方志强、陆展华、王石光、刘维、卢东柏、王晓飞、何秀英等作者在2020年5月发表于《广东农业科学》的论文《稻米品质性状研究进展与应用》中,系统综述了稻米品质性状的研究进展及其在育种中的应用。该论文由广东省农业科学院水稻研究所、广东省水稻育种新技术重点实验室以及华中农业大学植物科学技术学院的研究人员共同完成。论文的主要目的是为稻米品质分析技术、品质改良及品质育种提供参考,以提高水稻品种的多样性,丰富水稻的种质资源。
论文首先介绍了稻米品质的重要性及其在育种中的目标。水稻作为中国重要的粮食作物,其品质的改善是育种工作者的长期追求。随着生活水平和消费水平的提高,人们对稻米品质的要求也在不断增加,因此改良稻米品质已成为水稻育种的重要目标。稻米品质主要包括加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质等,这些性状直接影响水稻的市场消费状况。加工品质包括糙米率、精米率和整精米率,外观品质包括千粒重、垩白度、粒型和透明度,营养品质包括蛋白质、脂肪、维生素和矿物质含量,蒸煮食味品质包括直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度和香味等。由于这些品质性状大多为复杂的数量性状,利用常规育种手段难以达到改良目的,因此近年来生物技术和米质分析方法的快速发展为品质育种提供了新的途径。
论文详细阐述了影响稻米品质的主要因素,包括环境因素、栽培条件和遗传因素。环境因素如种植条件和栽培方法对稻米品质有较大影响,同一品种在不同环境下的品质表现可能不同。例如,高温、光照不足等不利环境会导致稻米品质下降。栽培条件如移栽时间、栽种密度和施肥等也直接影响稻米品质。遗传因素则是影响稻米品质的内在因素,不同品种的品质差异主要由遗传特性决定。研究表明,稻米的加工和外观品质主要受母体基因型控制,而蒸煮食味品质性状则受主效基因和微效基因的共同调控。
论文还介绍了稻米品质分析技术,包括理化分析法、机器视觉技术和近红外光谱分析技术。理化分析法主要通过对稻米的物理性状和化学特征进行检测来评价品质,如直链淀粉含量的碘蓝比色法、胶稠度的氢氧化钾测定法等。机器视觉技术利用计算机分析图像传感器获取的试样图像,能够快速、准确地获取稻米的全部信息,如粒型和垩白度的检测。近红外光谱分析技术通过近红外光照射样品后反射的光谱来估测样品的化学成分,具有准确度高、方便快捷的优点。
在稻米品质相关基因的定位克隆方面,论文总结了多个与外观品质、加工品质、营养品质和蒸煮食味品质相关的基因及其功能。例如,TGW6基因通过控制IAA供应来限制细胞数目和籽粒长度,GW2基因编码E3泛素连接酶,其功能缺失会增加颖花外壳的宽度。此外,论文还介绍了多个与稻米品质相关的QTL(数量性状位点)定位研究,这些QTL分布在不同的染色体上,控制着糙米率、精米率和整精米率等加工品质性状。
论文进一步探讨了稻米品质相关基因在育种中的应用,包括利用杂交、回交选育品种、分子标记辅助育种、转基因技术和基因编辑技术等。例如,通过分子标记辅助选择技术,育种家可以快速筛选出具有优良品质基因的水稻品种,大大缩短育种周期。转基因技术则通过导入外源基因来调控水稻淀粉合成,改善稻米品质。基因编辑技术如CRISPR/Cas9系统则可以实现对基因组的精准修饰,为稻米品质改良提供了高效的工具。
最后,论文展望了稻米品质研究的未来方向。尽管在品质相关基因的定位克隆及品质育种方面取得了一些成就,但大部分研究仍停留在基础层面,基因在育种中的应用还较少。因此,未来需要进一步加强控制稻米品质相关基因的机理研究,挖掘优良的等位基因,并充分利用现代育种手段,将优质基因导入到水稻品种中,以达到品种改良的目的。此外,稻米品质检测分析技术的发展也将为稻米加工及贸易提供重要支持。
这篇论文系统综述了稻米品质性状的研究进展及其在育种中的应用,为稻米品质分析技术、品质改良及品质育种提供了重要的参考依据。论文不仅总结了已有的研究成果,还提出了未来的研究方向,具有较高的学术价值和实际应用意义。