水稻(OryzasativaL.)是世界重要粮食作物之一,全世界半数以上的人口以其为主食,提供了超过25%的人类热量需求,而大多数东南亚人高达76%的每日热量需要靠大米提供。世界上约五分之一的人口以种植水稻为生,在2016年世界水稻产量达到了7.41亿吨。在过去的半个世纪里,水稻产量的大幅提高主要归功于两个方面,其一是使用了半矮秆品种,其二是三系杂交水稻的广泛应用。
近年来,随着社会生活水平的提高,人们不但要求提高水稻的产量,还对水稻的品质提出了更高的要求,因此,水稻品质育种成为近年来的研究热点。多倍化在高等植物中是普遍存在的。多倍体被普遍认为是一种常见的物种形成模式,对植物进化和生态学产生了深远的影响。在二倍体向多倍体演化的过程当中,其产量和品质等相关性状也会显著提高。我国于1951年开始多倍体水稻育种研究,但一直进展缓慢,在汉斯出版社《农业科学》期刊中,有学者认为其主要问题在于多倍体水稻的低诱导率和低结实率,尤其低结实率问题是制约多倍体水稻发展的瓶颈。
为解决低结实率瓶颈问题,国内有学者于2001年提出“利用远缘杂交和多倍体双重优势选育超级稻”的育种新策略。在该策略的指导下,成功选育出2个多倍体减数分裂稳定性(Polyploidmeiosisstability,PMeS)品系,突破了多倍体水稻低结实率瓶颈问题。本实验室以PMeS品系这一核心材料为基础,近20年来已创制培育出5000余份多倍体水稻材料。其中将PMeS品系(高结实)与9311-4x(低结实)杂交后,利用隔代回交技术构建获得了具有高结实性状的9311-4x近等基因系(简称PMeS近等基因系)。为详细掌握回复二倍体的米质状况,分析其应用前景,并为其遗传改良提供参考,本研究以其中15个优良回复二倍体品系为材料,对其加工品质(糙米率、精米率、整精米率),外观品质(粒长、长宽比、垩白粒率、垩白度、透明度),蒸煮和食味品质(直链淀粉含量、胶稠度、碱消值)等指标进行测定,进而分析其米质状况。
研究发现多倍体水稻的回复二倍体往往具有优良的农艺性状,这是由于本实验室的PMeS品系是通过广泛的籼粳杂交,同时具有籼稻和粳稻的遗传成分。加之四倍体水稻的减数分裂情况远比二倍体水稻复杂,促进了籼、粳染色体之间的交换和重组,使染色体的结构和组成发生改变,优良基因位点有更大几率组合在一起。这时,将四倍体水稻再通过花药培养或自然回复得到的二倍体水稻同样jian有籼稻和粳稻遗传成分,遗传多样性更加丰富,因此往往更容易获得jian具多种优良农艺性状的新品种。
本研究以多倍体水稻PMeS近等基因系通过花药培养获得的15份优良回复二倍体品系为材料测定其米质。在加工品质方面,15个品系整体表现都较好,其中糙米率都达到了优质米标准(三级或以上),除WH20ST212、WH20ST213外其余材料的整精米率也都达到了优质米标准(三级或以上)。在外观品质方面,整体来看所有材料的外观品质均表现较好。粒长均较长,都属于长粒形(粒长>6.5mm)或中粒形(粒长5.6mm~6.5mm)籼米,长宽比都超过2.8;透明度也都达到1级或2级;15个品系材料垩白粒率均低于30%,达到优质米标准;除5个品系外,其余材料的垩白度均达到了二级(≤3.0%)或三级(≤5.0%)优质米的标准。在蒸煮品质方面,15份材料均属于低直链淀粉稻米和软胶稠度稻米,这两个方面所有材料都达到一级优质米标准;碱消值方面,6份材料为6~7级,达到优质米标准,而另外9份材料为3~4级,说明较多材料的米质等级受到了碱消值的影响而降低,这为今后相关材料的遗传改良指明了方向。