应用东乡野生稻回交重组自交系分析水稻耐低氮产量相关性状QTL

吴婷 李霞 黄得润 黄凤林 肖宇龙 胡标林

(1 江西省农业科学院 水稻研究所/水稻国家工程实验室（南昌），南昌 330200；2 中国水稻研究所 国家水稻改良中心/水稻生物学国家重点实验室,杭州 310006; 3 湖南省水稻研究所 农业农村部长江中下游籼稻遗传重点实验室，长沙 410125；*通信联系人, E-mail: ylxiao2012@163.com,hubiaolin992@126.com)

水稻是我国最重要的粮食作物之一。水稻高产对确保国家粮食安全和社会稳定尤为关键，因而一直是水稻育种和生产的重要目标。化肥（尤其是氮肥）对促进水稻高产发挥了重要作用。氮素是影响水稻生长发育和产量的重要必需营养元素，也是影响稻田生态系统的关键营养元素。据统计，我国2/3以上耕地为中低产田，其中瘠薄型占27%[1]。我国南方稻区中低产田特别是低产田生态环境脆弱、基础地力差，而低产田缺氮严重制约水稻增产潜力。增施氮肥成为保障产量重要措施，然而过量施用氮肥不仅增加水稻生产成本、降低生产效益[2]，还会导致氮肥利用率下降[2]以及土壤及水体污染[3-5]等稻田农业生态系统问题，进而对生态环境和农业可持续发展构成威胁。由此，绿色超级稻的“第二次绿色革命”理念和国家农业化肥农药零增长行动应运而生，耐低肥、节水抗旱、抗病虫等“少投入”新品种的选育和推广势必助推我国绿色农业发展。提高水稻耐低氮能力或氮高效利用力能较好地解决这一水稻生产中的矛盾[6-8]。发掘耐低氮基因并研究其遗传机理，将促进水稻耐低氮品种的分子育种，提高水稻氮肥有效利用率、生产效益，并改善土壤。

水稻耐低氮是一个复杂的数量性状，受主效基因和和微效QTL 控制[9]。虽然通过传统育种方法进行水稻耐低氮育种取得一些成效，但进展不大。然而，随着生物技术的发展，QTL 分析成为解析水稻耐低氮等数量性状的有效方法，为水稻耐低氮分子育种打下基础。迄今，不同研究已定位到大量水稻不同生育时期的耐低氮性状QTL，这些QTL 广泛分布于水稻12 条染色体上[9-18]。在营养生长期耐低氮 QTL 方面，Nguyen 等[10]利用 IR64/Azucena 籼粳交群体检测到63 个苗期农艺、生理性状QTL 和14个 氮 肥 利 用 率 QTL ； Mahender 等[11]利 用HAN/WTR-1、CH448/WTR-1 和 Z413/WTR-1 等 3套遗传群体进行了3 种施肥剂量、移栽后4 个不同发育阶段的农艺生理性状QTL 分析，定位到19 个相关QTL，且低氮耐性QTL 只在特定发育阶段特异表达，与水稻不同发育阶段基因的时空表达相关。而生殖生长期耐低氮 QTL 定位方面，冯跃等[12-13]利用协青早B/中恢9308 籼籼交群体在施氮和不施氮条件下分别鉴定到52 个产量相关性状QTL 和17个株高、抽穗期的 QTL ； Cho 等[14]利用Dasanbyeo/DR22183 籼粳交群体在两种氮肥水平下检测到 20 个控制稻谷氮含量、秸秆氮含量、地上部总氮含量、收获指数、产量、稻草收获量和氮素利用率 QTL；Wei 等[15-16]利用珍汕 97/明恢 63 籼籼交群体分别检测到15 个耐低氮性状QTL、11 个氮素利用率QTL 和11 个产量QTL，并认为育种中可以实现水稻产量和氮肥利用率同步改良。相似地，Zhou 等[17]对产量、氮素利用率和氮素吸收率 QTL分析发现，分子聚合高氮素吸收和氮素利用率QTL位点有利于培育高产量、低需氮水稻品种。此外，Tong 等[18]对 3 种施氮水平下水稻产量及其构成因子进行了 QTL 分析，在高氮、中氮和低氮水平下分别检测到 15、23 和19 个 QTL，且有 5、3 和5对上位性 QTL 与环境存在显著互作，说明水稻耐低氮机制非常复杂。另外，上述研究所用遗传群体主要为亚种间组合群体，而野生稻与栽培稻种间遗传群体缺乏，野生稻耐低氮相关基因发掘有待加强。

在已定位的水稻耐低氮 QTL 中，由于低氮鉴定环境和评价性状不同，不同研究间结果缺乏可比性，同时难以真正应用于水稻耐低氮分子育种，有待进一步精细定位和克隆。迄今已经分离一批涉及氮素吸收调控的基因，如qNGR9、OsARG、OsOAT、OsNRT2.3、OsPTR6、OsNAR2.1、NRT1.1B、ARE1、TOND1、OsNR2以及OsNPF6.1[19-27]。其中TOND1可提高水稻苗期耐低氮能力及稻谷产量[24]；OsARG基因通过增加低氮下水稻单株穗粒数实现增产[25]；NRT1.1B基因编码硝酸盐转运蛋白，通过调控水稻根系微生物组来改变根际微环境，从而影响水稻籼粳亚种间的氮肥利用效率，且籼稻型NRT1.1B在水稻驯化中经历人工选择[26-27]；OsNPF6.1基因编码硝酸盐转运蛋白，为野生稻的稀有等位基因，可增强水稻氮吸收和氮肥利用率，提高低氮条件下的稻谷产量[22]。这些氮素调控基因的克隆以及qRDWN6BX[28]、qNUE6[29]等主效 QTL 精细定位为耐低氮水稻品种分子育种奠定良好的基础，然而有关野生稻耐低氮基因克隆研究薄弱。野生稻作为栽培稻的野生祖先种，蕴藏着大量耐逆基因，是水稻育种改良的优异种质资源。

东乡野生稻位于江西省东乡县岗上积镇，是迄今发现分布最北的普通野生稻，具有耐寒、耐旱、耐贫瘠等耐逆特性。东乡野生稻长期生存于贫瘠的自然环境（其原生境土壤全氮含量为 0.09%~0.16%[30]），耐低氮能力较强，是水稻耐低氮育种和基础研究的重要资源。胡标林等[31]利用协青早B//东乡野生稻/协青早B BC1F12回交重组自交系筛选耐低氮综合指标，为耐低氮水稻选育提供了参考。本研究应用相同的遗传群体考查两种氮素水平下株高、穗长、有效穗数、穗实粒数、穗总粒数、着粒密度、结实率、千粒重和单株产量等9 个农艺性状，进行耐低氮 QTL 分析，旨在鉴定耐低氮性状QTL 以及东乡野生稻有利等位基因，为水稻耐低氮分子育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究材料包括237 份协青早B//东乡野生稻/协青早B BC1F12的回交重组自交系及其亲本，其中，协青早B 是矮败型三系不育系协青早A 的保持系，属亚洲栽培稻，东乡野生稻是普通野生稻，属亚洲栽培稻的祖先种。1998 年以东乡野生稻为母本、协青早B 为父本进行杂交产生F1，再与协青早B 回交获得BC1F1。2000 年在浙江杭州种植BC1F1群体，经单粒传法至 BC1F5，2003 年在江西南昌种植BC1F6，继续通过单粒传法自交6 代，2009 年获得237 份BC1F12回交重组自交系。

1.2 试验设计

于 2012 年 5 月-11 月期间，将 237 份 BIL 株系及其亲本种植于江西省农业科学院水稻研究所试验田，期间日平均气温为25.7℃，降水量为1013 mm。试验田统一翻耕平整后，取耕作层土壤（0−20 cm）土样交江西省农业科学院农业资源环境研究所分析土壤氮、磷、钾等含量：全氮1.69 g/kg，碱解氮178.2 mg/kg，有效磷11.5 mg/kg，有效钾69.0 mg/kg。设未施氮（0 kg/hm2）和施氮（300.0 kg/hm2）2 个不同氮肥处理，磷、钾肥施用同常规栽培一致，每个处理重复3 次，随机区组排列。不同处理之间筑埂包膜以防串灌。施氮处理施尿素（折合纯氮）300.0 kg/hm2，施过磷酸钙125.0 kg/hm2，施氯化钾125.0 kg/hm2，其中60%氮肥和全部的磷、钾肥在秧苗移栽1 周后施用，40%氮肥在拔节期进行施用；未施氮处理除不施氮肥外，其他肥水管理同施氮处理一致。5 月20 日播种，6 月16 日单本栽插，株行距16.6 cm ×19.8 cm，各株系种3 行，每行10 株。试验用水为农田灌溉用水，田间管理按常规栽培方式进行。在9 月6 日采取耕作层土样由江西省农业科学院农业资源环境研究所进行检测，分析土壤氮、磷、钾等含量。其中，未施氮土壤全氮 1.64 g/kg，碱解氮152.6 mg/kg；施氮土壤全氮2.0 g/kg，碱解氮173.6 mg/kg。

1.3 性状考查

1.3.1 株高

成熟后，随机取各株系中间3 株植株测量株高，从植株基部测量至主穗穗顶的高度（不含芒长），并求平均值用于统计分析。

1.3.2 产量性状

成熟后，收获各株系中测定了株高性状的3 个单株，室内自然晾干后，进行室内人工考种。分别考查有效穗数、每穗实粒数、每穗总粒数、结实率、穗长、着粒密度、千粒重和单株产量等8 个产量构成因子，分别计算3 个重复性状均值用于统计分析。

1.4 耐低氮性QTL 分析

前期研究[32]构建了协青早B//东乡野生稻/协青早 B 回交重组自交系群体的遗传图谱，该图谱含133 个 SSR 和 12 个 InDel 标记，覆盖水稻基因组1620.90 cM，标记间平均距离11.17 cM。结合该遗传图谱，应用软件Windows QTL Cartographer 2.5（http:// statgen. ncsu.edu/qrtcart/WQTLCart.htm），采用复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）进行QTL 检测。以LOD 值2.5 作为检测阈值，将LOD值最高处所对应的位点作为一个QTL，并统计该 QTL 的加性效应和表型贡献率。采用McCouch[33]提出的命名原则进行QTL 命名。

2 结果与分析

2.1 BIL 群体及其亲本在施氮和未施氮条件下9个表型性状的表现

考查BIL 群体及其亲本在施氮和未施氮条件下的株高、穗长、着粒密度、千粒重、每穗实粒数、每穗总粒数、结实率、有效穗数和单株产量等9 个农艺性状，结果列于表1。

亲本东乡野生稻与协青早B的各农艺性状在施氮与未施氮两种条件下变异较大，且其变化趋势和幅度不同，其中双亲的有效穗数、每穗总粒数和单株产量等 3 个性状测定值在不同处理间变化大于12.86%。未施氮条件下协青早B 的有效穗数和单株产量比施氮分别减少5.3 穗和6.6 g，每穗总粒数增加10.9；而未施氮下东乡野生稻的有效穗数和单株产量却较施氮分别增加了2.8 穗和3.5 g，每穗总粒数减少 7.7，说明氮素处理对有效穗数、每穗总粒数和单株产量等3 个性状影响均较大。类似地，BIL群体有效穗数和单株产量平均值在不同处理间变化大于12.91%，其中施氮处理的有效穗数和单株产量分别较未施氮处理下提高了1.9 穗和2.4 g。双亲及BIL 群体的穗长、结实率、穗实粒数和着粒密度等性状在两种氮水平下双亲变化趋势一致，但变异幅度不同。而双亲及其 BIL 群体的株高和千粒重在施氮和未施氮处理下的变化趋势不同。这些结果表明，不同性状对低氮胁迫的反应不尽相同。

表1 施氮和未施氮条件下协青早B//东乡野生稻/协青早B BIL 群体及亲本的性状表现Table 1. Phenotypic performance of the Xieqingzao B //Dongxiang wild rice/ Xieqingzao B BILs population and its parents under two nitrogen levels.

BIL 群体的9 个农艺性状呈连续分布，除了着粒密度、有效穗数和单株产量的峰度值外，其余性状的峰度值和偏度值均接近于 1，表现为典型的数量性状遗传，适合于QTL 分析。

2.2 两种氮肥水平下性状间相关性分析

相关性分析（表 2）表明，在两种施氮处理下均呈极显著正相关的有 15 对性状，即每穗实粒数与株高、穗长、着粒密度、每穗总粒数、结实率和单株产量，每穗总粒数与穗长、着粒密度、单株产量和株高，穗长与株高、着粒密度和单株产量，单株产量与结实率和有效穗数，其中4 对（每穗实粒数与每穗总粒数、着粒密度和单株产量，穗总粒数与着粒密度）相关系数在两种氮肥水平下均较大（0.63~0.96）；呈极显著负相关的有8 对性状，即有效穗数与穗长、着粒密度、穗实粒数、穗总粒数和株高，千粒重与着粒密度、每穗总粒数和每穗实粒数，但相关系数较小（−0.19~−0.43）；有3 对性状间的相关性仅在未施氮条件下显著或极显著；其余10 对性状间在两种施氮处理下均不显著。穗长、着粒密度、千粒重、单株产量、每穗实粒数、每穗总粒数、结实率、株高和有效穗数等9 个性状在两种氮肥水平间的相关性均达到极显著，其相关系数分别为 0.87、0.94、0.91、0.63、0.88、0.92、0.72、0.38、0.61。由此可见，水稻的耐低氮特性可以通过这些产量性状表示。

2.3 两种氮肥水平环境下QTL 分析

在施氮和未施氮条件下共检测到 57 个控制产量性状的QTL（表3、图1），分布于除第4 和第8 染色体外的所有染色体上，单个QTL 表型贡献率为3.17%~63.40%。其中，19 个QTL 在施氮和未施氮条件下均检测到，且加性效应方向保持不变；16和22 个QTL 分别仅在施氮和未施氮环境下检测到显著效应。

2.3.1 穗长

共检测到 4 个控制穗长 QTL，表型贡献率为6.66%~32.46%，其中qPL1、qPL5和qPL10在 2个氮肥环境下均被检测到，qPL6仅在未施氮水平下检测到。qPL1和qPL5的增效等位基因来自东乡野生稻，而qPL6和qPL10的增效等位基因来自协青早B。除了qPL6的贡献率（6.66%）小于10%外，其余3 个QTL 贡献率（10.24%~32.46%）均大于10%，为主效QTL。

表2 两种氮素条件下产量相关性状间的相关性Table 2. Relationships between traits related to grain yield under two nitrogen conditions.

2.3.2 着粒密度

共检测到 9 个控制着粒密度 QTL，其中qGD1.1、qGD1.2、qGD6、qGD9和qGD11等 5 个QTL 在两种氮肥环境下均被检测到，其余4 个仅在单个环境下均被检测到。qGD1.1的增效等位基因来自东乡野生稻，未施氮和施氮条件下的贡献率分别为16.88%和12.60%。qGD9和qGD11在未施氮环境下表现为主效 QTL（其贡献率分别为 19.52%和11.47%），而在施氮水平下表现为微效QTL（其贡献率分别为5.41%和6.90%），其增效等位基因均来自东乡野生稻。qGD3和qGD5仅在未施氮环境下检测到，表型贡献率分别为14.38%和18.79%，其增效等位基因均来自东乡野生稻。剩余4 个QTL的表型贡献率均较低（3.23%~5.67%），其中，qGD1.2、qGD2和qGD6的增效等位基因均来自协青早B，qGD12的增效等位基因均来自东乡野生稻。

2.3.3 千粒重

共检测到 7 个控制千粒重 QTL，分别解释5.05%~10.36%的表型变异，其中qTGW7和qTGW10在2 个氮肥条件下均被检测到，剩余5 个QTL 仅在单一环境下被检测到。qTGW1、qTGW2和qTGW6等3 个 QTL 的增效等位基因均来自东乡野生稻，而其余4 个来自协青早B。除了qTGW10在未施氮环境下的表型贡献率为10.36%外，其余的表型贡献率均较低。

2.3.4 单株产量

共检测到 5 个控制单株产量 QTL，其中仅有qPY5.1均在 2 个施氮水平下被鉴定到，其余 4 个QTL 仅在单一施氮水平下检测到。qPY5.1的表型解释率在施氮和未施氮条件下分别为14.92%和9.21%，东乡野生稻等位基因分别增加单株产量 2.29 g 和2.09 g。qPY5.2和qPY9.2为主效QTL，其增效等位基因来自东乡野生稻；而剩余2 个QTL 为微效QTL，其增效等位基因来自协青早B。

2.3.5 每穗实粒数

共检测到7 个控制每穗实粒数QTL，其中3 个QTL 在2 个施氮水平下均被鉴定到，剩余4 个QTL仅在单一环境下被鉴定到。qFGP1的增效等位基因来自东乡野生稻，在施氮和未施氮水平下的表型贡献率分别为23.08%和27.09%。qFGP5和qFGP9的增效等位基因均来自东乡野生稻，其中在未施氮环境下检测为主效 QTL(其贡献率分别为 13.50%和21.89%)，在施氮水平下检测为微效QTL(其贡献率分别为8.04%和5.28%)。qFGP11的表型贡献率为10.10%，来自东乡野生稻的等位基因增加12.49 粒；而其余3 个QTL 的表型贡献率均较低，增效等位基因除qFGP10外都来自协青早B。

表3 两个氮素条件下BIL 群体产量性状的QTLTable 3. QTL for yield traits in the BILs population under two nitrogen conditions.

续表3 (Continued Table 3)

2.3.6 每穗总粒数

共检测到8 个控制每穗总粒数QTL，其中3 个QTL 在2 个施氮水平下均被检测到，剩余5 个QTL仅在单一环境下被检测到。qTGP1的增效等位基因来自东乡野生稻，表型贡献率最高，在施氮和未施氮水平下分别为 20.22%和 28.44%。qTGP5和qTGP9.2的增效等位基因均来自东乡野生稻，其中在未施氮环境下检测为主效QTL（其贡献率分别为15.75%和 16.73%），而在施氮水平下检测为微效QTL（其贡献率分别为5.96%和7.34%）。qTGP11仅在未施氮环境下鉴定到，表型贡献率为11.96%，其东乡野生稻等位基因可提高每穗总粒数16.59 粒。其余4 个QTL 的表型贡献率均较低（4.46%~8.57%），且其增效等位基因均来自协青早B。

2.3.7 结实率

共检测到8 个控制结实率QTL，其中2 个QTL在2 个施氮水平下均被检测到，剩余6 个QTL 仅在单一环境下被检测到。qSF12的表型贡献率最高，在施氮和未施氮水平下分别为37.99%和37.01%，其协青早 B 等位基因分别提高结实率 9.54%和10.16%。qSF2、qSF3和qSF9等 3 个 QTL 的表型贡献率分别为36.69%、27.21%和21.43%，其协青早B 增效等位基因分别提高结实率8.92%、8.88%和9.65%。其余4 个QTL 均为微效QTL，其中qSF1.1、qSF1.2和qSF6的增效等位基因均来自东乡野生稻，而qSF7的增效等位基因来自协青早B。

2.3.8 株高

共检测到4 个控制株高QTL，其中3 个在未施氮处理下检测到，1 个在施氮水平下检测到。qPH1.1和qPH1.3分别解释表型变异的63.40%和57.22%，其东乡野生稻等位基因分别增加株高 23.13 cm 和18.92 cm。剩余的2 个微效QTL 均在未施氮条件下检测到，其中qPH1.2的增效等位基因来自东乡野生稻，qPH6的增效等位基因来自协青早B。

2.3.9 有效穗数

共检测到 5 个控制有效穗 QTL，贡献率为4.07%~33.59%，其中4 个在施氮水平下检测到，另外1 个未施氮水平下检测到，未检测到共同的QTL。qEP9的表型贡献率最高，为33.59%，其增效等位基因来自东乡野生稻。在施氮水平下检测到的4 个QTL 中，qEP3.1、qEP3.2和qEP6东乡野生稻增效等位基因均来自东乡野生稻，加性效应分别为0.95、2.85 和3.57；而qEP1的协青早B 等位基因提高有效分蘖0.90 个。

3 讨论

氮素作为水稻生长发育必需的大量元素之一，对水稻的产量起着至关重要的作用。而过量使用氮肥会造成水稻品质下降、氮肥利用率低、农业生态环境污染等问题。因此，选育水稻耐低氮品种对农业经济和生态环境效益具有重要的现实意义。不同水稻品种在耐低氮的特性和氮素的吸收利用效率上存在显著的基因型差异[6-8,34]，这对研究水稻耐低氮或氮肥高效利用的分子机制及培育耐低氮水稻品种至关重要。由于传统育种时间长且不确定性大，发掘鉴定水稻耐低氮相关基因，结合分子育种与传统育种等手段，加快选育出耐低氮水稻新品种。

本研究利用东乡野生稻与协青早B构建的回交重组自交系群体分析两种氮肥条件下产量相关性状，结果发现不同氮素水平下各株系的性状间特别是有效穗数、每穗总粒数和单株产量间存在较大差异，而不同施氮水平各性状呈极显著正相关，这表明不同基因型株系以及不同性状对氮素的响应存在一定差异，与前人报道[15]相似。QTL 分析结果共检测到57 个产量相关的QTL，其中19 个QTL 在两种氮肥水平下都检测到，且加性效应方向保持不变；16 和22 个QTL 分别仅在施氮和未施氮环境下检测到显著效应。相似地，Cho 等[14]在高氮条件下和低氮条件下检测到的QTL 有很大差别；冯跃等[13]在不同氮肥条件检测到11 个相同的产量性状QTL和30 个差异表达的产量性状QTL；Tong 等[18]分别在高氮、中氮和低氮等3 种施氮水平下检测到15、23 和 19 个 QTL，其中 5、3 和 5 对上位性 QTL 与环境存在显著互作。这些结果表明控制水稻产量性状的 QTL 在不同氮素环境下的差异表达，主要与施氮水平间的互作效应有关。

3.1 QTL 定位结果比较

近年来，已定位到大量耐低氮或氮素利用率相关QTL，其中有些在不同遗传群体和环境中被稳定检测到的QTL，对精细定位、克隆及分子育种非常重要。基于 QTL 连锁标记的物理位置，比较分析不同研究中共同检测到的耐低氮相关QTL，验证本研究中 QTL 的准确性和可靠性。结果表明，在两种氮素水平下和仅在低氮水平下被检测到，且与前人报道相同性状QTL 分别有4 个和6 个，由此共有31 个新检测到的耐低氮相关QTL。其中在两种氮肥水平检测到的4 个QTL。位于第1 染色体上的3 个 QTL(qFGP1、qTGP1和qGD1.1)与qGD1.1、qFGP1.1、qSP1.1[13]、qGNS1[35]和qSPP-1[36]等相应的穗部性状QTL 一致，该区间还报道了qGWP1和qPL1.1[13]、qHGW-1b[18]、qTLN-1[36]、qpn-1b和qph-1b[37]以及qPNA1[38]等不同性状 QTL；在第 5染色体上的qPY5.1与ypp5b[39]的区间一致，在该区域附近还检测到控制叶片干质量、茎干质量、总鲜质量、叶片数和剑叶氮含量等耐低氮性状 QTL[10]。6 个仅在低氮水平下被检测到的 QTL 如下：株高QTLqPH1.3与qPHT-1[36]、qph-1a[37]和qPH1[40]染色体区间相同；qTGW1与q1000Gwt-1.3和q1000Gwt-1.6[44]，且该区间还报道了qby-1b[37]；位于第 2 染色体的 2 个 QTL(qFGP2和qTGP2)与qFGP2、qSP2[13]、qGNR2a、qGNA2[38]、qGNS2.2[35]等氮素利用率相关 QTL 区间相同或部分重叠，该区间附近还检测到qCc2c[18]、qSF2和qGNS2.1[35]以及qDWS2.2和qFGN2.4[41]等耐低氮相关性状QTL；第 3 染色体上的控制着粒密度qGD3与qGD3.1[13]一致，该区间检测到qTN-III_3[11]、qFGP3.2和qPNP3.1[13]以及qDTF-3和qPTN-3-2[36]等不同耐低氮QTL；qPL6与qPL6.1[13]的染色体区间一致。针对不同遗传群体能稳定检测到耐低氮性状QTL 构建相应的近等基因系，开展相应的QTL等位性分析和分子克隆，最终实现水稻分子育种。

通过对不同耐低氮性状 QTL 比较发现，本研究检测到10 个耐低氮性状QTL 染色体区间与已报道的不同耐低氮性状QTL 区间相似。第1 染色体检测到两个氮水平下的qSF1.1附近区间报道了qsy1b和qtncs1b[14]等氮素利用相关QTL。在2 个氮素水平下均检测到的穗长QTLqPL1和仅在低氮水平检测到的qPH1.3与qFGP1.2、qGYn1[15]、qSNA1、qNHI1b[38]、qGY1[41]、qPN1和qGY1[43]等 QTL 染色体区间相同。第3染色体检测到的qPY3与Senthilvel等[36]报道的qPTN-3-1染色体区间相同。第5 染色体检测到 2 个氮素水平下的qPL5与qAGB5.2、qAGB5.3和qSVHS5.1[42]。在2 个氮素水平下均检测到的qGD6以及仅在低氮水平下检测到的 3 个QTL(qFGP6、qTGP6和qPH6)分别与qTN-II_6[11]、qPH-6b[12]、qpn-6[37]、qDWS6.1和qGY6.1[41]以及qRW-6-2[46]等不同耐低氮性状QTL 一致。第7 染色体上检测到控制两个氮水平下的qTGW7与qHD-7[12]、qGYPP-7a[18]、qpn-7[37]、qNHI7a[38]、qFGN7.1[41]、qPSPF_7.2和qBY_7.1[44]以及叶绿素含量QTLqCc7a[45]等有相似区间。第9 染色体检测到低氮环境下的qEP9与控制穗实粒数QTLqFGN9[37]一致；在两个环境下检测到的qGD9、qFGP9和qTGP9.2与已报道的qgy9[14]、qRGN和qRBN9[16]、qSL9[35]、qPTN-9[36]、qGNR9[38]、qPH9.2、qGY9、qDWS9和qDWR9[41]、qSW-9-3[46]以及控制茎干质量、根干质量和植株干质量QTL[47]等不同耐低氮相关性状 QTL 的染色体区间相似。两种施氮水平下的qTGW10区间与qFGPP-10b[18]、qGY10.2和qDWR10[41]、qFGN_10.1、qFGN_10.2和qPSPF_10.3[44]、qYd10[45]以及qBY10.1、qNUP10.1和qNUE10.2[48]等耐低氮性状QTL 的染色体区间相同。控制两种施氮环境下的qGD11和低氮环境下的qFGP11、qTGP11与已报道的qSSR11.2[35]、qGNR11b[38]、qGY11[41]以及qNUP11.2和qBY11.1[48]等耐低氮相关 QTL 的染色体区间一致。控制两种施氮环境下的qSF12与控制氮肥生理利用率QTL[10]和qYd12[45]一致。

近年来，一批参与水稻氮素吸收调控基因相继被成功分离克隆，为水稻耐低氮或氮肥高效利用机理和品种选育奠定良好的基础。在低氮环境下的qSF2区间附近报道了一个水稻氯酸盐抗性基因OsNR2，籼型OsNR2具有更高的硝酸还原酶活性和根部硝态氮吸收活性，提高水稻有效分蘖和产量[23]。水稻氮利用效率基因qNGR9[49]位于 QTL 簇qGD9/qFGP9/qTGP9.2内，编码 Gγ 亚基，与 Gα 亚基 RGA1 和 Gβ 亚基 RGB1 互作，降低 RGA1 活性或提高RGB1 活性会抑制氮反应，该基因显性突变造成植株对氮素不敏感和提高氮素的摄取和同化效率，进而仍能保持在低氮条件下获得较高稻谷产量。硝酸盐转运蛋白NRT1.1B[26,27]位于qTGW10区间，其籼型等位基因增加分蘖数和谷粒产量来提高水稻氮素利用率。TOND1[24]位于检测到低氮环境下的qGD12 区间内，可提高水稻苗期耐低氮能力及水稻稻谷产量。有必要构建协青早B 遗传背景的氮素吸收调控基因位点差异化的近等基因系，进而分析这些基因与本研究鉴定到的QTL 的遗传关系。

3.2 QTL 成簇分布

QTL 成簇分布在QTL 定位研究中普遍存在[9]，可能是由于基因的多效性和多个基因的紧密连锁造成的。类似地，本研究检测到的 43 个产量相关QTL 分别聚集于7 条染色体上的14 个QTL 簇中，表明不同性状可能涉及到共同遗传机制。其中，位于第6 染色体上QTL 簇最大，包含qPL6、qGD6、qFGP6、qTGP6和qPH6等5 个QTL，其次是含4个QTL 的QTL 簇5 个，接下来依次为含3 个QTL的 QTL 簇 2 个和含 2 个 QTL 的 QTL 簇 6 个。其中，位于第 6 染色体上 QTL 簇qPL6/qGD6/qFGP6/qTGP6/qPH6均在未施氮条件下检测到，其增效等位基因均来自协青早B，表明该QTL 簇对水稻耐低氮非常重要。由于初定位区间较大，一般难以探究QTL 簇的成因，因此有待于构建相关QTL 的近等因系将其分解到更小的区间内，从而解析 QTL 簇形成机理或 QTL 的一因多效机理；同时通过精细定位和克隆成簇的QTL，结合标记辅助选择来实现水稻耐低氮QTL 分子聚合改良。

3.3 东乡野生稻有利等位基因育种利用

东乡野生稻栖息于氮素较低的贫瘠原生境，根系吸收氮素较少，通过氮素高利用效率才能生存。通过构建野栽高世代回交群体将东乡野生稻耐低氮基因导入栽培稻，进而拓宽栽培稻遗传基础以及创制耐低氮水稻种质材料，开展“东乡野生稻”耐低氮 QTL 定位、克隆以及分子育种。本研究检测到的57 个QTL 中有32 个的增效等位基因来自东乡野生稻，其中24 个QTL 东乡野生稻等位基因与水稻耐低氮相关。针对稳定检测到的耐低氮 QTL（如在两种氮肥水平下均检测到 QTL 簇qPL6/qGD6/qFGP6/qTGP6/qPH6）的有利等位基因进行精细定位，并结合分子标记辅助和 QTL 聚合方法，将东乡野生稻耐低氮等位基因导入到协青早B 等栽培稻中，实现耐低氮水稻品种的遗传改良。