中国水稻科学 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (4): 357-364.DOI: 10.16819/j.1001-7216.2018.7098
高虹1,2,3, 姜楠4, 吕国依5, 夏英俊6, 王嘉宇2, 孙健2, 唐亮2, 徐正进2,*(), 隋国民1,*()
收稿日期:
2017-08-15
修回日期:
2018-01-06
出版日期:
2018-07-10
发布日期:
2018-07-10
通讯作者:
徐正进,隋国民
基金资助:
Hong GAO1,2,3, Nan JIANG4, Guoyi LÜ5, Yingjun XIA6, Jiayu WANG2, Jian SUN2, Liang TANG2, Zhengjin XU2,*(), Guomin SUI1,*()
Received:
2017-08-15
Revised:
2018-01-06
Online:
2018-07-10
Published:
2018-07-10
Contact:
Zhengjin XU, Guomin SUI
摘要: 【目的】随着籼粳稻杂交理想株型创造与超高产育种理论的应用,我国东北地区培育出大量高产粳稻品种,逐渐取代曾经占据主导地位的日本典型粳稻。本研究旨在通过分析中国东北粳稻与日本粳稻形态、遗传和产量的差异及原因,研究籼粳杂交对东北粳稻改良的影响。【方法】利用InDel和SSILP亚种特异性分子标记、程氏指数、维管束数目比分析比较中国东北与日本粳稻的籼粳成分和属性及与产量结构的关系。【结果】东北粳稻育成品种产量比日本典型粳稻高15.79%,每穗粒数多15.22%,粳型基因频率极显著低于日本粳稻。按程氏指数分类标准,东北粳稻籼粳类型是偏粳型。相关分析结果表明,籼型基因频率与穗数极显著负相关,与每穗粒数极显著正相关,且与一、二次枝梗数及其粒数正相关。【结论】东北粳稻籼型基因频率增加导致穗数减少,每穗粒数增加,同时将结实率和千粒重维持在较稳定水平是东北粳稻品种获得高产的关键。
中图分类号:
高虹, 姜楠, 吕国依, 夏英俊, 王嘉宇, 孙健, 唐亮, 徐正进, 隋国民. 中国东北粳稻与日本粳稻产量差异及原因分析[J]. 中国水稻科学, 2018, 32(4): 357-364.
Hong GAO, Nan JIANG, Guoyi LÜ, Yingjun XIA, Jiayu WANG, Jian SUN, Liang TANG, Zhengjin XU, Guomin SUI. Dissection of Grain Yield Differences Between japonica Rice in Northeast China and in Japan[J]. Chinese Journal OF Rice Science, 2018, 32(4): 357-364.
地区 | 参数 | 产量 | 穗数Panicle number | 每穗粒数 | 结实率 | 千粒重 |
---|---|---|---|---|---|---|
Region | Parameter | Yield / (t·hm-2) | /(×104·hm-2) | SPP | SSR/% | GW/g |
日本Japan | 平均数Mean | 8.36±1.66 | 369.90±105.06 | 117.25±25.06 | 84.41±10.80 | 24.81±2.87 |
CV/% | 19.83 | 28.40 | 21.38 | 12.80 | 11.58 | |
中国东北 | 平均数Mean | 9.68±1.38 | 343.63±74.75 | 135.10±28.50 | 87.35±6.36 | 24.87±1.84 |
Northeast China | CV/% | 14.27 | 21.75 | 21.10 | 7.28 | 7.39 |
差异Difference /% | 15.79 | ―7.10 | 15.22 | 3.48 | 0.24 | |
F值 F value | 11.37** | 1.29 | 5.49* | 2.20 | 0.01 |
表1 中国东北和日本粳稻育成品种产量及其构成因素的差异
Table 1 Differences in grain yield and its components between japonica cultivars in Northeast China and Japanese japonica cultivars.
地区 | 参数 | 产量 | 穗数Panicle number | 每穗粒数 | 结实率 | 千粒重 |
---|---|---|---|---|---|---|
Region | Parameter | Yield / (t·hm-2) | /(×104·hm-2) | SPP | SSR/% | GW/g |
日本Japan | 平均数Mean | 8.36±1.66 | 369.90±105.06 | 117.25±25.06 | 84.41±10.80 | 24.81±2.87 |
CV/% | 19.83 | 28.40 | 21.38 | 12.80 | 11.58 | |
中国东北 | 平均数Mean | 9.68±1.38 | 343.63±74.75 | 135.10±28.50 | 87.35±6.36 | 24.87±1.84 |
Northeast China | CV/% | 14.27 | 21.75 | 21.10 | 7.28 | 7.39 |
差异Difference /% | 15.79 | ―7.10 | 15.22 | 3.48 | 0.24 | |
F值 F value | 11.37** | 1.29 | 5.49* | 2.20 | 0.01 |
地区 Region | 参数 Parameter | 程氏 指数 ChI | 大维管 束比 RLVB | 大小维管束比 RLSVB |
---|---|---|---|---|
日本Japan | Mean | 18.75 | 2.55 | 0.56 |
标准差SD | 0.98 | 0.19 | 0.04 | |
CV/% | 5.25 | 7.29 | 7.61 | |
中国东北 Northeast China | Mean | 16.30 | 2.36 | 0.59 |
标准差SD | 1.44 | 0.27 | 0.07 | |
CV/% | 8.86 | 11.56 | 12.39 | |
差异Difference /% | ―13.07 | –7.45 | 5.36 | |
F值 F value | 48.86 | 5.05* | 5.56* |
表2 中国东北粳稻与日本粳稻籼粳属性的差异
Table 2 Differences of the Cheng’s index, vascular bundle traits between japonica varieties in northeast China and Japanese japonica rice.
地区 Region | 参数 Parameter | 程氏 指数 ChI | 大维管 束比 RLVB | 大小维管束比 RLSVB |
---|---|---|---|---|
日本Japan | Mean | 18.75 | 2.55 | 0.56 |
标准差SD | 0.98 | 0.19 | 0.04 | |
CV/% | 5.25 | 7.29 | 7.61 | |
中国东北 Northeast China | Mean | 16.30 | 2.36 | 0.59 |
标准差SD | 1.44 | 0.27 | 0.07 | |
CV/% | 8.86 | 11.56 | 12.39 | |
差异Difference /% | ―13.07 | –7.45 | 5.36 | |
F值 F value | 48.86 | 5.05* | 5.56* |
性状 Characteristic | 产量 Yield / (t·hm-2) | 穗数 Panicles number /(×104·hm-2) | 穗粒数 SPP | 结实率 SSR/% | 千粒重 1000-grain weight/g |
---|---|---|---|---|---|
籼型基因频率Fi | –0.086 | –0.392** | 0.437** | 0.058 | –0.202** |
程氏指数ChI | –0.043 | 0.450** | –0.455** | –0.143 | 0.120** |
大维管束比RLVB | 0.158 | 0.405** | –0.427** | 0.014 | 0.299** |
大小维管束比RLSVB | 0.011 | –0.214** | 0.257** | –0.084 | –0.082** |
表3 籼粳成分和属性与产量及其构成因素的相关性
Table 3 Correlations of indica-type allele frequency, the Cheng’s index, vascular bundle characters and grain yield and its components.
性状 Characteristic | 产量 Yield / (t·hm-2) | 穗数 Panicles number /(×104·hm-2) | 穗粒数 SPP | 结实率 SSR/% | 千粒重 1000-grain weight/g |
---|---|---|---|---|---|
籼型基因频率Fi | –0.086 | –0.392** | 0.437** | 0.058 | –0.202** |
程氏指数ChI | –0.043 | 0.450** | –0.455** | –0.143 | 0.120** |
大维管束比RLVB | 0.158 | 0.405** | –0.427** | 0.014 | 0.299** |
大小维管束比RLSVB | 0.011 | –0.214** | 0.257** | –0.084 | –0.082** |
地区 Region | 参数 Parameter | 穗长 PL/cm | 一次枝梗The primary rachis branch | 二次枝梗The secondary rachis branch | 着粒密度 SD /(No.∙cm-1) | 二次粒率 SBGR /% | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
枝梗数 PBN | 粒数 GPB | 结实率 SSRPB/% | 枝梗数 SBN | 粒数 GSB | 结实率 SSRSB/% | |||||||
日本 | 平均数Mean | 18.9 | 10.4 | 52.3 | 91.2 | 19.6 | 46.5 | 77.0 | 6.2 | 49.14 | ||
Japan | 标准差SD | 1.6 | 1.1 | 9.4 | 8.0 | 5.0 | 18.6 | 15.0 | 1.2 | 7.44 | ||
CV/% | 8.5 | 10.9 | 18.0 | 8.8 | 25.4 | 40.1 | 19.5 | 18.5 | 15.15 | |||
中国东北 | 平均数Mean | 18.3 | 11.2 | 57.3 | 94.6 | 24.9 | 60.7 | 81.5 | 7.4 | 54.75 | ||
Northeast China | 标准差SD | 1.9 | 2.0 | 13.2 | 4.6 | 6.4 | 18.4 | 9.4 | 1.7 | 6.72 | ||
CV/% | 10.2 | 17.4 | 23.0 | 4.8 | 25.5 | 30.3 | 11.5 | 23.0 | 12.28 | |||
差异Difference/% | –3.1 | 7.6 | 9.5 | 3.7 | 27.1 | 30.4 | 5.9 | 19.5 | 11.42 | |||
F值 F value | 1.2 | 2.5 | 2.2 | 5.4* | 9.7** | 8.1** | 2.5 | 7.5** | 8.12** |
表4 中国东北和日本水稻育成品种穗部性状的差异
Table 4 Differences of panicle traits between japonica varieties in northeast China and Japanese japonica rice.
地区 Region | 参数 Parameter | 穗长 PL/cm | 一次枝梗The primary rachis branch | 二次枝梗The secondary rachis branch | 着粒密度 SD /(No.∙cm-1) | 二次粒率 SBGR /% | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
枝梗数 PBN | 粒数 GPB | 结实率 SSRPB/% | 枝梗数 SBN | 粒数 GSB | 结实率 SSRSB/% | |||||||
日本 | 平均数Mean | 18.9 | 10.4 | 52.3 | 91.2 | 19.6 | 46.5 | 77.0 | 6.2 | 49.14 | ||
Japan | 标准差SD | 1.6 | 1.1 | 9.4 | 8.0 | 5.0 | 18.6 | 15.0 | 1.2 | 7.44 | ||
CV/% | 8.5 | 10.9 | 18.0 | 8.8 | 25.4 | 40.1 | 19.5 | 18.5 | 15.15 | |||
中国东北 | 平均数Mean | 18.3 | 11.2 | 57.3 | 94.6 | 24.9 | 60.7 | 81.5 | 7.4 | 54.75 | ||
Northeast China | 标准差SD | 1.9 | 2.0 | 13.2 | 4.6 | 6.4 | 18.4 | 9.4 | 1.7 | 6.72 | ||
CV/% | 10.2 | 17.4 | 23.0 | 4.8 | 25.5 | 30.3 | 11.5 | 23.0 | 12.28 | |||
差异Difference/% | –3.1 | 7.6 | 9.5 | 3.7 | 27.1 | 30.4 | 5.9 | 19.5 | 11.42 | |||
F值 F value | 1.2 | 2.5 | 2.2 | 5.4* | 9.7** | 8.1** | 2.5 | 7.5** | 8.12** |
性状 Characteristic | 穗长 PL/cm | 一次枝梗The primary rachis branch | 二次枝梗 The secondary rachis branch | 着粒密度 SD/(No.∙cm-1) | 二次粒率 SBGR/% | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
枝梗数 Branch number | 粒数 Grain number | 结实率 SSR/% | 枝梗数 Branch number | 粒数 Grain number | 结实率 SSR/% | ||||||
籼型基因频率Fi | 0.034 | 0.259** | 0.263** | 0.110 | 0.470** | 0.493** | 0.078 | 0.386** | 0.336** | ||
程氏指数ChI | 0.115 | –0.488** | –0.405** | –0.110 | –0.429** | –0.422** | –0.168 | –0.504** | –0.145** | ||
大维管束比RLVB | 0.108 | –0.389** | –0.287** | –0.061 | –0.451** | –0.378** | –0.002 | –0.484** | –0.264** | ||
大小维管束比RLSVB | –0.036 | 0.226** | 0.168** | –0.057 | 0.292** | 0.197** | –0.049 | 0.289** | 0.150** |
表5 籼粳成分和属性与穗部性状的相关
Table 5 Correlations of indica-type allele frequency, the Cheng’s index, vascular bundle characters and panicle traits.
性状 Characteristic | 穗长 PL/cm | 一次枝梗The primary rachis branch | 二次枝梗 The secondary rachis branch | 着粒密度 SD/(No.∙cm-1) | 二次粒率 SBGR/% | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
枝梗数 Branch number | 粒数 Grain number | 结实率 SSR/% | 枝梗数 Branch number | 粒数 Grain number | 结实率 SSR/% | ||||||
籼型基因频率Fi | 0.034 | 0.259** | 0.263** | 0.110 | 0.470** | 0.493** | 0.078 | 0.386** | 0.336** | ||
程氏指数ChI | 0.115 | –0.488** | –0.405** | –0.110 | –0.429** | –0.422** | –0.168 | –0.504** | –0.145** | ||
大维管束比RLVB | 0.108 | –0.389** | –0.287** | –0.061 | –0.451** | –0.378** | –0.002 | –0.484** | –0.264** | ||
大小维管束比RLSVB | –0.036 | 0.226** | 0.168** | –0.057 | 0.292** | 0.197** | –0.049 | 0.289** | 0.150** |
图2 中国东北高产粳稻、纯粳稻(籼型基因频率Fi<2%)与日本粳稻产量及产量相关性状的差异柱上标相同小写字母者表示差异未达0.05显著水平。
Fig. 2. Differences in yield and its components of high yield rice, pure japonica rice(indica-type allele frequency<2%) in northeast China and japonica in Japan. The same lowercase letters indicate no significant difference at the 0.05 level.
图3 中国东北高产粳稻、纯粳稻与日本粳稻籼型位点的分布1–辽星17;2–沈农9741;3–沈农9903;4–吉粳60;5–吉粳105;6–吉粳88;7–普选10;8–东农415;9–合江21;10–垦稻12;11–吉粳56;12–吉粳94;13–吉粳62;14–东农419;15–垦稻11;16–富士光;17–秋光;18–屉锦;19–里歌;20–一目惚。其中,1~10为中国东北高产粳稻;11~15为中国东北纯粳稻(籼型基因频率Fi<2%);16~20为日本粳稻。
Fig. 3. Distribution of indica-type loci of high yield rice, pure japonica rice in northeast China and japonica in Japan. 1, Liaoxing 17; 2, Shennong 9741; 3, Shennong 9903; 4, Jijing 60; 5, Jijing 105; 6, Jijing 88; 7, Puxuan 10; 8, Dongnong 415; 9, Hejiang 21; 10, Kendao 12; 11, Jijing 56; 12, Jijing 94; 13, Jijing 62; 14, Dongnong 419; 15, Kendao 11; 16, Fujihikari; 17, Akihikari; 18, Sasanishiki; 19, Satonouda; 20, Hitomebore. 1-10, High-yield rice in northeast China; 11-15, Pure japonica rice in northeast China(indica-type allele frequency<2%); 16-20, japonica in Japan.
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