低血糖生成指數(shù)水稻南粳絲苗的選育及應(yīng)用

蔣彥婕， 楊 杰， 王芳權(quán)， 許 揚(yáng)， 李 霞， 陳智慧， 李文奇， 陶亞軍， 范方軍， 王 軍

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，江蘇南京 210014)

稻米是世界上近一半人口的主食和能量來源。大約7 000年前，中國南方就開始種植水稻，從古至今，稻米一直是中華民族賴以生存的最主要食物。淀粉占稻米的比例在90%左右，米飯淀粉適合人體消化和吸收，但人體的血糖也容易升高。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)2019 年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球糖尿病患者數(shù)量不斷上升，平均年增長率為5.1%，目前已有4.63億糖尿病患者。中國糖尿病患者約為1.16億，全球排名第一，糖耐量不良(IGT)人數(shù)則更高達(dá)3億以上。

評價食物血糖生成快慢的指標(biāo)是血糖生成指數(shù)(Glycemic Index，GI值)，用于衡量食物引起的餐后血糖反應(yīng)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 26641—2010 中規(guī)定：≤55，為低GI食物；55<≤70，為中等GI食物；>70，為高GI食物。低GI食物在預(yù)防和緩解糖尿病方面具有重要作用。大米通常被認(rèn)為是高GI值食品，經(jīng)常食用大米(精米)，會增加患2型糖尿病的風(fēng)險。雖然稻谷加工精度以及稻米蒸煮方式也會影響GI值，但是，不同水稻品種的GI值也不一樣。因此，篩選并培育出低血糖生成指數(shù)的稻米品種是預(yù)防和緩解糖尿病最直接、最經(jīng)濟(jì)有效的方法，將具有巨大的市場前景和社會效益。

稻米的GI值與直鏈淀粉含量密切相關(guān)。目前，從自然水稻材料中篩選出并得到應(yīng)用的低GI水稻品種很少，以印度的Swarna、Basmati、ISM改良種以及澳大利亞的Doongara為代表，其GI雖低，但直鏈淀粉含量較高，難以適合太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米人群的口味。近年來，低GI稻米品種的選育研究主要集中在高抗性淀粉方面，一般來說，抗性淀粉含量越高，則GI值越低，例如優(yōu)糖稻2號、已商品化的功米1號等。但是，這些低GI水稻由于米飯很硬，一般口感較差，市場接受程度低。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，GI是復(fù)雜的數(shù)量性狀，除抗性淀粉主效位點之外，已定位到一些新的QTL。聚合低GI性狀與具有消費(fèi)者偏好的水稻品質(zhì)基因，是選育營養(yǎng)健康而又適口性好的水稻品種的重要途徑。目前，GI體外測定方法的不斷完善也為低GI水稻育種提供了技術(shù)保障。

筆者所在研究團(tuán)隊以秈稻高產(chǎn)品種揚(yáng)稻6號、低血糖生成指數(shù)品種Basmati、香味粳稻品種R405為親本，進(jìn)行雜交和復(fù)交后，經(jīng)多代系譜選擇，獲得多份豐產(chǎn)性、抗倒性等綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新品系；通過模擬精米淀粉人體外消化試驗，獲得消化速度慢的品系若干份；再通過測定直鏈淀粉含量以及抗性淀粉含量，同時進(jìn)行食味品質(zhì)評價，篩選到生育期適中、豐產(chǎn)性好的偏粳型新品系南粳絲苗，該品系具有優(yōu)質(zhì)、低血糖生成指數(shù)(GI)等特性。多次檢測結(jié)果表明，南粳絲苗的稻米主要品質(zhì)指標(biāo)達(dá)國標(biāo)一級優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)，且適口性較好，血糖生成指數(shù)僅55，明顯低于普通稻米，是一個適合糖尿病、高血糖、肥胖等特殊人群的低升糖指數(shù)稻米品種，具有較大的市場前景和社會效益。

1 選育過程

1.1 親本選擇

揚(yáng)稻6號為江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的著名秈型水稻品種，表現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性廣，適宜在江蘇、安徽和湖北作一季中稻種植，曾是大面積應(yīng)用的兩系法雜交稻的主要恢復(fù)系。Basmati源自巴基斯坦，是比泰國香米更為著名的香稻品種，也是知名的低血糖生成指數(shù)品種。R405為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所培育的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的長粒型優(yōu)質(zhì)香味偏粳型品系，適口性也適合太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米的消費(fèi)人群。以上品種均為筆者所在育種團(tuán)隊親本圃保存材料。

1.2 選育經(jīng)過

2012年正季在南京以揚(yáng)稻6 號為母本、Basmati為父本雜交獲得F，2013年春在海南再以揚(yáng)稻6號/Basmati的F為母本與R405復(fù)交，之后多代自交并進(jìn)行農(nóng)藝性狀的系譜選擇。通過體外測定血糖生成指數(shù)，得到若干目標(biāo)株系。2018 年在南京溧水基地種植F，結(jié)合田間農(nóng)藝性狀，篩選確定其中1個株系83134，2019年參加品比試驗，該株系分蘗力中等，莖稈粗壯、彈性好，熟相佳，并進(jìn)行了稻米體外消化檢測。2020 年，編號為03108的該品系參加品比試驗和多點比較試驗，表現(xiàn)熟相好、米粒透明度高、產(chǎn)量等綜合性狀較好，兼具親本較高豐產(chǎn)性、上佳適口性及低血糖生成指數(shù)等特性，2021年命名為南粳絲苗(又名“建康1號”，圖1)。

2 特征特性

2.1 秈粳型分類

利用盧寶榮和Liu等開發(fā)的36對秈粳分類InDel標(biāo)記為引物，并以日本晴為粳稻對照，9311號為秈稻對照，對南粳絲苗進(jìn)行DNA檢測和秈粳分型研究，秈粳指數(shù)計算方法和秈粳分類參照盧寶榮等的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，除去2對反復(fù)驗證均無擴(kuò)增條帶的引物外，剩余34對InDel標(biāo)記中，南粳絲苗秈型基因頻率為0.353，粳型基因頻率為0.647，屬于偏粳型水稻。

南粳絲苗與多個粳稻雜交種的平均結(jié)實率達(dá)到90%以上，而與多個秈稻雜交種的平均結(jié)實率僅為50%左右，表明南粳絲苗與秈稻親和性差，與粳稻的親和性好，進(jìn)一步證實南粳絲苗偏粳型。

2.2 主要農(nóng)藝性狀與形態(tài)特征

在南京作一季稻種植，5月中旬播種，南粳絲苗全生育期在130 d～135 d，屬中熟中粳。株高86.8 cm左右，株型緊湊，分蘗力中等，莖稈粗壯有彈性，苗期葉色較深，劍葉長、內(nèi)卷、斜挺角度大。穗層整齊，穗型適中，穗長23.3 cm，著粒均勻，稃尖紫色。每 667 m有效穗20萬左右，平均每穗穎花數(shù)134.7，結(jié)實率83.8%，千粒質(zhì)量24.5 g(表1和圖2)。

表1 南粳絲苗主要農(nóng)藝性狀

2.3 產(chǎn)量及抗病性表現(xiàn)

南粳絲苗適應(yīng)性廣泛，2019年多點評比試驗，平均單產(chǎn)450.8 kg/667 m；2020 年江蘇省內(nèi)多點示范，平均單產(chǎn)500.1 kg/667 m；2021年江蘇東海展示片測產(chǎn)，百畝方平均單產(chǎn)525 kg/667 m。

經(jīng)多年多點試驗示范的檢驗，南粳絲苗高抗水稻條紋葉枯病，對紋枯病、稻瘟病抗性也較好。

2.4 稻米理化品質(zhì)以及食味品質(zhì)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量檢測中心測定數(shù)據(jù)，南粳絲苗糙米率79.3%，精米率70.1%，整精米率58.4%，粒長6.3 mm，長寬比3.1，堊白粒率0%，堊白度0，透明度2級，堿消值6.7級，膠稠度 68 mm，直鏈淀粉含量22.2%，蛋白質(zhì)含量8.2%。精米外觀透明，堊白度等主要指標(biāo)達(dá)到國標(biāo)一級米標(biāo)準(zhǔn)。蒸煮時以米水比1 ∶1.4，米飯松軟，適口性好，尤其適合南方地區(qū)消費(fèi)者的口味。

2.5 血糖生成指數(shù)

中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司是澳大利亞GI基金會在中國唯一授權(quán)的國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)，具備GI檢測資質(zhì)。公司下屬的功能主食創(chuàng)制與慢病營養(yǎng)干預(yù)北京市重點實驗室采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26642—2010進(jìn)行人體試驗，結(jié)果表明，南粳絲苗精白米產(chǎn)品GI值為55，屬于低GI產(chǎn)品。

3 栽培應(yīng)用技術(shù)要點

3.1 適時播種

南粳絲苗適宜種植地區(qū)為江蘇淮河以北地區(qū)，淮河以南稻區(qū)適合麥茬直播和瓜后稻。機(jī)插育秧時間在5月下旬，秧齡18～23 d，每667 m栽 1.8萬～2萬穴，每穴3～4苗，株行距13 cm×25 cm或12 cm×30 cm。機(jī)直播宜在6月20日之前完成，每667 m播種5 kg左右。

3.2 高產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)要求

每667 m目標(biāo)產(chǎn)量550～600 kg稻谷的群體結(jié)構(gòu)為：有效穗18萬～20萬/667 m，平均每穗穎花數(shù)140，總穎花數(shù)2 700萬～3 000萬/667 m，結(jié)實率85%左右，千粒質(zhì)量24～25 g。

3.3 肥水管理

基肥和分蘗肥與穗肥的使用比例以6 ∶4較好，全生育期每667 m施純氮18 kg左右，并注意N、P、K肥的配合使用。

淺水插秧，減少植傷；深水護(hù)秧，防止敗苗；寸水返青，促進(jìn)早發(fā)；中期適時、分次擱田，高峰苗控制在25萬～28萬，達(dá)到適群體、壯個體，提高有效成穗率；中后期干濕交替，抽穗揚(yáng)花期以水為主，尤其是遇及高溫天氣，要及時滿足水稻的“生態(tài)需水”，灌水以降低冠層溫度，利于揚(yáng)花授粉而提高結(jié)實率。灌漿期“前水不清(盡)、后水不進(jìn)”，利于養(yǎng)根保葉，活熟到老。

3.4 病蟲害防治

用殺菌劑浸種防治惡苗病、線蟲病等種傳病害；根據(jù)預(yù)測預(yù)報，用生物農(nóng)藥或殺蟲劑防治稻薊馬、各種螟蟲、飛虱等。分蘗期注意防治紋枯病，抽穗期注意防治穗頸瘟。

4 討論

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，高糖分食品的攝入量明顯增加，亞健康人群的數(shù)量也隨之急劇上升，其中，糖尿病、肥胖癥等高血糖引起的疾病增加明顯，發(fā)病率日益走高。飲食質(zhì)量的調(diào)整是從源頭上預(yù)防和控制此類疾病最經(jīng)濟(jì)也是最有效的手段。低GI食物在預(yù)防和緩解糖尿病、肥胖癥等方面具有重要作用。普通大米是高GI值食品，因此，低GI特性稻米品種選育是面向人們健康生活需求的重要研究內(nèi)容，也一直是水稻育種的一個難點和重大挑戰(zhàn)，篩選并培育出低血糖生成指數(shù)稻米品種將具有巨大的市場前景和社會效益。

通過以低血糖生成指數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行篩選和新品種培育，目前已選育出生育期適中、豐產(chǎn)性好的新品系南粳絲苗，其稻米主要品質(zhì)指標(biāo)達(dá)國標(biāo)一級優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn)；由于其淀粉含量遠(yuǎn)低于從自然水稻材料中篩選出的已有低GI水稻品種，所以適口性較好，尤其適宜太湖流域及周邊地區(qū)喜食粳米人群；南粳絲苗血糖生成指數(shù)為55，明顯低于普通稻米品種，是一個適合糖尿病、高血糖、肥胖等特殊人群的稻米品種，具有莫大的市場前景。筆者所在研究團(tuán)隊已與“江南米道”等企業(yè)合作，對該品種進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)。預(yù)期將為特殊稻米行業(yè)和人們的飲食健康作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

作為特種健康稻米品種，南粳絲苗的產(chǎn)量潛力仍有待提高。下一步工作準(zhǔn)備用南粳絲苗與食味優(yōu)良、產(chǎn)量潛力更高的粳稻(超級稻)如蘇墾118、南粳9108等再進(jìn)行雜交，再通過一系列篩選和鑒定后，選育出產(chǎn)量水平更高的低GI水稻新品種。圍繞低血糖生成指數(shù)這一育種目標(biāo)，結(jié)合優(yōu)良農(nóng)藝性狀與食味品質(zhì)，將低GI水稻的豐產(chǎn)性潛力提高至 700～750 kg/667 m，使其不但品質(zhì)優(yōu)，而且豐產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)效益更高。另外，為保持低血糖生成指數(shù)水稻的優(yōu)質(zhì)和低GI特性，相應(yīng)的施肥、水漿管理等栽培應(yīng)用技術(shù)特別是灌漿期淀粉合成階段的栽培管理技術(shù)需要強(qiáng)化研究。