离子束诱变双胚苗水稻的谷粒性状及相关分析

黄雅琴　刘敏杰　李尽哲　黄群策　庞瑞华（信阳农林学院，河南信阳464000；郑州大学离子束生物工程省重点实验室，郑州45005；信阳师范学院，河南信阳464000；通讯作者：xynz688@6.com）

离子束诱变双胚苗水稻的谷粒性状及相关分析

黄雅琴1,2刘敏杰1李尽哲1*黄群策2庞瑞华3
（1信阳农林学院，河南信阳464000；2郑州大学离子束生物工程省重点实验室，郑州450052；3信阳师范学院，河南信阳464000；*通讯作者：xynz1688@163.com）

为了挖掘无融合生殖种质并提供参考资料给一系法杂交水稻的选育，以离子束诱变所得同源四倍体双胚苗突变水稻品系、近亲系和介导后代为研究材料，对其农艺性状、谷粒性状、谷粒性状间的相关性进行了研究。结果表明，与四倍体双胚苗品系相比，二倍体双胚苗品系的株型小、主穗颖花数多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重对单粒重贡献最大；披碱草介导品系的株型大、主穗颖花数多、谷粒大、谷粒容重高、单粒质量高、谷粒体积对单粒重贡献最大；原始亲本在各项指标参数中都差异不明显。

离子束；双胚苗水稻；农艺性状；谷粒性状；相关分析

离子束生物技术是上世纪80年代兴起的一项新技术［1］。近年来，笔者以低能离子束为诱变源对同源四倍体水稻进行了遗传改良，在其后代群体中筛选到具有双胚苗特征的新材料［2-3］，双胚苗即由一粒种子可以同时萌发出两株幼苗。研究者之所以提出在多倍体水平挖掘水稻潜在利用价值的技术策略［4-6］，是因为二倍体水稻有性生殖能力比较强，找到无融合生殖种质比较困难。杂交水稻育种从研究方法上可以分为三系法、两系法和一系法［7］。一系法杂交水稻研究的实质就是挖掘具有特殊生物学意义的种质资源和建立特定的技术程序，以便固定水稻的杂种优势。在禾本科植物中，多胚现象或多胚苗现象是无融合生殖物种在胚胎学和形态学上的重要特征，因而，通过筛选多胚苗材料，进而寻找无融合生殖种质是一条比较有效的研究途径［8-9］。

谷粒性状不仅影响构成产量的重要因子——千粒重的大小［10］，而且还与稻米品质密切相关［11］。稻谷粒形性状是影响水稻产量的重要因素之一，同时也影响稻米的外观品质。随着人们生活水平的提高和稻米市场的开放，对米质的要求不仅要口味适合，而且要外形美观，这在国际市场上特别突出。改良米质，育成具有较高产量水平的优质抗病品种，已成为水稻育种家的重要目标［12-13］。一般认为，籼稻长粒形的品种米质较好，而谷粒太长又会导致整精米率下降，粒宽太大会出现垩白增大、透明度下降现象，只有粒形较好和粒重适中的谷粒才易达到优质米育种的目标［14］。然而，关于双胚苗的研究在国内较少，尤其是米质方面的研究在国内还是空白。因此，本试验对1个同源四倍体双胚苗突变水稻材料及其2个近亲系、1个介导品系材料的农艺性状、谷粒性状、谷粒性状间的相关性进行了初步研究，旨在为水稻无融合生殖种质资源的筛选提供参考依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

本研究所用材料为同源四倍体双胚苗突变水稻材料D07-04-01，其近亲系D07-02-01和01-04-01，及介导品系DP07-04-01。D07-02-01是以D07-04-01的花粉材料通过花药培养途径所获得的稳定的二倍体后代株系；01-04-01是四倍体原始亲本，由它通过离子注入后筛选到具有双胚苗特征的D07-04-01；以D07-04-01为受体，披碱草总DNA为供体在离子束的介导下转基因，在后代群体内筛选到四倍体突变单株DP07-04-01。

1.2农艺性状的测定

10月中旬，水稻进入成熟期，考察株高、剑叶长、剑叶宽、穗长和主穗颖花数共5个重要农艺性状。株高是从地面部分基部到植株最顶端的高度；剑叶长是从剑叶的叶耳处到叶片末梢的长度；剑叶宽是剑叶中间最宽处的长度；穗长是一根稻穗的长度；主穗颖花数是一根稻穗上内颖和外颖完整，雌雄蕊发育正常的颖花个数。每份材料均随机选择30株，每株选择长势最强的3～4个分蘖枝进行上述5个农艺性状的考察。

表1　4份水稻材料的农艺性状

表2　4份水稻材料的谷粒性状

1.3谷粒性状的测定和分析

将材料手工去颖壳，数取1 000粒，测定千粒重。随机取饱满谷粒50粒测量其长（x1）、宽（x2）、厚（x3）、单粒质量（y），宽、厚均测量谷粒最宽最厚处，精确至0.02 mm，重复3次。计算4个2级数据：长宽比（x4）、长厚比（x5）、谷粒体积（x6，以长×宽×厚值近似代替）及谷粒容重（x7，单粒质量/谷粒体积）。用DPS数据处理软件进行两组平均数student t检验并分析各性状的差异显著性；为了比较不同谷粒性状对单粒质量的贡献大小，以单粒质量为依变量，其余7个谷粒性状为自变量，进行逐步回归分析，分析谷粒性状间的相关性。

2　结果与分析

2.1农艺性状的比较

在成熟期考察了4份不同双胚苗水稻材料的5个主要农艺性状，结果如表1所示。同源四倍体双胚苗材料D07-04-01与原始亲本01-04-01的5个主要农艺性状参数均未达显著差异，与二倍体双胚苗材料D07-02-01和披碱草介导品系DP07-04-01均出现了显著差异；与D07-02-01的5个主要农艺性状参数均出现了显著差异，其中株高、剑叶长和剑叶宽差异均达到极显著水平，分别比D07-04-01减少了19.34 cm、6.62 cm和0.39 cm，穗长和主穗颖花数差异达显著水平，穗长减少了1.86 cm，主穗颖花数增加了2.76个；与DP07-04-01仅3个农艺性状参数出现了差异性，其中，剑叶长差异达到极显著水平，比D07-04-01增加了2.15 cm，株高和剑叶宽差异达显著水平，分别增加了1.45 cm和0.28 cm。由此可见，二倍体双胚苗材料株型比四倍体小，抗倒伏能力强，同时其主穗颖花数显著增加，这也为产量的增加奠定了基础。

2.2谷粒性状的比较

由表2可知，在谷粒性状方面，与D07-04-01相比，D07-02-01差异最明显，其次是DP07-04-01，01-04-01差异较小。D07-02-01的8个谷粒性状中，与D07-04-01差异达极显著水平的有谷粒长、谷粒宽、谷粒厚、长宽比、长厚比、谷粒体积和单粒质量等7个参数，分别减少了17.70%、12.69%、14.07%、31.00%、24.71%、41.58%和33.82%；差异达显著水平的是谷粒容重，增加了6.58%，达到0.81±0.04 mg/mm3。DP07-04-01的8个谷粒性状中，谷粒长、谷粒宽、谷粒厚、谷粒体积、谷粒容重和单粒重等6个参数出现了升高，其中，谷粒宽和谷粒体积差异达显著水平，分别增加6.92%、7.96%；而长宽比和长厚比却出现了降低，分别下降了4.56%、3.26%。01-04-01的8个谷粒性状中，谷粒长、长宽比、长厚比、谷粒容重和单粒重等5个参数出现了降低，但差异均未达显著水平，而谷粒宽、谷粒厚和谷粒体积共3个参数出现了升高，分别增加了4.23%、1.51%、6.05%，其中谷粒体积差异显著。

由以上分析可见，在谷粒性状上，二倍体双胚苗材料与四倍体双胚苗材料之间的差异十分显著，可见染色体数目的差异能造成谷粒性状的显著差异；披碱草介导品系由于获得了披碱草的部分优良特性，抗逆能力强，植株株型大，谷粒性状参数提升，品质变优。

2.3谷粒性状间的相关分析

D07-04-01单粒质量的逐步回归方程为：y=-0.0179+0.0034x1-0.0076x2-0.0063x5+0.0008x6+40.2095x7（R=0.9424**，SSE=0.0011）。由方程可知，D07-04-01单粒质量与谷粒长、谷粒宽、长厚比、谷粒体积、谷粒容重存在相关性，其中，与谷粒长、谷粒体积、谷粒容重呈正相关，与谷粒宽、长厚比呈负相关。单粒质量与谷粒长、谷粒体积、谷粒容重的偏相关系数分别为0.5796*、0.8264**、0.8738**。由此可见，对单粒质量的贡献上，谷粒容重＞谷粒体积＞谷粒长。

D07-02-01单粒质量的逐步回归方程为：y=-0.0246+0.0032x1+0.0056x2-0.0021x5+29.2001x7（R= 0.9548**，SSE=0.0007）。由方程可知，D07-02-01单粒质量与谷粒长、谷粒宽、长厚比、谷粒容重存在相关性，其中，与谷粒长、谷粒宽、谷粒容重呈正相关，与长厚比呈负相关。单粒质量与谷粒长、谷粒宽、谷粒容重的偏相关系数分别为0.5831、0.6833*、0.7267*。通过比较偏相关系数大小可知，对单粒质量的贡献上，谷粒容重＞谷粒宽＞谷粒长。

01-04-01单粒质量的逐步回归方程为：y= 0.0217+0.0012x1+0.0125x2-0.0068x4+37.2337x7（R= 0.9658*，SSE=0.0004）。由方程可知，01-04-01单粒质量与谷粒长、谷粒宽、长宽比、谷粒容重存在相关性，其中，与谷粒长、谷粒宽、谷粒容重呈正相关，与长宽比呈负相关。单粒质量与谷粒长、谷粒宽、谷粒容重的偏相关系数分别为0.6741、0.8912**、0.7458*。由此可见，对单粒质量的贡献上，谷粒宽＞谷粒容重＞谷粒长。

DP07-04-01单粒质量的逐步回归方程为：y=-0.0248+0.0014x1-0.0091x4-0.0062x5+0.0007x6+46.1427x7（R=0.9874**，SSE=0.0012）。由方程可知，DP07-04-01单粒质量与谷粒长、长宽比、长厚比、谷粒体积、谷粒容重存在相关性，其中，与谷粒长、谷粒体积、谷粒容重呈正相关，与长宽比、长厚比呈负相关。单粒质量与谷粒长、谷粒体积、谷粒容重的偏相关系数分别为0.6348、0.8543**、0.8132**。由此可见，对单粒质量的贡献上，谷粒体积＞谷粒容重＞谷粒长。

3　小结与讨论

通过对 D07-04-01、D07-02-01、01-04-01和DP07-04-01等4个双胚苗系列材料农艺性状、谷粒性状、谷粒性状间的相关性进行比较研究，发现与四倍体双胚苗品系D07-04-01相比，D07-02-01这一二倍体双胚苗品系的株型小、主穗颖花数多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重对单粒质量贡献最大；DP07-04-01这一披碱草介导品系的株型大、主穗颖花数多、谷粒大、谷粒容重高、单粒质量高、谷粒体积对单粒质量贡献最大；01-04-01这一原始亲本在各项指标参数中差异都不明显。由此可见，要想更有效地挖掘增产潜力，必须针对某一品种进行遗传改良，了解哪些谷粒性状与粒重相关性较大，这样才能为育种工作指明方向，做到有的放矢。

已进行的苗位和胚位研究发现，D07-02-01的苗位、胚位类型丰富，多胚率高［15］。通过扫描电镜的观察发现，D07-02-01的垩白粒率、垩白度和垩白大小均最小，稻米的自然横断面中部无明显辐射状，裂痕少且浅，“粗短形”的不规则多边形胚乳细胞与淀粉粒分布均匀，多面体状淀粉粒呈现典型的晶体结构，数目多且排列致密，球形单粒淀粉粒和块状不规则的复粒淀粉体数目比较少，相对结晶度高，直链淀粉含量低［16］。综合以上研究认为，二倍体双胚苗品系D07-02-01双胚苗频率高，品质优良，具有进一步挖掘无融合生殖资源的潜在价值，值得进一步研究开发。

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Grain Traits and Correlation Analysis of Twin-embryonic Rice Mutated by Ion Beam

HUANG Yaqin1,2,LIU Minjie1,LI Jinzhe1*,HUANG Qunce2,PANG Ruihua3
（1Xinyang College of Agriculture and Forestry,Xinyang,Henan 464000,China；2He'nan Provincial Key Laboratory of Ion Beam Bio-engineering, Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China；3Xinyang Normal University,Xinyang,Henan 464000,China；*Corresponding author: xynz1688@163.com）

In order to tap apomictic germplasm and provide reference to a line hybrid rice breeding,a preliminary research regarding agronomic traits,grain traits,correlation between grain traits has been made on the mutant with twin-embryo seedling by ion beam in auto-tetraploid rice,the closely relative strains and mediated progeny.The results showed that the plant type of diploid strains twin seedlings was smaller,the number of spikelets main spike was more,grains was smaller,grains density was higher and largest contributed to the single grain weight,compared with the twin seedlings tetraploid strains；the plant type of elymus mediated strains was larger,the number of spikelets main spike was more,grains was larger,grain density was higher,single grain weight was higher,grain volume contributed largest to the single grain weight；the original parent were not significantly different at the indicators parameters.

ion beam；twin-embryonic rice；agronomic traits；grain traits；correlation analysis

Q691；S511

A

1006-8082（2016）04-0053-04

2016-01-26

河南省高等学校重点科研项目（16B180006）；河南省教育厅自然科学研究项目（2008A180030）