水稻亚种间强优新组合生物学特性及利用价值

徐伟东，李 冠，蔡金洋，杨尧城

(1.浙江省嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴314016； 2.中国水稻研究所，浙江 杭州 310006)

水稻亚种间强优新组合生物学特性及利用价值

徐伟东1，李 冠2，蔡金洋1，杨尧城1

(1.浙江省嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴314016； 2.中国水稻研究所，浙江 杭州 310006)

将中粳不育系春江23A与6个籼型恢复系进行配组，对6个组合的农艺性状和稻米品质等生物学特性进行分析。结果表明，播始历期均明显短于对照两优培九，株高、穗长和有效穗数均低于对照，每穗实粒数和单株产量均高于对照。程式指数测定结果表明，6份恢复系均属于偏籼型。分子标记筛选结果表明，6份恢复系中，除Hm9175外，均含有广亲和基因。稻米品质测定结果表明，春江23A/Hm9169和春江23A/Hm9179具有较好的外观品质，直链淀粉含量均与对照相当，无显著差异。通过粳型不育系与含广亲和基因的偏籼型恢复系配组，发挥其亚种间强杂种优势，可以显著增产，但稻米品质有待进一步改良。

水稻；籼粳杂交；农艺性状；稻米品质

1984年，日本学者宏池桥发现一些介于籼粳亚种之间的水稻材料，这些材料能同时和籼型或者粳型水稻品种进行杂交，F1代结实正常，这些中间型材料有可能含有广亲和基因[1]，这一发现打破了亚种间杂种不育的观念。袁隆平提出选育水稻亚种间杂交组合的策略，认为亚种间杂种优势利用应重点解决结实率低而不稳和籽粒充实度等问题[2]。关于亚种间杂交强优势的利用，中国学者展开大量深入研究，部分理论研究成功应用于生产实践，带来了巨大的经济效益[3]。宁波市农业科学研究院通过加大亲本间遗传差异，利用粳型不育系和籼粳中间型广亲和恢复系配组，培育了甬优系列籼粳超级杂交稻，其中甬优6号、甬优9号、甬优12号、甬优1540等表现出良好的发展势头，在生产上被广泛应用[4-5]，其中甬优12号2012年经农业部组织专家测产验收，百亩方平均产量达到963.65 kg·667m-2，创造中国超级稻百亩方亩产新纪录[6]。中国水稻研究所利用“粳不籼恢”三系法配组选育了春江系列籼粳杂交稻，其中春优84、春优658、春优927等在浙江、湖南、江苏等地显示了良好的发展势头，增产潜力大，2014年，春优84推广面积达2万hm2[7]。2015年，嘉兴市农科院选育的具有籼粳交特征的强优势组合嘉优中科3号产量达917.7 kg·667m-2，刷新嘉兴市自主选育杂交稻亩产新纪录。虽然亚种间杂交稻的产量不断取得突破，但是籼粳杂交稻的稻米品质仍然有待改良[8-9]。本试验采用中粳不育系春江23A与6个籼粳中间型恢复系配组获得6个籼粳杂交组合，以两优培九为对照，鉴定恢复系的籼粳属性，筛选广亲和基因，考察籼粳杂交稻生育期、产量等主要农艺性状，分析籼粳杂交稻垩白度、直链淀粉含量等稻米品质，为改良籼粳杂交稻的稻米品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料包括中粳不育系春江23A，通过籼粳杂交系谱选育获得的6个籼型恢复系Hm9078、Hm9083、Hm9169、Hm9175、Hm9177、Hm9179，以两系杂交稻两优培九为对照。

1.2 方法

1.2.1 材料种植和农艺性状考察

2015年冬季在海南陵水利用恢复系Hm9078、Hm9083、Hm9169、Hm9175、Hm9177、Hm9179与春江23A配制F1种子，2016年夏季在浙江嘉兴种植亲本及F1。试验材料于6月5日播种，7月1日移栽，密度21.4 cm×17.0 cm，每小区种植5×6株，单本插，对照组合采用两优培九，二次重复，记载播始历期。成熟时各小区收获中间区域6株考种，考察指标包括株高、单株有效穗数、穗长、每穗粒数、结实率、千粒重、单株产量等。

1.2.2 籼粳属性鉴定

采用程氏指数法测定Hm9078、Hm9083、Hm9169、Hm9175、Hm9177、Hm9179的籼粳属性，具体指数的测算按照包灵丰等[10]的方法。

1.2.3 广亲和基因的鉴定

采用InDel标记S5136[11]对6份恢复系进行广亲和基因检测，正向引物：ATCAACCCATTTCCTTTCCT，反向引物：ATACGCTCGATCGGATTAAC，提取6个恢复系的叶片DNA，进行PCR扩增、检测。

1.2.4 杂交组合稻米品质测定

取上述农艺性状考察后的稻谷，进行品质测定，包括精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、粒长、长宽比、胶稠度、直链淀粉含量等。测定方法按照国标GB/T17891—1999[12]。

2 结果与分析

2.1 杂交组合的农艺性状

6个组合及对照两优培九主要农艺性状见表1。从整体上看，杂交组合与对照的差异主要表现为播始历期缩短、株高较矮、穗长偏短、每穗实粒数增多、千粒重降低及单株产量增加。组合春江23A/Hm9078、春江23A/Hm9175和春江23A/Hm9177的播始历期比对照分别缩短了6、6和7 d，达极显著水平；而单株产量，组合春江23A/Hm9175和春江23A/Hm9177较对照增产30.9%和53.1%，表现出较大的增产优势。纵观整体，各杂交组合的单株有效穗数均少于对照，每穗实粒数却远超于对照，表现出穗大粒多的特点，较对照增产优势明显。

2.2 恢复系籼粳属性

程氏指数测定结果(表2)表明，6份恢复系Hm9078、Hm9083、Hm9169、Hm9175、Hm9177、Hm9179的程氏指数分别为13、11、11、11、11和12，说明其都不是典型的籼型，而是属于籼粳中间型偏籼型恢复系，与中粳型不育系春江23A[5]亲缘关系较远。

表1 六份杂交组合的主要农艺性状

Table 1 The main agronomic characters of the six rice combinations

组合Combinations播始历期DSH/d株高PH/cm穗长PL/cm单株有效穗PNPP每穗实粒GNPP结实率SSR/%千粒重TGW/g单株产量YPP/kg产量Y/(t·hm-2)春江23A/Hm9078 CJ23A/Hm907880**99.6*24.46.2*274.5**73.323.4**0.03998.46春江23A/Hm9083 CJ23A/Hm908383102.8*22.7*8.6243.7**77.823.9**0.0501**10.63**春江23A/Hm9169 CJ23A/Hm916984113.220.5*8.2187.5**74.923.6**0.03637.68春江23A/Hm9175 CJ23A/Hm917580**112.823.46.4*273.5**80.124.9*0.0436**9.24**春江23A/Hm9177 CJ23A/Hm917779**109.8*23.17.0290.2**7625.10.0510**10.81**春江23A/Hm9179 CJ23A/Hm917983113.222.5*6.6*267.6**76.423.1**0.04088.65两优培九(对照)Liangyoupeijiu(Control)86115.426.08.8133.777.628.30.03337.05

*，**分别表示与对照差异达0.05和0.01显著水平。

* and ** mean significant differences at the 0.05 and 0.01 levels， respectively. DSH， Duration from sowing to heading; PH， Plant height; PL， Panicle length; PNPP， Panicle number per plant; GNPP， Grain number per panicle; SSR， Seed-setting rate; TGW， 1000-grain weight; YPP， Yield per plant: Y， Yeild.

表2 籼粳中间型广亲和恢复系的程氏指数

Table 2 Cheng’s index of intermediate type restorer lines with wide compatibility

性状Traits稃毛GP酚反应PR穗节长LR叶毛LP壳色GC长宽比LWR程氏指数CI籼粳属性IJDHm907812133313偏籼PartialindicaHm908302033311偏籼PartialindicaHm916911033311偏籼PartialindicaHm917510133311偏籼PartialindicaHm917710133311偏籼PartialindicaHm917912033312偏籼Partialindica春江23B Chunjiang23B04324316粳型Japonica明恢63 Minghui630002226籼型Indica秀水134 Xiushui13404324417粳型Japonica

春江23A用其保持系春江23B代替，明恢63和秀水134分别为典型籼型和粳型对照。

GP: Glume pubescence; PR: Phenol reaction; LR: Length of rachis; LP: Leaf pubescence; GC: Glume color; LWR: Length to width ratio; CI: Cheng’s index; IJD: indica and japonica differentiation.

2.3 广亲和基因检测

利用广亲和基因标记S5136对6份恢复系进行PCR扩增，结果表明，恢复系Hm9078、Hm9083、Hm9169、Hm9177和Hm9179为缺失带型，携带广亲和基因S5n，恢复系Hm9175为非缺失带型，说明其不含有广亲和基因(图1)。对于Hm9175不含有广亲和基因而其与同样没有广亲和基因的春江23A[5]配组获得的杂交组合表现出超亲的农艺性状的现象，我们需要进一步考证研究，此结果说明不排除不含有广亲和基因的偏籼型恢复系与粳型不育系配组也可以获得具有强优势的杂交组合的可能，这为育种工作者在测配方面提供了参考。这一结果也说明广亲和基因S5n，并不是解决籼粳杂种结实率问题的根本原因。

M， Marker; 1， Hm9078；2， Hm9083；3， Hm9169；4， Hm9175；5， Hm9177；6， Hm9179；CK+: 阳性对照(02428)；CK-，阴性对照(9311)图1 In-Del标记S5136对籼粳中间型恢复系的扩增结果Fig.1 The PCR results of indica-japonica intermediate type restorer lines with InDel marker S5136

2.4 杂交组合的稻米品质

表3列举了6份杂交组合及对照的稻米品质特征。从整体上看，6份杂交组合的精米率、胶稠度和直链淀粉含量和对照没有显著差异，而整精米率、垩白粒率和垩白度与对照相比差异达到显著水平，粒长和长宽比均小于对照。对照国家优质稻谷标准，全部组合的整精米率和胶稠度整体表现较好，均达一级稻谷标准。垩白粒率和垩白度方面，除组合春江23A/Hm9169的垩白度达二级标准外，其余均表现较差，说明其外观品质欠佳。组合春江23A/Hm9078和春江23A/Hm9083的粒长比对照短，差异显著，而所有组合的长宽比均较对照小，但差异未达显著。相对于优质稻米来说，杂交组合的直链淀粉含量偏高，稻米品质较差。

表3 六份杂交组合主要稻米品质

Table 3 The main grain quality of the six combinations

组合Combinations精米率MRR/%整精米率HRR/%垩白粒率CRR/%垩白度CA/%粒长GL/mm长宽比L/W胶稠度GC/mm直连淀粉含量AC/%春江23A/Hm9078 CJ23A/Hm907869.764.32010.50**5.4*2.58020.01春江23A/Hm9083 CJ23A/Hm908373.163.423**8.405.4*2.48321.57春江23A/Hm9169 CJ23A/Hm916972.068.7*142.80**6.02.98520.24春江23A/Hm9175 CJ23A/Hm917571.668.5*21*11.80**5.92.78020.83春江23A/Hm9177 CJ23A/Hm917770.167.7*28**9.12**6.12.58621.20春江23A/Hm9179 CJ23A/Hm917971.867.6*123.85**6.12.88021.13两优培九Liangyoupeijiu71.260.8165.886.83.28621.87

*，**分别表示与对照差异达0.05和0.01显著水平。

* and ** mean significant differences at the 0.05 and 0.01 levels， respectively. MRR: Milled rice rate; HRR: Head rice rate; CRR: Chalkly rice rate; CA: Chalky area; GL: Grain length; L/W: Length/Width; GC: Gel consistency; AC: Amylose content.

3 讨论

3.1 籼粳杂交稻农艺性状的改良

籼粳杂交最大的障碍是后代生育期偏长、结实率偏低。笔者所在的课题组，经过多年的田间试验，选育了一批具有感温特性的偏籼型恢复系，与粳型不育系配组，一定程度上可以缩短F1的生育期。选育具有广亲和基因的偏籼型恢复系，可以解决后代结实率的问题。本试验所配组的6个籼粳杂交稻在植株形态上呈现籼型杂交稻的性状特征，在产量方面均明显高于对照两优培九，其中组合春江23A/Hm9083、春江23A/Hm9175和春江23A/Hm9177呈差异极显著水平，其播始历期也明显短于两优培九，足见其超强的杂种优势。表1的数据也进一步表明，提高产量可以适当减少单株有效穗数，而增加每穗实粒数。马荣荣等[13]提出通过选育大穗、密穗型和穗数适当的方法来获得超高产水稻品种。孟天瑶等[14]认为穗大粒多是甬优系列超高产形成的重要基础。一般种内杂交配组优势已经逐渐弱化，故亚种间杂种优势的利用已成为杂交育种的一种趋势。

3.2 籼粳杂交稻稻米品质的改良

随着经济社会的发展，人民生活水平的提高，对稻米的品质要求越来越高，因此适应市场需求，选育优质稻米也显得尤为重要[7，15]。在稻米品质方面，特别是直链淀粉含量这一指标，本研究的杂交组合与对照相比，并无明显差异。在保证杂交稻产量水平的基础上，提高其稻米品质，对于亚种间杂交稻育种具有十分重要的现实意义。一般食味性较好的稻米直链淀粉含量在14%～17%，在杂交稻稻米品质改良过程中，可以适当降低直链淀粉含量，将其含量控制在18%以下，可以改善其食味性[16]。况浩池等[17]认为直链淀粉含量与垩白粒率和垩白度呈极显著正相关，在遗传改良中应从亲本的垩白粒率和垩白度着手，选择米粒偏长、容量大和近圆柱形的材料。任鄄胜等[18]认为由于杂交稻的籽粒性状处于分离状态，应根据其性状表现，分别对保持系和恢复系进行品质聚类分析，为杂交稻品质育种提供理论依据。籼粳杂交稻甬优1540具有较好的稻米品质，其直链淀粉含量在14%左右，具有较好的外观和食味品质，作为籼粳杂交稻优质米的代表，说明在育种实践中完全可以在保证产量的同时，提升籼粳杂交稻的米质[19]。本试验中，杂交组合的稻米直链淀粉含量虽较对照有所降低，但均在20%以上，明显偏高，因此进一步降低其直链淀粉含量，是今后亚种间杂交育种仍需改良的方向。

3.3 育种实践与分子辅助标记的一点思考

本试验中，我们选用的恢复系Hm9175经分子标记检测，并未发现其含有广亲和基因，而其与粳型不育系春江23A配组，后代表现正常，且产量表现突出。Hm9175田间表现良好，穗形大，结实率高，茎秆粗壮，后期转色较好。选育得到适合生产实践的高产优质品种是水稻育种工作的最终目的，因此田间性状的考察是重中之重。杂交稻的选育是大量测配工作的堆积，重在田间植株性状的观察和记录，实验室分子检测作为辅助工具，可为其提供参考，如果过多地倚重实验室的检测结果，则可能会误删好的配组，错过优异株系的筛选。因此，以田间考察为主，分子标记筛选为辅，更有利于获得配合力好的恢复系，培育出优异的品种。

[1] IKEHASHI H， ARAKI H. Variety screening of compatibility types revealed in F1fertility of distant cross in rice[J].JapaneseJournalofBreeding， 1984， 34(3): 304-313.

[2] 袁隆平. 选育水稻亚种间杂交组合的策略[J]. 杂交水稻， 1996(2):1-3. YUAN L P. Breeding strategies for development of inter subspecific hybrid rice [J].HybridRice， 1996(2):1-3. (in Chinese with English abstract)

[3] 徐伟东， 蔡金洋， 杨尧城. 水稻籼粳亚种间杂种优势利用研究现状与展望[J]. 中国稻米， 2016， 22(2):1-7. XU W D， CAI J Y， YANG Y C. Research advances and prospect on utilization of vigor in hybrids between indica-japonica rice subspecies [J].ChinaRice， 2016， 22(2):1-7. (in Chinese with English abstract )

[4] 马荣荣， 王晓燕， 陆永法，等. 晚粳不育系甬粳2号A及其籼粳杂交晚稻组合的选育及应用[R]. 长沙：第一届中国杂交水稻大会，2010.

[5] 林建荣， 宋昕蔚， 吴明国，等. 籼粳超级杂交稻育种技术创新与品种培育[J]. 中国农业科学， 2016， 49(2): 207-218. LIN J R， SONG X W， WU M G， et al. Breeding technology innovation of indica-japonica super hybrid rice and varietal breeding [J].ScientiaAgriculturaSinica， 2016， 49(2): 207-218. (in Chinese with English abstract )

[6] 王开龙， 高春庭， 吴解安. 杂交中粳甬优12号高产栽培技术[J]. 江西农业， 2016(8):1. WANG K L， GAO C T， WU J A. High yield cultivation techniques of hybrid mid-japonica rice Yongyou 12 [J].JiangxiAgriculture， 2016(8):1. (in Chinese)

[7] 林建荣， 宋昕蔚， 吴明国. 4份籼粳中间型广亲和恢复系的生物学特性及其杂种优势利用[J]. 中国水稻科学， 2012， 26(6): 656-662. LIN J R， SONG X W， WU M G. Biological characteristics and heterosis utilization of four indica-japonica Intermediate type restorer lines with wide compatibility[J].ChineseJournalRiceScience， 2012， 26(6): 656-662. (in Chinese with English abstract)

[8] 禹盛苗， 金千瑜， 欧阳由男，等. 浙江省近期育成的杂交稻新组合的主要性状分析[J]. 杂交水稻， 2003， 18(5): 15-17. YU S M， JIN Q Y， OUYANG Y N， et al. Analysis on major characters of the hybrid rice combinations newly developed in Zhejiang province in recent years [J].HybridRice， 2003， 18(5): 15-17. (in Chinese with English abstract)

[9] 顾铭洪. 水稻高产育种中一些问题的讨论[J]. 作物学报， 2010， 36(9): 1431-1439. GU M H. Discussion on the aspects of high-yielding breeding in rice [J].ActaAgronomicaSinica， 2010， 36(9): 1431-1439. (in Chinese with English abstract)

[10] 包灵丰， 林纲， 赵德明，等. 水稻宜恢1577的籼粳特性鉴别和产量配合力分析[J]. 作物学报， 2006， 32(3): 472-474. BAO L F， LIN G， ZHAO D M， et al. Identification of indica-japonica character and analysis on the yield combination ability for the new germplasm Yihui 1577[J].ActaAgronomicaSinica， 2006， 32(3): 472-474. (in Chinese with English abstract)

[11] 杨杰， 王军， 仲维功， 等. 水稻广亲和基因S5-n的功能标记开发及其应用[J]. 作物学报， 2009， 35(11): 2000-2007. YANG J， WANG J， ZHONG W G， et al. Development and application of a functional marker for wide compatibility gene S5-n of rice [J].ActaAgronomicaSinica， 2009， 35(11): 2000-2007. (in Chinese with English abstract)

[12] 国家质量技术监督局. 中华人民共和国国家标准GB/T17891-1999: 优质稻谷[S]. 北京: 中国标准出版社， 2000.

[13] 马荣荣， 许德海， 王晓燕，等. 籼粳亚种间杂交稻甬优6号超高产株形特征与竞争优势分析[J]. 中国水稻科学， 2007， 21(3):281-286. MA R R， XU D H， WANG X Y， et al. Heterosis on plant morphology of Yongyou 6， an indica-japonica inter-subspecific super high-yielding hybrid rice [J].ChineseJournalRiceScience， 2007， 21(3):281-286. (in Chinese with English abstract)

[14] 孟天瑶， 李晓芸， 李超，等. 甬优系列籼粳杂交稻中熟高产品系的株型特征[J]. 中国水稻科学， 2016， 30(2): 170-180. MENG T Y， LI X Y， LI C， et al. Plant-type characteristics of high-yielding lines of Yongyou japonica/indica hybrid rice with medium maturity[J].ChineseJournalRiceScience， 2016， 30(2): 170-180. (in Chinese with English abstract)

[15] 张佳， 程海涛， 徐海，等. 籼粳稻杂交后代蒸煮食味品质与亚种分化的关系[J]. 中国水稻科学， 2015， 29(2): 167-173. ZHANG J， CHENG H T， XU H， et al. Relationship between cooking-eating quality and subspecies differentiation in RILs population from indica and japonica crossing[J].ChineseJournalRiceScience， 2015， 29(2): 167-173. (in Chinese with English abstract)

[16] 王忠， 顾蕴洁， 陈刚，等. 稻米的品质和影响因素[J]. 分子植物育种， 2003， 1(2): 231-241. WANG Z， GU Y J， CHEN G， et al. Rice quality and its affecting factors[J].MolecularPlantBreeding， 2003， 1(2): 231-241. (in Chinese with English abstract)

[17] 况浩池， 罗俊涛， 曾正明，等. 不同粒型中籼杂交稻组合稻米品质及相关性分析[J]. 中国稻米， 2016， 22(2): 15-20. KUANG H C， LUO J T， ZENG Z M， et al. Correlation analysis of grain quality in medium indica hybrid rice combinations with different grain shape[J].ChinaRice， 2016， 22(2): 15-20. (in Chinese with English abstract)

[18] 任鄄胜， 汪秀志， 肖培村，等. 杂交水稻稻米品质性状的相关及聚类分析[J]. 中国水稻科学， 2004， 18(2): 130-134. REN J S， WANG X Z， XIAO P C， et al. Correlation and cluster analysis for grain quality in hybrid rice [J].ChineseJournalRiceScience， 2004， 18(2): 130-134. (in Chinese with English abstract)

[19] 陆惠斌， 章志远. 籼粳杂交稻甬优1540种植表现及栽培技术[J]. 中国种业， 2016(5): 64-65. LU H B， ZHANG Z Y. Plant characteristics and cultivation techniques of indica-japonica hybrid rice Yongyou 1540 [J].ChinaSeedIndustry， 2016(5): 64-65. (in Chinese)

(责任编辑 张 韵)

Biological characteristics and utilization of new combinations in inter-subspecific crosses of rice

XU Weidong1， LI Guan2， CAI Jinyang1， YANG Yaocheng1

(1.JiaxingAcademyofAgriculturalSciences，Jiaxing314016，China; 2.ChinaNationalRiceResearchInstitute，Hangzhou310006，China)

With utilization of the subspecies heterosis， the mid-japonicaCMS line Chunjiang23A were crossed with six newly developedindicarestorers and the biological characteristics such as agronomic traits and grain quality of the six combinations were investigated. The results showed that the duration from sowing to heading of the six hybrid combinations were significantly shorter than the control (CK) Liangyoupeijiu， and the plant height， the panicle length and the panicle number per plant were lower or less than CK， whereas the grain number per panicle and yield per plant were higher than CK. Identification of Cheng’s indexes indicated that the six restorers belonged to the indicalinous. The results of molecular marker screening showed that five restorer lines hadS5-ngene except the line Hm9175. The investigation of the grain quality showed that the combinations of Chunjiang23A/Hm9169 and Chunjiang23A/Hm9179 had better appearance qualities compared with the CK， and the amylose content of all the combinations showed no significant differences compared with the CK. The combinations developed fromjaponicacytoplasmic male sterility line and theindica-japonicaintermediate type restorer lines showed strong hybrid subspecies heterosis and the grain yield increased obviously. However， the grain quality of theindica-japonicarice was still to be upgraded and improved.

rice;indica-japonicahybrid; agronomic traits; grain quality

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.08.02

2017-03-08

嘉兴市科技计划项目(2017AY13026)

徐伟东(1986—)，男，浙江海盐人，硕士，农艺师，研究方向为作物遗传育种。E-mail: xudong.human@163.com

S511

A

1004-1524(2017)08-1228-06

徐伟东，李冠，蔡金洋，等. 水稻亚种间强优新组合生物学特性及利用价值[J].浙江农业学报，2017，29(8)： 1228-1233.