水稻香味基因的遺傳和研究進(jìn)展

張俊寶潘惠文劉海英

（1.哈爾濱市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 黑龍江哈爾濱 150070；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 五常水稻研究所 黑龍江五常 150229）

水稻香味基因的遺傳和研究進(jìn)展

張俊寶1潘惠文1劉海英2*

（1.哈爾濱市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 黑龍江哈爾濱 150070；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 五常水稻研究所 黑龍江五常 150229）

香味是香稻最重要的品質(zhì)特性之一。本文通過對水稻香味遺傳研究進(jìn)展的分析，從水稻香味的化學(xué)成分、鑒定方法等方面存在著的問題進(jìn)行探討，從而為香稻的育種提供可參考的價值。

水稻 香味基因 遺傳 研究進(jìn)展

水稻是是人類生存最重要的糧食之一,隨著人們的生活水平的不斷提高,對糧食的品質(zhì)有了更高的要求。香稻是糧食作為的一種,普遍受到人們的喜愛,其主要原因是其中散發(fā)著一種香味,具有很高的營養(yǎng)價值。據(jù)相關(guān)的報道,水稻中含有豐富的營養(yǎng)成分,主要包括氨基酸、蛋白質(zhì)等微量元素,其中香稻中的鐵元素和鋅元素比普通的水稻要高出70%左右,其中的硒元素更是占據(jù)著香稻營養(yǎng)成分的一大半。因此香稻備受人們的青睞,且良好的經(jīng)濟(jì)價值和市場前景促使人們對香稻進(jìn)行大量的研究,但是在對水稻香味的研究上還存在著一定的問題,需要進(jìn)入更加深入的研究。

1 香稻米的定義、類型和分布

我國農(nóng)業(yè)部的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對香稻定義進(jìn)行了闡釋,香稻就是自身含有特殊的香味,能夠在有效地被人們所識別,在食用的過程中散發(fā)出能夠被人們輕易識別的香味。香稻資源分布遍布世界各地,最集中的地區(qū)主要在東南亞和南亞地區(qū),主要在印度、孟加拉國等國家,而我國也有許多地區(qū)種植香稻。世界上著名的水稻品種有泰國的KDML1105、巴基斯坦的Bsamati系列等,中國的香稻品種也是多種多樣,如湖南江永香米、陜西洋縣香米、福建的過山香米、江西萬年香米［1］、黑龍江特種香稻［2］等。

研究者對于香稻的分類有按植物種性、按散發(fā)氣味和對稻米香味感覺的強(qiáng)弱程度分類。香稻的香味類型多種多樣,說明了香稻的香味彼此之間的化學(xué)成分有著很大的不同,因此對香稻香味化學(xué)成分的研究可以掌握香稻的主要類型［3］。

2 香味的鑒定方法

目前香味的評價還是靠人的感官。最常用的就是定性分析法,但最準(zhǔn)確的是定性與定量分析相結(jié)合的方法。定性分析常使用熱水、咀嚼等進(jìn)行鑒定,還可以通過氫氧化鉀浸泡進(jìn)行簡答的操作。口嚼法有偏差［4］,Nagarajn等首先采用熱水法分析香味［5］。該法雖有助于提高鑒別的準(zhǔn)確性,但在對綠色營養(yǎng)器官分析時,強(qiáng)烈的葉綠素氣味會影響香味的鑒別?，F(xiàn)普遍采用的是Sood等首創(chuàng)的氫氧化鉀浸泡法,由多人組成鑒定小組,預(yù)以評定［6］。在實(shí)際水稻香味的鑒定研究中,常常是氫氧化鉀浸泡與口嚼籽粒兩種方法聯(lián)合使用。雖然介紹的這幾種定性分析法比較簡單,容易操作,但卻不夠可靠、科學(xué),容易受到人的嗅覺和味覺上的差異影響。

定量定性分析法就是一種比較科學(xué)的研究鑒別方法,精確度比較高,具有較強(qiáng)的靈敏性,主要運(yùn)用氣-質(zhì)聯(lián)用法,能夠有效的鑒別水稻中香味的含量和種類,也是目前研究中效果最好的一種方法［7,8］。但是這些鑒定方法操作繁瑣,費(fèi)時費(fèi)力,花銷較大,還有待于改進(jìn)。

隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展,開發(fā)出與香味基因緊密連鎖的分子標(biāo)記［9,10］, 這些標(biāo)記能夠快準(zhǔn)確的檢測香味基因。張江麗研究結(jié)果表明［11］,傳統(tǒng)的味覺和嗅覺法與香味功能基因分子標(biāo)記檢測結(jié)果比還存在一定的誤差。嗅覺檢測誤差率達(dá)到15.3%,,味覺檢測誤差率為2.2%。因此,開發(fā)和利用香味功能基因分子標(biāo)記,并結(jié)合谷粒咀嚼品嘗,是鑒定水稻種質(zhì)香味性狀快速、準(zhǔn)確的策略。

3 稻米香味的主要成分

Widjajaetal在一系列香型和非香型水稻谷粒中鑒定了300多種揮發(fā)性化合物,許多研究者認(rèn)為2-乙酰-1-吡咯啉是爆米花香氣的決定性因素,被認(rèn)是香米香味的主要的香味化合物,Pinson研究出香米和非香米之間的不同在于2-乙酰-1吡咯啉的含量多少,而不是2-乙酰-1吡咯啉的有無,香米中也含有普通稻米沒有的化合物。

隨著對水稻香味成分的不斷研究,相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn),水稻的香味中除了2-乙酰-1吡咯啉這種香味物質(zhì)外,還有其他的物質(zhì)發(fā)揮著重要的作用。如鏈烷醛、2-苯基乙醇等和不同香稻的特異性香味及香味強(qiáng)度相聯(lián)系,同時許多別的化合物也被發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了水稻香味的形成,有學(xué)者研究出水稻香味中的α-吡咯酮也發(fā)揮著不可替代的作用。水稻香味與多種揮發(fā)性的化合物有關(guān),也就是因?yàn)樗鞠阄痘瘜W(xué)成分中的化合物的比例和種類不相同,從而揮發(fā)出不同香味的水稻,但對于這方面的研究還不能完全的支持此種觀點(diǎn)。

4 水稻香味的遺傳和形成機(jī)制

國內(nèi)外的學(xué)者在水稻香味的遺傳機(jī)制上都有過相關(guān)的深入研究,水稻香味是受細(xì)胞核基因控制的遺傳性狀,與細(xì)胞質(zhì)遺傳無關(guān)。不同的科學(xué)家以非香親本×香親本雜交,根據(jù)F2代香和非香分離比,得出以下幾種結(jié)論。香味基因由一對隱性主效基因控制、顯性單基因控制、雙隱性基因控制、兩對隱性互補(bǔ)的基因控制和三個顯性互補(bǔ)基因控制。但目前多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果傾向于水稻香味受一對單隱性基因支配。國內(nèi)外對于水稻香味的遺傳模式說法不一,除了由于香味的鑒定方法不一樣,香味的識別準(zhǔn)確率存在誤差外,主要原因?yàn)楣┰嚥牧喜煌a(chǎn)生的不同的觀點(diǎn),香味基因可能存在差異。

5 水稻香味基因定位

近年來隨著生物分子學(xué)的不斷發(fā)展研究手段的提高,許多的學(xué)者利用RFLP、SNP、STS等來分析水稻香味基因并進(jìn)行定位。在香味基因定位方面,在水稻第3,4,5,8,9,11,12染色體7個染色體上都有定位研究報道。目前,水稻第8染色體上的香味研究報道較多,然而近來的研究進(jìn)一步支持這個結(jié)果。Bradbury報道8號染色體上編碼甜菜堿乙醛脫氫酶2的基因Badh2與水稻香味直接相關(guān)。Badh2基因第七外顯子8個堿基的缺失和3個核苷酸的多態(tài)性,導(dǎo)致該基因表達(dá)的酶失去原有的功能,使水稻變香。任鄄勝利用Temnykh等人的研究基礎(chǔ)對第8號染色體上的D香2B香味基因進(jìn)行定位,將SSR引物RM210與D香2B基因的定位點(diǎn)之間相差17.3cm,與RM515之間相差5.7cm。陸艷婷等人對等位基因的特異性擴(kuò)增使用擴(kuò)增受阻突變體系PCR技術(shù)進(jìn)行檢測,檢測出了水稻香味基因,方法快速有效,可應(yīng)用于香育種。

6 水稻香味基因的克隆

克隆分析發(fā)現(xiàn),香稻品種中有1個8bp在Badh2 編碼區(qū)的第7個外顯子中缺失和3個SNPs 差異從而導(dǎo)致不能進(jìn)行翻譯,進(jìn)而提前終止,產(chǎn)生了的沒有效果的BADH2蛋白。但在中國的一些香稻種質(zhì)中,發(fā)現(xiàn)香味基因是在第2 外顯子上有7個堿基缺失的等位基因。目前在研究中還沒有發(fā)現(xiàn)新的等位基因,也沒有對香米的基因進(jìn)行新的定位,克隆方面還沒有新的報道。

7 問題與展望

對水稻香味的研究上還處于不斷探索的階段,經(jīng)長時間的努力,在水稻香味化學(xué)成分、香味遺傳機(jī)制和克隆以及水稻香味的分子標(biāo)記輔助選擇上還取得良好的研究成果。但仍存在問題,一是水稻香味遺傳機(jī)制和形成過程相對復(fù)雜,控制香味基因越多,雜交后代中具有香味個體越少。另外受環(huán)境的影響使香味的表達(dá)存在著較大的差異。還有香味成分多樣,香味的鑒定方式不同,但各種方式之間又存在著一定的誤差。因此研究香稻香味遺傳、香味檢測方法,加強(qiáng)分子標(biāo)記、基因定位等技術(shù)研究,促進(jìn)優(yōu)質(zhì)香稻的育種。

［1］王曉焰.水稻香味基因的遺傳分析及初步定位［D］.碩士論文.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院.2007.

［2］東北優(yōu)質(zhì)粳稻品種“稻花香 2 號”分子改良取得重要進(jìn)展.科學(xué)新聞.

［3］楊揚(yáng)，謝震澤，王軻，等.水稻香味的遺傳研究進(jìn)展［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，31（3）：24-29.

［4］宋文昌，陳志勇，張玉華.同源四倍體和二倍體水稻香味的遺傳分析.作物學(xué)報，1989，15（3）：273-277.

［5］任鄄勝，肖培村，陳勇，等.幾個香稻保持系香味的遺傳研究.種子，2004，（12）：8-10.

［6］顧建明.香粳 8618 米飯重要香成分的鑒定［J］.中國糧油學(xué)報，1999，14（5）：15-17.

［7］徐小龍，趙國超，李建粵. 24種香稻品種甜菜堿醛脫氫酶2基因突變位點(diǎn)的分析及分子標(biāo)記開發(fā)［J］. 植物分類與資源學(xué)報2011，33（6）：667-673.

［8］趙志鵬，李剛，施標(biāo)，等. 利用分子標(biāo)記輔助選育香型優(yōu)質(zhì)粳稻新種質(zhì)［J］.上海農(nóng)業(yè)學(xué)報2015，31（5）：1-5.

［9］張江麗，李蘇潔，李娟，等不同來源水稻種質(zhì)資源香味基因badh2位點(diǎn)的鑒定［J］.分子植物育種，2015，13（4）727-733.

［10］任光俊，陸賢軍，張翅，等.水稻香味的遺傳分析［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，1999，12（2）：24-27

［11］任鄄勝，肖培村，陳勇，等.幾個香稻保持系香味的遺傳研究.種子，2004，（12）：8-10.

S511

A

1674-2060（2016）03-0009-01

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目科技創(chuàng)新人才（編號：2015RQQYJ084）、黑龍江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程資助項(xiàng)目（編號：2013ZD021）。

劉海英（1978-），女，雞東縣人，碩士研究生，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院五常水稻研究所，主要從事水稻遺傳育種工作。