香稻香味遗传育种及其保香栽培

香稻是一种珍贵的具有天然香味的功能稻和特种稻,具有食味品质好、营养保健、经济价值高等优点,因而深受消费者青睐,是当前水稻研究的热点问题。近年来大量的研究揭示了香稻香味的遗传特点及遗传多样性,并进一步对香稻香味基因进行了精细定位与克隆,这对香稻的育种研究具有重要的指导意义。同时,研究者在香稻的保香栽培方面也取得了积极进展,优质香稻的产业化、无公害、绿色生产将是未来香稻发展的方向。本文综述了香稻在香味遗传机理、国内外育种状况、香稻选育方法、影响香味的环境因素、保香栽培要点等方面的研究,并对今后香稻的研究趋势进行了展望,这将为今后香稻的进一步研究提供参考。     

水稻香味基因及其在育种中的应用研究进展

水稻(Oryza sativa)为世界上30多亿人口的主食,是最重要的粮食作物之一。作为栽培水稻类型之一的香稻,由于其稻米具有独特的香味,在国内外市场上深受广大消费者的青睐。近年来,随着水稻功能基因组和测序技术的快速发展,针对水稻香味基因的研究取得了较大进展,并开发了一系列的功能标记应用于香味基因筛选和品种培育。该文综述了水稻香味基因的遗传基础、基因功能及其调控、功能标记的开发及应用的新进展,以期为香稻新品种培育提供借鉴与参考。     

香稻品种OsBADH2突变位点分析及其功能标记的开发

香稻拥有浓郁的香味和较高的营养价值,深得消费者的喜爱和育种专家的重视,挖掘和利用香稻基因资源为培育优质香稻品种奠定基础.水稻甜菜碱醛脱氢酶基因(OsBADH2)功能的丧失导致稻米具有香味.通过对10份香稻品种OsBADH2编码区进行测序分析,明确其变异类型.根据香稻OsBADH2第7外显子8 bp的缺失,设计功能标记E...     

24种香稻品种甜菜碱醛脱氢酶2基因突变位点的分析及分子标记开发

根据香型与非香型水稻甜菜碱醛脱氢酶2基因(badh2)在第2、第4内含子、第7外显子3处序列差异和第2外显子1处序列差异,分别设计了两类检测badh2第7和第2外显子突变的功能性分子标记引物M7和M2;利用两类引物,分别对属于第7外显子突变的香型水稻W香99075和第2外显子突变的香型水稻武香14、非香型水稻以及两种香稻分别与非香稻杂交的F1植株基因组DNA进行PCR检测后发现,M7和M2引物完全能够分别被用于以第7和第2外显子突变的香稻作为亲本,进行分子标记辅助培育香稻新品种的研究.M7引物综合考虑了badh2内含子和外显子两方面突变情况而设计的.以非香稻261S、分别发生第7和第2外显子突变的香稻品种W香99075和武香14为对照,使用M7和M2引物,对本实验室收集的另外22份香稻品种进行badh2突变位点检测,结果可将这些香稻分为badh2第2外显子突变类型、第7外显子突变类型和外显子未发生突变类型,同时明确了大多目前在上海等周边地区种植的香稻品种的badh2所属的突变位点.开展本研究为利用分子标记辅助选育香型水稻新品种研究奠定了重要的基础.     

用SSR标记分析广西香稻与南亚香稻的遗传多样性

利用16对分布于水稻12条染色体上的SSR引物分析78份来自南亚的香稻资源和18份广西种植的香稻的遗传多样性。结果表明:在南亚的香稻资源中,每对引物检测到的等位基因数为3~13个,平均每个位点的等位基因数为5.31个,广西的香稻资源中,每对引物检测到等位基因数2~9个,平均每个位点的等位基因数为3.44个;南亚香稻资源平均多态信息含量(PIC)为0.55,广西香稻资源平均PIC为0.41;南亚香稻资源平均基因多样性(Hs)为0.60,广西香稻资源平均Hs为0.47;说明了南亚香稻资源比广西香稻资源具有更为丰富的遗传多样性。聚类结果表明,大部分的南亚香稻资源或大部分的广西香稻资源各自聚为一类,说明大部分南亚和广西的香稻种质资源存在遗传差异性和地理远缘性。     

水稻抗褐飞虱基因Bph3和Bph24(t)的聚合育种利用

在水稻(Oryza sativa)的生产实践中,常常会受到褐飞虱(Nilaparvatal lugens)等多种病虫害的威胁。聚合不同抗性基因,培育抗性品系,是应对各种生物胁迫最有效的策略。传统香稻由于其自身抗性等条件限制,无法大面积推广。本研究结合分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)技术,以含有抗褐飞虱基因Bph3或Bph24(t)的供体亲本与含有抗稻瘟病基因(Pi2、Pib或Pimh)、抗白叶枯病基因(Xa23)或香味基因(badh2)的优质三系杂交水稻保持系和恢复系进行多亲本复合杂交。将抗褐飞虱基因聚合到优良水稻品系中,筛选获得41个含有抗褐飞虱基因且与其他目的基因以不同组合方式相聚合的稳定品系。抗性鉴定、香味检测和农艺性状测定表明,各聚合品系的褐飞虱抗性水平较受体亲本均有明显提升,且具有双抗、三抗和/或香味等优良表型。这些新品系为多抗、优质水稻新品种的选育提供新的种质材料。     

国内外香稻资源遗传多样性研究

收集来源于16个国家和地区的345份香稻和89份非香材料开展了遗传多样性研究。利用分布于12条染色体上77对SSR标记,共检测出573个等位基因位点,多态信息含量(PIC)变幅为0.090~0.845,平均为0.516;基因多样性(GD)变幅为0.091~0.859,平均为0.573;主效等位基因频率(MAF)平均为0.540,变幅从0.251~0.953。聚类分析和群体结构分析将434份材料分成3个亚群,亚群与亚群间FST平均为-0.116,变幅从-0.623~0.494;据Nei’s方法计算的亚群间遗传距离从0.207~0.355;各亚群内的主效等位基因频率为0.408~0.746,基因多样性变幅为0.354~0.699,多态信息含量则从0.320~0.658。通过对18个水稻品种中的6个线粒体基因测序结果发现5个基因内不存在核苷酸的差异,仅Mit4中包含了3个SNP的两种基因型,可以作为反应籼粳分化与香味基因进化的重要功能标记。本研究较为系统地反映了不同香稻材料间以及与非香稻资源间的亲缘关系,为进一步了解国内外香稻种质资源和优质香稻育种提供了重要的参考依据。     

太湖稻区与国内部分香稻SSR指纹图谱构建及遗传多样性初析

以太湖稻区和国内其他地区的39个香稻品种,以及籼型恢复系2个对照品种为研究材料,利用SSR分子标记进行DNA指纹图谱构建和遗传多样性分析。从40对国标中公布的水稻SSR引物中筛选出13对核心引物,在41个水稻品种中共检测到36个多态性片段。据此建立41个水稻品种的DNA指纹图谱,进行聚类分析,发现供试41个品种的遗传相似系数在0.58以上,而供试香稻品种的遗传相似系数在0.64以上,基本反映了不同品种间的亲缘关系。     

分子标记分析二十三种香型水稻十个食味品质相关基因的基因型

选取23种香型水稻品种为供试材料,利用分子标记检测方法,进行了10个与稻米食味品质相关基因：耽、SSII-3、SBE3、AGPiso、SSIII-2、AGPlar、P比、SSI、ISA、SSIV-2的基因型分析。结果发现,含有最好食味品质基因型的水稻是“2845”;其次是“松香早粳”、“苏沪香粳”、“B1”、“武运2645”、“通运粳”、“银香28”、“香粳49②”、“99983”、“W香99075”、“07-08”、“云粳优15”、“29185”、“南海318”：另外9种香稻,“大华香粳”、“武香14”、“香粳”、“Della光身稻”、“大粒香”、“泰国香稻”、“C香517”、“香稻1号”、“中香1号”都分别含有一些可能会影响稻米食味品质的基因型。开展本研究不仅能够使人们对这些香稻食味品质基因型有一个全面的认识,还可为今后利用分子标记辅助培育优良食味品质香稻新品种和亲本的选择提供重要的基因型信息。     

湖北江汉稻区优质香稻上二化螟的为害特性

研究了二化螟Chilo suppressalis(Walker)对优质香稻鄂香1号和武香988及优质常规中稻鄂中5号的田间为害特性。结果显示,1代二化螟危害造成的枯心苗数优质香稻略低于优质常规中稻。2代二化螟危害造成的枯孕穗和白穗优质香稻鄂香1号低于常规中稻,平均每15丛7.91株。田间剥查发现优质香稻中4~5龄2代二化螟所占百分比高于常规中稻,武香988中2代二化螟蛹所占比例高于常规中稻,达46.51%。3代二化螟量优质香稻低于常规中稻。结果说明香稻受二化螟的危害集中在2代,因而香稻二化螟的防治应注意消灭1代老熟幼虫和2代幼虫。     

抗条纹叶枯病香稻新品种的分子标记辅助选育

为解决上海主栽水稻品种普遍对条纹叶枯病缺乏抗性、大多数品种成熟期偏晚且食味品质不佳的状况,该研究以高产、广适性粳稻品种‘武运粳7号’为母本,与高抗条纹叶枯病水稻品系‘武2699’进行杂交,获得F1种子,再以早熟、香型优质品种‘太湖香粳’为父本,与(‘武运粳7号’ב武2699’)F_1进行复交,开展聚合育种;并分别利用与水稻抗条纹叶枯病基因QSTV-11b紧密连锁和香味控制基因Badh2共分离的分子标记,对分离世代进行辅助选择,筛选到含这2个基因的纯合基因型单株,结合田间抗性鉴定及香味测定,育成具有香味、高抗水稻条纹叶枯病、高产、优质等特点的早熟晚粳新品种‘沪香粳151’。     

香稻资源遗传多样性的比较

利用60个水稻SSR标记, 对来自国内外的370份香稻材料的遗传多样性进行了比较分析。结果共检测到361个等位基因, 每个位点的等位基因变幅为2~10个, 平均Nei基因多样性指数(He)为0.663, 变幅为0.104(RM308)~0.885(RM2634)。籼粳亚种间的遗传多样性具有明显差异, 籼稻的等位基因数和Nei基因多样性指数均高于粳稻。地方品种的遗传多样性高于选育品种, 选育品种等位基因数仅为地方品种的86.5%。分子方差分析表明, 香稻材料中总变异的43.08%是由于亚种间的遗传差异引起的。不同稻区的遗传分化程度总体介于1.69%~14.40%之间。其中, 华南与西南、华中与西南地方品种间遗传差异的分化程度达显著水平。聚类分析将参试材料明显分为籼粳两大类, 同时地域相同(稻区)、相邻省份的香稻材料基本归为同一类群。     

水稻香味基因分子标记的开发及应用

根据香稻材料在Badh2基因(甜菜碱醛脱氢酶基因)第7外显子的突变位点,设计了分子标记YY5-YY8用来区分这种突变类型的香稻材料。同时结合已报道的针对Badh2在第2、4、5外显子处突变设计的功能标记InDel-E2和FMbadh2-E4-5,对80份不同生态区香稻材料进行了标记检测。结果表明,26份材料属于第7外显子突变类型,37份材料属于第2外显子突变类型,无第4、5外显子突变类型材料。该研究构建了针对Badh2突变的新的分子标记YY5-YY8,并且鉴定了上述香稻材料的突变类型,为优质香稻分子育种奠定基础。     

国际水稻遗传评价圃资源在广东的试验和评价利用

2001-2005年广东省农业科学院植物保护研究所、水稻研究所参加6个国际水稻遗传评价试验圃（INGER）,包括国际褐稻虱圃、稻瘿蚊圃、稻瘟病圃、白叶枯病圃、灌溉稻观察圃和靓粒香稻圃,引进水稻种质资源1778份,经鉴定试验和田间评价试验,评选出一批适合广东的抗病虫或具丰产潜能的优质种质。这些种质资源在我省水稻抗病虫性研究和抗病虫育种中得到广泛应用,2001-2005年用4个INGER材料培育出9个优质丰产抗病虫品种,合计应用面积25万hm^2。这些品种组合控制了广东水稻病虫褐稻虱、稻瘟病、白叶枯病的灾害性发生,具有重要的经济效益和生态效应。目前,广东省农业科学院植物保护研究所和水稻研究所分别保留了200多份和5000多份可进一步利用的水稻种质材料。通过INGER试验引进的水稻种质资源对丰富广东水稻育种的遗传背景,提高广东省水稻抗病虫性研究和抗病虫育种水平以及种质研究利用水平具有重要意义。     

水稻籼型优质不育系宜香1A特性研究

用4个不育系与5个恢复系组成4×5不完全双列杂交作产量配合力分析,分析结果宜香1A一般配合力效应值为0.3756,极显著优于Ⅱ-32A和汕A。采用BC Sood介绍的水稻香味快速测定法,对水稻不育系宜香1A的香味遗传进行研究,其香味由1对隐性主基因控制,是一个选育香型杂交稻的理想不育系。以不育系Ⅱ-32A和冈46A为对照,对宜香1A开花后的柱头活力进行分析研究,其变化规律与Ⅱ-32A相当,即都是开花后第4天柱头授粉结实能力最强,第6或7天柱头活力几乎完全丧失,而冈46A开花后3~4 d柱头授粉结实能力最强,第5天柱头活力几乎完全丧失。     

播种期对晚季香稻香气2-乙酰-1-吡咯啉含量和产量的影响

为了确定华南双季稻区晚季香稻的适宜播种期,在大田条件下以桂香占和农香18为材料,研究了播种期对香稻香气2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)、脯氨酸代谢酶活性和产量的影响。结果表明:(1)7月20日播种的香稻的2-AP含量最高,2-AP含量较高的播期其游离脯氨酸含量、籽粒脯氨酸氧化酶活性以及脯氨酸脱氢酶活性维持在较高水平。(2)7月15日播种的桂香占和7月20日播种的农香18的产量最高,产量较高的播期具有较高的收获指数、干物质积累量和群体生长率。(3)试验条件下晚季香稻的适宜播种期为7月15日-7月20日。     

对氮素反应敏感性不同的水稻叶色基因型鉴定

氮素是水稻生长必需的大量营养元素,提高氮素的吸收利用效率是水稻育种和栽培的重要目标之一。水稻叶色与氮素水平密切相关,叶色值可作为叶片氮含量的诊断指标之一。本试验在大田不施氮素及常规施氮两个处理下,以叶片的SPAD值作为氮素能力评价参数,对146个不同基因型水稻进行了叶色深浅及对氮素敏感性不同的种质资源鉴定。通过测定抽穗前不同生育时期不同基因型水稻叶片的SPAD值,鉴定出对氮素不敏感且叶色较浅基因型7个（9103、临粳8选系、两优培粳、信粳06j1、丰糯、阳光香稻、红米稻）、对氮素不敏感且叶色较深基因型9个（9668、9002-1-1、年香粳、淮稻6号、黑稻、3优32、9910-2、矮香、方欣4号）和对氮素敏感基因型3个（白香粳、牟香粳、日本早稻）。     

水稻米香基因的遗传分析与精细定位

香味是水稻重要的品质性状之一,由100多种挥发性化合物组成,其中2-乙酰基-1-吡咯啉（2AP）是稻米香气中最主要的成分,且由一对隐性基因（fgr）控制,fgr基因位于水稻第八号染色体上。本研究根据初定位结果,利用籼粳稻基因组序列在RG1／RG28区域内发展高密度的分子标记,结合大分离群体来定位水稻的米香基因。结果显示,fgr基因位于第八条染色体的WJ-7和WJ-8分子标记之间约408kb的区间内。这一结果将对于水稻米香基因的克隆与分离提供了重要依据。     

生境对香稻籽粒可溶性蛋白质含量的影响研究

试验分别于湖南、广西两地选取4个不同生境(长沙、湘西、永州及桂林),每个生境同时种植3个不同香稻品种(‘Basmati’、‘湘晚籼13号’、‘中香1号’),测定其可溶性蛋白质含量,并结合4个种植区的生境进行比较分析。结果表明:(1)同一生境下不同香稻品种籽粒可溶性蛋白质含量的差异极显著,品种间籽粒可溶性蛋白质含量大小依次为:‘中香1号’>‘湘晚籼13号’>‘Basmati’。(2)不同生境下相同香稻品种籽粒可溶性蛋白质含量的差异极显著,生境间籽粒可溶性蛋白质含量大小依次为:长沙>桂林>永州>湘西;对其籽粒可溶性蛋白质含量影响显著的生态因子是灌浆期的日平均温度与相对湿度。(3)生境与品种对香稻籽粒可溶性蛋白质含量具有交互效应。其中桂林种植的‘中香1号’籽粒可溶性蛋白质含量最高,桂林种植的‘Basmati’和湘西种植的‘湘晚籼13号’与湘西种植的‘Basmati’籽粒所含可溶性蛋白质最低,并具有极显著差异。研究结果证实生境对香稻籽粒可溶性蛋白质含量的变化具有一定的影响。     

基于SSR标记的宁夏水稻遗传多样性分析

选择自上世纪80年代以来的59份宁夏水稻种质,利用分布于12条染色体的82对SSR引物进行遗传多样性和遗传相似性分析。共检测到339个等位基因,品种间不同位点等位基因数目2~19个,平均4.13个。Nei基因多样性指数变幅为0.0333~0.9164,平均为0.4394。按种质释放或审定年代,55份水稻分为3组分析,随着年代的增加,等位基因数和遗传多样性指数均呈增大趋势,且3群体间等位基因数和多样性指数差异均达极显著水平（P<0.001）。UPGMA聚类分析表明,参试59份水稻种质在遗传相似系数0.78水平上聚为5大类,其中第Ⅰ类为1份香稻种质;第Ⅱ、Ⅳ类均为3份种质;第Ⅲ类有5份种质,与吉林水稻相似;绝大多数品种被聚为第Ⅴ类,占参试材料数的79.7％。对比宁夏水稻选育品种系谱,大多数种质具有宁夏骨干亲本红旗12、京引39、东方红2号、京引59等的血缘,种质间亲缘关系较近。虽然近年来宁夏水稻的遗传多样性有增加的趋势,但遗传基础狭窄,参试种质的相似系数在0.75以上,最高达0.97。应继续加大力度引进和创新亲本材料,拓宽宁夏水稻的遗传基础。