水稻品质育种

张晓军作物品质育种3/514/51第二章水稻品质育种5/51一、稻米水稻，原产中国，七千年前中国长江流域就种植水稻。按照不同的方法，水稻可以分为籼稻和粳稻、早稻和中晚稻，糯稻和非糯稻。是世界上三分之一人类的主食。6/517/511.稻米的形态与结构8/512.稻米的化学组成9/51二、水稻的品质性状（一）水稻的品质性状包括加工品质、外观品质、蒸煮食味品质、营养品质（1）加工品质：糙米率、精米率和整精米率等。（2）外观品质：籽粒长度、宽度、长宽比、垩白和透明度等；（3）食味品质：香味、适口性、米饭黏性、软硬度和光滑性；（4）蒸煮品质：米饭吸水性、膨胀性、饭裂性、结块性和烹调时间等。（5）营养品质：包括直链淀粉含量、蛋白质含量、必需氨基酸含量、油份含量和香味有效成分含量等；10/51（1）加工品质：糙米率和整粒精米率是加工品质的主要指标,其中以较高的整粒精米率最为重要。糙米率：稻谷脱去谷壳后的糙米籽粒的重量占净稻谷试样重量的百分率。11/51•整精米：糙米经碾米机碾磨成加工精度为国家标准三级(GB1354)大米时，长度达到完整米粒平均长度3/4及以上的米粒。•整粒精米率：整精米重量占净稻谷试样重量的百分率。•选育整粒精米率高的品种：育谷壳较薄、垩白少、粒形中等偏长(籼)、短圆(粳)、米粒上无断痕的材料。12/51食用稻碾米加工品质标准（NY/T593-2013）等级糙米率（%）整精米率（%）籼稻、籼糯粳稻、粳糯籼稻、籼糯粳稻、粳糯1≥81.0≥83.0≥58.0≥69.02≥79.0≥81.0≥55.0≥66.03≥77.0≥79.0≥52.0≥63.013/51（2）外观品质稻米外观品质是指粒形、垩白和透明度是外观品质的主要指标，它们是大米又一方面的重要商品特性。其中垩白的多少和大小是最重要的。•(1)粒形包括米粒的长度、宽度及长宽比。优良的外观品质应是籽粒符合要求(籼米中长，粳米短圆至椭圆，米粒无垩白，半透明，有光泽似玻璃质）。14/51水稻粒形的丰富性：NatCommun2:467.201115/511、水稻粒形遗传：gs3qsw5GS5GS3,DEP1srs1/dep2/ep2,srs3,srs5,dep393-11川7龙里黑糯细杆黄稻丝苗儿GW8HJX74Basmatigw2珍汕97日本晴WY3GW7？宝大粒GW6？GL？长香稻N411d2/brd2/d11OsGSK2BU1PGL1/APG1xiaoSG116/51通过标记辅助选择改良水稻粒形：17/51(2)垩白：淀粉与蛋白质颗粒排列的疏松而不透明。主要有腹白、心白和背白。一般用垩白率、垩白大小、垩白度来描述垩白状况。注意：垩白米是部分不透明；糯米是全部不透明。18/51①垩白米率随机取出整精米100粒,置于玻璃板上,在聚光灯下观察,拣出有垩白的米粒,求出垩白米的百分率，取二次测定的平均值。垩白米率(%)=垩白米粒数×100供试米粒数19/51②垩白大小随机取垩白米10粒,在聚光灯下逐粒目测垩白面积占整个籽粒面积的百分数,求出垩白面积的平均值。取二次测定的平均值。∑（各粒垩白面积%）垩白大小(面积%)=供试米粒数稻米垩白大小分级标准（IRRI）级别垩白面积（%）01230小，垩白面积＜10%中等，垩白面积10～20%大，垩白面积＞20%20/51级别垩白度范围12345＜11～56～1010～20＞20垩白度分级③垩白度:指整精米样品中垩白的面积占样品总面积的百分比。计算公式:垩白度=垩白米率×垩白大小21/51水稻垩白的遗传Chalk5编码一个液泡膜质子转运焦磷酸酶，具有无机焦磷酸水解活性和质子转运活性，影响水稻籽粒垩白的形成和精米率等品质性状。22/51(3)透明度：整精米籽粒的透明程度，用稻米的相对透光率表示。•用DWY－A型数字式稻米透明度测定仪测定。把整精米样品均匀地装入样品杯内，在透明度仪上测出其透明度。透明度分级级别透明度范围12345＞0.700.61～0.700.46～0.600.31～0.45＜0.3123/5123/10224/51(4)阴糯米率•阴糯米：胚乳透明或半透明的糯米颗粒。•阴糯米率：整精糯米中阴糯米粒占整个米样粒数的百分率。(5)白度糯米整精米籽粒呈白的程度。•用白度计测量：规定以镁条燃烧发出的白光为白度标准值，即100%。白度的分级级别123白度(%)＞50.047.1～50.0＜47.025/51食用稻外观品质标准（NY/T593-2013）等级垩白度(%)透明度(级)糯稻籼稻、粳稻籼稻、粳稻阴糯米率(%)白度(级)1≤1≤1≤1≤12≤3≤2≤3≤23≤5≤526/51（3）蒸煮品质要求米饭柔软富有弹性，油亮而有光泽，口感佳，食味好。影响稻米蒸煮品质主要指标：包括稻米的糊化温度、胶稠度、饭胀性香味等。•这些品质特性与稻米的直链淀粉含量有密切关系。27/511.稻米直链淀粉含量直链淀粉含量与稻米的蒸煮品质具有密切的关系。它主要影响到稻米的饭胀性、粘性、柔软性、光泽和食味品质等。高直链淀粉稻米直链淀粉含量为25％以上，出饭率在3.1倍以上，米饭硬而松散，柔软性和粘性都差，食味不好。低直链淀粉稻米直链淀粉含量为20％以下，出饭率为2～2.2倍，米饭柔软和粘聚性都好，食味也好，冷饭重蒸仍如新鲜饭一样。28/51中直链淀粉稻米直链淀粉含量在20～25％之间，其胀饭性和食味品质居于上述二者之间。籼稻直链淀粉含量中等较好：既保持了蓬松性，冷后柔软。粳稻低直链淀粉较好。一级稻米：籼、粳稻13%～18%；籼、粳糯≤2%。直链淀粉含量与食用稻米品质（NY/T593-2013）等级直链淀粉含量（%）籼米粳米糯米113.0～18.013.0～18.0≤2.0213.0～20.013.0～19.0313.0～22.013.0～20.029/51水稻淀粉特性遗传水稻Wx基因编码颗粒淀粉合成酶(granule-boundstarchsynthase,GBSS)，是控制直链淀粉合成的主效基因，直接影响水稻胚乳和花粉中直链淀粉的含量(AmyloseContent,AC)。非糯性基因(Wx)对糯性基因(wx)表现为不完全显性，存在较为明显的剂量效应30/51•2.稻米糊化温度指淀粉在水中加热以后，开始吸收大量水分而发生不可逆转的迅速膨胀，并显著增加粘度时的温度。•糊化温度高的品种吸水多，蒸煮温度高，时间长。要求糊化温度中等较好。•测糊化温度直接法不好测，用间接法测定：碱液消化法：碱消值越大，糊化温度越低。整粒米6粒1.7%氢氧化钾30℃保温23小时判定级别31/51稻米糊化温度测定（碱液消化法）取大小均匀一致的完整精米6粒×3组→放在小培养皿中，加1.7%KOH溶液10ml→在30℃恒温培养箱中浸渍23h→观察米粒消化情况，根据鉴定标准鉴定试样的糊化温度：低糊化温度的品种，完全消化；高糊化温度的品种，基本不受影响。处理后0.5h处理后20h粳糯粳米籼米粳糯粳米籼米32/51等级散裂度清晰度1米粒无影响米粒似垩白2米粒膨胀，不开裂米粒垩白状，有不明显粉状环3米粒膨胀，不少有开裂,环完整或狭窄米粒垩白状，有明显粉状环4米粒膨胀，开裂，环完整并宽大，可见米粒形状中心棉絮状，环云状5米粒开裂或分裂，环完整并宽大中心棉絮状，环渐消失6米粒分解与环结合中心云状，环消失7米粒完全消散混合中心环消失稻米糊化温度（碱消值）分级标准分类说明：1～3级--糊化温度高，75℃以上；4～5级--糊化温度中等，70～74℃；6～7级--糊化温度低，69℃以下。33/51等级碱消值（级）籼米、籼糯粳米、粳糯1≥6.0≥7.023≥5.0≥6.0碱消值与食用稻米品质（NY/T593-2013）34/513.稻米胶稠度•大米淀粉经稀碱加热糊化成为米胶，冷却后在水平放置的试管中会有一定程度的延伸，测量出延伸后的米胶长度，即为胶稠度。•测定方法：•①试剂0.200mol/L氢氧化钾溶液；0.025%百里酚蓝指示剂（称取25.0mg百里香酚蓝，用95%乙醇溶解并稀释到100mL)•②碾磨样品将试样(水份12%)碾磨，过0.15mm孔径的筛。35/51•③溶解样品称取试样2份，每份0.1000g(含水量不是12%,则进行折算)于试管中,加入0.20ml百里酚蓝指示剂，摇动试管使米粉分散,再加2.0ml0.2mol/LKOH溶液混合均匀。•④制胶沸水浴中处理8min，糊化完毕后，取出试管室温下冷却5min后,再置于0℃冰箱中冷却20min。•⑤测量米胶长度取出放在水平板仪上静置1h，测量米胶流动长度。•二次测定结果相差不应大于：软、中5mm；硬3mm。36/51测定米胶流动长度37/51稻米胶稠度分级胶稠度等级米胶长度mm硬胶稠度≤40中等胶稠度41-60软胶稠度≥61胶稠度延伸长度大的：米饭软，食味好，受人欢迎。稻米硬软与直链淀粉含量有关：直链淀粉含量大较硬；直链淀粉含量小较软。38/51胶稠度与食用稻米分级（NY/T593-2013）等级胶稠度（mm）籼米粳米糯米1≥60≥70≥10023≥50≥60≥9039/51IRRI(国际水稻所)分析：籼稻：以高直链淀粉--中糊化温度--硬胶稠度的品种较多。粳稻：以低直链淀粉--低糊化温度--软胶稠度的品种较多。籼稻以中直链淀粉--中糊化温度--软胶稠度较好。粳稻以低直链淀粉--中糊化温度--软胶稠度较好。40/51（4）食味品质：米饭香味：2-乙酰基-1-吡咯啉•甜菜碱醛脱氢酶的Badh2基因抑制水稻香米主要成分2-乙酰基-1-吡咯啉的生物合成。•携带Badh2功能丧失型突变的水稻品种如苏玉糯和武香粳的稻米具有香味。•适口性•米饭黏性•软硬度•光滑性；41/51食味品质：42/51（5）营养品质蛋白质和赖氨酸含量较高是营养品质的主要要求。稻米蛋白质主要含谷蛋白占85%～90%，谷蛋白中赖氨酸也比较高3%～4%，仅次于清蛋白。所以稻米虽然蛋白质含量低，8%左右，但赖氨酸相对高，利用率高。一部分人认为：稻米蛋白质含量有很大潜力，主要以高赖氨酸提高人类的蛋白质水平。另一部分人认为：蛋白质和赖氨酸可以从其他食物获得(大豆、花生)，高蛋白质含量与蒸煮食味品质存在一定程度的负相关，因此稻米品质育种对上述两项指标不作过高要求，精米蛋白质含量一般要求8%，而饲料稻则要求在12%以上。43/51胚乳中的谷蛋白，占胚乳蛋白的80%44/51脂肪•脂肪在稻米中含量为3%，其分布是不均匀的，70%以上分部在胚中，但多为优质的不饱和脂肪酸，对稻米的光泽、滋味和适口性都有很大的影响。脂肪的分解反应比糖类和蛋白质要快得多，不饱和脂肪酸容易被氧化，导致稻米变质，从而影响米饭的光泽、滋味及适口性。45/51维生素与矿物质•现在，越来越多的人认为稻米所含的维生素大多属于水溶性的B族维生素，其中B1和B2尤为重要，是人体内许多辅酶的组成部分，同时胚中的VE是一种抗氧化剂。•稻米中所含的磷、钙、钾、镁、铁、硫、碘等多种矿质元素是人体所必需的。46/51我国缺硒是因为克山病而获得广泛关注和了解。克山症（Keshandisease）是一种因为饮食缺乏微量元素硒所造成的充血性心肌病变症。方式：当地土壤含硒量丰富，生产出来的水稻自然含硒，处于贵州省西部的六枝特区，是我国著名的三大天然富硒地带之一，这里属北亚热带季风气候，得天独厚的自然优势十分有利于天然富硒米的生产。高富集种质：47/51色素等成分：属黄酮花色素苷类化合物48/5149/5150/51三、水稻品质性状的遗传1、多基因控制并存在细胞质影响的性状有垩白率、垩白度、垩白大小、直链淀粉含量；2、多基因控制的性状有蛋白质含量；3、两对基因控制的性状有糊化温度；4、透明度的遗传力较高（hb2=92.4%，hn2=80.5%)。垩白的遗传力较高。5、水稻的香味遗传受单一的隐性基因控制。6、稻米蛋白质含量主要由隐性基因控制，以加性效应为主，上位性效应也具有重要作用，因此蛋白质含量的遗传改良可以采用累加选择。51/5152/51课后问题•中国有名的大米都有哪些？各自有什么特别的品质优点？