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    水稻F1小孢子培养再生DH系的耐盐性鉴定及稻米品质分析

    时间：2023-02-23 08:40:04来源：百花范文网本文已影响人

    代金英，郭桂梅，程新杰，刘成洪，岳红亮，张梦龙，宛柏杰，孙一标，孙明法*

    （1.上海市农业科学院生物技术研究所/上海市农业遗传育种重点实验室，上海 201106；
    2.江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224000）

    2021年10月21日，习近平总书记在山东东营考察调研时强调：“要加强种质资源、耕地保护和利用等基础性研究，转变育种观念，由治理盐碱地适应作物向选育耐盐碱植物适应盐碱地转变，努力在关键核心技术和重要创新领域取得突破。”通过遗传育种改良农作物抗逆性，已经成为保障盐碱地区粮食生产的有效途径之一[1]。

    耐盐水稻种质创制仍然面临很多需要解决的技术问题，其中耐盐主效基因的聚合慢，种质纯合更慢，在多代自交纯合与人工选择的过程中目标性状易丢失，很大程度上限制了耐盐水稻育种进程和效率。F1小孢子是基因重组类型最丰富的群体，利用小孢子培养技术体系，给予适当的逆境、病害、营养、生长等胁迫压力，有利于目标性状的快速聚合与纯合，快速获得耐逆性提高的种质材料[2]。

    另外，随着人们生活水平的提高，对于水稻育种要求不仅仅是高产，还有优质。目前，稻米品质理化特性大都是通过测定直链淀粉、蛋白质含量等生理指标来衡量；
    通过垩白、透明度等指标衡量稻米品质的外观特性[3]。当前，关于水稻苗期耐盐鉴定的报道较多，水稻分蘖期—成熟期的耐盐鉴定报道及稻米品质与耐盐相关的研究报道较少[4-6]。本研究对小孢子培养技术获得的DH系进行耐盐性鉴定和稻米品质分析，以期快速创制优质耐盐水稻种质，为优质水稻耐盐品种的选育提供材料支撑。

    1.1 试验材料

    利用上海地方杂交粳稻品种申优17经小孢子培养获得的加倍单倍体纯系M8G（编号L41）与韭菜青（编号L42）进行杂交得到F1，然后通过小孢子培养技术[2]得到40份株系，编号L1—L40号（缺失L23、L32、L33、L36、L37、L38）。耐盐性鉴定选取盐稻12号[7]作对照材料。

    1.2种植方法

    2020年在江苏沿海地区农业科学研究所南洋试验场（120.15°E、33.5°N）种植DH株系及其亲本。设置对照组（非盐胁迫处理）和处理组（盐池，0.4%盐水灌溉）2个处理，秧龄30 d左右插秧，行距30 cm，株距15 cm，行长1 m，3行区，每穴单株插秧，以单株作重复。插秧后7 d调查成活率，如缺苗则补苗。盐池处理：插秧15 d后控水，灌0.4%盐水（人工配制），盐胁迫处理期间保持水层深度4 cm，每隔2 d用便携式盐度计（Thermo SALT 6+或德国STEPS便携式含盐量测试仪PNT3000）监测水层及土壤耕作层盐浓度，保持水层含盐量（质量百分浓度）0.4%。抽穗期停止盐胁迫。田间管理按照水稻高产栽培技术措施进行。

    1.3 试验评价

    1.3.1 分蘖期—成熟期耐盐性鉴定[8]。成熟期收获每种材料长势均匀的5株水稻，分别记录每株籽粒产量，并计算成熟期耐盐指数N。

    式中：N为分蘖期—成熟期耐盐指数；
    G1为盐胁迫处理的单株籽粒产量的平均值；
    G2为淡水处理（对照）的单株籽粒产量的平均值。

    评价方法：具体分5个级别，对应的耐盐级别数字为1、3、5、7、9，相应的耐盐性等级依次为极强、强、中、弱、极弱（评价标准见表1）。

    表1 水稻DH株系分蘖期—成熟期耐盐性评价标准

    1.3.2 稻米品质评价。成熟期收获DH株系及其亲本的稻谷，用精米机去壳打成米，利用FOSS近红外光谱仪和稻米垩白观测仪对DH株系及其亲本进行稻米品质测定。

    1.4 数据分析

    使用Excel 2016、SPSS 20.0及DPS 7.05软件进行数据统计分析。

    2.1 DH株系及其亲本的耐盐性评价

    从表2可以看出，水稻DH株系及其亲本分蘖期—成熟期耐盐指数变幅为14.82%～85.73%。分蘖期—成熟期耐盐等级达1级的材料1份（L1），等级达3级的材料10份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等级达5级的材料12份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等级达7级的材料12份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等级达9级的材料1份（L7）。

    表2 水稻DH株系及其亲本分蘖期—成熟期耐盐性鉴定结果

    2.2 DH株系及其亲本的稻米品质性状分析

    由表3可以看出，水稻DH株系及其亲本水份、蛋白质含量（质量分数，下同）、直链淀粉含量、透明度、垩白粒率、垩白度的变幅分别为11.60%～12.90%、7.40%～9.50%、12.90%～22.40%、1.00～4.00、5.00%～76.00%、1.20%～45.00%；
    相对应的变异系数分别为2.00%、13.00%、6.00%、43.03%、48.96%、88.85%。

    表3 水稻DH株系及其亲本稻米品质评价

    2.3 DH株系及其亲本的稻米品质性状相关性分析

    水稻DH株系及其亲本稻米品质性状之间具有一定的相关性。由表4可以看出，直链淀粉含量（质量分数，下同）与蛋白质含量和水份呈正相关关系，与透明度、垩白粒率、垩白度呈负相关关系；
    蛋白质含量与水份、透明度、垩白粒率、垩白度呈负相关关系；
    水份与透明度、垩白粒率、垩白度呈正相关关系；
    透明度与垩白粒率、垩白度呈极显著正相关关系；
    垩白粒率与垩白度呈极显著正相关关系。

    表4 水稻DH株系及其亲本稻米品质性状相关性分析

    2.4 DH株系及其亲本的稻米品质性状聚类分析

    根据平方欧氏距离大小，采用离差平方和法对水稻DH株系及其亲本品质性状进行聚类分析。依据距离不同，将36份材料的品质性状分成4大类（图1）：第Ⅰ类包括L1、L3、L4等10个材料；
    第Ⅱ类只有L24；
    第Ⅲ类包括L2、L7、L20等6个材料；
    第Ⅳ类包括L8、L9、L16等19个材料。

    图1 水稻DH 株系及其亲本稻米品质性状聚类分析

    对4大类DH株系及其亲本品质性状的平均值分析可以看出（表5），第Ⅰ类蛋白质含量最低，水份最高；
    第Ⅱ类透明度最高；
    第Ⅲ类透明度和垩白度最低；
    第Ⅳ类直链淀粉和蛋白质含量最高。

    表5 4 类水稻DH 株系及其亲本稻米品质性状平均值

    小孢子培养技术可应用于纯系创制、杂交优势利用以及DH 群体构建[9]，变异的筛选可从大田转移到培养容器中，呈数量级地扩大了筛选规模，可高通量创制水稻新种质。本研究通过小孢子培养技术获得水稻杂交F1后代DH 株系34 份，对DH 株系及其亲本进行分蘖期—成熟期耐盐性评价，等级达1 级的材料 1 份（L1），等级达 3 级的材料 10 份（L5、L14、L17、L22、L30、L31、L34、L39、L40、L42），等级达5 级的材 料 12 份（L3、L6、L9、L11、L12、L19、L20、L21、L25、L26、L27、L28），等级达 7 级的材料 12 份（L2、L4、L8、L10、L13、L15、L16、L18、L24、L29、L35、L41），等级达 9 级的材料 1 份（L7）。

    水稻种质资源品质性状间差异较大，变异丰富[11]。稻米重要的2个品质性状指标是直链淀粉和蛋白质含量[10]。一般而言，直链淀粉含量高，蛋白质含量超过9%的品种，其食味往往较差[12]。本研究对DH 株系的稻米品质性状进行分析，将34 份DH 株系及其亲本品质性状分成4 大类。第Ⅳ类直链淀粉和蛋白质含量最高。随着耐盐水稻育种工作的开展，耐盐水稻种质创制不仅仅局限于高产的选择，优质也是耐盐水稻研究的重要方向。前人研究报道，稻米品质性状与水稻耐盐有一定相关性，直链淀粉含量与水稻耐盐性正相关[13]。综合DH 株系分蘖期—成熟期耐盐性评价和稻米品质分析，发现分蘖期—成熟期耐盐性较好的材料（等级达1～5 级）大部分在稻米品质性状聚类分析的第Ⅳ类。肖丹丹等研究表明，高盐浓度（质量百分浓度0.35%）下，稻米品质明显变劣[14]。本研究中，耐盐性较好的水稻种质的直链淀粉和蛋白质含量较高，稻米食味品质差。对于盐胁迫对稻米品质的影响还需进一步研究。

    本研究通过小孢子培养技术快速创制水稻纯合DH 系，对DH 系进行耐盐性鉴定和稻米品质分析，发掘出耐盐性和品质性状比原有地方品种均有改良提升的优质新种质，为优质耐盐水稻品种的选育提供了技术与材料支撑。下一步将对盐胁迫对创制的新种质材料稻米品质的影响开展深入研究。

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