王記林 熊玉珍 鄧偉 饒淑芳 余麗琴 陳紅萍

摘要：以耐儲(chǔ)性強(qiáng)的秈稻二秋矮1號(hào)為材料與育種骨干親本明恢63構(gòu)建分離群體，并利用人工老化的方法鑒定群體表型。結(jié)果表明，二秋矮1號(hào)耐儲(chǔ)的表型符合兩位點(diǎn)互作的隱性上位遺傳模型，且耐儲(chǔ)對(duì)不耐儲(chǔ)表型呈隱性。同時(shí)，獲得了一批耐儲(chǔ)性強(qiáng)的中間材料。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）;耐儲(chǔ);遺傳;育種

中圖分類號(hào)：S511? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）22-0017-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.005? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： A segregation population derived from a cross of two indica cultivars，Erqiuai No.1 and Minghui63， which have significant differences in seed storability，was assessed， and the seed storability was identified by artificial aging protocol. The results indicated that the genetic of seed storability phenotype in Erqiuai No.1 conformed to recessive epistatic genetic model and seed storability phenotype was recessive. Furthermore，a series of breeding materials with seed storability were obtained and laid a sound foundation for rice storability breeding.

Key words： rice（Oryza sativa L.）; seed storability; genetic; breeding

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要的農(nóng)作物之一，養(yǎng)活了世界一半以上的人口。近幾年，中國(guó)水稻總產(chǎn)大約在5 000億kg，但是每年都有接近150億kg的水稻在儲(chǔ)藏過(guò)程中因變質(zhì)、生蟲等原因損失掉[1]。因此，種子的耐儲(chǔ)性一直以來(lái)都是水稻基礎(chǔ)研究和育種的重要方向。

研究種子耐儲(chǔ)性的方法有自然老化和人工老化兩種。擬南芥中的研究證實(shí)自然老化和人工老化在蛋白組學(xué)層面的變化不存在差異[2]。近些年來(lái)，一些新的耐儲(chǔ)性相關(guān)位點(diǎn)被相繼報(bào)道。例如，利用粳稻日本晴和Kasalath構(gòu)建的回交重組自交系分別在第2、4和9染色體上檢測(cè)到控制種子壽命的QTL（qLG-2、qLG-4和qLG-9），其中qLG-9的效應(yīng)最大，且這些長(zhǎng)壽的等位基因均來(lái)自Kasalath[3]。Lin等[4]利用N22與Nanjing35和USSR5分別構(gòu)建了兩個(gè)分離群體，檢測(cè)到了7個(gè)耐儲(chǔ)性位點(diǎn)，分別位于第1、2、5、6和9染色體上。同時(shí)，qSSn-9位點(diǎn)能夠同時(shí)在兩個(gè)分離群體中檢測(cè)得到。Suzuki等[5]在LOX3位點(diǎn)附近分離到了一個(gè)穗萌發(fā)相關(guān)的位點(diǎn)qPHS3，并利用分子標(biāo)記輔助選擇法成功分離到了一份耐儲(chǔ)且不易穗萌發(fā)的家系，為今后水稻耐儲(chǔ)性育種提供了好的育種材料。同時(shí)，隨著耐儲(chǔ)性基礎(chǔ)性研究的深入，人們對(duì)種子耐儲(chǔ)機(jī)制的理解也更清晰。研究證實(shí)，種子自成熟收獲后就開啟了老化變質(zhì)的過(guò)程，同時(shí)種子自身體內(nèi)存在著一套延緩、阻止和修復(fù)損傷的解毒體系[6，7]。

脂質(zhì)過(guò)氧化作用是種子壽命和活力的重要影響因子，其分解的中間產(chǎn)物會(huì)不同程度地破壞植物組織和細(xì)胞，同時(shí)最終產(chǎn)物如丙二醛和乙醛等物質(zhì)的積累會(huì)造成細(xì)胞進(jìn)一步的損傷[1，8]。LOX3編碼一種脂氧合酶，抑制或者敲除LOX3在水稻胚乳中的表達(dá)能夠延長(zhǎng)種子的壽命[1，9]。研究表明，OsALDH7具有催化丙二醛、乙醛和甘油醛的活性，參與清除種子干燥過(guò)程中形成的氧化脅迫而產(chǎn)生的各種醛類化合物，在通過(guò)清除脂類化合物過(guò)氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的乙醛以維持種子活性中發(fā)揮重要作用[10]。種子中維生素E具備抗脂類氧化作用，能夠顯著增加種子的壽命[11]。水稻的乙醇脫氫酶和酯酶具備抗氧化的潛能，其活性與種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)呈正相關(guān)[12]。

DNA的修復(fù)對(duì)種子維持基因組結(jié)構(gòu)的完整、萌發(fā)能力和壽命至關(guān)重要。DNA連接酶VI在植物DNA修復(fù)過(guò)程中扮演著重要的角色。擬南芥的研究證實(shí)，DNA連接酶AtLIG6和AtLIG4是種子質(zhì)量和壽命的主要決定因子[13]。生理學(xué)和蛋白組學(xué)的研究證實(shí)，一些氧化還原蛋白（如谷胱甘肽相關(guān)）和病害/防衛(wèi)蛋白（如DNA損傷修復(fù)/耐受性蛋白和延遲胚胎形成的蛋白）與水稻種子的耐儲(chǔ)性相關(guān)[14]。此外，熱激蛋白如番茄中的HSFA9能夠提升種子的耐脫水能力，種子熱激蛋白HSFA9積累量的減少能夠顯著降低種子壽命[15]。

本試驗(yàn)以耐儲(chǔ)性強(qiáng)的二秋矮1號(hào)和不耐儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)恢復(fù)系明恢63為親本，構(gòu)建F2分離群體分析耐儲(chǔ)表型的遺傳模型，并利用人工老化處理的方法輔助改良明恢63的耐儲(chǔ)性。

1? 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用耐儲(chǔ)材料為二秋矮1號(hào)，為筆者所在實(shí)驗(yàn)室利用自然老化和人工老化的方法篩選出的耐儲(chǔ)性強(qiáng)的水稻資源，該材料株型直立，株高為80 cm，生育期為95 d，千粒重為19.6 g。試驗(yàn)以耐儲(chǔ)性強(qiáng)的水稻種質(zhì)二秋矮1號(hào)為母本，以不耐儲(chǔ)的水稻育種骨干親本明恢63為父本，構(gòu)建F2分離群體，分單株收獲自交種鑒定群體表型，同時(shí)鑒定雙親表型作為對(duì)照。

1.2? 試驗(yàn)方法

1.2.1? 人工老化試驗(yàn)方法? 將收獲的雙親及其衍生的F2群體單株自交種曬干，室溫密封保存。一個(gè)月后，每份種子分裝100粒鑒定種子的耐儲(chǔ)性表型。采用人工老化的方法加速種子老化，具體為在溫度50 ℃、相對(duì)濕度95%條件下處理84 h。人工老化處理后，依據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》鑒定種子的發(fā)芽率。

1.2.2? 明恢63耐儲(chǔ)性改良的技術(shù)路線? 改良的技術(shù)路線具體見(jiàn)圖1。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 二秋矮1號(hào)耐儲(chǔ)性的遺傳分析

經(jīng)過(guò)人工老化試驗(yàn)處理后，兩親本的發(fā)芽率差異極顯著（P<0.01），不耐儲(chǔ)親本明恢63的發(fā)芽率為0，耐儲(chǔ)性強(qiáng)的親本二秋矮1號(hào)的發(fā)芽率為48%（圖2）。其后代F2分離群體的發(fā)芽率為0～49%，平均發(fā)芽率為14.1%，以4%為節(jié)點(diǎn)繪制的頻率分布直方圖呈現(xiàn)為不連續(xù)的三峰分布（圖2）。結(jié)果暗示，二秋矮1號(hào)的耐儲(chǔ)性應(yīng)該為主效基因調(diào)控。

依據(jù)頻率分布的拐點(diǎn)取值，發(fā)芽率為0～12%的單株有54株，發(fā)芽率為13%～24%的單株有24株，發(fā)芽率為25%～52%的單株有17株。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，二秋矮1號(hào)的耐儲(chǔ)表型符合9（54）∶4（24）∶3（17）的遺傳比例，P值為0.06<5.78，達(dá)到極顯著水平。遺傳頻率統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果表明，二秋矮1號(hào)的耐儲(chǔ)表型符合雙基因互作的隱性上位遺傳模型，耐儲(chǔ)對(duì)不耐儲(chǔ)的表型呈隱性。

2.2 水稻恢復(fù)系耐儲(chǔ)性表型的改良

明恢63是中國(guó)雜交稻廣泛應(yīng)用的強(qiáng)恢復(fù)系，具有株型好、稻米品質(zhì)好、一般配合力高等優(yōu)點(diǎn)，但是耐儲(chǔ)性一般，不利于稻谷的儲(chǔ)藏和種子活力的保持。依據(jù)圖1中的技術(shù)路線，利用耐儲(chǔ)性強(qiáng)的二秋矮1號(hào)為供體，與明恢63雜交構(gòu)建F2分離群體，并通過(guò)人工老化的方式篩選到7份耐儲(chǔ)性強(qiáng)的后代單株，處理后平均發(fā)芽率為44.6%。之后，以這7份耐儲(chǔ)性強(qiáng)的單株為材料與明恢63回交3代，并利用人工老化的方法輔助篩選了多個(gè)耐儲(chǔ)性強(qiáng)的品系。

3? 討論

加強(qiáng)稻谷的耐儲(chǔ)性對(duì)于中國(guó)糧食安全和水稻生產(chǎn)都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然老化處理周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了水稻耐儲(chǔ)性新基因的發(fā)掘和利用。盡管目前對(duì)于人工老化是否能夠等同于自然老化的觀點(diǎn)尚無(wú)定論，但是利用人工老化的方法開展水稻耐儲(chǔ)性研究已經(jīng)被廣泛接受。

利用的耐儲(chǔ)性強(qiáng)的資源二秋矮1號(hào)無(wú)論在自然老化和人工老化方面均表現(xiàn)出耐儲(chǔ)性強(qiáng)的特性。這一特點(diǎn)為后續(xù)克隆耐儲(chǔ)基因和利用其開展水稻耐儲(chǔ)育種提供了便利和基礎(chǔ)。

二秋矮1號(hào)后代群體的遺傳分析表明，其耐儲(chǔ)表型符合雙基因互作的隱性上位遺傳模型，且耐儲(chǔ)表型為隱性。與目前公布的研究結(jié)果相比，可以確定二秋矮1號(hào)的耐儲(chǔ)表型受一套新的遺傳機(jī)制調(diào)控，后續(xù)對(duì)兩位點(diǎn)的克隆和機(jī)制研究都具有重大意義。

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