丁盛

重要籼型杂交稻亲本“93-11”稻米食味品质的改良

窦兰兰;肖璐;李建粤

【摘要】以目前两系杂交稻大量应用的籼型水稻“93-11”和实验室已转化只含

双份反义蜡质基因无抗性基因和报告基因纯合水稻“B3”为亲本,通过杂交和多次

与“93-11”水稻回交以及分子标记辅助选择反义蜡质基因,将双份反义蜡质基因

渗入到“93-11”水稻品种中,获得两种改良类型“93-11”水稻新材料.主要农艺

性状考察、拷种以及糙米重量和体积分析显示,除了千粒重、糙米重量和体积,两种

改良后水稻的株高、有效穗、每穗实粒数和结实率都与“93-11”对照水稻差异不

显著(P＞0.05).两种改良后水稻蜡质糙米的直链淀粉含量(5.39％和5.01％)均比

“93-11”对照(14.06％)极显著下降(P＜0.01);同时糙米胶稠度分别为93mm和

101mm,与“93-11”对照(48mm)比较也达到极显著差异水平(P＜0.01).研究为

今后改良以“93-11”配组的两系杂交水稻食味品质奠定了重要基础.

【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2014(043)003

【总页数】6页(P245-250)

【关键词】反义蜡质基因;分子标记检测;性状分析;食味品质;“93-11”水稻

【作者】窦兰兰;肖璐;李建粤

【作者单位】上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命

与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上

海师范大学植物种质资源开发中心,上海200234

【游白水书付过阅读答案 正文语种】中文

【中图分类】Q789

世界上有一半人口以稻米为主粮.近年来随着生活水平的日益提高,人们对水稻稻米

的品质要求也越来越高[1].影响稻米食味品质最主要因素是直链淀粉含量(AC)[2].

有研究报道认为,稻米直链淀粉含量还与影响稻米柔软程度的胶稠度指标也密切相

关[3-4].

稻米直链淀粉合成主要受蜡质基因编码的淀粉合成酶控制[5-6].目前已有较多报道

显示,导入水稻中的反义蜡质基因能够降低稻米直链淀粉含量[7-12],以此达到改良

水稻食味品质的目的.籼型水稻“93-11”由江苏省里下河地区农科所培育而成.该

品种目前在水稻生产中主要被用作两系杂交稻的父本.在生产上大面积推广应用的

两系杂交稻“两优培九”、“广两优6号”等品种都是以“93-11”水稻为父本成

功培育的.因此,利用转基因技术导入反义蜡质基因降低“93-11”稻米直链淀粉含

量,由此改善“93-11”稻米的食味品质研究将具有良好的应用前景．然而目前的

研究显示,籼稻为受体进行根癌农杆菌介导遗传转化,成功率相对较低[13].本实验室

曾构建含有双份反义蜡质基因的表达载体:p13AWY-2[14],并成功转化粳型两系不

育系水稻“261S”[15].

本研究以籼稻“93-11”和含有双份反义蜡质基因的纯合转基因水稻株系“B3”为

供试材料,利用杂交及多次与“93-11”水稻进行回交,并采用常规及分子标记辅助,

选育出各种农艺性状与“93-11”水稻接近,同时含有双份反义蜡质基因的改良型

“93-11”水稻.开展本研究可为改良以“93-11”水稻为父本的杂交稻食味品质奠

定了基础.

1材料与方法

1.1水稻亲本材料

本试验用亲本水稻材料分别为籼稻“93-11”以及将只含有双份反义蜡质基因、没

有抗性基因和报告基因的质粒载体(图1)转化粳型两系不育系“261S”获得的纯合

转基因株系“B3”水稻[15].

图1含有两份双份反义蜡质基因质粒(p13AWY-2)载体结构

1.2水稻植株DNA提取及反义蜡质基因的检测

取水稻叶片,采用CTAB法提取叶片总DNA.参照杨瑞报道[15]合成检测反义蜡质基

因的引物.上、下游引物序列分别为:5′-CTCTCGGAGAGGTTCAGCTC-3′(YW5)和

5′-CTTAATAACACATTGCGGACG-3′(YWf).PCR扩增反应程序为:94℃预变性5

min,94℃变性40s,退火温度55℃,30s、72℃延伸45s,共30个循环,最后72℃

延伸10min.采用1%琼脂糖凝胶电泳对PCR产物进行检测.

1.3改良后“93-11”水稻与对照农艺性状和拷种分析以及糙米性状考察

测量植株株高,记录每株有效穗数,考察每穗总粒数、空粒数和实粒数,并计算结实率,

称量稻谷的千粒重和糙米重量;观察含有反义蜡质基因植株糙米外观;参考朱映东等

报道[16],测量糙米体积.

1.4改良后“93-11”水稻与对照糙米部分理化指标分析

取成熟种子的糙米,按照国标GB/T15682—2008方法测定直链淀粉含量,按照国

标GB/T22294—2008检测糙米胶稠度[17].

2结果与分析

2.1改良后“93-11”水稻培育过程及反义蜡质基因的检测

以“B3”水稻为母本,“93-11”水稻为父本,进行杂交获得F1代种子.以F1代植株

为母本与“93-11”水稻回交,获得BC1F1种子.在BC1F1植株种植期间,提取

BC1F1植株叶片DNA,采用PCR检测反义蜡质基因.将含有反义蜡质基因的BC1F1

植株为父本,“93-11”水稻为母本又进行回交,获得BC2F1种子.以同样的方式将

BC2F1植株为父本再与“93-11”水稻回交2次,先后获得BC3F1和BC4F1种子.

在每次回交前也同样采用PCR分析植株的反义蜡质基因,而且选取株型与“93-11”

水稻尽量相似的植株进行目的基因的检测和回交.在收获BC4F1种子的同时,从含有

反义蜡质基因的BC3F1植株上收获自交BC3F2种子.继续种植BC4F1种子和

BC3F2种子,两种对应植株小区种植编号分别为2011-59和2011-60.同样取编号

为2011-59和2011-60小区植株叶片,进行反义蜡质基因检测,并以单株形式收获

两类含有目的基因的2011-59(BC4F2)和2011-60(BC3F3)种子.

在采用PCR检测回交植株的反义蜡质基因时,均选用原先转化获得“B3”水稻质粒

(p13AWY-2)DNA为阳性对照,“93-11”水稻D名言警句 NA为阴性对照.图2分别显示

2011-59(泳道18～32)和2011-60(泳道3～17)两种编号部分植株基因组DNA扩

增反义蜡质基因的检测结果.反义蜡质基因的PCR产物为650bp,含有与

p13AWY-2质粒相同分子量条带的植株,表明其含有反义蜡质基因,而在“93-11”

水稻中没有相应的目的条带(图2).

M:100bpDNAMarker;1:p13AWY-2质粒;2:“93-11”对照水稻;3-32:部分回

交植株图2部分回交后代植株反义蜡质基因PCR检测

2.2改良后“93-11”水稻与对照主要农艺性状和拷种分析

A、B为9311主穗;C、D为2011-60-12植株主穗图3“93-11”对照水稻与

2011-59植株主穗比较

根据PCR检测结果,从2个小区各取4棵含有反义蜡质基因阳性植株,考察主要农

艺性状并进行拷种分析.部分编号为2011-59类植株穗长度基本接近“93-11”对

照水稻(图3).从平均值比较显示,2011-59类型植株每穗实粒数比对照低,但两者差

异统计分析不显著.比较另外一些农艺性状和拷种性状的平均值,除了千粒重,两种改

良后水稻的株高、有效穗和结实率也都与“93-11”对照水稻比较接近,统计分析

无显著差异(表1).

2.3改良后“93-11”水稻和对照糙米性状考察

剥去编号分别为2011-59和2011-60的BC4F2和BC3F3种子颖壳.根据糙米是

否呈蜡质和非蜡质分离,可以判断植株反义蜡质基因位点是否为纯合状态.在含有反

义蜡质基因的2011-59植株中,糙米都呈蜡质和非蜡质分离,即反义蜡质基因位点是

杂合状态;在含有反义蜡质基因的2011-60植株中,糙米有纯合蜡质和杂合两种类型.

表1“93-11”水稻及其改良后水稻主要农艺性状和拷种分析材料名称及编号(株

高标准误)/cm每株有效穗标准误每穗实粒数标准误(千粒重标准误)/g(结实

率标准误)/%“93-

11”109.251.929.001.87152.2513.9229.800.89Aa922.002011-

59113.752.9510.251.48129.5017.7627.201.69ABc924.002011-

60111.251.7913.505.12145.0036.7924.561.25Bb913.8憔悴的拼音和意思 2

注:同列表中不同大写和小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05),标

有相同字母表示差异不显著(P>0.05),下同.

从2011-59小区中取含有反义蜡质基因植株2011-59-1,从编号为2011-60小区

中取反义蜡质基因位点纯合植株:2011-60-12和“93-11”水稻植株,各随机取20

粒糙米进行比较.结果显示,2011-60-12植株糙米明显小于“93-11”对照水

稻,2011-59-1植株糙米大小比较接近于“93-11”对照水稻(图4).

图4“93-11”对照(左)、回交4代反义蜡质基因杂合植株(中)和回交3代反义蜡

质基因纯合植株(左)糙米比较

虽然从植株角度考察,2011-59-1植株的反义蜡质基因位点是杂合状态,但对于从

2011-59-1植株上选出的蜡质糙米,反义蜡质基因位点已经纯合.再分别取40粒

2011-59-1的蜡质和非蜡质糙米、40粒2011-60-12糙米,以及40粒“93-11”

对照水稻糙米,分别测量糙米重量和体积.结果发现,两种改良后水稻糙米重量和体积

都比“93-11”对照水稻极显著下降,而2011-59-1植株蜡质和非蜡质糙米重量和

体积都比2011-60-12糙米极显著增加.在同一棵2011-59-1植株上收获的蜡质糙

米比非蜡质糙米,重量和体积也都极显著下降(表2).

2.4改良后“93-11”水稻和对照糙米部分理化指标分析

分析2011-59-1植株蜡质和非蜡质糙米、2011-60-12蜡质糙米,以及“93-11”

对照水稻糙米的直链淀粉含量.结果显示,从编号为2011-59-1植株中选出非蜡质糙

米的直链淀粉含量比“93-11”对照水稻略有下降,但统计分析差异不显著.两种蜡

质糙米直链淀粉含量都比“93-11”对照水稻极显著地降低(P<0.01),降低幅度都

超过了60%以上.2011-59-1植株非蜡质糙米胶稠度与“93-11”对照水稻也没有

显著差异,两种蜡质糙米胶稠度都比“93-11”对照水稻极显著地增加(P<0.01),而

且上升的幅度至少大于92%以上(表3).

表2“93-11”对照及其改良后水稻40粒糙米重量和体积比较材料名称及编号(重

量标准误)/g(体积标准误)/cm3“93-11”1.020.0002A0.720.004

7A2011-59-1非蜡质0.960.0007B0.680.0047B2011-59-1蜡质

0.900.0065C0.650.0094C2011-60-120.730.0059D0.510.0094D

表3“93-11”及其改良后水稻植株糙米部分理化指标分析材料名称及编号(直链

淀粉含量标准误)/%(胶稠度标准误)/mm“93-

11”14.060.49Aa48.670.94Aa2011-59-1非蜡质

13.460.44Aa51.330.94Aa2011-59-1蜡质

5.390.22Bb93.670.47Bb2011-60-125.010.35Bb101.330.94Bb

3讨论

杂交水稻稻米食味品质优劣与亲本稻米食味品质直接相关[18-19].本研究通过杂交

及多代回交的方式将反义蜡质基因老师的诗 成功导入“93-11”水稻,不仅降低了稻米的直

链淀粉含量,而且在更大程度上极显著地提高了“93-11”水稻稻米的胶稠度.胶稠

度直接影响稻米柔软程度,高胶稠度稻米蒸煮的米饭更柔软,具有更好的食味品质

[20-21].由本研究结果表明,改良后的“93-11”水稻,其稻米柔软程度会明显高于原

“93-11”对照水稻.将改良后的“93-11”水稻作为父本与原先两系不育系杂交,

由此获得的杂交组合稻米也将会有更好的食味品质.

随着分子标记技术的发展,目前已有较多研究者采用分子标记技术辅助改良水稻品

质[6,22-23].胡德辉等[24]采用杂交及回交与分子标记辅助结合的方法,对水稻保持

系“天B”和“龙特甫B”进行改良,选育出既保持原品种水稻的优良农艺性状,稻

米品质又得到明显改良的“天B”和“龙特甫B”.侯立恒等[25]将供体水稻控制直

链淀粉的Wx基因导入到不同恢复系中,得到了直链淀粉含量适中、并且主要农艺

性状没有发生显著改变的后代.本文以含有反义蜡质基因的“B3”水稻为供体,目前

生产上已广泛应用的“93-11510打一成语 ”水稻为受体,同样利用杂交及回交和反义蜡质基因

分子标记辅助筛选,获得了大多性状已经与“93-11”受体水稻非常接近的改良型

“93-11”水稻.

Tian等[26]针对一般粳型或籼型水稻稻米直链淀粉与胶稠度比较分析认为,稻米直

链淀粉含量与胶稠度之间存在月字飞花令诗句大全 着非鸯可以组什么词 常明显的反相关关系.Li等分析导入了反义蜡质

基因的粳型水稻稻米直链淀粉含量与胶稠度关系时发现,反义蜡质基因对稻米胶稠

度增加的幅度比降低稻米直链淀粉含量程度更明显[11].本研究通过杂交及多代回

交将反义蜡质基因导入籼型水稻的研究发现,反义蜡质基因能够更加明显增加稻米

胶稠度的作用,在籼型水稻中的作用效果与粳型水稻相同.

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