離子束誘變雙胚苗水稻的谷粒性狀及相關(guān)分析

黃雅琴　劉敏杰　李盡哲　黃群策　龐瑞華（信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽464000；鄭州大學(xué)離子束生物工程省重點(diǎn)實驗室，鄭州45005；信陽師范學(xué)院，河南信陽464000；通訊作者：xynz688@6.com）

離子束誘變雙胚苗水稻的谷粒性狀及相關(guān)分析

黃雅琴1,2劉敏杰1李盡哲1*黃群策2龐瑞華3
（1信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽464000；2鄭州大學(xué)離子束生物工程省重點(diǎn)實驗室，鄭州450052；3信陽師范學(xué)院，河南信陽464000；*通訊作者：xynz1688@163.com）

為了挖掘無融合生殖種質(zhì)并提供參考資料給一系法雜交水稻的選育，以離子束誘變所得同源四倍體雙胚苗突變水稻品系、近親系和介導(dǎo)后代為研究材料，對其農(nóng)藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關(guān)性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，與四倍體雙胚苗品系相比，二倍體雙胚苗品系的株型小、主穗穎花數(shù)多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重對單粒重貢獻(xiàn)最大；披堿草介導(dǎo)品系的株型大、主穗穎花數(shù)多、谷粒大、谷粒容重高、單粒質(zhì)量高、谷粒體積對單粒重貢獻(xiàn)最大；原始親本在各項指標(biāo)參數(shù)中都差異不明顯。

離子束；雙胚苗水稻；農(nóng)藝性狀；谷粒性狀；相關(guān)分析

離子束生物技術(shù)是上世紀(jì)80年代興起的一項新技術(shù)［1］。近年來，筆者以低能離子束為誘變源對同源四倍體水稻進(jìn)行了遺傳改良，在其后代群體中篩選到具有雙胚苗特征的新材料［2-3］，雙胚苗即由一粒種子可以同時萌發(fā)出兩株幼苗。研究者之所以提出在多倍體水平挖掘水稻潛在利用價值的技術(shù)策略［4-6］，是因為二倍體水稻有性生殖能力比較強(qiáng)，找到無融合生殖種質(zhì)比較困難。雜交水稻育種從研究方法上可以分為三系法、兩系法和一系法［7］。一系法雜交水稻研究的實質(zhì)就是挖掘具有特殊生物學(xué)意義的種質(zhì)資源和建立特定的技術(shù)程序，以便固定水稻的雜種優(yōu)勢。在禾本科植物中，多胚現(xiàn)象或多胚苗現(xiàn)象是無融合生殖物種在胚胎學(xué)和形態(tài)學(xué)上的重要特征，因而，通過篩選多胚苗材料，進(jìn)而尋找無融合生殖種質(zhì)是一條比較有效的研究途徑［8-9］。

谷粒性狀不僅影響構(gòu)成產(chǎn)量的重要因子——千粒重的大?。?0］，而且還與稻米品質(zhì)密切相關(guān)［11］。稻谷粒形性狀是影響水稻產(chǎn)量的重要因素之一，同時也影響稻米的外觀品質(zhì)。隨著人們生活水平的提高和稻米市場的開放，對米質(zhì)的要求不僅要口味適合，而且要外形美觀，這在國際市場上特別突出。改良米質(zhì)，育成具有較高產(chǎn)量水平的優(yōu)質(zhì)抗病品種，已成為水稻育種家的重要目標(biāo)［12-13］。一般認(rèn)為，秈稻長粒形的品種米質(zhì)較好，而谷粒太長又會導(dǎo)致整精米率下降，粒寬太大會出現(xiàn)堊白增大、透明度下降現(xiàn)象，只有粒形較好和粒重適中的谷粒才易達(dá)到優(yōu)質(zhì)米育種的目標(biāo)［14］。然而，關(guān)于雙胚苗的研究在國內(nèi)較少，尤其是米質(zhì)方面的研究在國內(nèi)還是空白。因此，本試驗對1個同源四倍體雙胚苗突變水稻材料及其2個近親系、1個介導(dǎo)品系材料的農(nóng)藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關(guān)性進(jìn)行了初步研究，旨在為水稻無融合生殖種質(zhì)資源的篩選提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

本研究所用材料為同源四倍體雙胚苗突變水稻材料D07-04-01，其近親系D07-02-01和01-04-01，及介導(dǎo)品系DP07-04-01。D07-02-01是以D07-04-01的花粉材料通過花藥培養(yǎng)途徑所獲得的穩(wěn)定的二倍體后代株系；01-04-01是四倍體原始親本，由它通過離子注入后篩選到具有雙胚苗特征的D07-04-01；以D07-04-01為受體，披堿草總DNA為供體在離子束的介導(dǎo)下轉(zhuǎn)基因，在后代群體內(nèi)篩選到四倍體突變單株DP07-04-01。

1.2農(nóng)藝性狀的測定

10月中旬，水稻進(jìn)入成熟期，考察株高、劍葉長、劍葉寬、穗長和主穗穎花數(shù)共5個重要農(nóng)藝性狀。株高是從地面部分基部到植株最頂端的高度；劍葉長是從劍葉的葉耳處到葉片末梢的長度；劍葉寬是劍葉中間最寬處的長度；穗長是一根稻穗的長度；主穗穎花數(shù)是一根稻穗上內(nèi)穎和外穎完整，雌雄蕊發(fā)育正常的穎花個數(shù)。每份材料均隨機(jī)選擇30株，每株選擇長勢最強(qiáng)的3～4個分蘗枝進(jìn)行上述5個農(nóng)藝性狀的考察。

表1　4份水稻材料的農(nóng)藝性狀

表2　4份水稻材料的谷粒性狀

1.3谷粒性狀的測定和分析

將材料手工去穎殼，數(shù)取1 000粒，測定千粒重。隨機(jī)取飽滿谷粒50粒測量其長（x1）、寬（x2）、厚（x3）、單粒質(zhì)量（y），寬、厚均測量谷粒最寬最厚處，精確至0.02 mm，重復(fù)3次。計算4個2級數(shù)據(jù)：長寬比（x4）、長厚比（x5）、谷粒體積（x6，以長×寬×厚值近似代替）及谷粒容重（x7，單粒質(zhì)量/谷粒體積）。用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行兩組平均數(shù)student t檢驗并分析各性狀的差異顯著性；為了比較不同谷粒性狀對單粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)大小，以單粒質(zhì)量為依變量，其余7個谷粒性狀為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，分析谷粒性狀間的相關(guān)性。

2　結(jié)果與分析

2.1農(nóng)藝性狀的比較

在成熟期考察了4份不同雙胚苗水稻材料的5個主要農(nóng)藝性狀，結(jié)果如表1所示。同源四倍體雙胚苗材料D07-04-01與原始親本01-04-01的5個主要農(nóng)藝性狀參數(shù)均未達(dá)顯著差異，與二倍體雙胚苗材料D07-02-01和披堿草介導(dǎo)品系DP07-04-01均出現(xiàn)了顯著差異；與D07-02-01的5個主要農(nóng)藝性狀參數(shù)均出現(xiàn)了顯著差異，其中株高、劍葉長和劍葉寬差異均達(dá)到極顯著水平，分別比D07-04-01減少了19.34 cm、6.62 cm和0.39 cm，穗長和主穗穎花數(shù)差異達(dá)顯著水平，穗長減少了1.86 cm，主穗穎花數(shù)增加了2.76個；與DP07-04-01僅3個農(nóng)藝性狀參數(shù)出現(xiàn)了差異性，其中，劍葉長差異達(dá)到極顯著水平，比D07-04-01增加了2.15 cm，株高和劍葉寬差異達(dá)顯著水平，分別增加了1.45 cm和0.28 cm。由此可見，二倍體雙胚苗材料株型比四倍體小，抗倒伏能力強(qiáng)，同時其主穗穎花數(shù)顯著增加，這也為產(chǎn)量的增加奠定了基礎(chǔ)。

2.2谷粒性狀的比較

由表2可知，在谷粒性狀方面，與D07-04-01相比，D07-02-01差異最明顯，其次是DP07-04-01，01-04-01差異較小。D07-02-01的8個谷粒性狀中，與D07-04-01差異達(dá)極顯著水平的有谷粒長、谷粒寬、谷粒厚、長寬比、長厚比、谷粒體積和單粒質(zhì)量等7個參數(shù)，分別減少了17.70%、12.69%、14.07%、31.00%、24.71%、41.58%和33.82%；差異達(dá)顯著水平的是谷粒容重，增加了6.58%，達(dá)到0.81±0.04 mg/mm3。DP07-04-01的8個谷粒性狀中，谷粒長、谷粒寬、谷粒厚、谷粒體積、谷粒容重和單粒重等6個參數(shù)出現(xiàn)了升高，其中，谷粒寬和谷粒體積差異達(dá)顯著水平，分別增加6.92%、7.96%；而長寬比和長厚比卻出現(xiàn)了降低，分別下降了4.56%、3.26%。01-04-01的8個谷粒性狀中，谷粒長、長寬比、長厚比、谷粒容重和單粒重等5個參數(shù)出現(xiàn)了降低，但差異均未達(dá)顯著水平，而谷粒寬、谷粒厚和谷粒體積共3個參數(shù)出現(xiàn)了升高，分別增加了4.23%、1.51%、6.05%，其中谷粒體積差異顯著。

由以上分析可見，在谷粒性狀上，二倍體雙胚苗材料與四倍體雙胚苗材料之間的差異十分顯著，可見染色體數(shù)目的差異能造成谷粒性狀的顯著差異；披堿草介導(dǎo)品系由于獲得了披堿草的部分優(yōu)良特性，抗逆能力強(qiáng)，植株株型大，谷粒性狀參數(shù)提升，品質(zhì)變優(yōu)。

2.3谷粒性狀間的相關(guān)分析

D07-04-01單粒質(zhì)量的逐步回歸方程為：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單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒寬、長厚比、谷粒體積、谷粒容重存在相關(guān)性，其中，與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重呈正相關(guān)，與谷粒寬、長厚比呈負(fù)相關(guān)。單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.5796*、0.8264**、0.8738**。由此可見，對單粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)上，谷粒容重＞谷粒體積＞谷粒長。

D07-02-01單粒質(zhì)量的逐步回歸方程為：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單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒寬、長厚比、谷粒容重存在相關(guān)性，其中，與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重呈正相關(guān)，與長厚比呈負(fù)相關(guān)。單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.5831、0.6833*、0.7267*。通過比較偏相關(guān)系數(shù)大小可知，對單粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)上，谷粒容重＞谷粒寬＞谷粒長。

01-04-01單粒質(zhì)量的逐步回歸方程為：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單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒寬、長寬比、谷粒容重存在相關(guān)性，其中，與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重呈正相關(guān)，與長寬比呈負(fù)相關(guān)。單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒寬、谷粒容重的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.6741、0.8912**、0.7458*。由此可見，對單粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)上，谷粒寬＞谷粒容重＞谷粒長。

DP07-04-01單粒質(zhì)量的逐步回歸方程為：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單粒質(zhì)量與谷粒長、長寬比、長厚比、谷粒體積、谷粒容重存在相關(guān)性，其中，與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重呈正相關(guān)，與長寬比、長厚比呈負(fù)相關(guān)。單粒質(zhì)量與谷粒長、谷粒體積、谷粒容重的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.6348、0.8543**、0.8132**。由此可見，對單粒質(zhì)量的貢獻(xiàn)上，谷粒體積＞谷粒容重＞谷粒長。

3　小結(jié)與討論

通過對 D07-04-01、D07-02-01、01-04-01和DP07-04-01等4個雙胚苗系列材料農(nóng)藝性狀、谷粒性狀、谷粒性狀間的相關(guān)性進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)與四倍體雙胚苗品系D07-04-01相比，D07-02-01這一二倍體雙胚苗品系的株型小、主穗穎花數(shù)多、谷粒小、谷粒容重高、谷粒容重對單粒質(zhì)量貢獻(xiàn)最大；DP07-04-01這一披堿草介導(dǎo)品系的株型大、主穗穎花數(shù)多、谷粒大、谷粒容重高、單粒質(zhì)量高、谷粒體積對單粒質(zhì)量貢獻(xiàn)最大；01-04-01這一原始親本在各項指標(biāo)參數(shù)中差異都不明顯。由此可見，要想更有效地挖掘增產(chǎn)潛力，必須針對某一品種進(jìn)行遺傳改良，了解哪些谷粒性狀與粒重相關(guān)性較大，這樣才能為育種工作指明方向，做到有的放矢。

已進(jìn)行的苗位和胚位研究發(fā)現(xiàn)，D07-02-01的苗位、胚位類型豐富，多胚率高［15］。通過掃描電鏡的觀察發(fā)現(xiàn)，D07-02-01的堊白粒率、堊白度和堊白大小均最小，稻米的自然橫斷面中部無明顯輻射狀，裂痕少且淺，“粗短形”的不規(guī)則多邊形胚乳細(xì)胞與淀粉粒分布均勻，多面體狀淀粉粒呈現(xiàn)典型的晶體結(jié)構(gòu)，數(shù)目多且排列致密，球形單粒淀粉粒和塊狀不規(guī)則的復(fù)粒淀粉體數(shù)目比較少，相對結(jié)晶度高，直鏈淀粉含量低［16］。綜合以上研究認(rèn)為，二倍體雙胚苗品系D07-02-01雙胚苗頻率高，品質(zhì)優(yōu)良，具有進(jìn)一步挖掘無融合生殖資源的潛在價值，值得進(jìn)一步研究開發(fā)。

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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

河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項目（16B180006）；河南省教育廳自然科學(xué)研究項目（2008A180030）