CN109042294A - 一种红色胚乳水稻的选育方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红色胚乳水稻的选育方法，该方法以富含淀粉‑脂肪复合体的水稻为亲本A，红色种皮的水稻为亲本B，以亲本B为母本，与亲本A杂交，获F₁代；再与亲本A回交，获BC₁F₁代；自交，获得BC₁F₂代种子，选留红色种皮籽粒，构建加倍单倍体；再依次种植DH₁～DH₃代自交，以浅黄色种皮、红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉‑脂肪复合体形式存在为筛选指标收获红色胚乳水稻。本发明选育获得的水稻不仅具有浅黄色种皮、红色胚乳、高淀粉‑脂肪复合体含量和高花青素含量的优点，而且花青素在食用胚乳部分有效表达，无需利用食品着色剂就可以开发红色米线等天然彩色产品，特别符合人们对食品天然、健康的总要求。

Description

一种红色胚乳水稻的选育方法

技术领域

本发明涉及水稻育种技术领域，尤其涉及一种红色胚乳水稻的选育方法。

背景技术

花青素又称花色素，是一种天然色素，广泛用于食品着色、染料、医药、化妆品等方面。花青素属于生物类黄酮物质的植物营养素，不仅具有很强的自由基清除能力和抗氧化能力，也具有降低酶的活性和抗变异等活性分子，对人体的健康具有重要的保健功能。

包括红米、黑米、紫米等在内的彩色特种米就富含花青素，是我国传统食补的主要素材，有研究致力于彩色特种水稻的选育。

申请公布号为CN102524052A的发明专利申请公开了一种具有产彩色米功能稻的选育方法，所述选育方法包括以下步骤：(1)选择三系保持系B作母本与黑米稻父本杂交，杂种一代与保持系B多代回交，选育含黑种皮且其它性状与保持系B一致的保持系黑B；(2)用与三系保持系B相对应的不育系A与保持系黑B杂交生产不育系黑A，含杂合黑种皮基因；(3)用不育系黑A与恢复系巨胚糯R杂交生产杂种F 1代种子“杂F1”，同时含杂合黑种皮、巨胚和糯基因；(4)杂种F1代种子“杂F1”即作为生产用种。

申请公布号为CN102630557A的发明专利申请公开了一种功能型配方稻米品种的选育方法；该发明选用生产上推广面积较大且品质好的水稻品种作轮回亲本，分别与黑米稻、紫米稻、红米稻、糯稻、巨胚稻杂交，后代与轮回亲本多代回交，选育农艺性状与轮回亲本相近，且分别具有黑米、紫米、红米、糯米、巨胚米性状的近等基因系品系，按一定比例混合而成配方米的生产用种。

但令人遗憾的是，天然的所谓彩色米的花青素等一般只存在于种皮中，亦即日常食用的富含花青素都是糙米，为此其口感和蒸煮特性都较差。

日常生活中，人们食用的都是精白米，主要为胚乳，并不含花青素；即稻谷进行精加工研磨去掉种皮(麸糠)变成精米之后，就基本上完全丧失了种皮含有的花青素等营养成分。因此，如能在精白米中进行功能性的营养强化产生花青素，则可以解决上述问题，增加精米的营养品质和经济价值。

为了实现上述目标，我国科学院院士刘耀光课题组率先通过农杆菌介导的水稻遗传转化，在粳稻(ZH11)和籼稻(HG1)中实现了花青素在胚乳的特异合成，首次创造出具有高抗氧化活性的转基因黑色胚乳水稻“紫晶米”。遗憾的是，在当前背景下，转基因黑色胚乳水稻“紫晶米”的商业化很难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红色胚乳水稻的选育方法，该方法选育获得的水稻的食用胚乳部分为红色，且胚乳中富含花青素，无需利用食品着色剂就可以开发红色米线等天然红彩色产品，特别符合人们对食品天然、健康的总要求。

具体技术方案如下：

一种红色胚乳水稻的选育方法，包括：

(1)以富含淀粉-脂肪复合体的水稻为亲本A，具有红色种皮的水稻为亲本B，以亲本B为母本，与亲本A杂交，获得F₁代种子；

(2)种植F₁代，与亲本A回交，获得BC₁F₁代；

(3)种植BC₁F₁代，自交，获得BC₁F₂代种子；

(4)选择BC₁F₂代中种皮为红色的籽粒进行种植，构建加倍单倍体群体DH₀，按单株收获DH₁代种子；

(5)种植DH₁代，自交，成熟时以非红色种皮、粗脂肪含量≥2％为筛选指标，收获DH₂代；

(6)种植DH₂代，自交，以非红色种皮、红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在和农艺性状为筛选指标，收获DH₃代；

(7)种植DH₃代，自交，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在、农艺性状和产量为筛选指标，收获DH₄代；

(8)种植DH₄代，自交，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在、农艺性状、产量和花青素为筛选指标，获得定型的红色胚乳水稻。

其中，上文所述的粗脂肪是指胚乳中与淀粉结合的脂肪和非淀粉结合的两类脂肪的总含量，淀粉-脂肪复合体是指脂肪与淀粉结合在一起形成的复合物，亦即与淀粉结合的脂肪；粗脂肪的含量以及淀粉-脂肪复合体的含量均以精米的质量为基准。

包括红米、黑米、紫米等在内的彩米，都富含花青素。花青素为生物类黄酮物质，在脂肪中具有非常好的溶解积累特性。大米中脂肪包括与淀粉结合的脂肪和非淀粉结合脂肪的两类。大米中的花青素要在胚乳中有效积累并在大米制品中仍然保存，红色素以淀粉-脂肪复合体途径形成积累是关键。

本发明充分考虑了红色素的脂溶特性，利用红色素在高淀粉与脂肪复合形式下可以在胚乳中有效积累，提供一种红色胚乳水稻的选育方法，为非转基因红色胚乳保健水稻选育及其利用奠定基础。

作为优选，所述亲本A的粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在。

作为优选，所述的亲本A为ZDR-hal-01。

ZDR-hal-01是浙江大学原子核农业科学研究所和海宁康瑞生物科技有限公司合作选育的特殊用途水稻，可购自浙江大学原子核农业科学研究所。该水稻脂肪含量高(2.3％)，且80％的脂肪以淀粉-脂肪复合体的形式存在，大米种皮为正常的浅黄色，胚乳为正常白色。

作为优选，所述的亲本B为浙大红珍。

浙大红珍是浙江大学原子核农业科学研究所选育的特种红米水稻，可购自该所。该水稻种皮为红色，胚乳为正常白色，脂肪含量低(0.1％)，脂肪主要非淀粉-脂肪复合体的形式存在。

选用ZDR-hal-01、浙大红珍杂交配组，选育的红色胚乳水稻，系正常浅黄色种皮、红色胚乳、高淀粉-脂肪复合体的有效组合，富含花青素，且在日常食用的胚乳中表达。

作为优选，步骤(4)中，采用花药培养的方式构建加倍单倍体群体。

作为优选，步骤(6)～(8)中，所述农艺性状包括全生育期、株高、分蘖、穗长、每穗粒数、结实率和千粒重。

更优选，所述全生育期为130天以内，所述株高105cm左右，结实率≥90％，千粒重25g左右。

作为优选，步骤(7)～(8)中，所述产量≥400公斤/亩。

本发明选育的品种由于具有非常高的脂肪含量(2％)，是普通水稻品种的4-5倍，一定程度上影响了产量，所述在筛选过程中控制产量≥400公斤/亩即可。

农艺性状上，由于淀粉-脂肪复合体(淀粉类脂肪)形成和积累的时间较长，以及随后色素形成和积累都是在籽粒灌浆成熟的后期，所以选育品种的全生育期不能太长(130天以内)，以免后期低温和不良天气影响灌浆成熟。株高应适中(105厘米左右)抗倒伏，以免影响籽粒饱满；分蘖中等、穗大小均称，一般穗不易过长、每穗粒数中等，以保障籽粒品质均匀、熟度一致；结实率高，在90％以上；千粒重适中(25克左右)，以免过大过小影响积累和产量。

步骤(8)中，以精米干重为基准，所述花青素含量≥0.4mg/g dw。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明选育的红色胚乳水稻，具有红色胚乳、高淀粉-脂肪复合体含量和高花青素含量的优点，而且花青素在食用胚乳部分有效表达，无需利用食品着色剂就可以开发红色米线等天然彩色产品。

(2)本发明采用与高淀粉-脂肪复合体亲本回交的策略，充分考虑了花青素的脂溶特性，保障高淀粉-脂肪复合体和红色胚乳的选择比例。

具体实施方式

1、育种材料：

(1)亲本A为ZDR-hal-01。ZDR-hal-01是浙江大学选育的特殊用途水稻，可购自浙江大学原子核农业科学研究所。该水稻的脂肪含量高达2.3％，且脂肪主要以淀粉-脂肪复合体的形式存在，大米种皮为正常的浅黄色，胚乳为正常白色。

(2)亲本B为浙大红珍。浙大红珍是浙江大学原子核农业科学研所选育的特种红米水稻，可购自该所。该水稻种皮为红色，胚乳为正常白色，脂肪含量低，脂肪主要以非淀粉-脂肪复合体的形式存在。

2、脂肪含量的测定

脂肪含量测定参照国家标准-食品中脂肪的测定(GB 5009.6-2016)；淀粉-脂肪复合体通过测定淀粉类总脂肪含量，参照国家标准-淀粉总脂肪测定(GB/T 22427.3-2008)进行检测。

3、红色胚乳水稻的选育过程为：

(1)2013年春季，海南陵水，以浙大红珍为亲本B，作母本，与亲本A(ZDR-hal-01)杂交，得F₁(浙大红珍/ZDR-hal-01)代种子7粒；

(2)2013年夏秋季，浙江杭州，种植F₁(浙大红珍/ZDR-hal-01)代植株7株，以亲本A(ZDR-hal-01)为父本进行回交，获得BC₁F₁(浙大红珍/ZDR-hal-01//ZDR-hal-01)代植株3株；

(3)2014年春季，海南陵水，种植回交BC₁F₁(浙大红珍/ZDR-hal-01//ZDR-hal-01)代3株，自交，获得BC₁F₂代种子328多粒；

(4)2014年夏秋季，浙江杭州，先观察BC₁F₂代籽粒，选留红色种皮籽粒207粒进行种植，对表现明显偏粳型的植株31株，采用花药培养构建加倍单倍体群体DH₀，按单株收获DH₁代216个；

(5)2015年冬春季，海南陵水，种植DH₁代，自交，成熟时先观察DH₁代籽粒，选留非红色种皮、红色胚乳39个，并测定粗脂肪含量，以非红色种皮、红色胚乳、粗脂肪含量≥2％为筛选指标，选择DH₂代19个；

(6)2015年夏秋季，浙江杭州，种植DH₂代，自交，以非红色种皮、红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在连续选择的同时，获得熟期与农艺性状好的优良株系7个DH₃代；

(7)2016年夏秋季，浙江杭州，种植DH₃代，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在以及农艺性状连续选择的同时，获得产量符合预期的品系3个，得到DH₄代；

(8)2017年夏秋季，浙江杭州，种植DH₄代，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在、农艺性状、产量和花青素≥0.3mg/g dw连续选择的同时，获得富含花青素的品系1个，即得到定型的红色胚乳水稻。

各个世代中一些性状指标记录如表1所示。

表1各世代性状选择的筛选记载情况表

本实施例选育的定型水稻主要的指标：正常浅黄色种皮、红色胚乳、高淀粉-脂肪复合体的有效组合，有效聚合了两个亲本的优良性状，并在胚乳中富含花青素。而亲本A(ZDR-hal-01)种皮为正常的浅黄色，胚乳为正常白色，粗脂肪含量2.3％，且70％的脂肪以淀粉-脂肪复合体的形式存在；亲本B(浙大红珍)种皮为红色，胚乳为正常白色，脂肪含量为0.1％。

在上述筛选得到定型产品后，又对其多种营养指标进行了测定，定型产品及其亲本指标测定见表2。

表2中各个指标的测定方法如下所示：脂质：GB/T5009.6-2003；直链淀粉：GB/T15683-2008；花青素：GB/T 22244-2008；维生素A：GB/T5009.82-2003；维生素B1：GB/T5009.84-2003；维生素B2：GB/T5009.85-2003；维生素E：GB/T5009.82-2003；钙：GB/T5009.92-2003；铁：GB/T5009.90-2003；锌：GB/T5009.14-2003。

表2ZDR-hal-01、浙大红珍和定型产品的主要营养成分比较

由表2中的数据可知，在定型产品中，营养成分上，定型产品聚合2个亲本的优点，富含脂肪、花青素、直链淀粉。VA的含量高于亲本。定型水稻的产量为422公斤/亩。

因此，本定型水稻比亲本产品不仅因富含花青素而具有良好的抗氧化功能，直链淀粉高且富含脂肪，不但可以米线等深加工产品而且颇具风味，有利于产品提质增效。

Claims (8)

1.一种红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，包括：

(1)以富含淀粉-脂肪复合体的水稻为亲本A，具有红色种皮的水稻为亲本B，以亲本B为母本，与亲本A杂交，获得F₁代种子；

(2)种植F₁代，与亲本A回交，获得BC₁F₁代；

(3)种植BC₁F₁代，自交，获得BC₁F₂代种子；

(4)选择BC₁F₂代中种皮为红色的籽粒进行种植，构建加倍单倍体群体DH₀，按单株收获DH₁代种子；

(5)种植DH₁代，自交，成熟时以非红色种皮、粗脂肪含量≥2％为筛选指标，收获DH₂代；

(6)种植DH₂代，自交，以非红色种皮、红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在和农艺性状为筛选指标，收获DH₃代；

(7)种植DH₃代，自交，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在、农艺性状和产量为筛选指标，收获DH₄代；

(8)种植DH₄代，自交，以红色胚乳、粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在、农艺性状、产量和花青素为筛选指标，获得定型的红色胚乳水稻。

2.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，所述亲本A的粗脂肪含量≥2％且70％以上以淀粉-脂肪复合体形式存在。

3.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，所述的亲本A为ZDR-hal-01。

4.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，所述的亲本B为浙大红珍。

5.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，步骤(4)中，采用花药培养的方式构建加倍单倍体群体。

6.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，步骤(6)～(8)中，所述农艺性状包括全生育期、株高、分蘖、穗长、每穗粒数、结实率和千粒重。

7.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，步骤(7)～(8)中，所述产量≥400公斤/亩。

8.根据权利要求1所述的红色胚乳水稻的选育方法，其特征在于，步骤(8)中，以精米干重为基准，所述花青素含量≥0.4mg/g dw。