浙江省常規(guī)粳稻品質(zhì)育種現(xiàn)狀及對(duì)策

陶國(guó)才，葉勝海，葉靖，常志遠(yuǎn)，張銳劍，曹棟棟，阮關(guān)海，朱國(guó)富*

(1.嘉興市南湖區(qū)七星街道農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，浙江 嘉興 314005； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021)

我國(guó)水稻育種經(jīng)歷20世紀(jì)50年代矮化育種，70年代雜種優(yōu)勢(shì)利用和90年代超高產(chǎn)育種等幾個(gè)階段[1-3]。一直以來(lái)，產(chǎn)量是衡量新品種的首要指標(biāo)，品質(zhì)育種不受重視。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)稻米的品質(zhì)要求也逐步提高，已從過(guò)去的“吃得飽”向“吃得好”轉(zhuǎn)變[4]。尤其是粳米幾乎全部是直接作為“口糧”消費(fèi)，因此，粳稻的品質(zhì)，尤其是食味品質(zhì)非常重要。在高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，改良粳稻品質(zhì)[5]，有利于提高稻米的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，增加農(nóng)民收入。粳稻育種也從之前主要強(qiáng)調(diào)堊白、透明度等外觀品質(zhì)轉(zhuǎn)向兼顧黏度、膠稠度、適口性等食味品質(zhì)[6]。

浙江省尤其是浙北地區(qū)粳稻種植面積較大[7]，2016年以來(lái)種子管理部門加大了對(duì)品質(zhì)育種的扶持力度，放寬了優(yōu)質(zhì)食用粳稻審定對(duì)產(chǎn)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。目前浙江省在粳稻食味品質(zhì)育種、食味鑒定方法、影響食味品質(zhì)的栽培技術(shù)等方面的研究雖然已經(jīng)比較成熟，但還有許多值得探討提升的地方。本文論述了浙江省粳稻品質(zhì)育種的發(fā)展現(xiàn)狀，以及提高粳稻品質(zhì)遇到的困難和解決思路。

1 粳稻品質(zhì)育種發(fā)展概況

稻米品質(zhì)育種源于日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)水稻育種一直以來(lái)都以高產(chǎn)為首要目標(biāo)，品質(zhì)育種起步較晚，直到 20 世紀(jì)改革開放后，隨著生活水平提高，人們對(duì)優(yōu)質(zhì)粳米的需求擴(kuò)大，育種家意識(shí)到我國(guó)食用稻米品質(zhì)離國(guó)際優(yōu)質(zhì)稻米標(biāo)準(zhǔn)差距較大，才開始品質(zhì)育種研究[8]。我國(guó)粳稻育種以東北三省、長(zhǎng)江中下游的江、浙、滬、皖、鄂，以及長(zhǎng)江上游的滇、黔等省為主。由于地理、氣候條件的優(yōu)勢(shì)，東北三省選育的品種由于可以直接利用日本、韓國(guó)的優(yōu)質(zhì)親本，其育成品種的品質(zhì)普遍較優(yōu)。浙江省在國(guó)內(nèi)也較早地開展了粳稻品質(zhì)育種，研究人員克服了浙江生態(tài)條件不利優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)等因素，在20世紀(jì)90年代育成了產(chǎn)量較高、品質(zhì)較優(yōu)的粳稻品種秀水11、秀水63；21世紀(jì)初育成了品質(zhì)較優(yōu)的粳稻品種秀水110、嘉花1號(hào)、浙粳27；近年來(lái)隨著育種材料的不斷改進(jìn)，粳稻優(yōu)質(zhì)稻米育種水平也在穩(wěn)步提升，優(yōu)質(zhì)稻米品種嘉58、浙粳88、秀水134、浙粳59、浙粳99、中嘉8號(hào)等，在浙江糧食生產(chǎn)上發(fā)揮了重要作用，提升了浙江居民稻米的食味水平。

2 粳稻品質(zhì)評(píng)價(jià)

隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)稻米品質(zhì)要求也越來(lái)越高，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)在稻米品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用受到了全世界稻谷主產(chǎn)國(guó)的重視。為更精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)稻米品質(zhì)，建立科學(xué)、合理的粳米品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，采用先進(jìn)適宜的定量評(píng)價(jià)方法顯得尤為重要和迫切。

粳稻品質(zhì)指粳稻米及相關(guān)產(chǎn)品滿足消費(fèi)者或生產(chǎn)加工需求的各種特性，主要細(xì)化為糙米率、精米率、整精米率、粒型、堊白度、透明度、糊化溫度、膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量等10項(xiàng)指標(biāo)[9]。其中，外觀品質(zhì)包含籽粒長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、堊白和透明度等；碾磨品質(zhì)包括糙米率、精米率和整精米率等；理化分析包括糊化溫度、膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量等；食味評(píng)價(jià)包括香味、硬度、黏度和適口性等。為了更為準(zhǔn)確地評(píng)定稻米品質(zhì)，目前采用的是外觀品質(zhì)、碾磨品質(zhì)、理化分析與食味評(píng)定相結(jié)合的方法[10]。

食味品質(zhì)是指消費(fèi)者通過(guò)品嘗米飯，對(duì)米飯外觀、光澤、黏性、硬度和氣味等進(jìn)行感官評(píng)判，其主要受直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度等稻米理化指標(biāo)和蒸煮品質(zhì)影響，但也不完全由理化指標(biāo)和蒸煮品質(zhì)決定[11-12]。浙江省主推的幾個(gè)粳稻品種如秀水134、浙粳99等稻米理化指標(biāo)檢測(cè)都為部頒三級(jí)，浙粳88為四等，但這些品種的食味品質(zhì)較好。而嘉58由于直鏈淀粉含量低為部頒六級(jí)，嘉禾 218 整精米率低為部頒等外，但嘉58作為軟香米、嘉禾218作為長(zhǎng)粒粳受到歡迎。實(shí)踐表明，直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度相近的品種，它們的食味品質(zhì)仍有較大差異，因此，食味評(píng)價(jià)中米飯的品嘗也是重要一環(huán)。

研究表明，大米的碾磨品質(zhì)中的精米率等也會(huì)影響食味品質(zhì)。Tsugita等[13]報(bào)道大米的表面積在米飯香味形成中起著重要作用，不同精米率的同一品種大米進(jìn)行蒸煮米飯，米飯香味有著顯著性差異。劉英[11]發(fā)現(xiàn)同一品種稻米，整精米率越高，大米蒸煮過(guò)程中米湯中的干物質(zhì)越少，米飯膨脹體積越大，米飯的黏彈性也越好，米飯的食用品質(zhì)好。

粳稻米質(zhì)品質(zhì)評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合性狀，除受品種自身因素影響外，還受環(huán)境條件、種植條件、加工條件和蒸煮條件等外部條件影響。

3 影響粳稻品質(zhì)的因素

決定稻米品質(zhì)的首要因素是品種[14]，不同的品種代表著不同的遺傳背景，遺傳因素在稻米品質(zhì)形成中起著重要的作用。稻米的品質(zhì)表現(xiàn)是一個(gè)綜合性狀，其除了受本身的遺傳特性決定外，決定稻米品質(zhì)的第二重要因素就是環(huán)境條件，主要體現(xiàn)在地理生態(tài)和氣象條件兩方面對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響[15]。環(huán)境條件及栽培措施對(duì)稻米干物質(zhì)如淀粉含量和蛋白質(zhì)含量都有重要影響，尤其是影響稻米外觀品質(zhì)的堊白性狀，其雖受遺傳調(diào)控，但極易受高溫影響[16-17]，因此粳稻品種本身的遺傳特性、環(huán)境條件及栽培技術(shù)措施三者互作形成了不同的粳米品質(zhì)[18-19]。

浙江省現(xiàn)有的粳稻品種，就理化品質(zhì)而言達(dá)到品質(zhì)一等和二等的品種不多，以品質(zhì)三等的品種居多。現(xiàn)階段浙江省內(nèi)主推的粳稻品種中秀水12、秀水14、浙粳99理化品質(zhì)均為三等，在新品種培育上對(duì)理化品質(zhì)的提升還有較大空間。對(duì)2008—2018 年浙江省審定的41個(gè)常規(guī)粳稻品種的米質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，理化品質(zhì)年度間變幅較大，同一品種年度間變幅可達(dá)3個(gè)等級(jí)，如秀水 134 好的年份品質(zhì)可達(dá)二等及以上，差的年份為四等或等外；對(duì)2008年以來(lái)審定的品種品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，沒有1個(gè)品種品質(zhì)連續(xù)2年達(dá)到二等以上；但1年達(dá)到一等的有2個(gè)品種，航香18、秀水103；達(dá)到二等的有7個(gè)，寧88、浙粳41、秀水134、秀水321、秀水519、寧84和浙粳70；米質(zhì)達(dá)到三等的有16個(gè)品種；其余品種米質(zhì)均未達(dá)到過(guò)三等(表1)。

表1 2008—2018年浙江省審定常規(guī)粳稻 品種的米質(zhì)表現(xiàn)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心。

決定稻米品質(zhì)的第三個(gè)重要因素是科學(xué)的栽培技術(shù)，良種良法配套才可以使稻米品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。在栽培技術(shù)措施中，施肥時(shí)間以及種類尤為重要，孫楠等[20]發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，粳米的堊白率、堊白度和蛋白質(zhì)上升，外觀品質(zhì)和口感變差；而適當(dāng)?shù)亟档褪┑縿t可以降低稻米蛋白質(zhì)、脂肪酸等含量，提升稻米食味品質(zhì)。

除上述因素外，優(yōu)質(zhì)稻米還取決于食用口感。居民的口味會(huì)影響對(duì)稻米的食味品質(zhì)的評(píng)價(jià)。這要求育種者對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦钠毡榭谖缎枰幸欢ǖ牧私猓瑢?duì)不同年齡段的口味差異性也要有所把握。不僅如此，人們對(duì)稻米的要求也逐步多樣化，香味濃郁的稻米，營(yíng)養(yǎng)含量高的稻米，脂肪含量少的稻米，高抗性淀粉的稻米(宜糖米)等等，都有一定的市場(chǎng)需求。

4 提高稻米品質(zhì)的幾點(diǎn)思考

4.1 利用優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，改良稻米品質(zhì)

品質(zhì)改良離不開種質(zhì)資源，選擇具有優(yōu)良性狀的材料作為親本才能篩選出好的后代，培育新的優(yōu)質(zhì)品種[21]。航香 18[22]是浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所利用優(yōu)質(zhì)香型品種航香10號(hào)為父本，經(jīng)過(guò)連續(xù)多代的米質(zhì)篩選鑒定，育成的晚粳稻品種。米質(zhì)指標(biāo)分別達(dá)到食用稻品種品質(zhì)部頒四等和一等，米飯香味濃郁，食味佳，有彈性，冷飯不回生。據(jù) 2005年和2006年浙江省常規(guī)晚粳稻區(qū)試數(shù)據(jù)，2005年航香18米質(zhì)四等，2006年一等，這說(shuō)明稻米品質(zhì)除了受到品種本身遺傳的影響外，與環(huán)境氣象因素息息相關(guān)。

堊白是評(píng)價(jià)稻米外觀品質(zhì)的主要性狀，降低堊白，提高整精米率，改善食味品質(zhì)是品質(zhì)育種的一大難點(diǎn)。從遺傳角度而言，降低堊白粒率和堊白度的關(guān)鍵是選擇堊白粒率和堊白度低、配合力好的親本，通過(guò)雜交、復(fù)交和回交等多種方式增加優(yōu)良基因的聚合，并且在不同世代提高對(duì)堊白性狀的選擇壓力。

在改良外觀品質(zhì)的同時(shí)，食味品質(zhì)的改良也同等重要。影響稻米食味品質(zhì)的因素很多，但一般認(rèn)為，稻米的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量對(duì)品質(zhì)影響最直接[23]。研究表明，直鏈淀粉只占胚乳淀粉 20%左右，支鏈淀粉占胚乳淀粉 80%左右，其分子結(jié)構(gòu)又分為長(zhǎng)鏈和短鏈類型。已有研究表明，直鏈淀粉和長(zhǎng)鏈支鏈淀粉都會(huì)影響稻米食味品質(zhì)，短鏈支鏈淀粉比率越高，糊化溫度就越低，崩解值、黏度和彈性也就越高，食味品質(zhì)越好。蛋白質(zhì)含量及醇溶蛋白在米粒中的分布也影響食味品質(zhì)，蛋白質(zhì)含量較低(以 6%～8%為宜)、醇溶蛋白低且分布均勻的品種食味品質(zhì)好。因此，選用短鏈支鏈淀粉比率高、蛋白質(zhì)含量低、特別是醇溶蛋白低且分布均勻的親本，對(duì)培育優(yōu)良食味品種具有重要作用。

就粳稻加工和外觀品質(zhì)而言，粒形是重要的決定因素。細(xì)長(zhǎng)粒型稻米能夠提高稻米的外觀品質(zhì)，但整精米率會(huì)降低[24-25]。長(zhǎng)寬比低的水稻能夠提高整精米率，但往往堊白度較高[17]。因此，在粳稻外觀品質(zhì)上對(duì)粒長(zhǎng)和粒寬要做一些取舍，協(xié)調(diào)粒形、粒重和稻米品質(zhì)間的關(guān)系，選擇最優(yōu)組合以滿足消費(fèi)者的不同需求。

4.2 培育適宜當(dāng)?shù)貤l件的品種

粳稻感光性強(qiáng)、種植區(qū)域性強(qiáng)，為了確保粳米品質(zhì)，需針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，培育、選擇適合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良粳稻品種，并確定粳稻品種合理的播種時(shí)間[26]。

水稻的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)稻米品質(zhì)具有重要影響[27]。水稻生長(zhǎng)受光、溫的調(diào)節(jié)，要針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蜻x擇適宜的品種。溫度低的地區(qū)選擇早熟品種，合理調(diào)整播種時(shí)間[28]。劉麗華等[29]通過(guò)利用AMMI模型分析水稻品質(zhì)基因型與環(huán)境互作，篩選適合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件的水稻品種。這種方法也可以應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，通過(guò)區(qū)域化、模塊化分析建立完善的適種品種，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行品質(zhì)育種，優(yōu)化遺傳資源的配置。

浙江省屬亞熱帶季風(fēng)氣候，季風(fēng)顯著，四季分明，年氣溫適中，光照較多，雨量豐沛，雨熱季節(jié)變化同步，氣候資源配置多樣，氣象災(zāi)害繁多。根據(jù)自然條件，5—11月份適宜水稻生長(zhǎng)，其中7—8月份氣溫普遍較高，如水稻抽穗到成熟期遭遇高溫會(huì)導(dǎo)致米質(zhì)變差，晚粳稻與連作晚稻抽穗期恰好避開這個(gè)時(shí)期，晚粳稻一般選擇抽穗期在9月初，成熟期在10月下旬的品種為宜，不同品種略有差異。這期間浙江省晝夜溫差大，溫度較低，有利于優(yōu)良稻米品質(zhì)的形成。

4.3 制定科學(xué)的田間管理措施

在品種遺傳改良和氣候適應(yīng)性篩選的同時(shí)，應(yīng)注意栽培措施的應(yīng)用[21,30]。根據(jù)粳稻不同生長(zhǎng)時(shí)期，制定相應(yīng)的田間管理策略，為優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。秧苗期的水，分蘗期肥，孕穗期的肥水補(bǔ)充，都需要因地制宜，因時(shí)調(diào)控。例如施肥量，周瑞慶[31]發(fā)現(xiàn)在水稻的生育后期，增施氮肥可提高整精米率和蛋白質(zhì)含量，降低堊白粒率和堊白面積，改善稻米的外觀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。瞿華香等[32]發(fā)現(xiàn)不同的肥水條件對(duì)加工品質(zhì)有一定的影響。所以，必須摸索粳稻的施肥條件，優(yōu)化施肥措施，科學(xué)施用肥料，以保證稻米的產(chǎn)量、理化品質(zhì)、外觀品質(zhì)以及加工品質(zhì)得到提升。陳剛等[33]利用AMMI模型，模擬施肥輔助生產(chǎn)，提出了各階段最佳施肥期，這是目前應(yīng)用于生產(chǎn)的田間管理與科學(xué)模型結(jié)合的例子。因此，科學(xué)的管理模式，利于水稻的保優(yōu)栽培技術(shù)的集成，對(duì)水稻品質(zhì)的提升具有積極的作用。

4.4 確定適宜的收獲方式和加工方法

稻谷含水量的多少會(huì)影響水稻貯藏，對(duì)稻谷品質(zhì)有一定的影響[34]。過(guò)早收獲，稻谷成熟度不夠，青癟粒多，含水量高，千粒重低，會(huì)造成產(chǎn)量損失，同時(shí)也引起稻谷品質(zhì)的下降[35]。當(dāng)然也不能過(guò)晚收獲，太成熟可能引起谷粒脫落、吊穗等情況。綜合稻谷水分、成熟度、天氣情況合理選擇收獲期，是保證水稻品質(zhì)的重要手段。另外，適宜的晾曬方式，可提高稻米保存周期。

稻米品質(zhì)受稻谷含水率、加工方法和加工精度的影響。稻谷含水量過(guò)低，大米破碎度提高，整精米率低，蒸煮性差；而其加工精度同稻米食味也緊密相關(guān)，張敏等[36]通過(guò)測(cè)定11個(gè)品種的米飯風(fēng)味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)大米風(fēng)味來(lái)源主要存在于米糠和胚中，加工程度高的大米，風(fēng)味物質(zhì)含量低，口感好。由此可見，不同加工方法的稻米對(duì)其食味品質(zhì)有著一定影響，加工方法需要探索和優(yōu)化。

4.5 選育適宜當(dāng)?shù)鼐用耧嬍沉?xí)慣的品種

針對(duì)不同地區(qū)、不同人群選育品種是今后作物育種的趨勢(shì)[37]。浙江經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，隨著居民生活水平的提高，食品類型豐富，人們每餐食用的米飯?jiān)跍p少，作為口糧的粳米，口感偏軟的米飯?jiān)絹?lái)越受歡迎。因此，在品種培育上，選育直鏈淀粉含量13%左右、食味偏軟的粳稻品種符合當(dāng)前人們的口味需求。

5 展望

目前，浙江省的粳稻育種手段多樣，有常規(guī)的雜交育種、花培育種、誘變育種、輻照育種和航天育種等手段。但就現(xiàn)在的技術(shù)水平而言，傳統(tǒng)的雜交育種和物理、化學(xué)誘變育種，隨機(jī)性大，育種效果不定，在品質(zhì)育種的應(yīng)用上效果不佳。從育種的效率和效果上，僅靠大田純表型選擇的方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

稻米品質(zhì)不是單一基因控制的性狀，需要傳統(tǒng)模式與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，例如利用分子設(shè)計(jì)育種在基因水平上控制所有與重要農(nóng)藝性狀有關(guān)的等位基因變異[38]，剖析其分子機(jī)理。目前國(guó)內(nèi)外，已經(jīng)克隆了一批稻米粒形與堊白，蒸煮與食味品質(zhì)，儲(chǔ)藏蛋白、脂類等與營(yíng)養(yǎng)成分合成與調(diào)控相關(guān)的基因[39]。通過(guò)分子標(biāo)記聚合優(yōu)良基因，篩選品質(zhì)綜合性狀好的優(yōu)質(zhì)品種，是一種比較實(shí)用且有效的方法[40]，可大幅提高育種的效率。另外，近幾年發(fā)展起來(lái)的基因組編輯技術(shù)如CRISPR-Cas9等[41-42]可能會(huì)在一定程度上加速包括品質(zhì)改良在內(nèi)的作物遺傳改良。

近年來(lái)，浙江省各級(jí)農(nóng)業(yè)推廣部門組織的“好稻米”“好味道”等評(píng)選活動(dòng)，不僅是浙江省政府的農(nóng)業(yè)導(dǎo)向，更是反映了浙江人民對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米實(shí)際需求。浙江省品質(zhì)育種尤其是粳稻育種有豐富歷史積淀，這為新優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗粳稻米品種的誕生提供了基礎(chǔ)，估計(jì)在最近的5～10年將有一批優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的粳稻新品種育成。希望浙江的育種工作者早日育成更加優(yōu)質(zhì)的粳稻品種，用來(lái)服務(wù)浙江人民，更希望全國(guó)都可以嘗到浙江的優(yōu)質(zhì)稻米。