水稻特殊基因成就香糯好饭

本文转自：科技日报

◎本报记者 金 凤

一口鲜香软糯的米饭，令人回味无穷。如何在兼顾水稻高产和氮素高效利用的前提下提高稻米品质，是培育优质水稻品种的重要挑战。

近日，南京农业大学资源环境学院教授徐国华团队发现，增强水稻中一种特殊基因的表达丰度，能够在不改变水稻的生育期总时长、氮素利用效率和产量的前提下，在不同供氮水平下显著提升稻米的蒸煮食味品质。相关成果发表于国际学术期刊《植物生物技术杂志》。

多种因素影响稻米蒸煮食味

徐国华指出，稻米品种、种植环境、栽培措施，都会影响稻米的蒸煮食味。

“稻米的品质主要由品种决定，而品种的区分主要来自稻米中淀粉、蛋白质含量和结构的差异。不同的品种，决定了稻米口感和蒸煮特性等都会有所不同。”徐国华介绍，直链淀粉含量越高，米饭质地越硬，黏性越低，粗糙干燥，缺乏光泽，口感较差；直链淀粉含量越低，米饭越软且易黏结成团。所以一般认为，直链淀粉含量中等偏低的稻米口感最好。

“稻米中的蛋白质含量越高，淀粉粒之间的空隙就会越小，食味品质越差，蒸煮过程吸水少且慢。这会导致稻米蒸煮时间延长且无法充分糊化，煮好后的米饭黏性差，造成食味品质不好。”徐国华说。

其次，水稻种植的土壤、温度、光照等种植环境的差异，以及施肥、栽插密度、水分管理等栽培措施的不同，都会对稻米的食味品质产生很大影响。水稻的高产优质十分依赖于氮肥的施用，然而氮肥对稻米食味品质的影响十分复杂。过量的氮肥不仅会造成一系列生态环境问题，同时会降低氮素利用效率并影响稻米品质，尤其是蒸煮食味品质。

“氮肥的不合理施用，还容易造成水稻生育期过短或过长，影响水稻光合作用和养分积累，进而影响水稻品质。”徐国华说。

为提高稻米品质提供基因资源

徐国华团队利用分子生物学技术，分析水稻在扬花期时，在施加不同量的氮肥条件下，稻谷的花发育器官中基因的变化，结果发现了氮素依赖型水稻抽穗因子Nhd1。“我们发现，Nhd1能调控水稻抽穗和扬花的时间、水稻产量、氮素利用效率以及稻米口味。”徐国华说。

如何利用Nhd1，在不影响水稻高产和氮肥利用效率的情况下，让水稻的口感、品质更好呢？“在此次研究中，我们利用Nhd1自身的基因片段，创制了其内源表达丰度得到大幅提高的水稻遗传材料。”徐国华介绍，团队在研究中发现，在不同施氮水平下，与受体亲本品种相比，Nhd1表达丰度高的水稻，稻米的淀粉颗粒排列更松散，稻米中直链淀粉的含量、糊化温度和蛋白质含量也显著降低，稻米的胶稠度增加，蒸煮后更软糯，从而提升了稻米的蒸煮食味品质。同时，Nhd1表达丰度的提高，不会改变水稻的产量、氮素利用效率和生育期。

此外，团队在稻米品质已经相对较高的江苏省主栽品种中也发现，Nhd1表达丰度较高的品种，稻米的蒸煮食味品质也较优良。这说明通过增强水稻内源性Nhd1的丰度，能够在保证高产的同时，有效提高稻米的食味品质。徐国华表示，这意味着在不增加氮肥投入，不影响水稻生育期、产量的前提下，该研究为提高稻米品质的分子改良提供了新思路和基因资源。

徐国华认为，今后，育种专家在水稻优质食味品种选育时，可以考虑将Nhd1的表达丰度和对氮肥响应的程度，作为高产优质性状的重要筛选标准。同时也可以考虑利用其作为分子标记，定向培育蒸煮食味品质优良的高产稻米品种。