俞法明 楊曙東 王曉峰 嚴(yán)文潮 朱國(guó)富 翟榮榮

(1 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021；2 浙江省嵊州市農(nóng)業(yè)局，浙江 嵊州 312400)

早稻谷具有可食用和耐貯存的特點(diǎn)，同時(shí)又可作為工業(yè)、飼料等原料，是水稻(OryzasativaL.)生產(chǎn)的重要組成部分。早稻生產(chǎn)研究有利于穩(wěn)定雙季晚稻生產(chǎn)和增加糧食總產(chǎn)量，對(duì)確保糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。穗是水稻產(chǎn)量的最終表達(dá)部位，穗發(fā)育直接影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此水稻穗部性狀一直是水稻育種和生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)，也是近年來超級(jí)稻育種中重點(diǎn)關(guān)注的性狀[1]。

傳統(tǒng)水稻育種的成功主要依賴于一系列優(yōu)異基因的發(fā)掘和利用[2]，借助現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合優(yōu)異突變種質(zhì)資源進(jìn)行育種，可加快優(yōu)良性狀的選擇效率，短時(shí)間內(nèi)培育大量新品種[3]。水稻簇生穗是指主穗軸和枝梗頂端穎花與下面穎花著生在一起而形成籽粒簇生的現(xiàn)象[4]。頂小穗3粒簇生稻主要受不完全顯性基因控制，而頂小穗2粒簇生稻則受隱性基因控制[5]。大量研究表明，水稻穗部突變基因?qū)λ舅肓?shù)、穗長(zhǎng)和株高都有顯著影響[4,6-7]。通過對(duì)非簇生水稻的簇生性狀的轉(zhuǎn)育，能提高穗著粒密度及穗粒數(shù)、有效縮短穗長(zhǎng)度以及改良水稻植株性狀和稻米品質(zhì)[5]，且在適宜生態(tài)環(huán)境下，簇生穗水稻有利于發(fā)展大穗和重穗型雜交水稻[8]，如曾海清等[9]通過系譜法育成2個(gè)頂小穗3粒簇生型恢復(fù)系、4個(gè)性狀優(yōu)異的2粒簇生和3粒簇生型雜交水稻；邱箭等[10]利用復(fù)粒稻突變資源成功培育出3粒簇生型恢復(fù)系和復(fù)粒性與生物優(yōu)勢(shì)均較強(qiáng)的復(fù)粒雜交稻。但目前簇生稻在早秈稻育種中的研究尚鮮見報(bào)道。

影響早秈稻最終產(chǎn)量的因素較多。有研究認(rèn)為早秈稻品種的改良可通過增加每穗粒數(shù)等方式改良穗型性狀實(shí)現(xiàn)[11-12]。為有效改善早秈稻穗型結(jié)構(gòu)和改良早秈稻綜合性狀，本研究利用頂小穗3粒簇生型常規(guī)中秈稻突變體資源，通過有性雜交、后代復(fù)交和世代選育，篩選出12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)，通過鑒定評(píng)價(jià)，明確各種質(zhì)的性狀特征表現(xiàn)，以期為頂小穗簇生性狀研究和育種利用提供一定的種質(zhì)資源和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

ZC1為浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的具有頂小穗3粒簇生性狀的常規(guī)水稻突變體材料，全生育期約135 d；中嘉早17、中佳早10號(hào)、嘉興06-6、溫814、溫922、臺(tái)早10-02、輻017、Z10-08、中佳早06和NZ07-51均為浙江省早秈稻新品種選育協(xié)作組育成的早秈稻品種或穩(wěn)定材料。親本和后期鑒定材料均種植于浙江省杭州市浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地，育種中間材料種植于浙江省杭州市浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地和海南省陵水縣浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南繁基地，常規(guī)田間管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 雜交與種質(zhì)篩選 選擇穩(wěn)定成型的早秈稻為母本，具有頂小穗3粒簇生的常規(guī)水稻ZC1為父本，獲得F1雜交種子，將種子播種移栽定植，獲得F1植株，成熟后F1植株上F2種子混收種植后，得到F2植株，以目標(biāo)農(nóng)藝性狀為選育指標(biāo)，F(xiàn)2開始分單穂收獲、分區(qū)種植，加代繁殖2～3季，逐代選育，直至F3～F6穩(wěn)定。選擇F3～F6中一個(gè)頂小穗多粒簇生型單株作為母本或父本，以第2個(gè)穩(wěn)定成型的早秈稻作為父本或母本進(jìn)行復(fù)交，再進(jìn)行逐代選育。以獲得優(yōu)良性狀為目的，用相同方法進(jìn)行選育，共復(fù)交2～5次，篩選綜合性狀優(yōu)良的穩(wěn)定穗系，最后通過產(chǎn)量和抗性篩選獲得性狀穩(wěn)定的頂小穗多粒簇生型常規(guī)早秈稻。

1.2.2 葉瘟抗性鑒定 以12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)、感病對(duì)照品種原豐早(CK1)為供試材料，2017年6月在浙江省杭州市浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地種植進(jìn)行葉瘟抗性鑒定試驗(yàn)。葉瘟抗性鑒定采用人工接種法。將待測(cè)種子播于帶孔的塑料育苗盤中，每份材料穴播10～15粒種子，共3個(gè)重復(fù)，在稻苗三葉一心期采用供試的10個(gè)稻瘟病菌的孢子懸浮液等比例混合噴霧接種，接種液的孢子濃度為1×105mL-1，然后在26～28℃恒溫室內(nèi)黑暗保濕24 h，再移入網(wǎng)室噴水保濕。在感病對(duì)照品種達(dá)7級(jí)或以上時(shí)調(diào)查葉瘟發(fā)病情況，每份材料以發(fā)病最重的3株苗為調(diào)查對(duì)象，按照NY/T 2646-2014水稻品種試驗(yàn)稻瘟病抗性鑒定與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程[13]考查病情。

1.2.3 生育期與產(chǎn)量鑒定 以12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)和對(duì)照品種中早39(CK2)為供試材料，2017年在浙江省杭州市浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行鑒定試驗(yàn)。供試土壤為壤土，前茬作物為水稻，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3次生物學(xué)重復(fù)，小區(qū)長(zhǎng)4.5 m，寬2.5 m，小區(qū)面積11.3 m2，小區(qū)間距16.7 cm，4月6日播種，5月3日移栽，移栽密度為16.7 cm×16.7 cm，3～4本栽插。肥水管理及病蟲防治同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。統(tǒng)計(jì)始穗期、齊穗期和成熟期。成熟期調(diào)查并計(jì)算每處理隨機(jī)10株的平均有效穗，再取有效穗為接近平均有效穗數(shù)的5個(gè)單株用于室內(nèi)考種，進(jìn)行農(nóng)藝和穗部性狀鑒定，小區(qū)最后全收實(shí)割測(cè)產(chǎn)。

1.2.4 農(nóng)藝及穗部簇生性狀鑒定 水稻成熟期取12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)和對(duì)照品種中早39(CK2)稻穗5株，室內(nèi)測(cè)定農(nóng)藝及穗部簇生性狀，主要包括株高、穗長(zhǎng)、每叢有效穗、每穗單粒著生粒數(shù)、頂小穗2粒簇生數(shù)、頂小穗3粒簇生數(shù)、頂小穗4粒簇生數(shù)、頂小穗5粒簇生數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率、簇生粒率等。其中，簇生粒率是為平均每穗簇生粒數(shù)占每穗總粒數(shù)的百分比。

1.2.5 稻米品質(zhì)鑒定 稻谷收獲后自然風(fēng)干(稻谷含水量13.5%左右)，室溫儲(chǔ)藏3個(gè)月后測(cè)定米質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)，食用稻米品質(zhì)性狀的檢測(cè)依據(jù)NY/T 593-2013食用稻品種品質(zhì)[14]進(jìn)行。測(cè)定項(xiàng)目包括糙米率、整精米率、粒長(zhǎng)、堊白度、透明度、堿消值、膠稠度、白度、陰糯米率、直鏈淀粉、精米率、長(zhǎng)寬比、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量等。

2 結(jié)果與分析

2.1 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)的獲得

2007年夏季，以中佳早10號(hào)、嘉興06-6為母本，ZC1為父本，開展早秈稻新種質(zhì)的配組篩選。通過逐代種植選育發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2、F3群體材料中頂小穗2～4粒簇生性材料豐富，但生育期和農(nóng)藝性狀均不符合早秈稻育種目標(biāo)。因此，利用中嘉早17、嘉興06-6、NZ07-51對(duì)中佳早10號(hào)/ZC1、嘉興06-6/ZC1這2個(gè)雜交組合的F3穗系復(fù)交，得到中嘉早17//中佳早10號(hào)/ZC1、中佳早10號(hào)/ZC1//嘉興06-6、嘉興06-6/ZC1//NZ07-51共3個(gè)復(fù)交組合。為選育具有理想農(nóng)藝性狀的后代材料，再次以上述3個(gè)復(fù)交組合的后代材料為親本，與G08-89、溫922進(jìn)行復(fù)合雜交，進(jìn)行頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)的篩選；最后以這些復(fù)合雜交后代的部分穩(wěn)定材料為親本，與溫814、Z10-08、輻017、臺(tái)早10-02、中佳早06進(jìn)行復(fù)合雜交。通過復(fù)交次數(shù)和選育世代的增加，生育期和產(chǎn)量接近于對(duì)照品種中早39的頂小穗簇生型早秈稻材料數(shù)量明顯增加，簇生類型也更加豐富(圖1)。

注：CK2:無簇生；A:頂小穗2粒簇生；B:頂小穗3粒簇生。Note:CK2:Non-clustered. A:Top spikelets clustered 2 grains. B:Top spikelets clustered 3 grains.圖1 頂小穗簇生不同類型Fig.1 Top spikelets clustered in different types

2.2 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)來源、葉瘟抗性和稻米品質(zhì)鑒定

2017年對(duì)篩選獲得的12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià)，由表1可知，有5份材料為粘稻，7份為糯稻，其中C2和C3系譜來源相同，C4、C5、C6和C7系譜來源相同，C8、C9和C10系譜來源相同。5份粘稻材料直鏈淀粉含量均在25%以上，7份糯稻直鏈淀粉含量范圍為3.1%～3.8%、陰糯率均為0%，長(zhǎng)寬比范圍為1.9～2.5。由此可見，通過不斷復(fù)交選育和篩選鑒定，成功獲得了一批品質(zhì)類型豐富的頂小穗簇生型早秈稻材料。同時(shí)，葉瘟抗性鑒定發(fā)現(xiàn)，C3、C12這2份材料抗性較好，C3最高等級(jí)為3.0級(jí)。

表1 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)來源、葉瘟抗性和稻米品質(zhì)鑒定結(jié)果Table 1 Identification of source, leaf blast resistance and grain quality of new germplasm of early indica rice with top spikelet cluster

注：“-”表示未檢測(cè)。

Note: ‘-’means not detected.

2.3 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀鑒定結(jié)果

對(duì)12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)和CK2的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行鑒定，由表2可知，除C3和C6的株高較CK2低外，其余材料株高均高于CK2，其中C8最高。C3和C5的每叢有效穗與CK2最相近，其余材料每從有效穗均明顯高于CK2；C2、C3、C4和C6的穗長(zhǎng)較CK2短，這可能與C2和C4穗立形狀為直立形，C3、C4和C6簇生率較高有關(guān)，其余8個(gè)材料的穗長(zhǎng)均較CK2長(zhǎng)。12份材料抗倒性均較強(qiáng)，平均每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均較高，其中C3每穗總實(shí)粒數(shù)和每穗總粒數(shù)均明顯高于其他材料；12份材料的千粒重均明顯低CK2。

表2 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀鑒定結(jié)果Table 2 Identification results of main agronomic characters of new germplasm of early indica rice with top spikelet cluster

2.4 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)穗部簇生性狀鑒定結(jié)果

通過對(duì)12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)穗部簇生性狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，12份材料簇生粒發(fā)生存在差異，有11份材料的簇生粒率達(dá)50%以上，其中C4和C6簇生粒率分別高達(dá)78.55%和79.37%，表現(xiàn)為二次枝梗極少或二次枝梗上谷粒簇生在一起(圖2)。C6高度簇生，平均每穗有5.01粒的5粒簇生粒、23.06粒的4粒簇生粒和65.42粒的3粒簇生粒發(fā)生；C4平均每穗有18.78粒的4粒簇生粒和80.00粒的3粒簇生粒發(fā)生(表3)。

圖2 CK2、C4和C6的穗部性狀表現(xiàn)Fig.2 Panicle traits of CK2, C4 and C6

2.5 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)生育期與產(chǎn)量

通過2年的生育期和產(chǎn)量的定向篩選發(fā)現(xiàn)，12份頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)生育期屬早熟或中熟早稻。由表4可知，C1和C8全生育期114 d，與CK2晚熟2 d；C7、C9和C10全生育期112 d，與CK2相同；C2較CK2早熟1 d，C3、C4、C5、C6、C11和C12全生育期110 d，較CK2早熟2 d，12份材料生育期都適合于本地栽培。測(cè)定產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)， C1、C5、C6、C7、C9、C10、C11和C12較CK2產(chǎn)量更高，表現(xiàn)為增產(chǎn)，其中C10產(chǎn)量最高，平均產(chǎn)量為 8 975.27 kg·hm-2，較CK2增產(chǎn)15.61%，具有較高的增產(chǎn)潛力。

表3 頂小穗簇生型早秈稻新種質(zhì)穗部簇生性狀Table 3 Panicle clustered characters of new germplasm of early indica rice with top spikelet cluster

3 討論

大量研究表明，簇生性是單基因控制的不完全顯性性狀[6,15-17]，如陳紅旗等[18]認(rèn)為水稻簇生穗的發(fā)生不僅受主基因控制，其他相關(guān)基因也參與了其性狀的表達(dá)，但前人研究中，后代群體中頂小穗簇生粒數(shù)均未超過親本。本研究中，12份頂小穗簇生型早秈稻頂小穗簇生粒數(shù)和簇生粒率差異較大，C4、C6頂小穗簇生粒數(shù)超過了親本ZC1頂小穗3粒簇生數(shù)，這可能是由于不同的非簇生親本影響了簇生性遺傳因子的不同表達(dá)。張現(xiàn)偉等[5]認(rèn)為多粒稻在育種利用上存在著結(jié)實(shí)性差的問題，部分簇生基因隨著簇生程度的提高，千粒重也隨之下降[19-21]，目前，大量的研究者僅將簇生稻作為基礎(chǔ)性研究材料[22-26]，而未進(jìn)行更深入的研究。本研究育成的12份頂小穗簇生型早秈稻種質(zhì)，簇生粒率和結(jié)實(shí)率均較高，有6份種質(zhì)千粒重在26.0 g以上，具有較高的育種利用價(jià)值。因此可以根據(jù)簇生稻不同簇生基因來源選擇性地在育種中加以利用，發(fā)揮簇生稻對(duì)產(chǎn)量提高的貢獻(xiàn)率。

研究表明，遺傳差異較大的親本雜交后遺傳變異豐富，除有明顯的性狀互補(bǔ)外，常會(huì)出現(xiàn)一些超親的優(yōu)異后代[27]。與單交方式相比，復(fù)交的雜種后代能產(chǎn)生更多的變異類型，并可能產(chǎn)生超親類型[28]。本研究將含有簇生基因的常規(guī)中秈水稻ZC1，與常規(guī)早秈稻有性雜交，通過與多個(gè)早秈稻親本多次復(fù)交，使雜種后代具有豐富的遺傳基礎(chǔ)，在保留簇生性狀基礎(chǔ)上不僅聚合了多個(gè)早秈稻目標(biāo)性狀，在產(chǎn)量上部分材料還超越了早秈稻親本。如C10熟期和株型理想產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，是一個(gè)新的優(yōu)良簇生型早秈稻種質(zhì)資源，不僅可直接應(yīng)用于水稻觀光和稻米產(chǎn)業(yè)，還可以通過該材料培育簇生型早秈稻新品種；C5米質(zhì)秈糯、熟期較短、抗性理想、株系較好、產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯、簇生粒率和結(jié)實(shí)率高，可直接應(yīng)用于糯米加工產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié)論

本研究通過對(duì)育成的12份頂小穗簇生型常規(guī)早秈稻新種質(zhì)進(jìn)行鑒定分析發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)非簇生早秈稻簇生性狀的轉(zhuǎn)育，并通過復(fù)交和不斷選育的過程，可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)制熟期適宜、穗型和株型理想、結(jié)實(shí)率高、千粒重合適、品質(zhì)類型豐富、產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯的頂小穗簇生型常規(guī)早秈稻新種質(zhì)。本研究拓寬了簇生稻作為基礎(chǔ)性科研材料在水稻育種中的利用價(jià)值，為頂小穗簇生穗性狀研究和育種利用提供材料和信息資源。今后可將具有較高增產(chǎn)潛力的頂小穗簇生常規(guī)早秈稻新種質(zhì)(如C10)運(yùn)用到簇生型兩系雜交早秈稻的育種工作中。