水稻F1小孢子培養(yǎng)再生DH系的耐鹽性鑒定及稻米品質(zhì)分析

代金英，郭桂梅，程新杰，劉成洪，岳紅亮，張夢(mèng)龍，宛柏杰，孫一標(biāo)，孫明法*

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所/上海市農(nóng)業(yè)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201106；2.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224000）

2021年10月21日，習(xí)近平總書(shū)記在山東東營(yíng)考察調(diào)研時(shí)強(qiáng)調(diào)：“要加強(qiáng)種質(zhì)資源、耕地保護(hù)和利用等基礎(chǔ)性研究，轉(zhuǎn)變育種觀念，由治理鹽堿地適應(yīng)作物向選育耐鹽堿植物適應(yīng)鹽堿地轉(zhuǎn)變，努力在關(guān)鍵核心技術(shù)和重要?jiǎng)?chuàng)新領(lǐng)域取得突破?！蓖ㄟ^(guò)遺傳育種改良農(nóng)作物抗逆性，已經(jīng)成為保障鹽堿地區(qū)糧食生產(chǎn)的有效途徑之一[1]。

耐鹽水稻種質(zhì)創(chuàng)制仍然面臨很多需要解決的技術(shù)問(wèn)題，其中耐鹽主效基因的聚合慢，種質(zhì)純合更慢，在多代自交純合與人工選擇的過(guò)程中目標(biāo)性狀易丟失，很大程度上限制了耐鹽水稻育種進(jìn)程和效率。F1小孢子是基因重組類型最豐富的群體，利用小孢子培養(yǎng)技術(shù)體系，給予適當(dāng)?shù)哪婢场⒉『?、營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)等脅迫壓力，有利于目標(biāo)性狀的快速聚合與純合，快速獲得耐逆性提高的種質(zhì)材料[2]。

另外，隨著人們生活水平的提高，對(duì)于水稻育種要求不僅僅是高產(chǎn)，還有優(yōu)質(zhì)。目前，稻米品質(zhì)理化特性大都是通過(guò)測(cè)定直鏈淀粉、蛋白質(zhì)含量等生理指標(biāo)來(lái)衡量；通過(guò)堊白、透明度等指標(biāo)衡量稻米品質(zhì)的外觀特性[3]。當(dāng)前，關(guān)于水稻苗期耐鹽鑒定的報(bào)道較多，水稻分蘗期—成熟期的耐鹽鑒定報(bào)道及稻米品質(zhì)與耐鹽相關(guān)的研究報(bào)道較少[4-6]。本研究對(duì)小孢子培養(yǎng)技術(shù)獲得的DH系進(jìn)行耐鹽性鑒定和稻米品質(zhì)分析，以期快速創(chuàng)制優(yōu)質(zhì)耐鹽水稻種質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)水稻耐鹽品種的選育提供材料支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

利用上海地方雜交粳稻品種申優(yōu)17經(jīng)小孢子培養(yǎng)獲得的加倍單倍體純系M8G（編號(hào)L41）與韭菜青（編號(hào)L42）進(jìn)行雜交得到F1，然后通過(guò)小孢子培養(yǎng)技術(shù)[2]得到40份株系，編號(hào)L1—L40號(hào)（缺失L23、L32、L33、L36、L37、L38）。耐鹽性鑒定選取鹽稻12號(hào)[7]作對(duì)照材料。

1.2種植方法

2020年在江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所南洋試驗(yàn)場(chǎng)（120.15°E、33.5°N）種植DH株系及其親本。設(shè)置對(duì)照組（非鹽脅迫處理）和處理組（鹽池，0.4%鹽水灌溉）2個(gè)處理，秧齡30 d左右插秧，行距30 cm，株距15 cm，行長(zhǎng)1 m，3行區(qū)，每穴單株插秧，以單株作重復(fù)。插秧后7 d調(diào)查成活率，如缺苗則補(bǔ)苗。鹽池處理：插秧15 d后控水，灌0.4%鹽水（人工配制），鹽脅迫處理期間保持水層深度4 cm，每隔2 d用便攜式鹽度計(jì)（Thermo SALT 6+或德國(guó)STEPS便攜式含鹽量測(cè)試儀PNT3000）監(jiān)測(cè)水層及土壤耕作層鹽濃度，保持水層含鹽量（質(zhì)量百分濃度）0.4%。抽穗期停止鹽脅迫。田間管理按照水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)措施進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)評(píng)價(jià)

1.3.1 分蘗期—成熟期耐鹽性鑒定[8]。成熟期收獲每種材料長(zhǎng)勢(shì)均勻的5株水稻，分別記錄每株籽粒產(chǎn)量，并計(jì)算成熟期耐鹽指數(shù)N。

式中：N為分蘗期—成熟期耐鹽指數(shù)；G1為鹽脅迫處理的單株籽粒產(chǎn)量的平均值；G2為淡水處理（對(duì)照）的單株籽粒產(chǎn)量的平均值。

評(píng)價(jià)方法：具體分5個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的耐鹽級(jí)別數(shù)字為1、3、5、7、9，相應(yīng)的耐鹽性等級(jí)依次為極強(qiáng)、強(qiáng)、中、弱、極弱（評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1）。

表1 水稻DH株系分蘗期—成熟期耐鹽性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 稻米品質(zhì)評(píng)價(jià)。成熟期收獲DH株系及其親本的稻谷，用精米機(jī)去殼打成米，利用FOSS近紅外光譜儀和稻米堊白觀測(cè)儀對(duì)DH株系及其親本進(jìn)行稻米品質(zhì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016、SPSS 20.0及DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 DH株系及其親本的耐鹽性評(píng)價(jià)

從表2可以看出，水稻DH株系及其親本分蘗期—成熟期耐鹽指數(shù)變幅為14.82%～85.73%。分蘗期—成熟期耐鹽等級(jí)達(dá)1級(jí)的材料1份（L1），等級(jí)達(dá)3級(jí)的材料10份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等級(jí)達(dá)5級(jí)的材料12份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等級(jí)達(dá)7級(jí)的材料12份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等級(jí)達(dá)9級(jí)的材料1份（L7）。

表2 水稻DH株系及其親本分蘗期—成熟期耐鹽性鑒定結(jié)果

2.2 DH株系及其親本的稻米品質(zhì)性狀分析

由表3可以看出，水稻DH株系及其親本水份、蛋白質(zhì)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、直鏈淀粉含量、透明度、堊白粒率、堊白度的變幅分別為11.60%～12.90%、7.40%～9.50%、12.90%～22.40%、1.00～4.00、5.00%～76.00%、1.20%～45.00%；相對(duì)應(yīng)的變異系數(shù)分別為2.00%、13.00%、6.00%、43.03%、48.96%、88.85%。

表3 水稻DH株系及其親本稻米品質(zhì)評(píng)價(jià)

2.3 DH株系及其親本的稻米品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

水稻DH株系及其親本稻米品質(zhì)性狀之間具有一定的相關(guān)性。由表4可以看出，直鏈淀粉含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）與蛋白質(zhì)含量和水份呈正相關(guān)關(guān)系，與透明度、堊白粒率、堊白度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；蛋白質(zhì)含量與水份、透明度、堊白粒率、堊白度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；水份與透明度、堊白粒率、堊白度呈正相關(guān)關(guān)系；透明度與堊白粒率、堊白度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；堊白粒率與堊白度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表4 水稻DH株系及其親本稻米品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

2.4 DH株系及其親本的稻米品質(zhì)性狀聚類分析

根據(jù)平方歐氏距離大小，采用離差平方和法對(duì)水稻DH株系及其親本品質(zhì)性狀進(jìn)行聚類分析。依據(jù)距離不同，將36份材料的品質(zhì)性狀分成4大類（圖1）：第Ⅰ類包括L1、L3、L4等10個(gè)材料；第Ⅱ類只有L24；第Ⅲ類包括L2、L7、L20等6個(gè)材料；第Ⅳ類包括L8、L9、L16等19個(gè)材料。

圖1 水稻DH 株系及其親本稻米品質(zhì)性狀聚類分析

對(duì)4大類DH株系及其親本品質(zhì)性狀的平均值分析可以看出（表5），第Ⅰ類蛋白質(zhì)含量最低，水份最高；第Ⅱ類透明度最高；第Ⅲ類透明度和堊白度最低；第Ⅳ類直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量最高。

表5 4 類水稻DH 株系及其親本稻米品質(zhì)性狀平均值

3 討論與小結(jié)

小孢子培養(yǎng)技術(shù)可應(yīng)用于純系創(chuàng)制、雜交優(yōu)勢(shì)利用以及DH 群體構(gòu)建[9]，變異的篩選可從大田轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)容器中，呈數(shù)量級(jí)地?cái)U(kuò)大了篩選規(guī)模，可高通量創(chuàng)制水稻新種質(zhì)。本研究通過(guò)小孢子培養(yǎng)技術(shù)獲得水稻雜交F1后代DH 株系34 份，對(duì)DH 株系及其親本進(jìn)行分蘗期—成熟期耐鹽性評(píng)價(jià)，等級(jí)達(dá)1 級(jí)的材料 1 份（L1），等級(jí)達(dá) 3 級(jí)的材料 10 份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等級(jí)達(dá)5 級(jí)的材 料 12 份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等級(jí)達(dá) 7 級(jí)的材料 12 份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等級(jí)達(dá) 9 級(jí)的材料 1 份（L7）。

水稻種質(zhì)資源品質(zhì)性狀間差異較大，變異豐富[11]。稻米重要的2個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)是直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量[10]。一般而言，直鏈淀粉含量高，蛋白質(zhì)含量超過(guò)9%的品種，其食味往往較差[12]。本研究對(duì)DH 株系的稻米品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，將34 份DH 株系及其親本品質(zhì)性狀分成4 大類。第Ⅳ類直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量最高。隨著耐鹽水稻育種工作的開(kāi)展，耐鹽水稻種質(zhì)創(chuàng)制不僅僅局限于高產(chǎn)的選擇，優(yōu)質(zhì)也是耐鹽水稻研究的重要方向。前人研究報(bào)道，稻米品質(zhì)性狀與水稻耐鹽有一定相關(guān)性，直鏈淀粉含量與水稻耐鹽性正相關(guān)[13]。綜合DH 株系分蘗期—成熟期耐鹽性評(píng)價(jià)和稻米品質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)分蘗期—成熟期耐鹽性較好的材料（等級(jí)達(dá)1～5 級(jí)）大部分在稻米品質(zhì)性狀聚類分析的第Ⅳ類。肖丹丹等研究表明，高鹽濃度（質(zhì)量百分濃度0.35%）下，稻米品質(zhì)明顯變劣[14]。本研究中，耐鹽性較好的水稻種質(zhì)的直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量較高，稻米食味品質(zhì)差。對(duì)于鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)的影響還需進(jìn)一步研究。

本研究通過(guò)小孢子培養(yǎng)技術(shù)快速創(chuàng)制水稻純合DH 系，對(duì)DH 系進(jìn)行耐鹽性鑒定和稻米品質(zhì)分析，發(fā)掘出耐鹽性和品質(zhì)性狀比原有地方品種均有改良提升的優(yōu)質(zhì)新種質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)耐鹽水稻品種的選育提供了技術(shù)與材料支撐。下一步將對(duì)鹽脅迫對(duì)創(chuàng)制的新種質(zhì)材料稻米品質(zhì)的影響開(kāi)展深入研究。