杂交籼稻与常规籼稻食味品质的比较分析

　　摘　要：为明晰稻米理化指标和食味相关基因 Wx 对杂交籼稻与常规籼稻食味品质的影响，本研究对 163 份籼稻种质的品质理化指标、食味品质、基因 Wx 分别进行了检测分析和评价。结果表明，杂交籼稻和常规籼稻的米饭口感与垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量均呈极显著负相关，与长宽比呈正相关，且杂交籼稻的正相关达到极显著水平;Wxb Wxb 型籼稻比 Wxa Wxa 、 Wxa Wxb 型籼稻的直链淀粉含量、垩白度、垩白粒率均较低，米饭的口感评分也较高。在直链淀粉含量为 15% ～ 22% 的籼稻种质中，常规籼稻种质的口感评分都在中等以上，而杂交籼稻种质中存在一定比例口感评分为差的组合，说明在杂交籼稻中直链淀粉含量不是导致稻米口感较差的唯一影响因素。

　　本文源自杨帆; 胡文彬; 周政; 刘烨; 赵正洪， 杂交水稻 发表时间：2021-05-27 16:41《杂交水稻》杂志，于1986年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:43-1137/S，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：、新组合、简讯 、国外动态等。

　　关键词：杂交籼稻;常规籼稻;食味品质;Wx 基因

　　水稻是中国最主要的粮食作物之一，全国约有 60% 的人口以稻米为主食 [1]。提高水稻产量，实现粮食自足，是中国水稻科研工作者的首要任务;经过 30 多 a 的努力，中国水稻单产和总产均取得重大突破[2-3]，且总产量已稳定在2亿t以上[4]。随着人们生活水平的提升，消费者已不再停留于 “量”的满足，而是对“质”提出了新的要求，因此，优质稻品种的培育成为中国目前水稻育种的主要方向 [5-7]。稻米品质主要包括外观品质、碾磨品质、营养品质、蒸煮与食味品质，其中蒸煮与食味品质显著影响人们对稻米的接受程度。稻米品质受遗传、环境、栽培技术等多因素影响 [8]，其中遗传是影响稻米品质的主要因素 [9-10]。目前普遍认为水稻蒸煮与食味品质主要由胚乳基因控制，其评价指标主要由淀粉理化性质决定 [9]，而 Wx 基因是控制水稻直链淀粉含量的主效基因，对稻米的食味品质有着至关重要的影响 [11-13]。杂交籼稻是中国南方地区推广种植的主要水稻类型，培育优良食味品质杂交籼稻组合是水稻育种工作的重要目标之一 [14]。稻米食味品质是数量性状，遗传机理复杂 [15];与常规籼稻相比较，杂交籼稻的父母本遗传信息的差异增加了子代食味品质的不确定性，因而使得优良食味杂交籼稻组合的培育更为困难 [16]。

　　目前对稻米食味品质的评价主要采用如下几种方法 [8,17]：一是通过测定稻米理化性状从而间接反映米饭的食味品质;二是通过人工感官品尝直接评价米饭食味品质;三是通过食味计等仪器直接测定米饭的食味值。上述 3 种方式各有优劣，但是人工品尝的方式能够直接反映米饭的食味。阐明优良食味品质杂交籼稻种质的特征，能为优质食味杂交籼稻组合的选育提供参考。周治宝等 [18] 对籼稻米饭食味品质与其品质性状进行了相关性分析，发现粒宽、垩白粒率、垩白度均与其食味值呈极显著负相关;长宽比、碱消值与其食味值呈极显著正相关。但该研究未区分杂交籼稻与常规籼稻，其样本数也较少，杂交稻组合作为食用部分的稻米是 F2 代，是一个分离群体，与常规籼稻有较大差异。王丹英等 [19] 的研究也表明品质性状之间的相关性在杂交籼稻与常规籼稻中存在差异。为此，本研究对 163 份籼稻种质材料的主要品质性状与食味品质进行了相关性分析，以便比较杂交籼稻与常规籼稻主要品质性状和 Wx 基因对食味品质的影响及差异，解析优良食味品质杂交籼稻的主要特征，明确杂交籼稻食味品质的影响因素。

　　1　材料与方法

　　1.1　供试材料

　　本研究供试材料为 163 份籼稻种质材料，其中，杂交籼稻组合 102 份，常规籼稻种质 61 份。常规籼稻种质包括食味较好的茉莉香占、南优占、美特占等，食味较差的五丰 B、丰富占 1 号等，以及一些目前广泛应用的品种材料，如 R9311、华占 R 等;杂交籼稻的父本为由常见的一些籼稻材料杂交后育成的恢复系，如新恢 03/ 齐华占、粤奇丝苗 /R1128 等，母本为目前新选育的一些不育系，如来自湖南杂交水稻中心的 N111S、江西地区的晶泰 A 等。本研究所选种质材料来源广泛，主要的籼稻种植地都有所涉及，如来自广西地区的桂 362、广东地区的南优占等。

　　1.2　田间试验方法

　　田间试验于 2019 年 6—11 月在湖南省水稻研究所长沙县高桥实验基地进行，该地区属于亚热带季风气候，年平均温 16.8 ～ 17.3 ℃，年积温为 5 457℃，年降水量为 1 361.6 mm。6 月 13 日播种，7 月 7 日移栽，栽插规格为 20 cm×20 cm，每穴插 2 ～ 3 本， 底 肥 施 复 合 肥 375 kg/hm2 ，尿素 150 kg/hm2 ，移栽时追施尿素 150 kg/hm2 ，其他栽培管理均按照常规栽培要求实施。试验小区大小为 5 m×3 m，小区间间隔 40 cm，每个种质材料重复 3 次。待稻谷成熟 90% 后手动脱粒，除去杂质、空瘪粒，自然晒干后保存。

　　1.3 Wx 基因型的测定

　　在水稻分蘖期收取叶片，采用 CTAB 法 [20] 提取水稻叶片全基因组 DNA。利用 PCR-Acc Ⅰ 分子标记检测方法 [21]，检测 Wx 基因座第 1 内含子 +1 位的 G/T 变异，可以区分 Wxa 和 Wxb ，上下游引物为 5′-GCTTCACTTCTCTGCTTGTG-3′ 和 5′-ATGATTTAACGAGAGTTGAA-3′，PCR 程序为 94 ℃预变性 5 min;94 ℃变性 30 s，55 ℃ 退火 40 s，72 ℃复性 40 s，共 30 个循环;72 ℃ 延伸 10 min，12 ℃保存。扩增产物经过琼脂糖凝胶电泳，EB 染色后在紫外灯下可检测出一条 460 bp 的 DNA 带。 在 0.5 mL 离 心 管 中， 加 入 10 μL PCR 扩增产物、1.5 μL 10× 酶解缓冲液， 5 U Acc Ⅰ酶，用无菌的 ddH2O 将总体积补足至15 μL，混合均匀后在 37 ℃保温 1 h，在 2% 琼脂糖凝胶上电泳检测，, 若 PCR 反应产物中存在 Acc Ⅰ酶解位点，则 460 bp 的 DNA 片段被切成 403 和 57 bp 的 2 条带，在琼脂糖凝胶上，可区分 460 bp 与 403 bp 的 DNA 迁移距离。除上述用于区分 Wxa /Wxb 的标记外，还使用了倪晖 [22] 所在实验室设计的其他几种分子标记，来鉴定所选材料中是否含有 Wxmv、Wxin 、Wxmq 基因型的植株。所用试剂均购自北京聚合美生物科技有限公司。

　　1.4　米质性状的测定

　　参 考《GB/T 17891—2017》， 使 用 SC-E 型种子外观自动考种仪(大米)测定供试材料的垩白、粒型等外观品质。直链淀粉含量、碱消值的测定按照《NY/T 83—2017 米质测定方法》进行。米饭食味品质的测定：称取筛选过的精米 30 g，加入直径 65 mm、高 40 mm 的圆形铝盒中，淘洗 3 次，以米水比为 1 ∶(1.2 ～ 1.3)放入电饭煲中，蒸煮 40 min; 停止加热后，再焖 10 min，以常规籼稻品种玉针香和杂交籼稻组合天优华占的米饭为 对 照， 让 3 名 专 业 人 员 根 据《GB/T 15682— 2008 粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》操作流程，从米饭的气味、外观结构、适口性、滋味、冷饭质地等 5 个方面进行鉴定，将米饭食味品质分为蒸煮外观和口感 2 个指标来打分，根据评分结果将材料的口感与蒸煮外观分为优、良、中、差 4 个等级。

　　1.5　数据分析

　　使用 Microsoft Excel 2013 和 SPSS 20 统计分析软件进行试验数据的处理和统计分析。

　　2　结果与分析

　　2.1　杂交籼稻和常规籼稻种质间的品质性状差异

　　对常规籼稻和杂交籼稻种质的外观品质、直链淀粉含量、碱消值进行测定的结果如表 1 所示。由表 1 可以看出，本研究所用种质材料中，常规籼稻外观品质、直链淀粉含量、碱消值的变异系数均大于杂交籼稻的变异系数。并且，均以垩白度的变异系数为最大，分别为 133.86% 和 108.53%;以长宽比的变异系数为最小，分别为 8.43% 和 6.98%。

　　2.2　杂交籼稻和常规籼稻的食味品质与其他主要米质指标的关系

　　对杂交籼稻和常规籼稻的食味评分与其他米质性状指标进行相关分析(表 2)，结果表明，垩白粒率、垩白度分别与米饭的蒸煮外观、口感呈负相关，杂交籼稻与常规籼稻的表现一致，除常规籼稻的垩白度在蒸煮外观上不显著外，其余均达到显著或极显著水平;长宽比与米饭的蒸煮外观、口感均呈正相关，杂交籼稻与常规籼稻的表现一致，但在杂交籼稻中的相关更密切，其长宽比与蒸煮外观、口感的相关均达到极显著水平;直链淀粉含量与米饭的蒸煮外观、口感均呈负相关，除杂交籼稻的直链淀粉含量与蒸煮外观未达显著水平外，其余均达到显著或极显著水平;碱消值与米饭的蒸煮外观、口感的相关不密切，各相关系数均未达到显著水平。

　　2.3　直链淀粉含量对杂交籼稻和常规籼稻食味品质的影响

　　从图 1 可以看出，本研究供试杂交籼稻与常规籼稻种质材料的直链淀粉含量在 14% ～ 29% 之间，直链淀粉含量大于 23% 的种质口感评分等级全部为差，中等及以上的 3 个口感等级评分在直链淀粉含量上未看出明显差异，这 3 个口感评分等级的种质直链淀粉含量主要分布为 15% ～ 22%，将该范围内种质的直链淀粉含量与其米饭口感做相关性分析，其相关系数为 -0.033，未达到显著水平。在测定的常规籼稻种质材料中，口感评分等级为差的种质直链淀粉含量都大于 23%，而在杂交籼稻种质中，其直链淀粉含量在 14% ～ 29% 之间的都有口感评分等级为差的种质，主要分别在 18% 和 25% 附近。与常规籼稻不同，在直链淀粉含量为 15% ～ 22% 的杂交籼稻中同样有口感评分等级为差的材料，占这个直链淀粉含量范围内杂交籼稻材料的 37.33%。

　　2.4　碱消值对杂交籼稻和常规籼稻食味品质的影响

　　碱消值是稻米品质的一项重要指标，可以通过测定碱消值来判断稻米的糊化温度，碱消值越高糊化温度越低。本研究通过测定供试杂交籼稻与常规籼稻种质材料 6 粒完整整精米的碱消值，计算平均值作为一个种质材料的碱消值。由表 3 可知，在常规籼稻种质中，相同种质测定的单粒稻米碱消值之间变异幅度不超过 2，单粒间碱消值大小相近，如丰粤华占的单粒碱消值全部为 6;而在杂交籼稻种质中，部分组合的碱消值单粒之间变异幅度很大，如杂交籼稻组合五乡 A/ 农香 39，它的单粒间碱消值差异最大达到了 5，以五乡 A 为母本的其他 4 个杂交组合也同样出现单粒间碱消值差异很大的现象;而父本相同，但母本为潢达 A 和华盛 A 的 10 个杂交籼稻组合则单粒间碱消值差异不大，且碱消值都在 5 以上。这表明亲本是影响杂交组合子代碱消值大小和变异幅度的主要因素。碱消值大小受基因的调控 [23]，在部分杂交籼稻材料中单粒间碱消值变异幅度大，可能是由于父母本所携带的遗传信息差异较大， F2 籽粒出现了性状分离，导致单粒间的碱消值变异幅度大;而常规稻籼种质材料子代的遗传信息全部纯合，同一品种籽粒之间的基因型相同，籽粒中不会出现单粒间碱消值差异很大的现象，但常规籼稻同一品种单粒间也存在小的差异，可能是基因型外其他因素造成的。

　　为探索杂交籼稻 F2 籽粒中碱消值的分离现象是否会影响稻米食味品质，将杂交籼稻种质按照单粒间碱消值差异是否大于 2 分为 2 份，将它们的口感进行方差分析，发现无显著性差异，分别将它们的碱消值与食味品质做相关性分析，发现碱消值与蒸煮外观、口感的相关性都不显著，表明杂交籼稻中碱消值不是影响食味品质的主要因素。

　　2.5 Wx 基因的基因型对籼稻食味品质的影响

　　测定所有材料的 Wx 基因的基因型，如表 4 所示，有 25 个材料为 Wxa Wxa 型，全部来自常规籼稻;112 个种质材料为 Wxb Wxb 型，占种质的 68.7%，36 个材料来自常规籼稻，76 个材料来自杂交籼稻;有 26 个材料为 Wxa Wxb 型，全部来自杂交籼稻，无 Wxmv、Wxin 、Wxmq 等基因型的材料。

　　由图 2 可知，在 Wxb Wxb 型的 112 个样品中，蒸煮外观评分的 4 个等级中差、中、良、优分别占 23.21%、19.64%、25.89%、31.25%，口感评分的 4 个等级中差、中、良、优分别占 25.45%、29.09%、29.09%、16.36%; 在 Wxa Wxb 型 的 26 个材料中，蒸煮外观评分的 4 个等级中差、中、良、优分别占 Wxa Wxb 型材料的 42.31%、30.77%、 19.23%、7.69%，口感评分全部为差;在 Wxa Wxa 型的 25 个材料中，蒸煮外观评分的 4 个等级中差、中、良、优分别占20.00%、32.00%、40.00%、8.00%，口感评分和 Wxa Wxb 型材料一样全部为差。

　　采用 T 检验检测供试材料 Wx 基因的 Wxa 和 Wxb 对蒸煮外观和口感的影响，蒸煮外观和口感的 4 个评分等级中差、中、良、优分用 1、2、3、 4 来表示，结果如表 5 所示。Wxa Wxb 型材料与 Wxa Wxa 、Wxb Wxb 型材料之间在蒸煮外观上有显著差异，Wxa Wxa 和 Wxb Wxb 型材料之间的蒸煮外观差异不显著，Wxb Wxb 型材料与 Wxa Wxa 、Wxa Wxb 型材料之间在口感上呈显著性差异，Wxa Wxa 与 Wxa Wxb 型材料的口感无显著差异。Wx 基因与垩白之间存在一定的相关性，Wxb Wxb 和 Wxa Wxa 、 Wxa Wxb 型材料之间在垩白粒率和垩白度上均呈显著性差异，3 种基因型 Wxa Wxa 、Wxa Wxb 、Wxb Wxb 的垩白粒率均值分别为 17.35%、14.67%、5.70%，垩白度均值分别为 4.37%、4.24%、1.34%。Wx 基因还是控制直链淀粉含量的主效基因，Wxa Wxa 和 Wxa Wxb 型籼稻材料直链淀粉含量显著高于 Wxb Wxb 型籼稻材料。

　　本研究的籼稻种质材料中基因型为 Wxa Wxb 、 Wxa Wxa 的材料口感评分等级全部为差(图 2)。分析 Wxb Wxb 型材料的口感与蒸煮外观评分(图 3)，常规籼稻的 Wxb Wxb 型材料中，口感评分等级都在中等及以上，其中优、良口感评分等级占常规籼稻 Wxb Wxb 型材料的 77.78%，蒸煮外观优、良评分等级的占 69.44%;杂交籼稻的 Wxb Wxb 型材料中，存在口感评分为差的材料，占 38.16%，优、 良 评 分 等 级 占 杂 交 籼 稻 Wxb Wxb 型材料的 30.26%，蒸煮外观优、良评分等级占 Wxb Wxb 型材料的 51.29%。 对 Wxb Wxb 型的杂交籼稻和常规籼稻材料口感评分做 T 检验，P<0.01，呈极显著差异，对它们的蒸煮外观评分做 T 检验， P<0.05，呈显著差异。在同样为 Wxb Wxb 型的材料中，常规籼稻的口感评分和蒸煮外观评分显著高于杂交籼稻。

　　3　讨论

　　3.1　常规籼稻与杂交籼稻的主要米质性状对食味品质的影响

　　垩白是由于水稻籽粒灌浆不充分而引起光线散射形成的 [24]，水稻垩白部位硬度较低，容易断裂，会导致整精米率降低，蒸煮后饭粒裂纹多和食味品质降低 [25-27]，本研究中发现籼稻中垩白度较低、垩白粒率小的材料有着较好的口感与蒸煮外观评分，与前人研究相同 [18]。长宽比与蒸煮外观、口感呈正相关，但仅在杂交籼稻中相关达到极显著水平;就外观品质而言，选择长宽比大、垩白度小的杂交籼稻材料可以显著改善稻米口感与蒸煮外观。

　　通常认为高直链淀粉含量的稻米米质较硬，口感较差 [28]，这与本研究得出的结论相似，直链淀粉含量高于 23% 的材料口感评分等级全部为差。本研究的结果显示，高直链淀粉含量的稻米口感评分均低，但直链淀粉含量为 15% ～ 22% 时，籼稻的口感评分与直链淀粉含量无显著相关性。同时还发现直链淀粉含量与口感的相关性在常规籼稻中更为紧密，杂交籼稻直链淀粉含量与口感的相关系数为 -0.389，而常规籼稻中达到了 -0.856，在直链淀粉含量为 15% ～ 22% 时，常规籼稻材料均有着较好的口感，其口感评分等级全部在中等及以上;而杂交籼稻中口感评分等级为差的材料却占了 37.33%，与常规籼稻的口感评分差异显著。在优质籼稻育种过程中，可以将直链淀粉含量作为重要选育标准，高直链淀粉含量的籼稻材料中很难拥有优良的食味品质，可以有效筛除育种过程中口感较差的材料，而杂交籼稻在直链淀粉含量为 15% ～ 22% 时，仍然存在食味评分差的材料，表明在杂交籼稻中直链淀粉含量不是导致稻米口感较差的唯一影响因素，还需要综合其他因素来筛除食味品质差的品种材料。

　　本研究使用的大部分材料碱消值较高(碱消值≥ 6)即低糊化温度，占所有材料的 60% 以上，碱消值与籼稻的口感及蒸煮外观无显著相关性。在碱消值较低(1 ～ 3)、中等(3 ～ 6)、较高(6 以上)的材料中都有等级为优的口感评分;而且在单粒碱消值差异大于 2 的杂交籼稻材料中，同样有口感评分等级为优的材料，杂交籼稻 F2 籽粒碱消值分离与未分离的材料之间口感评分无显著性差异。这表明在杂交籼稻材料中碱消值大小与单粒碱消值分离与否并不是稻米口感的决定性因素。

　　3.2 Wx 基因对常规籼稻与杂交籼稻食味品质的影响

　　Wx 基因是控制水稻直链淀粉含量的主效基因 [9,11-12]，不同基因型的直链淀粉含量和稻米口感差异非常大。本研究的杂交籼稻组合中基因型以 Wxb Wxb 型的材料为主，这也表明了目前杂交籼稻的育种人员倾向于选择 Wxb Wxb 型的材料作为亲本。通过对测定的基因型与蒸煮外观和口感的分析得知，Wxb Wxb 型材料的口感显著优于 Wxa Wxb 和 Wxa Wxa 型材料，当籼稻材料中带有 Wxa 基因时，口感较差，如在以 N111S 为母本的 8 个杂交 组合中，其中 7 个基因型为 Wxb Wxb 的组合口感评分等级都在良等及以上，而基因型为 Wxa Wxb 的组合口感评分等级为差，本研究所用的籼稻材料中带有 Wxa 基因的材料其口感评分等级全部为差;Wxa Wxb 型籼稻其蒸煮外观显著低于 Wxb Wxb 和 Wxa Wxa 型籼稻，基因型为 Wxb Wxb 的籼稻材料蒸煮外观等级评分为优的比例大于 Wxa Wxa 型籼稻。在育种过程中选择基因型为 Wxb Wxb 的材料更有利于食味品质的提高。当基因型为 Wxb Wxb 时，杂交籼稻与常规籼稻的口感评分呈极显著性差异，蒸煮外观评分呈显著性差异，Wxb Wxb 型杂交籼稻中三分之一以上的材料口感评分为差，常规籼稻口感评分都在中等及以上，表明 Wx 基因的基因型对籼稻食味品质的影响在杂交籼稻与常规籼稻之间存在差异。

　　4　结论

　　水稻的食味品质是数量遗传性状 [15]，影响因素众多，很难用一两个指标来判别食味品质的好坏，杂交稻由于亲本的遗传信息不可避免的存在差异，与常规稻相比，其食味品质的形成更为复杂。本研究发现优良食味品质杂交籼稻比常规籼稻需要考虑更多的影响因素，直链淀粉含量为 15% ～ 22% 和 Wxb Wxb 型的常规籼稻都有着中等及以上的口感评分，而杂交籼稻中则有一定比例口感为差的材料。稻米的品质指标与食味品质的相关性在杂交籼稻与常规籼稻中差异不大，垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量(14% ～ 29%)均与籼稻口感呈极显著负相关，长宽比仅与杂交籼稻口感、蒸煮外观评分呈极显著相关。综上所述，在优质杂交籼稻的育种过程中，应选配低垩白度、较低直链淀粉含量(15% ～ 22%)、长宽比大、具有 Wxb Wxb 基因型的杂交组合。