李榮田， 孟德鑫， 蘇 迪， 王夢(mèng)露， 劉長華,3

(1.黑龍江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 黑龍江省普通高等學(xué)校分子生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)教育部工程研究中心， 哈爾濱 150500；3.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院， 哈爾濱 150080)

中國是世界上最大的水稻(OryzasativaL.)生產(chǎn)國與消費(fèi)國[1]。黑龍江省是中國粳稻生產(chǎn)第一大省，是世界水稻栽培北限。黑龍江生產(chǎn)的稻米大部分進(jìn)入國際國內(nèi)市場(chǎng)，寒區(qū)稻米以其綠色優(yōu)質(zhì)特征深受消費(fèi)者青睞[2-4]。早粳稻品種空育131具有豐產(chǎn)性好、耐冷性強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)、米質(zhì)較好等特征，曾經(jīng)連續(xù)多年是我國北方粳稻種植面積最大的品種，目前在黑龍江省北部水稻主產(chǎn)區(qū)仍然是生產(chǎn)上使用的品種之一。以水稻空育131為“底盤”，改良其抗稻瘟病性及食味米質(zhì)特征，可以延長優(yōu)良“老品種”利用年限?？沼?31系非香味水稻，創(chuàng)制香米版的空育131及利用香米版的空育131有利于寒區(qū)稻米食味品質(zhì)的提升[5-6]。水稻香米性狀有或無的主效基因Fgr/fgr(BADH2)位于第8號(hào)連鎖群的RG 28/Y 5與RG 1之間。野生型Fgr編碼甜菜堿醛脫氫酶(BADH2)，在非香水稻品種中，BADH 2蛋白催化4-氨基丁醛氧化成甜菜堿[7]，而4-氨基丁醛是水稻香味主要成分2-乙?；?1-吡咯啉(2-AP)的合成前體[8]，當(dāng)4-氨基丁醛被BADH 2氧化后2-AP合成受到抑制，水稻沒有香味。如果Fgr基因發(fā)生功能性突變，導(dǎo)致BADH 2蛋白喪失功能，不能催化4-氨基丁醛的氧化，4-氨基丁醛積累促進(jìn)了2-AP的合成，使水稻產(chǎn)生香味[9]。對(duì)香稻和非香稻品種進(jìn)行比較測(cè)序發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gr基因在不同的水稻品種中存在多種類型的突變[10]。在香稻品種中, 常見的是Fgr基因的第7外顯子有1個(gè)8 bp的缺失和3個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)[11]。利用分子標(biāo)記輔助選擇(MAS，marker-assisted selection)技術(shù)，通過回交育種可以快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)制水稻目標(biāo)基因?qū)胂礫12-14]。Chen等[15]利用與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行正向前景選擇，利用多個(gè)RFLP標(biāo)記進(jìn)行負(fù)向背景選擇，回交轉(zhuǎn)育把廣譜抗白葉枯病基因Xa21導(dǎo)入明恢63水稻恢復(fù)系，明恢63(Xa21)與明恢63比較，抗白葉枯病抗性強(qiáng)、其他性狀沒有顯著差異。Khanna等[16]以水稻Basmati為受體品種，利用MAS技術(shù)回交轉(zhuǎn)育成功地創(chuàng)制了7個(gè)主效抗稻瘟病基因的近等基因系。Yang等[17]利用MAS結(jié)合SNP芯片全基因組掃描，多次回交把抗稻瘟病基因Pi2導(dǎo)入光溫敏核不育系Feng 39 S，改進(jìn)了Feng 39不育系及其衍生雜交種的抗稻瘟病性。進(jìn)行全基因組背景選擇還可以改良水稻產(chǎn)量等數(shù)量性狀。Feng等[18]和Nan等[19]替換了水稻空育131一段含有GS3和Gnla基因的染色體片段，重構(gòu)了基因組的空育131產(chǎn)量顯著增加。MAS技術(shù)結(jié)合回交轉(zhuǎn)育用于水稻質(zhì)量性狀及主效QTL控制性狀遺傳改良是十分有效的。黑龍江省香稻品種主要是以稻花香2號(hào)、綏粳4號(hào)為親本育成的品種[20]。與綏粳4號(hào)水稻的濃香比較，稻花香2號(hào)及其衍生的香稻品種的清香更受市場(chǎng)歡迎。為了使早粳稻空育131具有稻花香2號(hào)一樣的香味性狀，有必要培育具有稻花香2號(hào)香味基因的空育131。通過回交轉(zhuǎn)育，利用MAS技術(shù)結(jié)合農(nóng)藝性狀檢測(cè)鑒定，將稻花香2號(hào)香味基因?qū)朐缇究沼?31中，選育出與空育131農(nóng)藝性狀相同且具有香味的空育131(fgr)導(dǎo)入系。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1水 稻

受體親本：早粳稻品種空育131，具有耐冷、早熟、產(chǎn)量高而穩(wěn)定、加工品質(zhì)良好等性狀，為黑龍江省主栽品種。

供體親本：具有香味性狀的稻花香2號(hào)水稻。

受體親本與供體親本雜交、回交及自交等世代育種材料，以及新創(chuàng)制的早粳稻空育131(fgr)導(dǎo)入系。

1.1.2前景選擇候選SNP標(biāo)記

香味基因fgr定位在第8號(hào)染色體上，香味基因fgr對(duì)非香味基因Fgr為隱性。通常情況下野生型Fgr基因與突變型fgr基因比較，F(xiàn)gr在甜菜堿醛脫氫酶的編碼區(qū)中發(fā)生了8個(gè)bp的缺失和3 bp的替換[5]，根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)了4條引物的SNP-fgr標(biāo)記(見圖1)[21]，擬作為創(chuàng)制空育131(fgr)導(dǎo)入系的前景選擇標(biāo)記。SNP-fgr標(biāo)記PCR引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

注：…表示省略的堿基;小寫字母表示替換的堿基;底紋字母表示缺失的堿基;下劃線字母表示PCR引物。

1.1.3背景選擇候選SSR標(biāo)記

本研究從水稻12條連鎖群上均勻選取48個(gè)SSR分子標(biāo)記和NY/T 1433-2014《水稻品種鑒定技術(shù)規(guī)程SSR標(biāo)記法》中用于水稻品種指紋圖譜鑒定分析的48個(gè)SSR標(biāo)記，共96個(gè)SSR作為背景選擇候選標(biāo)記(見表1)。表1中SSR標(biāo)記引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

1.2 方 法

實(shí)驗(yàn)及試驗(yàn)中所用的分子生物學(xué)試劑及化學(xué)試劑均購于生工生物工程(上海)股份有限公司。

表1 創(chuàng)制早粳稻空育131(fgr)導(dǎo)入系背景選擇候選SSR

連鎖群SSR標(biāo)記Chr.1RM583RM1195RM493RM443RM6464RM1010RM10027RM10397Chr.2RM71RM208RM561RM490RM12322RM12510RM3680RM3601Chr.3RM85RM232RM8277RM424RM7332RM14280RM14402RM15416Chr.4RM471RM119RM551RM423RM16304RM1236RM16876RM16993Chr.5RM274RM267RM598RM571RM3683RM18236RM7449RM18612Chr.6RM190RM253RM176RM231RM204RM19642RM20049RM3207Chr.7RM336RM481RM432RM567RM6652RM20856RM21153RM21511Chr.8RM72RM339RM331RM289RM8020RM22508RM23098RM23511Chr.9RM219RM278OSR28RM542RM24190RM24117RM24837RM24846Chr.10RM311RM258RM590RM316RM25139RM25811RM25200RM25510Chr.11RM209RM224RM21RM332RM26509RM3225RM26604RM26924Chr.12RM190RM17RM3331RM7102RM27430RM27537RM27548RM28765

注：下劃線SSR表示包含于《水稻品種鑒定技術(shù)規(guī)程SSR標(biāo)記法》(NY/T 1433-2014)的SSR。下同。

1.2.1水稻基因組DNA提取與PCR擴(kuò)增

采用寇姝燕等[22]的方法(略作改動(dòng))提取水稻全基因組DNA，將提取后的DNA存放于-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

SNP-fgr標(biāo)記PCR體系20μL：10μmol·L-1P10.5μL，10μmol·L-1P20.5μL，10μmol·L-1P30.5μL，10μmol·L-1P40.5μL，水稻模板DNA 2μL，TaqPCR Master Mix(0.1 U·μL-1TaqDNA Polymerase，2×PCR buffer，3 mmol·L-1MgCl2，0.4 mmol·L-1dNTP)10μL，ddH2O 6μL。

SNP-fgr標(biāo)記 PCR反應(yīng)程序：95 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性30 s，54 ℃復(fù)性30 s，72 ℃引物延伸30 s，30個(gè)循環(huán)；延伸72 ℃ 10 min；4 ℃ ∞。

SSR標(biāo)記PCR體系10μL：10μmol·L-1正向引物 0.5μL，10μmol·L-1反向引物 0.5μL，水稻模板DNA 1μL，Mix(0.1 U·μL-1TaqDNA Polymerase，2×PCR buffer，3 mmol·L-1MgCl2，0.4 mmol·L-1dNTP)3μL，ddH2O 5μL。

SSR標(biāo)記PCR反應(yīng)程序：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性30 s，54 ℃復(fù)性30 s，72 ℃引物延伸30 s，30個(gè)循環(huán)；延伸72 ℃ 10 min；4 ℃ ∞。

利用1.0%的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.2水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系的培育過程

創(chuàng)制及培育水稻香味空育131(fgr)導(dǎo)入系的培育過程見圖2。

圖2 創(chuàng)制及培育香味空育131(fgr)導(dǎo)入系的過程

注：M表示Maker D;1～5表示稻花香2號(hào);6～10表示空育131;B表示ddH2O。

表2 創(chuàng)制及培育水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系背景選擇SSR標(biāo)記

連鎖群SSR標(biāo)記Chr.1RM1195RM10010Chr.2RM71RM12510RM3680Chr.3RM232RM7332RM14402Chr.4RM551RM16304RM1236RM16876RM16993Chr.5RM598RM3683Chr.6RM190RM253Chr.7RM432RM6652RM21153Chr.8RM72RM339RM8020Chr.9RM278RM24190RM24117RM24837Chr.10RM590RM25139RM25811Chr.11RM332RM26509Chr.12RM17RM27430

1.2.3候選水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系田間農(nóng)藝性狀調(diào)查

候選空育131(fgr)導(dǎo)入系及空育131(ck)進(jìn)行田間試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為隨機(jī)區(qū)組法，3次重復(fù)。小區(qū)4行區(qū)，行長5 m，插秧規(guī)格行距30 cm、株距12 cm，每篼插3～4棵苗，小區(qū)面積6 m2。育苗及田間管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田相同。調(diào)查生育期、整齊度、株高、穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、穗重及產(chǎn)量等性狀。以小區(qū)平均數(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.4水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系耐冷性、稻瘟病抗性和抗倒伏性鑒定

耐冷性鑒定。按照李霞等[23]的方法對(duì)空育131(fgr)導(dǎo)入系及空育131水稻進(jìn)行耐冷性鑒定。待水稻花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期時(shí)將一部分水稻材料放置在溫室，另一部分水稻材料移至人工氣候箱中進(jìn)行15 ℃低溫脅迫處理。低溫脅迫5 d后移至溫室直到水稻成熟。分別計(jì)算常溫和低溫脅迫下的孕穗期結(jié)實(shí)率，重復(fù)5次取其平均值。

抗稻瘟病性鑒定。根據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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》(NY/T 2646-2014)對(duì)空育131(fgr)導(dǎo)入系及空育131水稻進(jìn)行抗稻瘟病性鑒定。水稻材料種植在稻瘟病鑒定圃，多施氮肥，周邊種植感病品種蒙古稻。在水稻分蘗期和孕穗初期時(shí)接種當(dāng)?shù)鼗旌系疚敛【咦訚舛葹?×105個(gè)·mL-1，15 d后調(diào)查水稻葉瘟及穗頸瘟級(jí)別。每個(gè)水稻材料取5株調(diào)查，取其平均值。

抗倒伏性鑒定。在空育131(fgr)導(dǎo)入系及空育131水稻抽穗20 d左右時(shí)，根據(jù)Yang等[17]的方法調(diào)查水稻材料基部第2節(jié)間的彎曲力矩、抗折力及倒伏指數(shù)。彎曲力矩=基部第2節(jié)間底部至穗頂?shù)拈L度(cm)×基部第2節(jié)間底部到穗頂鮮重(g)?？拐哿y(cè)定，將帶有葉鞘的基部第2節(jié)間兩端橫亙?cè)?個(gè)支點(diǎn)上，保持水稻材料水平，在待測(cè)水稻節(jié)間中點(diǎn)處懸掛一個(gè)盤子，并向盤子中加入重物，直到水稻莖稈折斷時(shí)為止，此時(shí)盤子及重物的合計(jì)重量就是該節(jié)間莖稈的抗折力。倒伏指數(shù)=彎曲力矩/抗折力×100。每個(gè)水稻材料測(cè)量5次倒伏指數(shù)，取其平均值代表抗倒伏性。

1.2.5水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米香味性狀檢測(cè) 水稻導(dǎo)入系空育131(fgr)和空育131收獲3個(gè)月后，按空育131(fgr)∶空育131為0∶20、4∶16、8∶12、12∶8、16∶4和20∶0的比例取20粒精米放入玻璃瓶中，再把10 mL左右的1.7%氫氧化鉀溶液加入瓶中，蓋上瓶蓋，室溫下保持10 min后，開啟瓶蓋，選擇10位對(duì)氣味敏感的人員獨(dú)立嗅瓶中的氣味，記作香或非香兩類，每種比例的精米重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 前景及背景選擇分子標(biāo)記體系

2.1.1前景選擇標(biāo)記

SNP-fgr標(biāo)記對(duì)水稻空育131與稻花香2號(hào)的PCR檢測(cè)結(jié)果見圖3。圖3顯示，SNP-fgr標(biāo)記在空育131和稻花香2號(hào)水稻之間有明顯的多態(tài)性，說明稻花香2號(hào)香味性狀基因位點(diǎn)與多數(shù)香米品種突變序列相同，可以用SNP-fgr標(biāo)記選擇稻花香2號(hào)香味基因fgr。

2.1.2背景選擇標(biāo)記

從96個(gè)候選的背景選擇SSR標(biāo)記中篩選出了在水稻空育131和稻花香2號(hào)之間具有穩(wěn)定的、多態(tài)性顯著的34個(gè)SSR標(biāo)記，作為創(chuàng)制及培育空育131(fgr)導(dǎo)入系各回交世代及自交世代植株進(jìn)行背景選擇的分子標(biāo)記(見表2)。

注：M表示Maker D;K表示空育131;D表示稻花香2號(hào);1～19表示F1代植株;B表示ddH2O。

注：M表示Maker D;K表示空育131;D表示稻花香2號(hào);1～22表示BC3F2代植株;B表示ddH2O。

注：M表示Maker D;K表示空育131;D表示稻花香2號(hào);1～5表示空育131(fgr)-1;6～10表示空育131(fgr)-2;B表示ddH2O

表3 創(chuàng)制水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系各回交世代鑒定選擇

世代總株數(shù)/株前景選擇的株數(shù)/株背景恢復(fù)率/%入選植株多態(tài)性的背景選擇SSR標(biāo)記BC1F1492376.47～61.18RM232 RM551 RM16876 RM190 RM339 RM25811 RM332 BC2F1241397.06～82.35RM190 BC3F1107100.00～97.06

表4 候選水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系田間農(nóng)藝性狀

性狀空育131空育131(fgr)-1空育131(fgr)-2株高/cm83.80±1.3283.45±0.9283.56±0.86穗數(shù)/穗21.70±1.2521.53±1.5521.56±1.34穗長/cm14.62±0.7015.26±1.5815.03±1.38穗重/g28.14±1.2027.63±1.8327.93±1.66穗粒數(shù)/粒79.90±1.0580.21±0.7380.14±0.96結(jié)實(shí)率/%86.57±1.6586.52±0.9585.91±1.35千粒重/g26.84±0.9227.04±0.8826.89±1.28產(chǎn)量/(kg·m-2)0.90±0.050.90±0.150.89±0.12生育期/d126.00±1.00127.00±0.50127.00±1.00整齊度整齊整齊不整齊

2.2 水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系的創(chuàng)制

2.2.1F1世代植株鑒定選擇

早粳稻空育131為母本、稻花香2號(hào)為父本進(jìn)行雜交得到F1代。利用SNP-fgr標(biāo)記對(duì)F1代植株進(jìn)行鑒定(見圖4)，在19個(gè)F1代植株中1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、13、14、15、17、18、19號(hào)等16株表現(xiàn)出雜合帶型，說明含有fgr基因，是真雜種；其余植株表現(xiàn)出空育131帶型，不含有fgr基因，是偽雜種?？沼?31水稻為母本，含有fgr基因的F1植株作父本進(jìn)行回交，獲得BC1F1世代植株。

2.2.2回交世代植株鑒定選擇

BC1F1世代的植株共有49株，含有fgr基因的植株為23株，其中背景恢復(fù)率最高為76.47%(見表3)。在BC1F1世代群體中選擇含有fgr基因、背景恢復(fù)率最高的植株作為父本，與空育131進(jìn)行第2次回交獲得BC2F1群體(見表3)。在BC2F1世代進(jìn)行與BC1F1世代相類似的鑒定、選擇及有性雜交工作，獲得了BC3F1世代(見表3)。在BC3F1世代群體中選擇出了7株攜帶fgr基因的植株，從中選擇了背景恢復(fù)率100%、外觀形態(tài)性狀與空育131水稻相同或相似程度高的單株自交并收獲種子，即BC3F2代群體。

2.2.3自交世代植株及株系鑒定選擇

利用SNP-fgr分子標(biāo)記對(duì)空育131(fgr)BC3F2代植株進(jìn)行前景鑒定選擇(見圖5)。在22個(gè)BC3F2代植株中1號(hào)和20號(hào)植株表現(xiàn)出稻花香2號(hào)帶型，說明第1號(hào)和第20號(hào)植株是fgr基因的純合體；2、3、4、5、6、7、8、10、11、13、14、15、17、18、19、22號(hào)植株表現(xiàn)為雙親帶型，是Fgr/fgr基因的雜合體；其余植株表現(xiàn)出空育131帶型，不含有fgr基因。選擇fgr基因的純合體，令其自交獲得BC3F3代株系2個(gè)，即水稻空育131(fgr)-1和空育131(fgr)-2。

在水稻空育131(fgr)-1和空育131(fgr)-2株系中各隨機(jī)選取5株，利用SNP-fgr標(biāo)記進(jìn)行鑒定(見圖6)。圖6顯示，所有空育131(fgr)導(dǎo)入系植株都與稻花香2號(hào)基因型一致，說明水稻空育131(fgr)-1和空育131(fgr)-2株系為fgr基因純系。

2.3 候選的水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系農(nóng)藝性狀

對(duì)候選的水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查并與空育131進(jìn)行比較(見表4)，生育期、株高、穗數(shù)、穗長、穗重、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重及產(chǎn)量等性狀，空育131(fgr)-1、空育131(fgr)-2與對(duì)照空育131均不存在顯著性的差異。但是，空育131(fgr)-2田間整齊度較差，淘汰。選擇空育131(fgr)-1為空育131(fgr)導(dǎo)入系，進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定。

圖 7 水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻瘟病抗性、耐冷性和抗倒伏性

2.4 水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻瘟病抗性、耐冷性和抗倒伏性

圖7顯示，空育131(fgr)導(dǎo)入系與空育131葉瘟發(fā)病級(jí)及穗頸瘟發(fā)病級(jí)不存在顯著性差異；在常溫狀態(tài)下及低溫脅迫時(shí)水稻空育131(fgr)與空育131結(jié)實(shí)率差異均不顯著；水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系與空育131的倒伏指數(shù)也未見顯著性差異。所有這些說明，水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系的稻瘟病抗性、耐冷性和抗倒伏性與空育131水稻相同。

2.5 水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米香味性狀

10位對(duì)氣味敏感的檢測(cè)人員對(duì)水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系和空育131不同比例的精米樣品進(jìn)行香味鑒定(見表5)。表5顯示，10個(gè)人對(duì)空育131均不能嗅到香味，而對(duì)水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系均能嗅到香味，說明這10個(gè)人具有對(duì)稻米香味的判別能力。從表5還可知，空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米比例為20%時(shí)有43.3%的人可以嗅到香味，比例為40%時(shí)有76.7%的人可以嗅到香味，比例超過60%時(shí)所有人均能嗅到香味。說明空育131(fgr)導(dǎo)入系的稻米具有香味性狀；在空育131稻米中加入空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米的比例越大，香味越明顯。

表5 水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米香味性狀

處理空育131(fgr)∶空育131(精米粒數(shù)比)嗅到香味的人數(shù)ⅠⅡⅢ平均10∶200000.0024∶165444.3338∶128787.67412∶810101010.00516∶410101010.00620∶010101010.00

3 討論與結(jié)論

植物連續(xù)多代回交可以使非輪回親本細(xì)胞核被輪回親本細(xì)胞核所替換?；亟唤Y(jié)合對(duì)來自非輪回親本基因的選擇，可以創(chuàng)制具有非輪回親本(供體親本)基因、遺傳背景為輪回親本(受體親本)的導(dǎo)入系。常規(guī)方法回交創(chuàng)制導(dǎo)入系存在目標(biāo)基因隱性、或顯性但無表達(dá)條件時(shí)的正向選擇困難，來自于供體親本的與目標(biāo)基因緊密連鎖不良基因的連鎖累贅，以及回交世代過多等障礙。MAS技術(shù)回交轉(zhuǎn)育創(chuàng)制植物目標(biāo)基因?qū)胂?，可以不受基因顯隱性及選擇條件的限制，有效地打破連鎖累贅，提高選擇效率，縮短植物育種工作年限[24]。Zhang J等[25]、李孝瓊等[26]、張安寧等[27]、田大剛等[28]、曾文秀等[29]和陳傳華等[30]通過MAS技術(shù)創(chuàng)制或培育出了雙抗病蟲害、抗褐飛虱、抗稻瘟病、香型軟米及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗病的水稻新種質(zhì)或新品種。王偉等[31]利用MAS技術(shù)選育出一批含有3隱性基因、2隱性基因或單隱性基因的玉米近等基因系材料，為玉米品質(zhì)育種和機(jī)理研究提供了材料基礎(chǔ)。MAS技術(shù)不僅應(yīng)用于大田農(nóng)作物育種，在黃瓜、番茄、辣椒、荔枝、煙草等蔬菜及經(jīng)濟(jì)植物上也得到成功應(yīng)用[32-39]。水稻是世界重要主糧作物，基因組小，是研究比較深透的模式植物。水稻全基因組序列已知，較多的基因被定位和克隆，在此背景下利用MAS技術(shù)對(duì)水稻基因進(jìn)行轉(zhuǎn)育就成為了水稻育種工作極為有效的手段[40]。本研究利用MAS技術(shù)回交創(chuàng)制了背景恢復(fù)率達(dá)100%的候選水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系，田間試驗(yàn)選擇出了具有一致性及遺傳穩(wěn)定性的、與空育131主要農(nóng)藝性狀沒有差異的空育131(fgr)導(dǎo)入系。應(yīng)用《水稻品種鑒定技術(shù)規(guī)程SSR標(biāo)記法》(NY/T 1433-2014)中的所有48個(gè)SSR分子標(biāo)記評(píng)估入選的空育131(fgr)導(dǎo)入系和空育131水稻，二者在這48個(gè)SSR分子標(biāo)記上沒有差異，顯示二者為相同或極近似品種。同時(shí)，對(duì)入選的空育131(fgr)導(dǎo)入系的耐冷性、抗稻瘟病性、抗倒伏性、香味等性狀進(jìn)行鑒定，早粳稻空育131(fgr)導(dǎo)入系具有香味，其他鑒定性狀與空育131相同。本研究已經(jīng)成功地培育了水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系。

作物品種的突破性進(jìn)步往往在于關(guān)鍵性基因資源的發(fā)掘和利用。黑龍江省水稻品種基本為早粳稻純系品種[41]。目前黑龍江省特別是北部水稻主產(chǎn)區(qū)的水稻品種均直接或間接來自于日本水稻。空育131是引自于日本北海道的水稻材料，具有耐冷性強(qiáng)、早熟、豐產(chǎn)、株型清秀等特性，曾經(jīng)是黑龍江省年種植面積最大的品種，也是中國粳稻年種植面積的紀(jì)錄保持品種[42-43]。近年黑龍江省新育成的品種與空育131比較，除了米質(zhì)性狀有所提高、抗稻瘟病性有變化外，基本特征特性并沒有明顯改善，甚至有的新品種還不如空育131綜合性狀優(yōu)良。黑龍江省作物生長季節(jié)短，低溫天氣頻繁，寒區(qū)溫度低與水稻喜溫性是黑龍江省水稻生產(chǎn)的基本矛盾。每3～4年黑龍江水稻就有一次低溫冷害年[44]，耐障礙性冷害強(qiáng)是黑龍江水稻品種必須具備的基本特性，空育131是孕穗開花期耐冷性最強(qiáng)的水稻材料之一?？沼?31水稻品種適應(yīng)區(qū)域是機(jī)械化水平高的黑龍江省水稻主產(chǎn)區(qū)。機(jī)械收割要求水稻品種具有較強(qiáng)的抗倒伏性?？沼?31水稻在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用多年，其抗倒伏性滿足機(jī)械收割要求。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提高，市場(chǎng)對(duì)稻米品質(zhì)要求越來越高，稻米品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響水稻品種種植推廣和商品價(jià)值，香味是稻米的重要食味品質(zhì)性狀之一[45]?？沼?31是非香味水稻，這也是限制其在生產(chǎn)上繼續(xù)大面積應(yīng)用的原因之一。本研究成功賦予空育131水稻香味基因，同時(shí)保留了空育131的遺傳背景，培育了空育131(fgr)導(dǎo)入系。水稻空育131(fgr)導(dǎo)入系稻米具有香味，耐冷性和抗倒伏性與受體品種空育131沒有顯著差異。香米空育131(fgr)導(dǎo)入系可以在黑龍江省水稻生產(chǎn)上示范試種，具有在寒區(qū)綠色優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)上推廣應(yīng)用的可能性。