杨东 骆名瑞 石义涛 谢兰宇
摘 要：除草剂的使用会降低水稻的产量和品质，开展非转基因的抗除草剂水稻品种改良迫在眉睫。以中粳616（受体材料）及抗除草剂品种金粳818、净田美占为试验材料，经除草剂（先达豆施乐，5%咪唑乙煙酸含量）浓度梯度试验筛选抗除草剂处理浓度，通过杂交、回交、自交结合除草剂耐药性筛选获得中粳616-TR，进一步分析除草剂对改良后中粳616-TR幼苗萌发及生长的影响，同时以中粳616为对照进行品比试验。结果表明：除草剂浓度梯度试验结果显示，可将3 mL·L-1作为后续抗除草剂水稻筛选浓度。改良获得的中粳616-TR在3 mL·L-1浓度除草剂处理下，在萌发期和苗期对除草剂均有耐药性，品比试验发现中粳616-TR在农艺性状、产量、抗病性、品质方面与中粳616无显著差异。综上，改良后的中粳616-TR具有品质优、稻瘟病抗性好、产量高兼备抗除草剂性状等特点。
关键词：粳稻；
中粳616；
轻简化栽培；
抗除草剂；
回交改良
中图分类号：S 511 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2023）03-0056-06
DOI：
10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.03.010
Abstract：
The use of herbicides would reduce the yield and quality of rice. It was urgent to improve the nontransgenic herbicidetolerant rice varieties. Zhongjing 616 （receptor material） and the herbicidetolerant varieties， such as Jinjing 818 and Jingtian Meizhan， were selected as the experimental materials， and the concentration gradient test of herbicide （Xianda Doushile， 5% imidazoic acid content） was used to screen the herbicidetolerant treatment concentrations. Zhongjing 616-TR was obtained through the hybridization， backcrossing and selfcrossing combined with the screening of herbicide resistance. The effects of herbicides on the seedling germination and growth of the improved Zhongjing 616-TR were further analyzed. At the same time， Zhongjing 616 was used as the control group to carry out the variety comparison test. The results showed that the herbicide concentration gradient experimentation results showed that 3 mL·L-1 could be used as the followup screening concentration of herbicidetolerant rice. The improved Zhongjing 616-TR was resistant to herbicides at the germination stage and the seedling stage when treated with 3 mL·L-1 herbicide. The variety comparison test showed that there was no significant difference in the agronomic traits， yield， disease resistance and quality between Zhongjing 616-TR and Zhongjing 616. In summary， the improved Zhongjing 616-TR had the characteristics of excellent quality， good rice blast resistance， high yield and herbicide resistance.
Key words：
Japonica rice；
Zhongjing 616；
Light and simplified cultivation；
Herbicide resistance；
Backcross improvement
杂草对水稻的产量及品质有很大危害，给水稻生产带来了巨大的挑战[1]。稻田杂草通过与水稻植株竞争生存空间和养分、水、光资源，影响水稻田的微生态环境，以增加稻田病虫害的发生几率，进一步导致水稻不同程度地减产并影响稻米品质[2]。据统计，由于杂草的侵害造成了我国水稻产量损失达15%左右[3]。近年来，随着我国水稻轻简化栽培快速发展，免耕和直播稻田杂草的危害日益突出[4-5]。化学除草是农田杂草防除的主要手段[6]。然而增加除草剂的使用不仅会降低作物的经济产量和品质而且对生态环境会造成一定影响，其用药剂量过高、施药时期不当、用药时的环境条件不良等因素都会使作物产生药害[7-8]。除草剂若使用不当造成药害，对作物的胁迫会更加严重，对产量的影响更大。所以，使用除草剂在注重杂草防除效果的同时，更要重视其对作物产量的影响[9]。因此，水稻育种家和种业公司已越来越重视水稻抗除草剂性状的改良。目前我国尚未批准转基因水稻的商业化种植，利用转基因技术培育抗除草剂水稻将无法商业化，培育和改良非转基因的抗除草剂水稻品种迫在眉睫。
近年来中国科学家利用诱变等方法筛选乙酰乳酸合成酶（ALS）变异基因的抗除草剂种质，例如江苏省农业科学院应用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变技术，筛选出对甲咪唑烟酸敏感度低的多个粳稻、籼稻品种，筛选到多个抗除草剂突变体[10-12]。深圳兴旺生物种业有限公司用EMS诱变黄丝占和黄华占，获得了3个对咪唑啉酮类除草剂抗性的突变体[13]。抗除草剂水稻金粳818是天津市水稻所利用津稻9618和津稻1007杂交，经多年系谱法选育而成的常规粳稻品种，在种质资源开展除草剂筛选试验过程中发现其具有咪唑啉酮除草剂抗性，由于近年来水稻轻简化直播技术迅速发展，此品种受到较好的应用推广[14]。然而国内抗咪唑啉酮类除草剂水稻育种进程缓慢，现有育成抗除草剂水稻品种的数量及类型不能满足水稻市场及推广应用的需要，抗除草剂水稻品种的育种进程得急需加快。
中粳616具有丰产稳产性好、优质、中抗稻瘟病等特点，2018年通过国家审定，获江苏省2019年度优质稻品种食味品质评鉴奖金奖。本研究前期通过除草剂浓度梯度试验，筛选出水稻适宜的除草剂处理浓度，进一步以非转基因抗除草剂水稻材料金粳818为供体材料，以中粳616为受体材料，利用杂交、连续回交和除草剂耐药性筛选相结合的技术路线，获得新改良“中粳616-TR”抗除草剂材，旨在为水稻抗除草剂育种提供新思路和新种质。
1 材料与方法
1.1 供试材料
以中粳616、金粳818、净田美占为试验材料，其中金粳818、净田美占属于抗除草剂材料[13-14]，种子由中国种子集团有限公司江苏分公司提供。
1.2 供试除草剂
除草剂为先达豆施乐，5%咪唑乙烟酸含量，由山东先达农化股份有限公司提供。该除草剂属于咪唑啉酮类除草剂，是使用较广的除草剂之一，具备谱广灭杀杂草、用量低、杀草效率高等优势，深受大众青睐[15]。
1.3 除草剂浓度梯度筛选试验
试验于2018年在福建省农业科学院水稻研究所福州市城门乡连坂村进行。（1）以中粳616、金粳818、净田美占为试验材料，每个品种挑出饱满种子100粒，3次重复。分别设置0、10、50、100、150、200 mL·L-1浓度除草剂浸种处理12 h，再换清水浸种12 h，进行催芽，培养10 d，调查发芽率和成苗率。（2）前期梯度试验结果认为筛选抗除草剂品种的药剂浓度应在10 mL·L-1以下。以中粳616、金粳818、净田美占为试验材料，每个品种挑出饱满种子100粒，3次重复。分别设置0、1、3、5、7、9 mL·L-1浓度除草劑浸种处理12 h，再换清水浸种12 h，进行催芽，培养10 d，调查发芽率和成苗率，确定最终除草剂处理浓度。
1.4 杂交、回交、自交结合除草剂耐药性筛选获得中粳616-TR
于2019年春至2021年夏在三亚、沙县两地，一年三代杂交、回交、自交。除草剂耐药性筛选浓度均设置为3 mL·L-1。
1.5 中粳616-TR抗除草剂性状验证
（1）种子萌发试验。以中粳616-TR和中粳616（对照）为材料，分别挑出饱满种子100粒，3次重复，在种子萌发期，分别用浓度3 mL·L-1除草剂浸种处理12 h，再换清水浸种12 h，进行催芽，培养10 d，调查发芽率和成苗率。（2）苗期生长试验。以中粳616-TR和中粳616（对照）为材料，在苗期分别挑选100株幼苗，3次重复，分别用浓度3 mL·L-1除草剂喷施水稻幼苗，调查水稻苗期生长情况。
1.6 改良后中粳616-TR的田间表现
于2021-2022年秋在江苏洪泽，以中粳616为对照，考察改良后中粳616-TR的田间表现。5叶龄移栽，单本插栽40行，每行10株，株行距16.7 cm×20.0 cm，3次重复。土壤肥力中等偏上，地力均匀，肥水管理与病虫害防治与大田生产相同。考查水稻的成熟期、株高、有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重、产量、抗性以及稻米品质（参照NY/T 593-2013《米质测定方法》）。
1.7 统计分析方法
试验数据采用Excel 2010进行整理，以SPSS 17.0进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 除草剂浓度梯度筛选试验结果
从表1可见，在0 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均能正常发芽成苗，发芽率和成苗率均在85%以上；
在10 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均能正常发芽，发芽率均在85%以上，但未能成苗；
在50、100、150、200 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均未能发芽，更无法成苗；
初步认为筛选抗除草剂品种的药剂浓度应在10 mL·L-1以下。
进一步缩小除草剂浓度范围，开展浓度筛选试验。由表2可见，在0 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均能正常发芽成苗，发芽率和成苗率均在85%以上；
在1、3 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均能发芽，发芽率均在85%以上，仅中粳616未能成苗，其余品种均能正常成苗，成苗率均在85%以上；
在5、7、9 mL·L-1浓度处理下，中粳616、金粳818、净田美占均能发芽，发芽率均在85%以上，但未能成苗。试验结果表明，筛选抗除草剂品种的药剂浓度应在1～3 mL·L-1。1～3 mL·L-1浓度除草剂对非转基因常规水稻即可产生致死，但抗除草剂品种能正常成苗。因此，将3 mL·L-1作为抗除草剂水稻筛选浓度。
2.2 抗除草剂改良系中粳616-TR选育过程
2019年春在三亚以中粳616为母本与非转基因抗除草剂水稻材料金粳818为父本进行杂交，2019年夏在三亚利用3 mL·L-1浓度除草剂处理得到真杂种F1与中粳616回交（下面使用除草剂浓度均为3 mL·L-1），收获回交种200粒以上；
2019年秋在沙县回交种BC1F1通过除草剂处理后种植成小区，选择田间农艺形态相似的单株继续与中粳616回交，收获杂交种200粒以上；
2020年春在三亚回交种BC2F1通过除草剂处理后种植成小区，选择田间农艺形态相似的单株，继续与中粳616回交，收获杂交种200粒以上；
2020年夏在三亚BC3F1通过除草剂处理后种植成小区，收获田间表型与亲本中粳616一致的单株自交种。2020年秋至2021年夏，经三亚、沙县一年三代自交加代，获得抗除草剂、农艺形态与中粳616表型一致的小区，命名为中粳616-TR，回交改良过程见图1。
2.3 中粳616-TR抗除草剂性状验证
由表3可知，在种子萌发期，在3 mL·L-1浓度除草剂处理下，中粳616-TR能正常发芽和成苗，对照中粳616能正常发芽，但未能成苗。进一步试验发现，苗期在3 mL·L-1浓度除草剂喷施下，中粳616-TR能正常生长，对照中粳616未能正常生长导致枯死。结果表明，在萌发期和苗期中粳616-TR对除草剂均有耐药性。
2.4 改良后中粳616-TR的田间表现
2.4.1 主要农艺性状及产量 从表4可知，2021、2022年中粳616-TR全生育期分别为147.0、146.0 d，株高分别为102.0、98.5 cm，有效分蘖数分别为10.6、11.2个·丛-1，穗长分别为15.6、16.8 cm，每穗总粒数分别为152.0、155.0粒，结实率分别为89.0%、90.0%，千粒重分别为27.0、26.4 g，产量分别为11.6、11.8 t·hm-2，两年农艺性状及产量中粳616-TR与对照中粳616未有显著差异。
2.4.2 稻米品质 2021、2022年经福建省农业科学院水稻研究所检测，中粳616-TR出糙率分别为84.0%、83.0%，整精米率分别为70.1%、70.5%，直链淀粉含量分别为16.3%、16.1%，胶稠度分别为75、78 mm，垩白粒率分别为15.0%、14.0%，垩白度分别为4.0%、4.3%，长宽比均为1.8，主要品质指标与对照中粳616相比差异不显著，均达到NY/T 593-2013《食用稻品种品质》标准三级。
2.4.3 抗病性 2021、2022年在湖北恩施进行稻瘟病田间鉴定，中粳616-TR稻瘟病综合抗性指数分别为3.5、3.8，两年穗颈瘟损失率最高级均为3级，两年均为中抗（MR）稻瘟病，与对照中粳616基本上一致（表6）。
3 讨论与结论
近年来美国RiceTec公司主推的抗咪唑啉酮类除草剂水稻品种有Clearfield XL729、Clearfield XL745、Clearfield XP756 和 Clearfield XP4534，属于非转基因杂交水稻。在美国和中南美洲广泛种植抗咪唑啉酮类除草剂水稻，其市场份额占76%美国杂交水稻市场，占90%中南美洲市场[16]。本研究通过对中粳616回交改良除草剂试验，结果表明，经海南三亚、福建沙县两地，一年三代，可实现育种目标的定向回交改良，缩短育种进程，发挥综合技术育种优势，促进种质创制进程。在当前我国严格监管转基因水稻的背景下，非转基因的抗除草剂水稻具有广阔的应用前景。
吴云雨等[17]研究表明，抗咪唑啉酮类除草剂水稻种质是由于乙酰乳酸合成酶（ ALS） 发生碱基突变，引起蛋白的结构发生变化，减弱对咪唑啉酮类除草剂的敏感程度。前人对ALS基因分子标记的开发、碱基位点突变变异等分子方面有较多的研究。鲜有咪唑啉酮类除草剂对抗除草剂水稻和常规水稻耐药性表型影响的研究。邹拓等[18]研究认为抗除草劑水稻与常规水稻种子、根和叶片对除草剂耐药性响应存在差异，在种子萌发期及苗期利用表型筛选，对具有抗除草剂基因后代材料完成快速选择。其方法是用0.03%咪唑乙烟酸溶液浸泡水稻种子72 h，或在水稻3叶1心期用0.07%咪唑乙烟酸溶液喷施，不具有除草剂基因的后代材料均被杀死。本研究进行除草剂梯度和筛选试验，结果表明，除草剂浓度3 mL·L-1（先达豆施乐，5%咪唑乙烟酸含量）浸种12 h可作为非转基因水稻抗除草剂筛选浓度。前人在棉花种子和谷子上用除草剂溶液浸种，通过种子萌发期筛选品种除草剂抗性，此方法效果显著，较分子标记辅助选择效率更高，在正常的种子萌发期即可对抗性材料完成筛选[19-20]。本研究结果明确了水稻种子萌发期筛选非转基因抗除草剂水稻的除草剂处理浓度，有利于提高抗除草剂水稻的育种效率。
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（责任编辑：林玲娜）
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