摘要
对“第三次湖南省农作物种质资源普查与收集行动”项目(简称“湖南省三普”)收集的225份水稻种质资源进行主要农艺性状和抗病性鉴定评价,结果表明,湖南省三普收集的水稻种质资源分为籼亚种与粳亚种,以籼亚种为主,占94.2%;粘稻与糯稻占比接近,分别为53.8%和46.2%;种皮颜色种类丰富,有白色、黑色、红色、紫色、绿色和褐色,其中红米、黑米、紫米、绿米和褐米种质资源共41份。湖南省三普收集的水稻种质资源遗传变异丰富,数量性状变异系数范围为6.47%~52.54%,多数表现为抗倒伏、茎秆角度适中、剑叶直立、颖尖秆黄色、颖色黄色、无芒且谷粒形状多为中长形。鉴定出14份生育期适宜(110~130 d)、株高适宜(110~140 cm)、结实率高(>90%)、抗病性较强(中抗及以上)、穗大粒多(≥200粒/穗)、千粒重适宜(≥30 g)的优良种质资源,同时,还筛选出13份优良糯稻种质资源、20份有色功能稻种质资源。本研究优异水稻种质资源将为基础研究与新品种培育等提供重要的物质基础。
水稻是我国三大粮食作物之一,全国一半以上人口以稻米为主食。我国水稻生产主要集中在长江中下游地区,种植面积和产量均占全国50%以
水稻种质资源不仅是基础研究的重要材料,也是遗传育种的物质基
2023年,在湖南省水稻研究所长沙县春华试验基地对252份水稻种质资源开展鉴定评价,其中27份种质因倒伏性状数据不全,因此只对225份鉴定数据完整的种质资源开展评价分析。所有参试材料统一于2023年5月30日播种,6月20日移栽,1个小区种植1份材料,每份材料插10行,每行插6株,株行距20 cm×20 cm,单本插栽,肥水管理同当地大田生产。调查性状包括小区整体的亚种类型、粘糯性、全生育期、株高、有效穗数、剑叶角度、茎秆角度、倒伏性;成熟后取3株考种,测定穗长、每穗粒数、结实率、千粒重、谷粒形状、芒长、颖尖色、颖色和种皮色等性状,各性状调查参照《水稻种质资源描述规范和数据标准
2023年,参试材料的稻瘟病抗性鉴定委托湖南省桃江县高桥镇水洞村稻瘟病鉴定中心进行,具体方法参照《水稻品种试验稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程
对参试材料的亚种类型、粘糯性和种皮颜色进行分析,结果表明225份水稻种质资源中有籼稻212份,占94.2%,粳稻13份,占5.8%;粘稻和糯稻比例相近,粘稻121份,糯稻104份,分别占53.8%和46.2%。种皮颜色种类丰富,以白色为主,有184份,占81.8%;红色和黑色分别有18份和14份,分别占8.0%和6.2%;紫色6份,占2.7%;绿色和褐色稀少,分别只有2份和1份,分别占0.9%和0.4%(

图1 水稻种质资源分类
Fig. 1 Classification of rice germplasm resources
对参试材料7个质量性状的类型进行分析,结果显示,表型变异较丰富,包含绝大部分性状的类型,但存在一定的集中性(
性状 Traits | 类型 Type | 品种数量 Number of varieties | 频率(%) Frequency | 多样性指数 H′ | 性状 Traits | 类型 Type | 品种数量 Number of varieties | 频率(%) Frequency | 多样性指数 H′ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
颖尖色 Apiculus color | 秆黄色 | 166 | 73.78 | 0.78 |
茎秆角度 Stem angle | 披散型 | 3 | 1.33 | 1.12 |
褐色 | 41 | 18.22 | 散开型 | 48 | 21.33 | ||||
紫色 | 13 | 5.78 | 中间型 | 93 | 41.33 | ||||
黑色 | 5 | 2.22 | 直立型 | 81 | 36.00 | ||||
颖色 Glume colour | 黄色 | 197 | 87.56 | 0.50 |
剑叶角度 Flag leaf angle | 披垂型 | 35 | 15.56 | 0.69 |
褐色 | 16 | 7.11 | 平展型 | 15 | 6.67 | ||||
赤褐色 | 7 | 3.11 | 散开型 | 1 | 0.44 | ||||
紫黑色 | 5 | 2.22 | 直立型 | 174 | 77.33 | ||||
芒长 Awn length | 无芒型 | 204 | 90.67 | 0.35 |
谷粒形状 Grain shape | 短圆形 | 10 | 4.44 | 1.42 |
短芒型 | 18 | 8.00 | 阔卵形 | 32 | 14.22 | ||||
长芒型 | 3 | 1.33 | 椭圆形 | 51 | 22.67 | ||||
倒伏性 Lodge | 倒伏型 | 20 | 8.89 | 1.27 | 中长形 | 94 | 41.78 | ||
倾斜型 | 51 | 22.67 | 细长形 | 38 | 16.89 | ||||
中间型 | 92 | 40.89 | |||||||
直立型 | 62 | 27.56 |
参试材料数量性状变异程度较大,变异系数在6.47%~52.54%之间,其中有效穗数的变异系最大,变异最丰富,偏度为5.08,有效穗数小于10的种质数量偏多,呈现偏态分布。其次是每穗粒数,变异系数为35.62%,变异丰富,呈现正态分布,每穗粒数变幅为44 ~367粒,慈21每穗粒数最多,另有34份种质资源的每穗粒数超过250粒。千粒重的变异系数为16.34%,变异较丰富,呈现正态分布,范围在13.6~37.3 g之间,有8份种质资源的千粒重大于30 g,31份种质资源的千粒重小于19.0 g。结实率的变异系数为15.75%,变异较为丰富,偏度为-1.48,结实率高的种质数量偏多,呈现偏态分布。穗长的变异系数为14.88%,变异较丰富,呈现正态分布。株高的变异系数为14.55%,变幅为66.0~185.0 cm,其中束家岗农垦58最矮,新河柳条糯最高,160份种质资源在110.0~140.0 cm之间,占71.1%。全生育期变异系数仅为6.47%,变异程度最小,呈现正态分布,其中矮子王的全生育期最短,仅有92 d,龙山寸早稻的全生育期最长,为150 d(
性状 Traits | 均值±标准差 Mean±SD | 变异系数(%) CV | 最小值 Min. | 最大值 Max. | 峰度 Kurtosis | 偏度 Skewness |
---|---|---|---|---|---|---|
全生育期(d) GD | 114.04±7.49 | 6.47 | 92.0 | 150.0 | 4.20 | 0.97 |
株高(cm) PH | 122.55±17.83 | 14.55 | 66.0 | 185.0 | 2.13 | 0.48 |
有效穗数 PN | 10.43±5.48 | 52.54 | 3.0 | 65.0 | 44.45 | 5.08 |
穗长(cm) PL | 27.35±4.07 | 14.88 | 15.0 | 40.1 | 0.86 | -0.20 |
每穗粒数 GN | 182.44±64.98 | 35.62 | 44.0 | 367.0 | -0.27 | 0.15 |
结实率(%) SSR | 79.88±12.58 | 15.75 | 28.0 | 97.0 | 1.97 | -1.48 |
千粒重(g) TGW | 23.13±3.78 | 16.34 | 13.6 | 37.3 | 1.06 | 0.43 |
GD: Whole growth date; PH: Plant height; PN: Panicles number per plant; PL: Panicle length; GN: Grain number per panicle; SSR: Seed setting rate; TGW: 1000-grain weight; The same as below

(

图2 水稻种质资源的数量性状表型分布
Fig. 2 Distribution of quantitative traits of rice germplasm resources
参试材料的数量性状间存在一定的相关性,全生育期与株高、穗长均呈极显著正相关,与每穗粒数呈显著正相关,而与有效穗数呈显著负相关;株高与穗长呈极显著正相关,与每穗粒数呈显著正相关;有效穗数与每穗粒数、结实率均呈极显著负相关,这3个性状是影响产量的重要因子;穗长与每穗粒数呈极显著正相关;每穗粒数与千粒重呈极显著负相关(
性状 Traits | 全生育期 GD | 株高 PH | 有效穗数 PL | 穗长 PN | 每穗粒数 GN | 结实率 SSR | 千粒重 TGW |
---|---|---|---|---|---|---|---|
全生育期 GD | 1 | ||||||
株高 PH |
0.39 | 1 | |||||
有效穗数 PN |
-0.15 | 0.041 | 1 | ||||
穗长 PL |
0.21 |
0.60 | -0.015 | 1 | |||
每穗粒数 GN |
0.15 |
0.14 |
-0.40 |
0.36 | 1 | ||
结实率 SSR | -0.007 | 0.037 |
-0.21 | 0.039 | 0.028 | 1 | |
千粒重 TGW | 0.012 | 0.103 | -0.004 | 0.010 |
-0.37 | 0.094 | 1 |
*和**分别表示相关性达5%和1%显著水平
* and ** represent significant correlation at 5% and 1% levels, respectively
稻瘟病抗性鉴定结果显示,参试材料中,中抗资源64份,占28.4%,中感资源48份,占21.3%,感资源66份,占29.4%,高感资源47份,占20.9%,未发现抗和高抗资源。根据上述鉴定结果,筛选出香糯谷、公家糯谷和家乐黑糯谷等64份中抗稻瘟病水稻种质资源。
白叶枯病抗性鉴定结果显示,抗资源3份,占1.3%,中抗资源23份,占10.2%,中感资源141份,占62.7%,感和高感资源分别为23份和35份,分别占10.2%和15.6%(
抗性种类 Resistant species | 鉴定份数 Number of identification materials | 各抗性级别的材料份数 Number of materials with different resistance scales | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
高抗 Highly resistance | 抗 Resistance | 中抗 Middle resistance | 中感 Middle susceptible | 感 Susceptible | 高感 High susceptible | ||
稻瘟病 Rice blast | 225 | 0 | 0 | 64 | 48 | 66 | 47 |
白叶枯病 Rice leaf blight | 225 | 0 | 3 | 23 | 141 | 23 | 35 |
上述结果初步表明,湖南省三普水稻种质资源中抗稻瘟病、白叶枯病的资源较丰富,筛选出的种质资源可作为水稻稻瘟病和白叶枯病抗性育种的优异种质资源。
对参试材料的7个数量性状进行主成分分析,提取到3个主成分,贡献率依次为29.224%、20.667%和17.254%,累计贡献率达到67.145%,其中主成分1在株高和穗长上的特征因子绝对值较大,为长度因子;主成分2在每穗粒数和千粒重上的特征因子绝对值较大,为粒重因子;主成分3在有效穗数和结实率上的特征因子绝对值较大,为穗数因子(
性状 Traits | 主成分 Principle component | ||
---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | |
全生育期 GD | 0.308 | 0.023 | 0.064 |
株高 PH | 0.480 | 0.121 | -0.094 |
有效穗数 PN | 0.051 | 0.144 | -0.594 |
穗长 PL | 0.426 | -0.053 | -0.071 |
每穗粒数 GN | 0.099 | -0.500 | 0.169 |
结实率 SSR | -0.014 | 0.232 | 0.577 |
千粒重 TGW | 0.107 | 0.600 | 0.206 |
特征值 Eigen value | 2.046 | 1.447 | 1.208 |
贡献率(%) Contribution rate | 29.224 | 20.667 | 17.254 |
累计贡献率(%)Cumulative contribution rate | 29.224 | 49.891 | 67.145 |
下划线表示每组选取的特征向量绝对值最大的2个值,以反映其对应数量型性状的贡献率
The underline indicates that each group selects the two largest values of the eigenvector absolute value to reflect the contribution rate of its corresponding quantitative trait
根据225份参试材料的株叶形态、主要农艺性状和抗病性等的鉴定分析,筛选出14份全生育期和株高适宜、结实率高和抗病性较强的优良种质资源,包括安坝本地糯谷、慈33-3、慈香8、慈香2、黄金本地粘稻、双利粳稻、城中农垦58、古城糯谷、常规稻172、下庄水稻、黄金糯谷、云天香稻、大酉桂朝2号和杜庄糯谷,其中安坝本地糯谷、慈33-3、古城糯谷和黄金糯谷4份种质资源综合性状优良,可直接作为育种亲本(

图3 综合性状优异的水稻种质资源
Fig. 3 Excellent rice germplasm resources for agronomic traits
A~D 分别为安坝本地糯谷、慈33-3、古城糯谷和黄金糯谷
A-D represent for Anbabendinuogu, Ci33-3, Guchengnuogu and Huangjinnuogu, respectively

图4 优异糯稻种质资源穗粒表型
Fig. 4 Panicle and grain phenotype of the excellent glutinous rice germplasm resources
同时,筛选出20份特异有色功能稻米种质资源,包括车峙红米、锤子糯、福安紫米、红米秋晚、紫糯、东山红米、城中黄米、南塘红米、田心红米、田心紫米、良田黑米、血糯、冷水旱稻、黑米稻、鹤城红米、胭脂糯、黄土坪本地谷、罗溪本地红谷、双峰绿米、绿米稻,其中红米10份、黑米5份、紫米3份和绿米2份。有色功能稻资源中锤子糯、福安紫米、紫糯、东山红米的外观品质较优(

图5 优异有色功能稻种质资源穗粒表型
Fig.5 Panicle and grain phenotype of the excellent colored functional rice germplasm resources
本研究对湖南省三普收集的225份水稻种质资源的表型和抗病性开展鉴定评价,结果表明,湖南省三普水稻种质资源的质量性状与数量性状变异类型均较丰富。质量性状方面,大部分种质资源以种皮白色、无芒、倒伏性中间型为主。倒伏性变异类型丰富,表明存在抗倒性强的种质资源。数量性状方面,变异系数在6.47%~52.54%之间,变异系数从大到小依次是有效穗数、每穗粒数、千粒重、结实率、穗长、株高和全生育期。研究发现,群体里某个重要性状变异系数越大,表明该性状遗传丰富度越高,其育种价值则越
湖南省稻种历史与耕作制度悠久,具有十分丰富的稻种资
随着产业的多元化发展,稻米不仅仅局限于作为主粮,而是用途多样化,如加工型专用稻和有色功能稻。加工型专用稻,以糯稻为主,作为酿酒和制作传统美食的原材料。然而随着杂交水稻的大面积推广,糯稻种植面积日益减少,生产上现有的糯稻品种难以满足人们日益旺盛的需求,如何利用糯稻资源助力糯米产业发展成为当务之
稻瘟病和白叶枯病是水稻的重要病害,严重影响水稻产量和品质,培育和推广抗病品种是防治两种病害最理想的措施,而挖掘抗病水稻种质资源和基因是培育抗病品种的关键。对湖南省三普水稻种质资源稻瘟病和白叶枯病初步鉴定的结果发现,225份水稻种质资源中,中抗稻瘟病的资源64份,抗白叶枯病资源的资源3份,中抗白叶枯病的资源23份。综上,湖南省三普水稻种质资源中稻瘟病和白叶枯病抗病性资源较丰富,筛选出的抗病性资源可作为水稻抗病育种的优异种质资源,下一步将对上述水稻种质资源抗病性进行进一步鉴定。
参考文献
徐春春,陆建飞.长江中下游水稻生产波动特征及成因分析.中国农业资源与区划, 2019,40 (12):108-114 [百度学术]
Xu C C, Lu J F. Analysis on the characteristics and causes of rice production fluctuation in the middle and lower reaches of the Yangtze River. Journal of China Agricultural Resources and Regional Planning, 2019, 40 (12):108-114 [百度学术]
刘新红,邓晶,李小湘,杨建国,杨水芝,王同华,余应弘.湖南省农作物种质资源收集保护和创新利用进展.植物遗传资源学报, 2017,18 (5):913-919 [百度学术]
Liu X H, Deng J, Li X X, Yang G J, Yang S Z, Wang T H, Yu Y H. The progress of conservation and innovation of crop germplasm resources in Hunan province. Journal of Plant Genetic Resources, 2017, 18 (5):913-919 [百度学术]
万建民. 中国水稻遗传育种与品种系谱(1986-2005). 北京: 中国农业出版社, 2010 [百度学术]
Wan J M. Rice genetic breeding and variety pedigree in China(1986-2005). Beijing: China Agricultural Publishers, 2010 [百度学术]
刘进,勒思,周慧颖,胡佳晓,孟冰欣,罗文静,黎毛毛,余丽琴.江西省水稻地方种质资源的收集与鉴定评价.植物遗传资源学报, 2023,24 (5):1267-1276 [百度学术]
Liu J, Le A, Zhou H Y, Hu J X, Meng B X, Luo W J, Li M M, Yu L Q. Collection, identification and evaluation of rice landraces in Jiangxi province, China. Journal of Plant Genetic Resources, 2023, 24 (5): 1267-1276 [百度学术]
吴比,胡伟,邢永忠.中国水稻遗传育种历程与展望. 遗传,2018, 40(10):55-71 [百度学术]
Wu B, Hu W, Xing Y Z. The history and prospect of rice genetic breeding in China. Hereditas, 2018, 40 (10): 55-71 [百度学术]
余应弘. 湖南省农作物种质资源普查与收集指南. 北京: 中国农业大学出版社, 2018 [百度学术]
Yu Y H. Hunan crop germplasm resources survey and collection guide. Beijing: China Agricultural University Press, 2018 [百度学术]
罗利军,应存山,汤圣祥. 稻种资源学. 武汉: 湖北科学技术出版社, 2002 [百度学术]
Luo L J, Ying C S, Tang S X. Rice seed resource science. Wuhan: Hubei Science and Technology Publishers, 2002 [百度学术]
王晓斌. 全国农作物种质资源普查已收集超11万份资源.中国农业农村信息网. (2022-08-01) [2024-08-11]. https://www.agri.cn/ [百度学术]
Wang X B. The national crop germplasm resources census has collected more than 110,000 resources. China Agricultural and Rural Information Network. (2022-08-01) [2024-08-11] https://www.agri.cn/ [百度学术]
朱业宝,王金英,江川.水稻种质资源核心种质的研究进展.江西农业学报, 2023,35 (4):27-32 [百度学术]
Zhu Y B, Wang J Y, Jiang C. Research progress in core collection of rice germplasm resources. Acta Agriculturae Jiangxi, 2023, 35 (4):27-32 [百度学术]
韩龙植,魏新华,曹桂兰,余汉勇,张媛媛. 水稻种质资源描述规范和数据标准. 北京: 中国农业出版社, 2006 [百度学术]
Han L Z, Wei X H, Cao G L, Yu H Y, Zhang Y Y. Descriptors and data standard for rice(Oryza sativa L.). Beijing: China Agriculture Press,2006 [百度学术]
谷铁城, 陶荣祥, 朱小源, 胡小军, 曾波, 杨仕华, 王洁, 卢代华, 吴双清, 郭晓莉, 杨秀荣, 李求文, 刘永峰, 肖放华, 郝中娜, 陈进周, 高汉亮, 田进山, 王文相, 王德标, 韩海波, 江健, 董海, 赵剑锋. NY/T 2646-2014水稻品种试验稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程. 北京: 中国标准出版社, 2014 [百度学术]
Gu T C, Tao R X, Zhu X Y, Hu X J, Zeng B, Yang S H, Wang J, Lu D H, Wu S Q, Guo X L, Yang X R, Li Q W, Liu Y F, Xiao F H, Hao Z N, Chen J Z, Gao H L, Tian J S, Wang W X, Wang D B, Han H B, Jiang J, Dong H, Zhao J F. NY/T 2646-2014 Technical specification for identification and evaluation of blast resistance in rice variety regional test. Beijing: Standards Press of China, 2014 [百度学术]
于江辉,刘廷昌,翁绿水,李锦江,邓力华.不同遗传背景籼稻白叶枯病抗性基因Xa21、Xa23品系的抗性评价.热带作物学报, 2021,42 (12):3433-3442 [百度学术]
Yu J H, Liu T C, Weng L S, Li J H, Deng L H. Analysis of Xa21 and Xa23 of indica rice varieties in different genetic background to broad spectrum bacterial blight pathogens. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021, 42(12):3433-3442 [百度学术]
刘志斋,郭荣华,石云素,蔡一林,曹墨菊,宋燕春,王天宇,黎裕.中国玉米地方品种核心种质花期相关性状的表型多样性研究.中国农业科学, 2008,41 (6):1591-1602 [百度学术]
Liu Z J, Guo R H, Shi Y S, Cai Y L, Cao M J, Song Y C, Wang T Y, Li Y. Phenotypic diversity of flowering-related traits of maize landraces from the core collection preserved in China National Genebank. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41 (6): 1591-1602 [百度学术]
江川,朱业宝,李清华,陈立喆,张海峰,王金英. 福建水稻种质资源的调查收集与鉴定评价.植物遗传资源学报, 2023,24 (1):126-136 [百度学术]
Jiang C, Zhu Y B, Li Q H, Chen L Z, Zhang H F, Wang J Y. Investigation, collection, identification and evaluation of rice landraces in Fujian province of China. Journal of Plant Genetic Resources, 2023, 24 (1):126-136 [百度学术]
罗欣语,王芷,陈飏,林雨,刘志高.木本植物天然种群间叶、果表型性状变异研究进展.现代园艺, 2024,47 (5):66-68 [百度学术]
Luo X Y, Wang Z, Chen Y, Lin Y, Liu Z G. Research progress on phenotypic variation of leaves and fruits among natural populations of woody plants. Modern Horticulture, 2024, 47 (5):66-68 [百度学术]
段永红,李小湘,刘文强,潘孝武,周志武,李卫红,盛新年.湖南稻种资源主要特征特性与利用状况.植物遗传资源学报, 2013,14 (6):1059-1063 [百度学术]
Duan Y H, Li X X, Liu W Q, Pan X W, Zhou Z W, Li W H, Sheng X N. Main morphological and biological characters and utilization status of rice resources in Hunan province. Journal of Plant Genetic Resources, 2013, 14 (6):1059-1063 [百度学术]
卢新雄,辛霞,刘旭. 作物种质资源安全保存与利用. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2022 [百度学术]
Lu X X, Xin X, Liu X. Safe preservation and utilization of crop germplasm resources. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2022 [百度学术]
段永红.湖南稻种资源研究现状与展望.中国种业, 2004(8):15-16 [百度学术]
Duan Y H. Research status and prospect of rice germplasm resources in Hunan. China Seed Industry, 2008(8):15-16 [百度学术]
罗同平.广西有色稻米育种研究进展.中国稻米, 2014,20 (2):106-108 [百度学术]
Luo T P. Research progress of colored rice breeding in Guangxi. China Rice, 2014, 20 (2):106-108 [百度学术]
杨庆文,程云连,张丽芳,韩振云,李飞,张万霞,乔卫华,郑晓明. 一份绿米水稻种质资源的发现及初步研究.植物遗传资源学报, 2022,23 (1):123-128 [百度学术]
Yang Q W, Chen Y L, Zhang L F, Han Z Y, Li F, Zhang W X, Qiao W H, Zhen X M. Discovery and study of a green pericarp germplasm in rice. Journal of Plant Genetic Resources, 2022, 23 (1):123-128 [百度学术]
Juliano B O, Bechtel D B. The rice grain and its gross composition. Rice Chemistry & Technology, 1985,2: 17-57 [百度学术]
韩磊,汪旭东,徐建第,汪秀志,张红宇.有色稻米研究现状分析.中国稻米, 2003(5):5-8 [百度学术]
Han L, Wang X D, Xu J D, Wang X Z, Zhang H Y. Analysis of research status of colored rice. China Rice, 2003(5):5-8 [百度学术]
王子平.中国红米资源的研究与利用进展.湖南农业科学, 2008(4):32-34 [百度学术]
Wang Z P. Research and utilization progress of red rice resources in China. Hunan Agricultural Sciences, 2008(4): 32-34 [百度学术]
张启发.保障粮食安全,促进营养健康:黑米主食化未来可期.华中农业大学学报, 2021,40 (3):1-2 [百度学术]
Zhang Q F. Ensuring food security and promoting nutrition and health: Making black rice staple food for the future. Journal of Huazhong Agricultural University, 2021, 40 (3): 1-2 [百度学术]