水稻耐低氮脅迫相關(guān)QTL定位和耐低氮特性數(shù)量性狀分析
——評《水稻綠色高產(chǎn)高效技術(shù)》

《水稻綠色高產(chǎn)高效技術(shù)》作者：張羽、胡志剛出版社：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社ISBN：9787511647801

作為全球人口總數(shù)最多的國家，保障全體人民糧食充足及其質(zhì)量安全對中國社會穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。水稻是世界人口食用率最高的糧食作物，它不僅是大眾日常主食，還能作為飼料、燃料等有用材料，具有極高的農(nóng)業(yè)價值，因此，優(yōu)化水稻品種、增加水稻產(chǎn)量、保持水稻生產(chǎn)穩(wěn)定性成為中國農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要目標(biāo)之一。氮素是農(nóng)作物維持生命活動和促進生長發(fā)育中不可或缺的關(guān)鍵元素，它對農(nóng)作物的生長速率、植株產(chǎn)量、有效穗數(shù)等農(nóng)業(yè)性狀都具有重要影響，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水稻等農(nóng)作物產(chǎn)量需求的日益增長，含氮肥料的重要性也明顯提高，但與此同時，氮素對環(huán)境所造成的嚴(yán)重污染問題不容忽視，如何提高氮肥利用率并培育耐低氮高產(chǎn)品種，是農(nóng)業(yè)科研發(fā)展過程中面臨的重要課題。筆者在參與遵義師范學(xué)院博士啟動基金項目（遵師BS[2018]18）、遵義市科技計劃項目（遵市科合HZ 字 276 號）、貴州省教育廳青年科技人才成長項目（黔教合KY 字[2020]110）、學(xué)術(shù)新苗培養(yǎng)及創(chuàng)新探索專項項目培育項目（黔科合平臺人才[2017年]5727-16號）等項目活動過程中，以《水稻綠色高產(chǎn)高效技術(shù)》一書作為理論參考讀本，深入了解水稻高產(chǎn)相關(guān)技術(shù)理論，并針對水稻的耐低氮脅迫相關(guān)QTL 定位以及耐低氮特性數(shù)量性狀問題展開進一步分析與研究。

由張羽、胡志剛主編，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社2020年出版發(fā)行的《水稻綠色高產(chǎn)高效技術(shù)》，是一部高素質(zhì)農(nóng)民培訓(xùn)專業(yè)教材。該書重點介紹了水稻生產(chǎn)基礎(chǔ)理論、科學(xué)施肥技術(shù)、綠色高產(chǎn)高效栽培技術(shù)、病蟲草害防控技術(shù)、中低產(chǎn)水稻田種植技術(shù)以及常見災(zāi)害與預(yù)防等內(nèi)容，旨在推動水稻綠色高產(chǎn)高效建設(shè)，全面施行節(jié)約資源、生態(tài)環(huán)保和高產(chǎn)高效技術(shù)模式，幫助水稻種植產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)規(guī)模化種植和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，從而提高綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物產(chǎn)量，助力我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。通讀全書來看，該書理論研究性強、邏輯結(jié)構(gòu)清晰，適合廣大水稻種植研究者或農(nóng)業(yè)相關(guān)工作人員閱讀學(xué)習(xí)。

氮素對水稻作物的重要作用

氮素是保障植物正常生長發(fā)育的一種礦質(zhì)營養(yǎng)元素，也是影響農(nóng)作物生長狀態(tài)和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，植物體內(nèi)的多種物質(zhì)元素如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、酶等，其組成成分都離不開氮元素，這也使得植物生長發(fā)育過程中的各項生理活動，如呼吸作用、光合作用以及代謝作用等都與氮脅迫作用緊密相關(guān)。當(dāng)水稻作物在生長過程中面臨缺氮時，其細胞合成將嚴(yán)重受阻，生長發(fā)育速率也會持續(xù)減慢甚至可能停止生長，呈現(xiàn)于水稻外部的直觀表現(xiàn)一般為綠色葉片逐漸變黃，葉片較小，花芽數(shù)少，還會使植株成熟期過早，果實不夠飽滿，進而影響幼穗質(zhì)量和作物生長。但是氮素含量對水稻作物而言也并不是越多越好，氮素肥料施用過多會造成水稻晚熟，空殼穗增多，抗病性下降，從而易于引發(fā)紋枯病、稻瘟病等多種病害問題，導(dǎo)致水稻作物產(chǎn)量嚴(yán)重下降。針對如何提高水稻作物的品質(zhì)與產(chǎn)量，增強低氮條件下的氮素利用效率是解決問題的關(guān)鍵途徑，因此，研究及培養(yǎng)耐低氮性水稻品種有著十分重要的發(fā)展創(chuàng)新意義。

水稻耐低氮脅迫相關(guān)QTL 定位

QTL 定位是以數(shù)量性狀特定值及標(biāo)記之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)分析，來明確染色體上各個數(shù)量性狀的具體位置、相關(guān)效應(yīng)及作用，進而分析基因復(fù)雜性狀遺傳的有效方法。由于氮素利用效率在水稻作物中受到多種基因控制，一般為數(shù)量遺傳且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致水稻作物在不同環(huán)境狀態(tài)下，氮素利用效率這一性狀表現(xiàn)長期不太穩(wěn)定。在耐低氮脅迫條件下，采用QTL 定位手段對水稻染色體進行標(biāo)記研究，并且以穗粒數(shù)、結(jié)實率、單株產(chǎn)量、穗長等產(chǎn)量性狀作為對比參數(shù)和篩選優(yōu)質(zhì)品種的指標(biāo)，可以深入了解水稻作物的各項生理特性功能以及不同基因表達與農(nóng)業(yè)性狀變化之間的關(guān)聯(lián)性，進而有助于明確水稻作物中含氮代謝速率較高的遺傳基因，為進一步培育耐低氮高產(chǎn)水稻品種打下穩(wěn)定的研究基礎(chǔ)。

水稻耐低氮特性數(shù)量性狀分析

水稻耐低氮特性數(shù)量性狀分析的主要操作流程為，首先選擇合適且優(yōu)質(zhì)的水稻材料作為親本來構(gòu)建完善的重組自交系群體并進行分別標(biāo)記，進而將這些水稻材料進行試驗種植，在其他外界環(huán)境（如溫度、濕度、陽光等）保持一致的條件下，通過改變氮素肥料含量構(gòu)成對照試驗。其次，以穗粒數(shù)、結(jié)實率、單株產(chǎn)量、穗長等性狀作為參考標(biāo)準(zhǔn)對成熟水稻進行相關(guān)數(shù)據(jù)記錄、處理與分析，對比在不同氮素含量處理下水稻親本與重組自交系群體的產(chǎn)量相關(guān)性狀情況，以此來衡量試驗水稻材料對于低濃度氮素含量的耐受度。緊接著通過重組自交系構(gòu)建水稻作物材料遺傳圖譜，并進行QTL 定位標(biāo)記且嚴(yán)格控制標(biāo)間位點之間的距離，使其盡可能覆蓋更多水稻基因的同時保證一定的標(biāo)記效率。最后，采用基于混合線性模型的QTL 分析軟件完成水稻遺傳基因性狀分析，并判斷水稻作物的耐低氮特性基因，從而篩選出氮素利用效率和吸收效率都頗高的優(yōu)質(zhì)品種來進行培育，這樣不僅有助于提高水稻作物產(chǎn)量水平，還能夠利用該品種的遺傳優(yōu)勢保障水稻作物長期、穩(wěn)定的高效生產(chǎn)，推動我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得良好發(fā)展。