南粳絲苗高抗水稻條紋葉枯病，對(duì)紋枯病、稻瘟病抗性也較好。

2.4 稻米理化品質(zhì)以及食味品質(zhì)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量檢測(cè)中心測(cè)定數(shù)據(jù)，南粳絲苗糙米率79.3%，精米率70.1%，整精米率58.4%，粒長(zhǎng)6.3 mm，長(zhǎng)寬比3.1，堊白粒率0%，堊白度0，透明度2級(jí)，堿消值6.7級(jí)，膠稠度 68 mm，直鏈淀粉含量22.2%，蛋白質(zhì)含量8.2%。精米外觀透明，堊白度等主要指標(biāo)達(dá)到國(guó)標(biāo)一級(jí)米標(biāo)準(zhǔn)。蒸煮時(shí)以米水比1 ∶1.4，米飯松軟，適口性好，尤其適合南方地區(qū)消費(fèi)者的口味。

2.5 血糖生成指數(shù)

中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司是澳大利亞GI基金會(huì)在中國(guó)唯一授權(quán)的國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)，具備GI檢測(cè)資質(zhì)。公司下屬的功能主食創(chuàng)制與慢病營(yíng)養(yǎng)干預(yù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26642—2010進(jìn)行人體試驗(yàn)，結(jié)果表明，南粳絲苗精白米產(chǎn)品GI值為55，屬于低GI產(chǎn)品。

3 栽培應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

3.1 適時(shí)播種

南粳絲苗適宜種植地區(qū)為江蘇淮河以北地區(qū)，淮河以南稻區(qū)適合麥茬直播和瓜后稻。機(jī)插育秧時(shí)間在5月下旬，秧齡18～23 d，每667 m栽 1.8萬(wàn)～2萬(wàn)穴，每穴3～4苗，株行距13 cm×25 cm或12 cm×30 cm。機(jī)直播宜在6月20日之前完成，每667 m播種5 kg左右。

3.2 高產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)要求

每667 m目標(biāo)產(chǎn)量550～600 kg稻谷的群體結(jié)構(gòu)為：有效穗18萬(wàn)～20萬(wàn)/667 m，平均每穗穎花數(shù)140，總穎花數(shù)2 700萬(wàn)～3 000萬(wàn)/667 m，結(jié)實(shí)率85%左右，千粒質(zhì)量24～25 g。

3.3 肥水管理

基肥和分蘗肥與穗肥的使用比例以6 ∶4較好，全生育期每667 m施純氮18 kg左右，并注意N、P、K肥的配合使用。

淺水插秧，減少植傷；深水護(hù)秧，防止敗苗；寸水返青，促進(jìn)早發(fā)；中期適時(shí)、分次擱田，高峰苗控制在25萬(wàn)～28萬(wàn)，達(dá)到適群體、壯個(gè)體，提高有效成穗率；中后期干濕交替，抽穗揚(yáng)花期以水為主，尤其是遇及高溫天氣，要及時(shí)滿足水稻的“生態(tài)需水”，灌水以降低冠層溫度，利于揚(yáng)花授粉而提高結(jié)實(shí)率。灌漿期“前水不清(盡)、后水不進(jìn)”，利于養(yǎng)根保葉，活熟到老。

3.4 病蟲(chóng)害防治

用殺菌劑浸種防治惡苗病、線蟲(chóng)病等種傳病害；根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，用生物農(nóng)藥或殺蟲(chóng)劑防治稻薊馬、各種螟蟲(chóng)、飛虱等。分蘗期注意防治紋枯病，抽穗期注意防治穗頸瘟。

4 討論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，高糖分食品的攝入量明顯增加，亞健康人群的數(shù)量也隨之急劇上升，其中，糖尿病、肥胖癥等高血糖引起的疾病增加明顯，發(fā)病率日益走高。飲食質(zhì)量的調(diào)整是從源頭上預(yù)防和控制此類疾病最經(jīng)濟(jì)也是最有效的手段。低GI食物在預(yù)防和緩解糖尿病、肥胖癥等方面具有重要作用。普通大米是高GI值食品，因此，低GI特性稻米品種選育是面向人們健康生活需求的重要研究?jī)?nèi)容，也一直是水稻育種的一個(gè)難點(diǎn)和重大挑戰(zhàn)，篩選并培育出低血糖生成指數(shù)稻米品種將具有巨大的市場(chǎng)前景和社會(huì)效益。

通過(guò)以低血糖生成指數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行篩選和新品種培育，目前已選育出生育期適中、豐產(chǎn)性好的新品系南粳絲苗，其稻米主要品質(zhì)指標(biāo)達(dá)國(guó)標(biāo)一級(jí)優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)；由于其淀粉含量遠(yuǎn)低于從自然水稻材料中篩選出的已有低GI水稻品種，所以適口性較好，尤其適宜太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米人群；南粳絲苗血糖生成指數(shù)為55，明顯低于普通稻米品種，是一個(gè)適合糖尿病、高血糖、肥胖等特殊人群的稻米品種，具有莫大的市場(chǎng)前景。筆者所在研究團(tuán)隊(duì)已與“江南米道”等企業(yè)合作，對(duì)該品種進(jìn)行規(guī)模化開(kāi)發(fā)。預(yù)期將為特殊稻米行業(yè)和人們的飲食健康作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

作為特種健康稻米品種，南粳絲苗的產(chǎn)量潛力仍有待提高。下一步工作準(zhǔn)備用南粳絲苗與食味優(yōu)良、產(chǎn)量潛力更高的粳稻(超級(jí)稻)如蘇墾118、南粳9108等再進(jìn)行雜交，再通過(guò)一系列篩選和鑒定后，選育出產(chǎn)量水平更高的低GI水稻新品種。圍繞低血糖生成指數(shù)這一育種目標(biāo)，結(jié)合優(yōu)良農(nóng)藝性狀與食味品質(zhì)，將低GI水稻的豐產(chǎn)性潛力提高至 700～750 kg/667 m，使其不但品質(zhì)優(yōu)，而且豐產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)效益更高。另外，為保持低血糖生成指數(shù)水稻的優(yōu)質(zhì)和低GI特性，相應(yīng)的施肥、水漿管理等栽培應(yīng)用技術(shù)特別是灌漿期淀粉合成階段的栽培管理技術(shù)需要強(qiáng)化研究。