利用旱稻导入系定位水、旱田外观品质的QTL及土壤水分效应分析

以271份具有优质水稻(Oryza sativa L.)越富遗传背景及旱稻IRAT109导入片段的导入系群体为材料,在北京、海南两地水、旱田环境下调查精米粒长、粒宽、粒厚、长宽比和垩白率5个性状,研究旱田栽培对外观品质的影响,进行QTL定位及QTL与水分环境的互作分析.结果表明,粒长、粒宽、长宽比和垩白率易受土壤水分的影响,粒厚比较稳定.水分胁迫使稻米粒长、粒宽变小,长宽比增大,垩白率减少.利用QTLNetwork软件,5个性状共检测到30个加性QTL和4对上位性QTL.6个加性QTL(qGL7、qGT2、qGT4、qLWR2、qC2和qC8)和2对上位QTL(qGL3-qGL7和qGL7-qGL10)的贡献率大于10%.21个QTL与前人研究结果相一致.外观品质性状QTL在染色体上多呈成簇分布,第2染色体RM492～RM1211、第3染色体RM6832～RM3166和第6染色体RM587-RM1163区段是外观品质QTL相对集中分布区域.41%的QTL存在水分环境互作.根据不同性状对干旱胁迫的反应特点,选择水、旱田贡献率大且稳定的QTL,或具有旱田特异性的QTL,进行标记辅助聚合育种是培育抗旱、优质稻的一个有效途径.     

水稻千粒重和垩白粒率相关性分析及其QTL定位

千粒重和垩白粒率是水稻重要的产量和品质性状。本研究以粳稻Sasanishiki为受体、籼稻品种Habataki为供体构建的染色体片段渗入系群体(Introgression Lines,ILs)为材料,在两个不同的环境下进行了千粒重和垩白粒率相关性分析和QTL定位。相关分析表明,在两个不同的环境下,群体千粒重和垩白粒率之间相关性不显著。两个环境共检测到9个稻谷千粒重QTL、5个糙米千粒重QTL和6个垩白粒率QTL,分布在水稻的10条染色体上。在两个不同的环境下重复检测到其中的5个QTL,即影响稻谷千粒重的qPTGW3、qPTGW8.2和qPTGW11.1及控制垩白粒率qPGWC1.1和qPGWC1.2。其所对应染色体片段渗入系的相应性状与背景亲本Sasanishiki的表现型差异在连续两个环境中均达到显著(P0.05)或极显著(P0.01)水平。这些材料为优良粒重和垩白粒率QTL的克隆及水稻产量和外观品质的标记辅助选择(MAS)育种利用提供了基础。     

水稻外观品质与产量构成因素的QTL解析

本研究以224份F6世代的Z601/C14重组自交系(recombinant inbred lines,简称RILs群体)为试材,分析了水稻外观品质及产量构成因素的相关性,并对相关性状的数量性状位点(QTL)进行了分析。分析表明,垩白粒率与垩白度呈极显著正相关,带胚率与垩白度呈极显著负相关;对产量影响较大的因素分别是有效穗数和穗粒数。检测到控制外观品质性状的QTL25个,控制整精米粒长的3个、整精米粒宽8个、垩白粒率3个、垩白度1个、透明度5个、带胚率5个,分布于第3、5、6、7、8、11和12号染色体上;检测到控制产量构成因素的QTL6个,控制有效穗数1个、每穗粒数1个、结实率4个,分布于第3、6、7、8和12号染色体上。为水稻品质和产量育种低世代筛选提供了一定的理论基础。     

稻米外观和碾磨品质QTL定位及其与土壤水分环境互作分析

本文利用旱稻品种IRAT109和水稻品种越富的花培DH群体的116个株系为作图群体，采用混合线性模型QTL定位方法，在水、旱2个土壤水分环境下对粒长(GL)、粒宽(GB)、长宽比(LWR)和垩白率(C)4项外观品质性状和糙米率(BR)、精米率(MR)、整精米率(HR)3项碾磨品质性状进行QTL定位及QTL与环境互作分析。在水、旱2种条件下对DH群体差异显著性分析结果表明，糙米率、精米率和长宽比差异不显著,而整精米率、粒长、粒宽、垩白率差异极显著。外观品质性状在水、旱栽培条件下变化较大，即在旱种环境下稻米粒形变小（粒长、粒宽减小）、变细（长宽比增大）垩白率大幅度下降。碾磨品质性状在双亲间均有差异，其中整精米率差异较大；且在两种土壤水分环境条件下均有变化，即在旱栽条件下两亲本的糙米率和精米率均降低，IRAT109分别减少了5.8%和5.5%，越富分别减少了11.7%和11.5%。共检测到11个加性效应QTL与稻米外观和碾磨品质性状7项指标有关，分别位于第1、3、5、6、7、10、11染色体上，单个QTL对性状的贡献率在3.15～21.42%之间，位于第1、7 染色体上2个控制整精米率的QTL存在显著环境互作，单个QTL与环境互作效应的贡献率分别为9.59%和13.58%。在第1染色体RM295标记附近同时检测到5个QTL，Qgc1a 、Qgc1b 、Qlwr1、QMr1b和QHr1，分别控制粒长、长宽比、精米率和整精米率，且该QTLs簇在2个环境下能稳定地被检测到。同时，还检测到10对上位性QTLs，所有上位性QTL都发生在不同染色体之间，其中，控制整精米率的4对QTL与土壤水分环境显著互作，其环境互作贡献率分别为14.29%、12.28%、10.56%和13.47%。控制粒长、粒宽、长宽比的6个加性QTL（Qgc1a、Qgc1b、Qgc5、Qgw6、Qlwr1、Qlwr10）与环境之间互作较小，在品质育种中可利用分子标记对其进行辅助选择，提高育种效率；而对于基因型×环境互作效应大的整精米率、垩白率应在特定环境(如土壤缺水条件)下进行选择，在特定水分胁迫条件选择目标亲本，并将抗旱基因导入该亲本方可选到品质较优的抗旱品种。     

野生稻渗入系颖壳颜色的简易测定及QTL定位分析

用Unispec光谱仪测定水稻颖壳反射光谱,筛选对水稻颖壳色素敏感的色素指数,用筛选出的最佳植被指数NDVI作为检测颖壳颜色的指标,测定106个家系的颖壳颜色用于QTL定位分析.共检测到12个与颖壳颜色相关的QTL,其中有4个来源于栽培稻特青,分别位于第1染色体RM243附近,贡献率为5％;第7染色体RM295、RM481和RM82附近,贡献率分别为4％、7％和4％.另外8个QTL位点来源于野生稻,分别位于第1染色体RM5和RM212附近,贡献率分别为5％和6％,第2染色体RM233A附近,贡献率为6％;第4染色体RM273附近,贡献率为38％;第6染色体RM204和RM3附近,贡献率分别为17％和5％;第8染色体RM38附近,贡献率为6％,以及位于第12染色体RM235附近,贡献率为5％.在检测到的12个QTL中,来源于野生稻的位于第4染色体RM273附近,以及位于第6染色体RM204附近的QTL的加性效应及贡献率较大,分析是主效QTL.     

籼型杂交稻稻米碾磨品质与外观品质的配合力及遗传力研究

选择米质不同的 7个不育系和 7个恢复系 ,采用NCⅡ交配设计分析碾磨品质与外观品质性状的配合力。结果表明①所有性状的一般配合力和特殊配合力均达到了显著或极显著水平。在糙米粒长、粒宽、长宽比 ;整精米粒长、粒宽、长宽比、垩白度等性状上基因加性效应占主导地位 ;在糙米率、精米率、整精米率、垩白率、垩白大小等性状上则以基因的非加性效应为主。②通过对母本、父本及其互作对F1贡献率分析 ,父本基因型方差在糙米率、精米率、糙米粒长、整精米粒长、垩白大小等性状上比母本对一般配合力方差所作贡献大。母本在整精米率、糙米粒宽、糙米长宽比、整精米粒宽、整精米长宽比、垩白率、垩白度这些性状上比父本所作贡献相对要大。③亲本一般配合力与特殊配合力在各性状上均是相互独立的 ;一般配合力与亲本自身的表现型值则有一定程度的相关 ,说明在育种中必须注意亲本自身性状的改良。④狭义遗传力以糙米粒长、糙米粒宽、糙米长宽比、整精米粒长、整精米粒宽、整精米长宽比较高 ,这些性状可作为早代选择的间接指标。     

云南元江野生稻抽穗开花期耐热QTL定位

利用以籼稻(Oryza sativa ssp. indica) 品种特青为遗传背景的云南元江普通野生稻（O. rufipogon Griff.）(简称“元江普野”)渗入系为材料，调查温室高温胁迫条件下野生稻渗入系和受体亲本特青的结实率，采用单标记回归分析法，共检测到4个抽穗开花期耐热性相关的QTL，分别位于第1、3、8和10染色体。其中位于第1和3染色体上的2个QTL（qHT1和qHT3），贡献率分别为12%和6%，来自元江普野的等位基因能提高群体的耐热性，分别可增加9.13%和6.71%的结实率。而位于第8、10染色体上的2个QTL（qHT8和qHT10），贡献率均为6%，来自元江普野的等位基因降低群体的耐热性，加性效应分别为-6.44%和-4.44%。研究结果不仅为耐热水稻品种的分子标记辅助育种提供参考，而且充分显示了利用野生稻的优异基因改良栽培稻抗逆性状的巨大潜力。     

不同生境下水稻稻米品质因子分析

运用因子分析法对不同生境下62个水稻品种中13个稻米品质性状研究结果表明,以前5个主因子对变异的累计贡献率>89％统计,垩白(垩白粒率和垩白度)、加工品质(糙米率、精米率、整精米率和碎米率)、粒形(糙米宽厚比、糙米长宽比)是影响早季稻米品质主要因素;糙米宽、整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量是影响晚季稻米品质的主要因素。主因子之间早季垩白与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比、碎米率与糙米宽厚比表现正向相关,晚季糙米宽与精米率和直链淀粉含量、精米率与糙米长和直链淀粉含量、糙米长与直链淀粉含量表现正向相关。主因子之间早季垩白与糙米率、精米率和整精米率,糙米率、精米率、整精米率与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比,碎米率与糙米长宽比,糙米宽厚比与糙米长宽比表现负相关,晚季糙米宽与整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量,整精米率与糙米长,精米率与直链淀粉含量表现负相关。     

非洲栽培稻基因渗入系粒形和剑叶形态性状的QTL定位

非洲栽培稻作为重要的水稻种质资源,其基因渗入系可以为普通栽培稻的遗传背景提供新的有利基因,如果能将这些优良基因引入普通栽培稻中,可为水稻分子设计育种提供新的基因资源。本研究以非洲栽培稻基因渗入系YIL60与轮回亲本中9B(Z9B)杂交衍生的包含188个株系的F₂和F_2:3群体为材料,对粒形性状包括粒长、粒宽、籽粒长宽比、千粒重,剑叶形态性状包括剑叶长、剑叶宽进行数量性状点位(QTL)检测。结果共检测到16个QTL,包括2个粒长QTL、3个粒宽QTL、2个籽粒长宽比QTL、2个千粒重QTL、1个剑叶长QTL、6个剑叶宽QTL,分布于第1、第6、第7、第10和第11号染色体上,贡献率为2.25%~25.64%;有4个多效性QTL区间,有4个QTL qGW7-1、qFLL10、qFLW10、qTGW7在F₂和F_2:3群体中被重复检测到,其中在第7号染色体RM3859-RM3394区间检测到同时控制粒长、粒宽、籽粒长宽比和千粒重的QTL,贡献率最高达17.10%,是一个来源于非洲栽培稻的新粒形QTL。本研究为进一步开展粒形、剑叶形态性状基因的精细定位、克隆和分子标记辅助育种工作奠定了一定的理论基础。     

重庆市部分新育成杂交水稻组合品质分析

对重庆市2005年水稻区域试验64个新组合的主要品质指标及产量性状分析结果表明,我市杂交水稻组合的稻米品质有了较大的提高,垩白粒率和垩白度两项主要品质均已有组合达国颁优质稻米一级标准,54.69%～73.44%的组合胶稠度达国颁优质稻米一、二级标准,但整精米率偏低、垩白粒率较高影响了稻米整体品质的提升.垩白粒率、垩白度与直链淀粉呈极显著的正相关、与粒形呈极显著的负相关,整精米率与垩白度呈显著的负相关;产量与品质性状的整精率、直链淀粉呈显著的正相关.适当增加有效穗、降低穗粒数和穗重,培育穗粒兼顾的组合可协调品质与产量的关系.     

水稻籼爪交和粳爪交杂种优势的研究:Ⅳ.籼爪交杂种品质性状的杂种优势分析

长沙生态条件下籼爪交杂交稻在整精米率、精米长宽比、垩白粒率、垩白面积率、碱消值和直链淀粉含量方面表现为正向超亲优势；在精米长宽比、碱消值和直链淀粉含量方面表现为正向对照优势。三亚生态条件下籼爪交杂交稻在糙米率、总精米率、情米长宽比和胶稠度方面表现出正向对照优势，三亚籼爪交杂交稻的糙米率、总精米率、整精米率、精米长宽比和胶稠度对照优势极显著高于长沙相应性状的对照优势；三亚的垩白粒率对照优势显著高于长沙的垩白粒率对照优势；三亚的碱消值和直链淀粉含量对照优势显著低于长沙相应性状的对照优势。     

大粒型水稻材料粒型性状的QTL定位

研究大粒型水稻材料对粒型相关基因的挖掘具有重要作用,同时也能为水稻超高产育种提供优质的种质资源。本研究以大粒型水稻材料lg1与9311杂交衍生的F2遗传分离群体为对象,分别采用2014年、2015年的粒型数据和2年的联合粒型数据,对控制其粒长、粒宽及粒厚的QTL进行初步定位。结果表明,3种情况下共定位到22个相关QTL,其中5个粒长QTL、9个粒宽QTL、8个粒厚QTL,分布于第1、第2、第3、第4、第5、第8和第11号染色体上。3种情况下均检测到QTL的有3个,即粒长QTL q GL-2-1、粒宽QTL q GW-5-1和粒厚QTL q GT-5-1,3个QTL增效等位基因均来自于亲本lg1;此外,有7个QTL在2014年、2015年和2年的联合数据定位中均被检测到,12个QTL只在1年或2年的联合数据定位中被检测到。q GL-2-1、q GW-2-3和q GT-2-3处于同一标记区间RM5812~RM13174,推测可能受同一粒型基因控制,是新的粒型QTL位点。主效QTL q GL-1-2和q GW-11-1可能是新的控制粒型QTL位点,其余检测到的QTL所在的大部分标记区间已有粒型QTL被定位或克隆。本研究结果为大粒水稻lg1粒型基因的精细定位及克隆奠定了基础。     

水稻籼爪交和粳爪交杂种优势的研究:Ⅲ.籼爪交杂种品质性状的表现

研究了长沙和三亚生态条件下籼爪交和对照杂交稻品质性状的表现。籼爪交杂交稻在长沙的整精米率极显著低于对照。垩白粒率显著低于对照，精米长、精米长宽比均显著大于对照；而在三亚的精米长、精米长宽比极显著大于对照。籼爪交杂交稻在三亚垩白面积率比长沙极显著变小、蛋白质含量显著升高。对照组合在三亚表现为整精米率、垩白面积率和胶稠度显著降低。     

早籼杂交稻稻米加工品质与外观品质的相关分析和改良途径

对16个早籼杂交组合稻米的加工品质和外观品质8项指标分析表明，现有早籼杂交稻无一组合的加工品质和外观品质全部指标能达到部颁食用优质米1级或2级标准，主要差距是精米率低、垩白米率高和垩白面积大；整精米率、垩白米率和垩白面积组合间差异较大。通过相关分析看出：糙米率与精米率、整精米率；整精米率与精米率呈极显著正相关，粒长与粒型呈极显著正相关，与垩白面积呈显著正相关；粒宽与粒型呈极显著负相关，与垩白米率呈显著正相关。在优质早籼稻选育中应把降低垩白面积和垩白米率作为主攻目标，对亲本改良首先改良不育系的垩白。     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

利用双向导入系和重组自交系解析水稻加工品质的遗传基础

水稻加工品质直接影响水稻的商品价值。为解析水稻加工品质的遗传基础,以粳稻秀水09和籼稻IR2061构建的2套双向导入系和1套重组自交系为材料,在温州和三亚环境下考察了稻米加工品质,并进行了加工品质性状的数量性状位点(QTL)定位。本研究构建了一张包含145个简单重复序列(SSR)分子标记的遗传连锁图,该连锁图总长1 567.8 cM,秀水09和IR2061背景导入系的平均背景回复率分别为90.15%和85.82%。双亲的糙米率和精米率无显著差异,秀水09整精米率显著高于IR2061。3套群体的加工品质均表现为连续分布,且糙米率、精米率和整精米率3个性状间彼此均呈显著正相关。在两个环境下共定位到影响糙米率、精米率和整精米率的29个主效QTL和20对上位性QTL,其中6个QTL在其中的两套群体中被重复定位到,2个QTL在两个环境下稳定表达,10个QTL与环境互作,说明遗传背景和环境显著影响加工品质QTL的表达。此外,在第7号染色体RM432~RM11区间、第8号染色体RM80~RM458区间和第9号染色体RM257~RM278区间均同时定位到影响糙米率、精米率和整精米率的QTL,秀水09等位基因在这些QTL处均提高加工品质。研究结果可为分子改良水稻加工品质提供重要基因资源的参考依据。     

协青早B//协青早B/东乡野生稻BC1F5群体产量性状QTL分析

两年同地种植协青早B//协青早B/东乡野生稻BC1F5群体的202个株系，利用含149个DNA标记的连锁图谱，检测到23个产量性状QTLs，包括每株穗数2个、每穗实粒数4个、每穗总粒数6个、结实率5个、千粒重4个和单株产量2个；有9个QTLs的增效等位基因来自东乡野生稻，包括每株穗数2个、每穗实粒数1个、每穗总粒数5个和千粒重1个，其中6个与前人应用野栽群体检测到的产量性状QTLs位于相似区间。这23个QTLs分布于除第11染色体外的所有水稻染色体中，其中18个形成8个QTL簇，含增效等位基因来自野生稻的2个、来自协青早B的4个，以及效应方向发生变化的2个。这些结果为东乡野生稻增产等位基因的发掘提供了基础。     

花后增温对双季优质稻产量和品质的影响

为明确未来气候变暖对双季优质稻产量和稻米品质的影响,采用开放式主动增温系统,早稻以金早47(常规籼稻)、两优287(杂交籼稻),晚稻以象牙香珍(常规籼稻)、万象优华占(杂交籼稻)和甬优5550(籼粳杂交稻)为试验材料,研究花后增温对双季优质稻产量和稻米品质的影响。结果表明,花后増温(早稻1.29℃,晚稻1.73℃)对早晚稻产量均无显著影响。增温条件下,早稻加工品质和垩白粒率均无显著变化,垩白度平均提高了16.0%;晚稻糙米率、整精米率、垩白粒率和垩白度分别平均提高了1.8%、3.5%、30.3%和27.2%;早晚稻蛋白质含量平均提高了6.27%,但直链淀粉含量平均降低了3.53%,淀粉颗粒的平均粒径提高了0.09 μm。增温对稻米RVA谱特征值的影响在季别和品种间存在较大变异。综上,花后增温对早晚稻产量无显著影响,有利于改善稻米的加工品质和营养品质,但降低了稻米的外观品质。本研究结果为未来气候变暖下双季优质稻的优质丰产栽培提供了理论依据。