水稻垩白的研究现状与改良策略

文章综合分析了水稻垩白与其他稻米品质性状的相关性、垩白形成机理、经典遗传以及分子遗传方面的国内外研究进展。表明垩白形成是一个复杂的生理过程, 与稻株“源-库”关系、籽粒灌浆动态以及胚乳内淀粉的合成与积累密切相关。垩白属于复杂的数量性状, 其遗传具有母体效应、胚乳效应以及细胞质效应, 还受环境条件的影响。在多条染色体上存在一些稳定表达的控制垩白性状的QTL, 其中3个与垩白形成相关的影响淀粉合成、淀粉代谢和果实发育的基因已被克隆。然而, 关于垩白的形成机制和调控网络目前仍不清楚。在育种实践中, 降低垩白仍是我国优质稻育种, 尤其是籼稻品质育种的主要目标之一。文章对今后稻米垩白的遗传研究方向及其改良措施进行了讨论。     

水稻垩白性状遗传育种研究进展

水稻(Oryza sativa L.)垩白包括垩白率和垩白度,是重要的外观品质之一,对其他品质性状也有重要影响,阐明水稻垩白性状的遗传机制十分重要。近年来随着水稻功能基因组学和分子标记技术的发展,越来越多的垩白基因获得了克隆。本文综述了水稻垩白的评价指标、与其他品质性状的关系、遗传基础、垩白QTL定位和垩白基因克隆,并提出了借助显性核不育系进行轮回选择改良水稻垩白的分子育种策略,以期为水稻垩白性状的分子改良提供参考和借鉴。     

植酸对稻米品质影响的研究（Ⅰ）

本文报道在水稻生长的抽穗期、齐穗期、灌浆期和蜡熟期喷施不同浓度植酸改良稻米品质的研究。结果表明,在水稻生长的不同阶段,控制喷施植酸浓度可提高糙米率,降低稻米垩白。     

稻米垩白形成的气象生态基础研究

在全国13个点、19个品种多播期试验基础上,对稻米垩自形成的气象生态基础进行了分析。结果表明,水稻齐穗后15天的日均温是影响稻米垩白大小的主要气象因子。经对稻米垩白与齐穗后15天内均温关系的动态分析可知,稻米垩白随该时段温度提高而增大的拐点温度约为29℃(品种间略有差异),接近或超过该点温度,稻米垩白会突发性地增加。     

稻米外观品质性状遗传与分子定位研究进展

稻米外观品质主要是指稻米的粒形、垩白、透明度和籽粒色泽等,它不仅直接影响到人们的喜好,还与其他品质性状诸如蒸煮食用、加工等密切相关。因此,外观品质对稻米的商品价值有着十分重要的影响。本文从经典遗传与现代分子生物学两个方面对稻米主要外观品质的遗传研究进展进行了较全面的综述,包括粒长、粒宽、长宽比、粒厚、垩白、透明度和籽粒色泽等。综合近年来的遗传研究结果发现,大多数稻米外观品质性状都是由数量基因控制的。利用分子标记技术已将控制外观品质的QTL（qualitative trait locus）定位在不同的染色体上,为下一步的稻米外观品质改良提供了有利条件。     

水稻品质性状的遗传改良及其关键科学问题

改善稻米品质是水稻遗传改良及基础研究的重要目标。破解控制稻米重要品质性状形成的调控机制,对稻米品质改良和品种选育具有十分重要的意义。近十多年来,稻米品质功能基因组研究成果为其遗传改良提供了丰富的功能基因、有效的功能性分子标记及良好的改良策略。但是,稻米品质本身由多个性状构成,且各品质性状间、品质与产量性状间、品质与环境间均互相影响,极大地限制了稻米品质的遗传改良。因此,文中提出了未来水稻品质性状基础研究及遗传改良的六个关键科学问题。     

早籼稻米垩白形成中的生理生化变化特性

以早籼多垩白品种泸红早１号、浙７３３和少垩白品种中优早３号、舟优９０３及中籼中引８５为材料,在自然高温条件下对水稻灌浆过程中胚乳内含物质（如淀粉、可溶性糖等）和酶（淀粉磷酸化酶、Ｑ酶）活性的连续变化进行测定。结果表明,不同垩白度品种其胚乳内部物质增长的时间进程和酶活性的变化存在差异,由此造成灌浆动态明显不同,并导致垩白形成的差异。     

密穗型水稻品种籽粒垩白性状改良研究

采用籽粒长宽比较大、穗部着粒密的散穗型材料(EG23)改良粳稻密穗型品种的籽粒垩白性状.结果表明,经改良后得到的密穗型品系EA6,与原亲本浙粳20比较,其穗部长度缩短,每穗总粒数增加,着粒密度增大,而籽粒垩白特性得到明显的改善,表明在穗部长度和着粒结构未得到改良的情况下,调节籽粒长宽比对改善密穗型品种籽粒垩白性状具有可能性.穗部不同粒位籽粒垩白性状改良的效果不同,穗顶部和穗中部的改良效果明显优于穗基部.设计的4个不同杂交配组方式中,以反回交配组方式(浙粳20/ EG23//浙粳20)选育效果最好.EA6具有较好的农艺性状,既可作为优异种质资源利用,也可直接应用于生产.这一结果从育种实践上较好地协调了密穗型品种高产与优质的矛盾,对于培育既有密穗型的高产株型又有优良籽粒外观品质的水稻品种具有重要意义.     

云南高原粳稻品质特性分析

采用表型主成分及聚类分析法,对76个云南高原粳稻的11个品质性状进行了分析。结果表明,（1）直链淀粉含量的平均值达食用稻品种品质1级标准,糙米率、透明度、碱消值和胶稠度达2级标准,精米率达3级标准,其余品质性状的平均值均在3级以下。品种间变异最小的品质性状是糙米率和碱消值,变异最大的是垩白度,其次是垩白粒率。（2）稻米品质性状间存在复杂的相关关系。（3）在选出的6个影响云南稻米品质的主因子中,精米率、垩白粒率和垩白度因子对稻米品质的累积贡献率为49.6%。（4）76个云南粳稻聚为4类,其中第一类包括52个品种,表明遗传距离近,遗传基础狭窄。在今后的云南粳稻品质育种中,应降低垩白粒率和垩白度,提高精米率和整精米率,同时拓宽遗传基础。     

粳稻谷粒性状与垩白性状的相关分析

利用大粒粳稻DL115与小粒粳稻XL005杂交后代F3和F4家系为试验材料,分析了粳稻谷粒性状和垩白性状的表型变异及其相关关系。研究结果表明,F3和F4家系谷粒的长、宽、厚、长宽比、千粒重及垩白性状均呈接近正态的连续分布,表现为由多基因控制的数量性状。F4家系谷粒性状值均小于F3,随着世代的增加,谷粒性状值趋于减小。F4家系垩白粒率和垩白度小于F3,而垩白大小基本相近。在F3和F4,谷粒千粒重与谷粒长、宽、厚、长宽比均呈极显著正相关;垩白性状与谷粒长、宽、厚、长宽比、千粒重呈极显著正相关。在不同大小的谷粒长、长宽比和千粒重范围内,谷粒性状值相对较大的群体垩白性状值明显大于谷粒性状值相对较小的群体;谷粒长和长宽比相对较小的群体内垩白性状与其谷粒性状的相关关系较谷粒长和长宽比相对较大的群体更为密切。     

研发动态

<正>中科院发现控制水稻粒形和稻米品质的重要基因中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员领导的团队在水稻品质和产量协同遗传改良的研究中取得重要进展,从优质杂交水稻不育系泰丰A中成功分离并克隆了一个控制水稻粒形和提升稻米品质的重要基因GW7。这一基因能通过改变细胞分裂模式,让稻米变得更为细长,有效地减少垩白率和垩白面积,从而提高稻米     

粳稻穗角与稻米品质的相关性及稻米品质遗传分析

测定了粳稻直立穗品种丙8979与弯曲穗品种C堡杂交组合的P1、P2及其重组自交系349个株系的穗角和10个稻米品质性状, 分析了穗角与稻米品质性状之间的相关性, 并运用主基因+多基因混合遗传模型, 对稻米品质10个性状进行了遗传分析。结果表明,穗角与糙米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、糊化温度、胶稠度和直链淀粉含量均无显著相关; 与精米率呈显著正相关(r=0.124*); 与粒长和长宽比均呈极显著正相关(相关系数分别为0.470**和0.241**)。糙米率、精米率和直链淀粉含量均受2对主基因+多基因控制, 2对主基因具有累加作用和加性×加性的上位性作用; 整精米率、粒长、长宽比和胶稠度受2对加性-上位性主基因+多基因控制;垩白粒率、垩白度和糊化温度均受3对加性-上位性主基因+多基因控制。糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度和糊化温度6个品质性状以主基因遗传为主,粒长、长宽比、胶稠度和直链淀粉含量4个性状以多基因遗传为主。     

水稻垩白形成的生理和遗传机制

介绍了水稻垩白形成的生理和分子生物学机制的研究进展,提出了垩白形成分子机制研究中的一些难点和期待解决的问题。     

可溶性淀粉合成酶与稻米淀粉精细结构关系的研究进展

支链淀粉是稻米淀粉的最主要组成部分,不同水稻品种间支链淀粉分子聚合度及分支链链长与分布有所不同,从而影响了稻米的品质。本文简要回顾了稻米淀粉的结构及其主要合成酶类,并以可溶性淀粉合成酶为重点,综述了水稻中可溶性淀粉合成酶4个亚家族不同同工型在决定淀粉精细结构中的作用,同时对相关基因的表达等方面也做了论述,旨在为水稻淀粉合成调控及品质改良提供参考。     

粳稻品质性状间及其与植株性状和产量性状间的遗传相关

利用朱军等提出的种子性状遗传模型,采用 3×3 NCⅡ正反交设计的亲本和部分组合F2代种子,分析了品质性状糙米率、垩白粒率、垩白面积和AC间及上述品质性状与株高、穗部性状等的遗传相关,以期为粳稻育种后代选择提供指导。结果表明,精米重与糙米率存在极显著的母体加性相关;虽然控制品质性状的主要遗传效应分量与植株性状相应遗传效应分量遗传协方差不显著,但在其他相应遗传效应分量方面存在着复杂的关系。     

Nature系列期刊导读

<正>研究发现控制水稻粒形和稻米品质的重要基因近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员领导的团队从优质杂交水稻不育系泰丰A中成功分离并克隆了一个控制水稻粒形和提升稻米品质的重要基因GW7。这一基因能通过改变细胞分裂模式,让稻米变得更为细长,有效地减少垩白率和垩白面积,从而提高稻米在外观、口感等方面的     

稻米品质的分子水平研究进展

随着分子生物学和各项技术的发展,稻米品质的研究取得了一些进展。从与稻米品质中的直链淀粉含量、胶稠度、垩白、糊化温度及碾磨品质有关的基因或QTL,ADP葡聚糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、分支酶及脱支酶在淀粉合成中的作用以及胚乳淀粉粒的形成、形态与结构等方面作了综述 。     

稻米品质性状对开放式空气二氧化碳浓度增高的响应

利用开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台。研究大田栽培条件下粳稻武香粳14号稻米品质性状对CO2浓度增高200μmol·mol^-1的响应。结果表明．FACE处理稻谷的出糙率平均比CK高1．4个百分点,整精米率平均比CK低12．3个百分点,较低的供N水平有利于提高FACE条件下的出糙率．较高的供N水平有利于提高FACE条件下的整精米率;FACE处理的稻米垩白略有增加。垩白粒率平均比CK高11．9个百分点,垩白度平均比CK平均高2．8个百分点,较高的供N和供P水平有利于降低FACE条件下垩白大小、垩白粒率和垩白度;FACE处理稻米糊化温度平均比CK平均高0．52℃,胶稠度有提高的趋势,但对稻米直链淀粉含量影响较小,较高的供N和供P水平有利于降低FACE条件下稻米的直链淀粉含量,较低的供N和较高的供P水平有利于降低FACE条件下稻米胶稠度,较低的供N水平有利于降低FACE条件下稻米糊化温度;FACE处理使稻米蛋白质含量比CK平均低0．6个百分点,较低的供N和供P水平有利于降低FACE条件下稻米蛋白质含量。     

灌浆期气温与源库强度对稻米品质的影响及其生理分析

利用自然条件下的早、晚季种植作为温度处理,选择米质低、中、优等级的6个水稻品种（组合）作为供试材料,研究了早、晚季种植下的稻米品质、淀粉分支酶活性变化,以及温度处理间的差异.结果表明,在籽粒灌浆初期,高温环境下灌浆充实的籽粒,其稻米的垩白增加、透明度变差、整精米率下降,对出糙率及精米率没有明显影响.与早季种植的稻米相比,晚季种植稻米的胶稠度、整精米率、透明度增加.早、晚季种植对稻米直链淀粉含量、蛋白质含量等没有显著影响.剪叶限源处理显著降低稻米质量,疏粒减库处理显著提高稻米品质.     

转基因技术改良稻米淀粉品质的研究进展

淀粉是稻米胚乳的主要组成成分, 而淀粉含量和性质的差异又直接决定稻米的品质。早期关于稻米淀粉的研究局限于其组成成分、品种间含量的差异以及稻米淀粉合成的经典遗传学方面。随着现代分子生物学和转基因技术的发展, 稻米品质、淀粉的生物合成及其分子调控成为研究热点。随着淀粉合成相关基因的克隆、分子特性及其表达调控的研究取得了较大进展, 人们也开始尝试利用现代基因工程技术, 高效地改良稻米品质, 如提高或降低淀粉含量及改变支链淀粉的结构。本文从综述稻米淀粉的组成、结构和淀粉合成相关酶的研究进展入手, 探讨了转基因技术改良稻米品质的研究进展和发展前景。