优质稻米育种研究获重要进展

正稻米垩白是灌浆期胚乳淀粉粒和蛋白质颗粒排列疏松而充气所形成的白色不透明部分,极大地影响了稻米外观、加工品质、蒸煮食味品质和营养品质。一个主效数量性状基因座Chalk5编码了一种液泡H+转运焦磷酸酶,影响了水稻籽粒垩白性状。华中农业大学研究团队成功克隆了第一个控制稻米垩白的主效基因Chalk5,不仅为优质稻米的分子育种提供了目标基因,还为水稻优质育种实践提供了理论指导。     

水稻稻瘟病抗性基因Bsr-d1功能标记的开发和利用

稻瘟病是危害水稻最严重的病害之一, 选育抗病品种是防治该病害最有效的方法。Bsr-d1是对稻瘟病菌具有广谱抗性的一个重要基因。为提高Bsr-d1基因在育种中的选择效率, 根据Bsr-d1与其感病等位基因bsr-d1在功能区域存在的单核苷酸差异, 设计和筛选出Bsr-d1基因不同类型的基因功能标记CAPs5-1和3Bsr-d1/3bsr-d1, 结合测序分析验证, 可准确鉴定出Bsr-d1的不同基因型。利用3Bsr-d1/3bsr-d1对34份籼稻品种、江苏历年来主要推广的110份粳稻品种、其他省份的13份粳稻品种、148份太湖流域地方粳稻资源和19份太湖流域地方籼稻资源进行了Bsr-d1基因型检测, 筛选到携带Bsr-d1基因的籼型资源11份, 271份粳型资源中均不携带Bsr-d1基因, 这也说明Bsr-d1主要分布在籼型水稻资源中, 在粳型资源中几乎不存在。本研究为Bsr-d1基因的育种利用和分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻苗期耐低温基因COLD1新功能标记的设计与验证

籼稻和粳稻在苗期耐低温基因COLD1的第4外显子存在1个功能性单碱基变异SNP2,粳型COLD1 ^Jap等位基因低温耐受性表现更强,具有重要的育种利用价值。通过籼粳杂交,可将粳型COLD1 ^Jap等位基因导入籼稻品种,提高其低温耐受力。为提高COLD1基因的选择效率,根据粳型COLD1 ^Jap与籼型COLD1 ^Ind基因存在的单核苷酸差异,结合扩增受阻突变体系PCR的技术原理设计功能标记。应用5个籼稻品种、5个粳稻品种、1个籼粳杂交F₁个体以及1个籼粳杂交F₂群体对功能标记进行检测验证。结果表明,所设计的功能标记可准确区分纯合粳型COLD1 ^Jap、纯合籼型COLD1 ^Ind和杂合基因型,其扩增带型与基因型完全一致,是一种鉴定COLD1基因的有效方法。该标记弥补了前人设计的衍生型酶切扩增多态性序列功能标记费用昂贵、操作复杂及费工费时等不足,可广泛应用于水稻COLD1基因的资源鉴定和分子标记辅助选择育种。     

籼粳稻杂交对中国东北粳稻品质的影响

从系谱分析,中国东北粳稻改良品种大多是籼粳稻杂交育成的,以生产上推广的中国东北粳稻与日本粳稻为试材,利用籼粳特异性InDel与SSILP标记分析籼稻血缘相对含量,以程氏指数法比较形态分化差异,同时测定10项主要稻米品质性状,分析籼稻血缘、形态分化与品质性状的关系。结果表明,中国东北粳稻在保持粳型遗传背景的同时引入了较多的籼型血缘,籼型位点频率平均为4.71%,显著高于日本粳稻的0.30%。中国东北粳稻12条染色体籼型位点频率差异很大,第5、第6、第10和第11染色体超过5%,最高的第5染色体达到9.83%,最低的第7染色体只有0.59%。籼型位点频率为辽宁(6.17%)>吉林(3.92%)>黑龙江(3.44%),辽宁显著高于吉林和黑龙江,而吉林与黑龙江差异不显著。程氏指数法分别将中国东北粳稻和日本粳稻判别为偏粳类型和粳型,穗颈维管束性状也有明显差异。日本粳稻碾磨品质明显优于中国东北粳稻。程氏指数与碾磨品质呈极显著正相关。籼型位点频率与碾磨品质和食味值呈极显著或显著的负相关,与垩白粒率呈极显著正相关,黑龙江品种垩白粒率和垩白度低是中国东北粳稻垩白性状总体低于日本粳稻的主要原因。     

食用稻米品质性状间的相关性分析

对来自全国各地的8 390份稻米样品按籼型常规稻、籼型杂交稻、粳型常规稻和粳型杂交稻进行分类,并对其品质性状做了相关分析和多重比较。简单相关分析的结果表明：（1）在碾磨品质上,糙米率、精米率、整精米率两两极显著正相关;（2）在外观品质上,籼粳稻的长宽比与糙米率、精米率、整精米率、垩白率、垩白度均呈显著负相     

秸秆全量还田与氮肥运筹对机插优质食味水稻产量及品质的影响

以江苏优质食味水稻代表性品种南粳5055和南粳46为材料,在总施纯氮量为300 kg hm–2条件下,设置9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6共6种基蘖肥与穗肥比例运筹,探讨秸秆全量还田与不同氮肥运筹比例对机插优质食味水稻产量及稻米品质的影响。结果表明,与秸秆不还田相比,秸秆全量还田具有显著的增产效应,南粳5055、南粳46平均增产5.04%、4.64%;随基蘖氮肥占总施氮量比例下降,秸秆全量还田机插粳稻产量呈先增后减趋势,基蘖氮肥与穗氮肥比例为7∶3时,水稻产量最高。秸秆全量还田显著增加了稻米的蛋白质含量,降低了垩白率和垩白度,对改善稻米的外观品质和营养品质有一定作用。秸秆全量还田还有利于蒸煮食味品质的改善,显著提高稻米的崩解值和食味值,显著降低稻米的消减值。提高穗肥占总施氮量的比例可以显著改善稻米的加工和营养品质,提高整精米率,但同时增加了稻米垩白,降低了稻米外观品质,且稻米蒸煮食味品质也有所下降。     

我国东北地区稻米垩白发生规律研究

以生产上大面积推广应用的水稻主栽品种为样本, 分析了东北全区域活动积温与水稻垩白率、垩白面积、垩白度的关系. 结果表明, 垩白率是影响这一地区稻米垩白品质的主要因素. 稻米垩白率的发生与当地活动积温呈显著负相关, 并与水稻低温冷害发生规律相一致. 一般气候正常年份东北各地都可以生产出低垩白优质米, 异常低温气候条     

水稻种质资源香味基因Badh2的分子鉴定及香稻筛选

稻米香味性状是稻米品质的重要评价指标,香稻的培育是提高稻米附加值进而提高农民种粮积极性的有效手段,而香稻育种面临遗传背景来源单一的瓶颈大大制约了香稻的育种进程。发掘和利用香稻种质资源,扩大香稻遗传多样性是解决这一问题的主要途径。本研究利用已知水稻香味基因Badh2的分子标记,分析了来自世界各地的817份水稻种质资源及25份野生稻祖先的Badh2基因型。通过品尝法对具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,研究结果表明,83份水稻种质资源材料具有突变型Badh2基因,其中包括籼稻52份、粳稻30份、中间型1份;而普通野生稻和尼瓦拉野生稻均为野生型Badh2,表明香味性状是在栽培稻驯化过程中由香味基因Badh2自然突变产生。通过人工咀嚼法对83份具有突变型Badh2的稻米进行了香味性状鉴定,结果表明有28份稻米具有明显的香味,其中籼稻为20份,粳稻7份,中间型1份,并且籼稻香味浓郁程度普遍高于粳稻,推测Badh2受遗传背景影响而导致2-乙酰-1-吡咯啉在籽粒中积累量不同。本研究鉴定的香稻种质资源将为开展稻米香味性状遗传改良提供重要材料支撑。     

用全基因组关联分析解析籼稻垩白的遗传基础

利用272份全球籼稻微核心种质的重测序SNP基因型,对海南三亚、广东深圳、浙江杭州和湖北荆州4个地点收集到的垩白粒率和垩白度性状采用TASSEL软件进行全基因组关联分析,解析籼稻垩白的遗传基础和挖掘影响垩白粒率和垩白度的优异等位基因。结果表明,依据SNP数据,可将籼稻微核心种质分成3个亚群。4个地点分别检测到42个和44个与垩白粒率和垩白度显著关联的位点,位于全部12条染色体上。2个性状分别有21个和19个位点在2个以上环境下同时被检测到,这些位点中有12个位点同时影响垩白粒率和垩白度,11个位点附近都有已克隆的水稻品质相关基因。其中,第5染色体3.3~5.3 Mb区间在4个地点都被检测到与垩白粒率显著关联,以杭州点对垩白粒率的贡献最大,优异等位基因载体品种为IRGC121689;第12染色体的17.5~18.0 Mb区间在三亚和杭州都被检测到与垩白度显著关联,以三亚点的垩白度贡献最大,优异等位基因载体品种为IRGC122285。这些位点和品种资源可作水稻外观品质分子改良的重要基因和品种资源。     

利用分子标记辅助选择聚合水稻Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因

近年来,优良食味粳稻品种南粳46、南粳5055和南粳9108在江苏等地大面积推广,促进了优质稻米产业的发展。但这些品种均不抗稻瘟病,且缺乏适合在淮北地区种植的中熟中粳型优良食味粳稻品种。本研究以同时携带稻瘟病抗性基因Pi-ta和Pi-b的江苏抗病、高产粳稻品种武粳15为母本,携带低直链淀粉含量基因Wx-mq的优良食味粳稻品种南粳5055为父本配置杂交组合进行聚合育种。利用Pi-ta和Pi-b基因的分子标记多重PCR体系以及Wx-mq基因的四引物扩增受阻突变体系PCR检测技术,分别在不同的分离世代对目标基因位点进行检测,结合田间多代选育、抗性鉴定和籽粒胚乳外观鉴定,成功地将Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合于一体,选育出稻瘟病抗性好、食味品质优、产量高的水稻新品系"南粳0051",适合在江苏省淮北地区种植。本研究将三套自主研发的PCR检测体系成功应用于分子标记辅助选择,不仅为水稻多基因聚合育种提供了快捷、高效的选择方法,也为水稻抗病、优质育种创制了新的种质资源。     

水稻InDel和SSR标记多态性的比较分析

为评价插入缺失（InDel）标记在水稻分子育种中的应用价值,本研究用日本晴和9311序列筛选得到遍布每条染色体的20对InDel标记和53对SSR标记,分析46份粳稻和47份籼稻的遗传多样性。研究表明这些InDel标记在籼粳亚种间具有很高的多态性,亚种内多态性较低,平均多态性水平显著小于SSR标记,InDel标记具有数量多,扩增产物稳定和易于检测等优点,将InDel标记应用到遗传图谱构建、基因定位分析和标记辅助选择中可以加速研究进程。     

杂交稻部分不育系与恢复系的SSR分类

选用分布于水稻(Oryza sativa L.)12条染色体上的36对SSR(simple sequence repeats)引物，分析了5个光温敏核不育系、7个细胞质雄性不育系及54份来自不同生态类型恢复系或品种的遗传差异。在供试材料中共检测出300条多态性片段，平均每对SSR引物检测到8.33条。分析结果表明，(1) SSR标记明确地把供试的66份水稻材料中的65份区分开来，和已知系谱的亲缘关系多数吻合，与表型性状聚类结果也有一定的相似性。(2) 以GD=0.73为标准，可准确地将籼稻、粳稻、野生稻三大类区分开；以GD=0.63为标准，又可区分出籼稻大类中带有粳稻或野生稻血缘的品种。表明SSR标记对籼稻、粳稻、野生稻品种的分类灵敏度高、结果可靠；并筛选出可用于鉴别水稻籼粳类型的10对特异性引物。(3) 以GD=0.56为标准，将供试材料划分在8个生态类型中，为生产上杂优组合亲本的选配提供了一些有益的参考。同时，生产上常用的一些杂交稻亲本划分在不同的生态类型中，表明强优势组合亲本间的遗传差异一般较大。     

双季晚粳生产力及相关生态生理特征

于江西鄱阳、上高县,选用代表性晚粳稻品种(武运粳24、南粳44、镇稻11、常优1号、常优5号、甬优8号)在高产栽培条件下以当地代表性晚籼稻品种为对照,系统比较了粳、籼稻间产量、品质和效益的差异,初步阐明了双季晚粳生产力优势,并从温光利用、株型、光合物质生产等方面探讨了其优势形成的生态生理特征。结果表明,3年晚粳平均产量分别为9.6、8.3、9.9 t hm^-2 (2011年上高县甬优8号最高产量田块达10.6 t hm^-2),极显著高于晚籼,而其产量高的主要原因是每穗粒数、结实率显著或极显著高于籼稻;晚粳加工品质、食味品质优于晚籼(晚粳出糙率、精米率、整精米率显著或极显著高;其直链淀粉、蛋白质含量显著或极显著低,胶稠度显著或极显著长),外观品质逊于晚籼(粳稻的垩白率、垩白大小、垩白度均显著或极显著高于籼稻);晚粳效益高于晚籼(3年晚粳的纯收益分别为11 890.6、10 252.1、16 565.9元 hm^-2,分别高23.8%、23.6%、26.7%)。双季晚粳生产力优势形成的相关生理生态特征为,较籼稻全生育期特别是结实期明显延长,抽穗结实期较籼稻适应凉爽气候,增加对温光资源利用,能正常成熟;后期有较高光合生产能力,增大了群体光合物质生产积累量,源库协调性好,库容总充实量高;生育后期在偏低温气候下不早衰,维持较强根系和较大茎鞘强度,具有较强群体抗倒伏能力。     

寒地早粳品种稻瘟病抗性与品质关系的研究

采用寒地早粳近5年参加黑龙江省区域试验和生产试验的131个品种,对稻瘟病抗性与品质诸性状的相关关系进行了研究,结果表明,寒地早粳水稻品种穗颈瘟抗性与水稻品种长宽比的相关系数为－0.1967,达到显著负相关;叶瘟、穗颈瘟抗性与水稻品种垩白大小呈显著正相关,平均相关系数分别为0.2026和0.1995;叶瘟、穗颈瘟抗性与垩白米率呈极显著正相关,平均相关系数分别为0.2276和0.2240;叶瘟、穗颈瘟抗性与垩白度除人工鉴定穗颈瘟外均呈显著正相关,叶瘟平均相关系数为0.1789,穗颈瘟平均相关系数为0.1630。叶瘟抗性与水稻品种蛋白质含量的相关系数平均为0.2159,达到显著负相关;稻瘟病抗性与水稻品种蒸煮品质、食味品质相关性因试验方法而不同,胶稠度、直链淀粉含量、食味在人工鉴定条件下存在着显著负相关性。因此,在寒地稻区选育优质、高抗稻瘟病的水稻新品种是完全可能的。     

水稻穗上不同部位籽粒垩白性状的差异

以中熟籼稻扬稻6号和中熟粳稻武育粳3号为材，研究了在不同施肥水平下，稻米垩白度与垩白粒率在穗上不同部位和不同粒位籽粒间的差异及其分布特点。结果表明，在稻穗同一部位，籽粒的垩白度和垩白粒率二次枝梗高于一次枝梗；一次枝梗上第6粒位籽粒的垩白度较高，第1粒位籽粒的垩白度较低；在二次枝梗上，第1粒位籽粒的垩白度较低，第3、4粒位籽粒的垩白度较高；垩白粒率，一般穗下部>中部>上部；一次枝梗上第2粒位籽粒最高，第1或第6粒位籽粒最低；在二次枝梗上，一般以第1粒位籽粒最低。在0～240 kg/hm2范围内增施氮肥可以降低垩白度和垩白粒率。     

Genome-wide InDel marker system for application in rice breeding and mapping studies

In order to widen the genetic basis for local rice breeding programs, a set of 506 PCR-based novel insertion/deletion (InDel) markers were designed. The markers have size differences larger than 30 base-pairs and were generated by published genome sequences of rice (Oryza sativa L.) indica and japonica subspecies. Among the 506 InDel markers, 133 markers are polymorphic between the selected parents Taiken 2 and Taichung Sen 10, which are elite Taiwanese japonica and indica varieties, respectively. The InDel to amplicon size ratios, based on the japonica template, were in the range of 8.8–45.6 %, with an average of 21.6 %. As a result, the PCR product can be efficiently separated and easily scored by running 30 min of non-submerging electrophoresis on 2–3 % agarose gels. Commonly observed non-parental bands originated from heteroduplex are considered beneficial in distinguishing homo- and hetero-zygotes. A linkage map constructed solely on these markers arranged in 12 linkage groups and extended over 1,413.9 cM with an average distance of 9.8 cM between markers, based on a segregating population of 286 F₂ individuals derived from a cross between Taiken 2 and Taichung Sen 10. The result indicated that InDel markers with moderate size differences were abundant and uniformly distributed across the whole genome of rice. Due to their simplicity in design and robustness in genotyping, these InDel markers have been routinely used in our quantitative trait loci mapping studies and marker-assisted selection programs for rice. We suggest that InDel markers with moderate size differences could be a valuable alternative in addition to the widely used SSR and SNP markers for rice breeding, and particularly suitable for field laboratories at breeding stations and/or laboratories with limited resources.     

水稻亚种间优质米偏籼组合选育研究

在１６个亚种间杂交组合中,有６个偏籼组合的米质达到部优二级标准。选择优质米偏籼组合时,应抓好亲本选择：（１）选用优质米籼型（或偏籼型）不育系作母本;（２）重视双亲的垩白度和透明度的选择,最好两个性状在双亲中都属于部优级标准;（３）选用双亲性状互补,特别是对米质起重要作用的性状,不要选用都是非部优级标准的双产性状。