镇江地区5个粳稻品种产量因素及穗粒数相关基因差异分析

摘要 研究镇江地区5个不同品种粳稻在产量及其构成因素上的差异，并分析穗粒数相关基因序列对产量的影响。对镇稻11、宁粳3、宁粳6、武运粳24和武运粳23品种进行田间试验，结果显示，武运粳23在一次枝梗数和穗粒数上表现优异，产量最高。相关性分析显示，参试品种株高与产量呈显著负相关，而一次枝梗数和穗粒数与产量呈显著正相关。基因比较分析结果显示，关键基因DEP1、Ghd7、Gn1a、OsGA20ox1和NOG1在参试品种与高产品种之间存在氨基酸变异，但在参试品种内部无序列差异。5个参试品种中，在镇江地区推广武运粳23能够获得更高的产量效益。

关键词 粳稻；产量；一次枝梗数；穗粒数；序列比较

中图分类号 S 511.2+2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）05-0014-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.004

Difference Analysis of Yield Factors and Spikelet Number-Related Genes of Five Japonica Rice Varieties in the Zhenjiang Region

YIN Cong-fei， SHI Pei-hua， ZHANG Jian-xiang et al

（School of Agronomy and Horticulture， Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry， Jurong， Jiangsu 212400）

Abstract We investigated the differences in yield and its component factors among five different Japonica rice varieties in the Zhenjiang region and analyzed the impact of spikelet number related gene sequences on yield.Field experiments were conducted on the varieties of Zhendao 11， Ningjing 3， Ningjing 6， Wuyunjing 24， and Wuyunjing 23. Results showed that Wuyunjing 23 exhibited excellent performance in terms of primary branch number and spikelet number per panicle， yielding the highest production. Correlation analysis revealed that plant height was significantly negatively correlated with yield， while primary branch number and spikelet number per panicle were significantly positively correlated with yield. Comparative gene analysis indicated that key genes DEP1， Ghd7， Gn1a， OsGA20ox1， and NOG1 exhibited amino acid variations between the tested varieties and high-yield varieties， but there were no sequence differences within the tested varieties.Among the five tested varieties， Wuyunjing 23 in the Zhenjiang region could achieve higher yield benefits.

Key words Japonica rice;Yield;Primary branch number;Spikelet number;Sequence comparison

稻米是全球最重要的粮食作物之一，尤其在中国，担负着重要的粮食安全使命。随着人口的增长和经济的发展，提高水稻产量已成为农业研究的热点问题。江苏是我国水稻主产区之一，自20世纪90年代实施“籼改粳”工程以来，近年全省粳稻种植面积约190万hm2，占全国粳稻总面积的26%，产量占江苏省水稻总产量的85%［1-3］。

当前粳稻的品质已经得到大幅度的提高，但产量提高较难突破；因此进一步培育高产优质的粳稻品种仍是江苏省急需解决的问题［4］。单位面积穗数、每穗实粒数和千粒重这3个产量因素是影响水稻产量的重要因素［5-6］。以上产量三因素中，有效分蘖数决定了单株穗数；一级枝梗数目和二级枝梗数目及小穗数共同决定了每穗粒数；水稻种子粒重又直接受到粒长、粒宽、粒厚和籽粒灌浆程度的影响。这3个内部要素之间相辅相成，共同决定水稻的产量。当前，不同研究者对这3个构成因素的变化与产量的关系进行了大量的研究，结果不尽一致。江银荣等［7］通过对江苏省14个粳稻品种进行关联度分析，发现单位面积穗数对产量的作用最大，每穗实粒数和千粒重次之。陈伟等［8］对2012—2021年江苏省审定的164个粳稻品种的产量构成因素与产量进行相关分析，发现产量构成因素的变异系数为穗粒数>穗数>千粒重；产量构成因素与产量的相关程度为穗粒数>千粒重>穗数。王桂艳等［9］对铁岭市农业科学院近20年审定的水稻品种分析发现，株高与生物产量呈显著正相关，有效穗数与产量呈正相关，每穗粒数与产量呈极显著正相关。钱建南等［10］对14个水稻品种进行分析后发现，千粒重是影响东台推广水稻品种产量的主要因素，成穗率对产量的影响较小。水稻产量性状是一个复杂综合的数量性状，除与产量构成三要素相关外，还受其他性状制约，如不同品种、熟期及其肥力水平等［11-13］。

关于镇江地区主栽粳稻品种产量性状及其相关因素和穗粒数相关基因的差异关系，目前报道较少。鉴于此，笔者以镇江地区主栽的5个粳稻品种为材料，就产量构成因素与产量的相关关系进行分析，并与穗粒数高产变异序列进行比较，以期为镇江市粳稻高产育种与高产栽培及育种措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用镇江地区常见的5个粳稻品种，分别是镇稻11（品种1）、宁粳3（品种2）、宁粳6（品种3）、武运粳23（品种4）和武运粳24（品种5）。

1.2 试验设计

试验在江苏农林职业技术学院粮油基地实施，采用随机区组设计，共设5个水稻品种处理，以镇稻11为对照品种，3次重复，小区面积5.6 m2。2021年5月8日旱育秧，苗床播量为225 kg/hm2，6月15日移栽，密度为20 cm×18 cm，每穴栽插2株苗。整地时施三元复合肥600 kg/hm2，尿素150 kg/hm2，于大田分蘖始期、长穗期分别施尿素150、75 kg/hm2。病虫草害及水分等均统一管理，管理措施同大田生产。2022年在同一地点进行重复试验。

1.3 测定项目与方法

蜡熟期对每小区进行单位面积有效穗数统计，完熟后每小区3点取样考察株高、穗部性状、产量构成因素等；分小区收割，脱粒计产。

1.4 穗粒数相关基因编码序列测定

水稻RNA提取按照HiPure Universal RNA Mini Kit说明进行，按照MonScriptTM RTIII Super Mix with dsDNase要求进行cDNA反转。利用Q5高保真DNA聚合酶进行PCR扩增，扩增引物见表1；扩增得到的PCR产物经过验证后直接进行测序分析。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 进行数据整理及作图，使用 SPSS Statistics 20软件对数据进行方差分析及相关性分析，使用SnapGene V5进行序列整理及比对分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种粳稻产量及其构成因素

5个粳稻品种的产量及其构成因素见表2。由表2可知，不同品种水稻产量之间差异显著（P<0.05），从高到低依次是武运粳23>镇稻11>武运粳24>宁粳6>宁粳3；5个粳稻品种的平均产量为6.85 kg/区，变化幅度为5.88～8.03 kg/区。宁粳3和宁粳6的株高显著高于其他3个品种，分别为108.01和110.01 cm，其余3个品种株高在98.42～101.31 cm，无显著差异。从水稻单位面积的有效穗数来看，镇稻11有效穗数最多，达325.71个/m2，显著高于其他4个品种；宁粳6有效穗数最少，平均只有253.21个/m2，但宁粳3、宁粳6、武运粳23和武运粳24的有效穗数并无显著差异。参试的5个粳稻品种穗长之间无显著差异，均在18.04～19.00 cm。从一次枝梗数来看，武运粳23和武运粳24一次枝梗数较多，并显著高于镇稻11和宁粳3，其中武运粳23达14.62个，而宁粳3平均只有9.02个。穗粒数最多的是武运粳23，达181.53粒；而宁粳3最少，只有137.93粒；武运粳24穗粒数平均有169.21粒，与武运粳23、镇稻11和宁粳6差异不显著。5个粳稻品种的粒长和粒宽无显著差异，分别在7.23～7.44和3.17～3.28 mm；武运粳23粒厚最大，达2.41 mm，显著高于镇稻11、宁粳3和武运粳24。

2.2 水稻产量与其构成因素的相关性分析

水稻产量与其构成因素的相关分析结果见表3。由表3可知，参试的5个粳稻品种的产量与水稻一次枝梗数和穗粒数均呈显著正相关关系，其中产量与穗粒数的相关系数最大（R=0.63）；穗粒数与穗长、一次枝梗数呈极显著正相关，相关系数分别为0.66和0.63，这5个粳稻品种的粒形因素与产量不相关。此外，在5个测试的粳稻品种中，株高与产量呈极显著负相关（R=-0.75）；株高与穗长、一次枝梗数和穗粒数均呈极显著负相关，其相关系数分别为-0.39、-0.54和-0.57。但对参试粳稻的株高和千粒重进行相关性分析发现，株高与千粒重呈极显著正相关（R=0.66）。

2.3 产量相关基因序列比较分析

当前，已经有大量研究对水稻产量相关基因进行了挖掘及功能分析，了解影响水稻产量的单倍型及其序列特征［14-15］。鉴于5个粳稻品种在穗粒数这一产量因素上表现出最大差异，针对穗粒数有重要影响的DEP1（LOC_Os09g26999）、Ghd7（LOC_Os07g15770）、Gn1a（LOC_Os01g10110）、OsGA20ox1（Os03g0856700）和NOG1（LOC_Os01g54860）编码序列（CDS）进行测序，并与高产等位变异序列进行对比［16-20］。结果表明，5个参试粳稻品种的穗粒数相关基因DEP1、Ghd7、Gn1a、OsGA20ox1和NOG1的编码序列完全一致，但与高产等位变异均有不同程度的差异（图1）。5个粳稻品种的Ghd7基因编码的蛋白与来自明恢63的高产等位基因编码的蛋白相比，在122、136、174和233位均发生了氨基酸变异（图1a）；5个粳稻品种Gn1a编码的蛋白与高产品种Habataki相比，在54、74、116和534位发生氨基酸的变异（图1b）；5个粳稻品种OsGA20ox1编码的氨基酸序列与高产品种Teqing相比，仅在第41位有氨基酸的差异（图1c）；5个粳稻品种NOG1编码的氨基酸序列与高产品种Guichao2相比，其在第346位出现差异，表现为高产品种Guichao2在第346位缺失了1个谷氨酸（图1d）。对DEP1基因分析发现，5个粳稻品种与高产变异类型完全一致，但与日本晴有较大差异，均表现出提前终止的现象（图1e）。