优质食味粳稻香软米新品种云粳37 号选育及功能基因优势等位基因型分析

赵国珍 陈于敏 吴志刚 刘慰华 刘似玉 刘家稳

（1云南省农业科学院粮食作物研究所，昆明 650205；2 曲靖市麒麟区白石江街道办事处经济管理服务中心，云南 曲靖 655000；3 曲靖市麒麟区东山镇农业综合服务中心，云南曲靖655000；第一作者：guozhenzhao@163.com）

水稻是重要的口粮作物，世界上有一半以上的人口以稻米为主食。云南省水稻常年种植面积100 万hm2左右（粳稻占60%），居全国第11 位，占全省粮食播种面积的24%左右。近年来，随着生活水平的提高，食味优良有香味的大米越来越受到市场的欢迎，特色优质品种选育成为了水稻遗传育种研究的重要方向[1-3]。

云南高原粳稻区是我国乃至世界上的特殊稻区之一，由于特殊的立体气候条件，外引品种在云南粳稻区表现为植株较矮、生育期较短或较长、产量低、耐寒性不强，不能适应大面积生产种植。因此，该区域的粳稻品种需靠自育解决[4-6]。高原稻区生态环境多样复杂，水稻孕穗期、灌浆成熟期常多雨寡照、气温偏低，水稻结实率受影响较大，同时也不利于优质米形成。近几年来，在国家、云南省相关部门的支持下，云南育成了云粳系列、楚粳系列、凤稻系列、靖粳系列、丽粳系列等常规粳稻新品种，这些品种大多具有高产优质多抗等性状，在云南高原粳稻区大面积推广应用，为云南的口粮安全作出了重要贡献[7-9]。但是在云南省海拔1 450～2 100 m的粳稻区，尚缺乏可以作为优质米开发的优质食味品种。本项目组通过对大量亲本材料进行稻米品质、丰产性、耐寒性、抗病性评价和分析，选择具有香味且丰产稳产性好的云粳26 号[10]作为母本，以持有调控低直链淀粉含量基因Wxy37且稻米食味品质优异、耐寒性和抗病性强的粳稻软米品种银光[11]作为父本进行杂交，经6年8 代系统选育和多点鉴定，育成了食味品质优异，高产、耐寒和抗病的粳稻香软米新品种云粳37 号。由于稻米食味品质优异，种植云粳37 号产值要比普通品种高50%以上，已作为云南省粳稻区优质米开发的主要品种广泛应用，是目前云南省影响较大的粳稻品种。现介绍如下。

1 选育

1.1 选育思路

随着人们生活水平的不断改善，消费者对稻米品质的要求亦越来越高。我国优质粳稻品种，以东北优质粳稻核心区和江浙粳稻区为代表，其中东北的稻花香、五常米已经是全国知名品种并形成多个著名品牌[12]。江苏省农业科学院选育的粳稻软米品种南粳46 稻米食味品质优异，曾获“全国金奖大米”称号，被誉为江苏省最好吃的大米[13]。云南高原粳稻区由于海拔较高，水稻灌浆期气温偏低，热量不足，不利于优质米形成，加之气压低，水的沸点低，即使是国标优质品种生产出来的大米饭也偏硬[14]。鉴于直链淀粉含量与食味品质关系密切[15-17]，若将控制低直链淀粉含量的基因导入高产品种中，有可能较好解决高产与优质不易并存的矛盾。因此，在选择亲本时，主要考虑低直链淀粉含量的品种与具香味且丰产稳产性好的品种组配。母本云粳26 号稻米香味浓郁，高产稳产抗病，曾是云南省中海拔粳稻区域试验的对照品种；父本银光持有低直链淀粉含量基因[11]，稻米食味品质优异，丰产稳产多抗，曾是云南省高海拔粳稻区域试验对照品种。因此，选择云粳26号作母本、银光作父本进行杂交配组，在选育过程中从集团的个体选拔开始，每年都对育种材料的香味、丰产性、稻米品质、耐寒性、稻瘟病抗性等进行同步鉴定作为单株选拔和品系选定的科学依据，最终育成了稻米食味品质优异、香味浓郁、丰产稳产性好和适应性广的粳型香软米品种云粳37 号。

1.2 选育方法及系谱

2006 年夏在昆明温室配制杂交组合（F0代），组合为云粳26 号/银光，系谱见图1。2006 年冬季在海南种植杂交后代（F1代），2007 年夏季在昆明种植集团（F2代），编号为KF56，选拔12 个单株，通过对稻米外观品质鉴定和香味品尝后同年冬季在海南种植株系（F3代），其中1 个株系表现优异，从中选择5 个单株并对稻米外观品质进行鉴定和香味品尝，5 个单株的糙米外观均为乳白色并具有香味。2008 年夏在昆明种植株系（F4代），同时在稻瘟病重病区的宜良进行稻瘟病（叶瘟）抗性鉴定，其中编号为K1755 的株系表现丰产性好、抗稻瘟病（3 级），选择5 个单株，再次进行稻米外观品质鉴定和香味品尝，稻米外观均为乳白色且具有香味，选择其中1 个单株冬季到海南加代（F5代）。成熟时，选择1 个单株后，其余种子全收。2009 年夏在昆明同时进行预备试验和品比试验（F6代），并在云南进行多点（昆明、曲靖、玉溪、楚雄、昭通、保山等）试种、稻瘟病（叶瘟和穗瘟）鉴定和耐寒性鉴定，表现出丰产性较好，抗稻瘟病，耐寒性较强，米粒外观乳白色，米饭香味浓郁，油润可口，冷不回生，同年冬季在海南繁殖一定数量的种子（F7代）。2010 年夏季在云南嵩明再次参加品比试验（F8代），同时再次进行多点试种、穗瘟鉴定和耐寒性鉴定，均表现丰产稳产性好，抗稻瘟病和耐寒性较强，米饭香味浓郁，油润可口，冷不回生，定名为云粳37 号。2021 年通过云南省审定（审定编号：滇审稻2021030 号）。

图1 云粳37 号及亲本系谱图

2 主要特征特性

2.1 农艺性状

云粳37 号属中熟粳稻。分蘖力较强，株型好，叶色绿，抽穗整齐度好，着粒均匀，谷壳黄，无芒，落粒性适中。株高99.9 cm，最高茎蘖数32.3 万/667 m2，有效穗26.0 万/667 m2，成穗率80.5%，穗长20.8 cm，每穗总粒数123.9 粒，每穗实粒数112.3 粒，结实率90.6%，千粒重24.2 g，全生育期170 d。

2.2 稻米品质

据农业农村部食品质量监督检验测试中心（昆明）检测，糙米率78.6%，整精米率66.3%，粒型长宽比1.91，直链淀粉含量5.89%，碱消值7.0 级，胶稠度91 mm，蛋白质含量7.6%。据中粮集团营养健康研究院消费者与市场研究中心检测，糙米中香味成分2-乙酰基-1-吡咯啉含量为5.33 μg/kg。

2.3 抗逆性

据云南省农作物抗病性鉴定站采用温室接种鉴定和田间自然诱发鉴定，穗瘟损失率1 级，综合抗性指数2.08，综合评价为抗稻瘟病（3 级），抗纹枯病（3 级），中抗白叶枯病（5 级）和稻曲病（5 级）。

在品种选育过程中，连续几年在海拔2 400 m 的丽江市和海拔2 200 m 的曲靖市马龙县进行自然冷温鉴定，通过调查结实率，并与耐寒性强、中、弱的标准品种比较，云粳37 号表现为耐寒性较强。

2.4 产量表现

2019—2020 年参加云南省软米型常规水稻品种区域试验（5 个点，海拔范围1 650～1 920 m），平均产量693.1 kg/667 m2，比对照增产3.27%。2022 年在海拔1 750 m 的玉溪市澄江县千亩连片种植，平均产量为854.8 kg/667 m2；在海拔2 240 m 的丽江市永胜县百亩连片种植，产量达717.6 kg/667 m2，创造了云南省高寒稻区香软米品种的高产纪录。生产上示范推广平均单产700 kg/667 m2左右。

2.5 适宜推广范围

该品种适宜于云南省海拔1 450～2 250 m 粳稻区作中稻种植和海拔1 200 m 以下籼稻区作早稻种植。

2.6 生产应用情况

云粳37 号在云南省年种植面积约1.5 万hm2，是云南省公认的优质食味粳米，深受大米企业和消费者青睐。据不完全统计，在云南省内有60 余家米业企业从事该品种的开发，形成了“傣王稻”“洱海留香”“云香庄园香软米”“象牙香米”“七彩云米”和“高原寒香”等高端大米品牌，大米零售价在20 元/kg 左右，不仅在省内畅销，也销往北上广等大城市，云粳37 号的大面积推广应用，促进了云南高原特色优质米产业的发展。由于产值高，是目前云南省高原湖泊流域面源污染综合治理实施水稻绿色种植的主导品种，具有广阔的应用前景。

3 功能基因优势等位基因型分析

为了弄清控制云粳37 号高产优质多抗等相关性状的功能基因及其来源，经华智生物技术有限公司对云粳37 号及其双亲进行重测序及功能基因优势等位基因型分析，结果列于表1 和图2[参考基因组（日本晴）上物理位置为chr06: 1767049- 1767059，云粳37号和银光Waxy 基因编码区第2 外显子的第129 至139 位核苷酸缺失]。由此表明，云粳37 号持有增加穗粒数的基因Gn1a/OsCKX2，抗稻瘟病基因Pi35，抗旱基因OsPP15，延长生育期的基因HESO1/OsHESO1、Hd6、Hd17/Hd3b、Hd18、Ehd1，增加落粒性的基因qSH1，耐冷性基因CTB4a，抗白叶枯病基因Xa26/Xa3，香味基因fgr/Badh2以及调控低直链淀粉含量的基因Wxy37（Wxy37是Wx的一个新等位变异类型，云粳37 号的育成才明确了该基因，定名为Wxy37）。其中，增加穗粒数的基因Gn1a/OsCKX2，延长生育期的基因Hd18和Ehd1，抗稻瘟病基因Pi35，耐冷性基因CTB4a和抗白叶枯病基因Xa26/Xa3来源于双亲；延长生育期的基因HESO1/Os-HESO1和Hd6，抗旱基因OsPP15，增加落粒性的基因qSH1和香味基因fgr/Badh2来源于母本云粳26 号；延长生育期的基因Hd17/Hd3b和调控低直链淀粉含量的基因Wxy37来源于父本银光。

表1 功能基因等位基因型分析

图2 调控低直链淀粉含量基因Wxy37 的检测结果

4 讨论

4.1 云粳37号的选育方法

亲本选配是育种成败的关键，种质资源是品种选育的基础，稻种资源的发掘和合理利用在水稻育种中发挥了重要作用[18-19]。云粳37 号的成功选育得益于双亲具有众多优良性状（基因）[20-22]，并且很多性状是互补的，如母本云粳26 号具有香味，父本银光直链淀粉含量低、糊化温度高、食味品质好等。在品种选育中，提高粮食产量和改善粮食品质一直是作物育种的目标，而育种过程中采用的方法是提高育种效率的关键[23]。云粳37 号于2006 年配制杂交组合，由于当时分子标记辅助选择育种、转基因育种及分子设计育种等技术在云南省水稻育种上应用较少，在云粳37 号品种选育过程中主要采用的是常规育种方法，但是对于香味和调控低直链淀粉含量基因的鉴定，采用了品尝糙米香味和肉眼鉴定糙米外观的方式，即从F2代集团中选拔的优良单株采用咀嚼糙米的方式鉴定香味，淘汰没有香味的单株，对于调控低直链淀粉含量的基因，由于该基因为单隐性基因，糙米外观为乳白色[24]，通过鉴定糙米外观是否为乳白色进行判断。此外，在云粳37 号选育过程中还采用在云南和海南两地多次穿梭选择，以及在云南的稻瘟病重发区进行稻瘟病抗性鉴定，在海拔2 400 m 高寒稻区进行耐冷性鉴定，因此，云粳37 号除了具有香味、稻米食味品质优异等特点外，还具有高产、多抗、广适等综合优良性状。但是由于云粳37 号的选育主要是通过表型进行选择，父本银光持有的一些优异等位基因如增加糊化温度的基因ALK/SSSII、抗稻瘟病基因Pia/RGA4、Pia/RGA5等（表1）在品种选育中丢失了。如果在品种选育过程中结合分子标记辅助选择，将会提高相关基因的选择效率。

4.2 调控低直链淀粉含量基因Wxy37 的育种利用

从云粳37 号的系谱（图1）可以看出，调控低直链淀粉含量基因Wxy37来源于软米品系研系2107，20 多年前，笔者就对研系2107 进行了相关研究和育种利用[24-25]，并育成了云南第一个软米品种银光，该品种稻米食味品质优异，直链淀粉含量5.11%[11]，与Wx的其他等位变异品种的直链淀粉含量有较大差异[26-27]。由于检测技术的限制，一直把该基因作为一个新的du基因进行育种利用。随着分子生物学的发展及云粳37 号稻米食味品质得到更多消费者认可和在生产上推广应用面积的逐年扩大，最终通过对云粳37 号及双亲的Wx基因进行重测序和Wx基因编码区进行插入缺失（INDEL）检测，发现控制云粳37 号低直链淀粉含量的基因是由于Wx基因编码区第2 外显子的第129 至139位核苷酸缺失，参考基因组（日本晴）上物理位置为chr06: 1767049-1767059，属于Wx基因一个新的等位变异，为培育和丰富软米育种提供了重要种质资源。影响云粳37 号稻米食味品质的其他因素需进一步研究。