通过中海拔地区双季加代与强化多环境选择培育抗病、稳产高产且优质的水稻品种“云粳60”

《BMC Plant Biology》：Development of disease-resistant, stable high-yielding, and high-quality rice variety “Yunjing-60” through double-cropping acceleration and intensive multi-environment selection in mid-altitude regions

　　

在当前气候变化背景下，培育兼具高产、抗病、籽粒品质与气候适应性的水稻品种，对于维持水稻生产具有关键意义。中海拔稻区面临稻瘟病、水热条件波动、倒伏以及产量—品质权衡等严峻挑战。本研究整合加速世代推进与多环境选择，旨在培育适宜中海拔栽培体系的高产、广适型水稻品种。

云粳60是通过系谱选择与双季加代相结合育成的一个新型水稻品种。其杂交组合为盛农5号×楚粳44。盛农5号具有抗稻瘟病、株型紧凑和中熟等特性；楚粳44具有高产、抗倒伏和优质米等特性。双季加代在元江实施，该地具有高温干燥气候特征；此外，在11月至翌年2月较冷月份开展温室栽培，从而实现一年多代、加快育种进程。

2022年品种比较试验表明，云粳60在农艺性状方面优于对照品种楚粳38。其有效穗密度更高，为400.5穗 m^?2；库容量更大，每穗实粒数达135粒；籽粒产量提高8.62%，达到13,290 kg ha^?1。主成分双标图证实其与关键产量构成因子密切相关。该产量优势还得到其理想株型和适宜生育期的支持。

此外，该品种对多种病原表现均优于对照品种楚粳38。其对稻瘟病表现出1级抗性，综合抗性指数为0.80；同时，对白叶枯病、纹枯病和稻曲病也表现出较高抗性。不同海拔条件下的多环境选择加速了目标性状的稳定。2023—2024年在8个生态差异明显的地点开展区域试验和生产试验，云粳60平均产量达到10,721 kg ha^?1，在生产试验中增产9.8%。在各试验环境中的加性主效应与乘性互作模型（AMMI）和基因型主效应加基因型×环境互作模型（GGE）双标图分析均证实，其平均产量和稳定性均优于楚粳38。此外，利用聚类热图（clustered heatmap）进行的多变量分析证实，其在各试验环境中始终保持较高产量表现。不同生态区中的稳定产量表明其具有良好的环境适应性和较低的基因型—环境互作。

品质评价结果表明，云粳60食味品质优异，优于国家等级标准。其糙米率为83.5%，精米率为75.2%，整精米率为73.7%；透明度达1级，直链淀粉含量为17.6%，胶稠度为70 mm。这些指标证实其具有优良的碾磨品质、外观品质和食味品质。

因此，云粳60集成了适应性性状、较高育种效率和较高市场价值。本研究所采用的方法为亚热带高原稻作系统的可持续集约化、广泛适应性提升及粮食安全保障提供了有益支撑。

《BMC Plant Biology》发表的这项研究围绕中海拔粳稻生产中的核心育种难题展开，即如何在气候波动、稻瘟病高压、倒伏风险较大以及产量与品质常存在权衡的条件下，培育兼具高产、稳产、抗病和优质特征的新品种。论文指出，水稻是全球粮食安全的基础作物，而中海拔稻区作为粳稻重要生态带，受较低温度、复杂降水条件和病害高发等因素影响，常导致现有品种在适应性、抗病性、产量稳定性和稻米品质方面难以兼顾。传统单季育种模式世代推进缓慢，不利于优良基因型快速聚合，因此有必要将加速育种与多点生态鉴定结合，以提高育种效率并保证目标性状在实际生产环境中的稳定表达。

研究人员以盛农5号和楚粳44为亲本开展杂交育种。盛农5号具抗稻瘟病、株型紧凑和中熟特性，楚粳44则兼具高产、抗倒伏和优质食味。研究采用系谱选择结合双季加代的技术路线，在云南元江这一低海拔热干河谷区进行加代，并辅以冷凉季节温室栽培，以实现一年多代，缩短育种周期。与此同时，考虑到元江生态条件与目标中海拔稻区差异显著，研究人员并未仅凭异地加代判定适应性，而是在楚雄等中海拔区域持续进行F⁵—F⁸世代定向选择，对株高、穗长、每穗粒数、结实率、熟期及抗病性等综合农艺表现进行连续鉴定，最终筛选出性状整齐、表现稳定的候选品系云粳60。论文的核心结论是：云粳60在中海拔生态条件下兼具高产、较强病害抗性、优良稻米品质和良好环境稳定性，且双季加代联合多环境选择是提高育种效率和实现多目标性状聚合的有效模式。

本研究主要采用以下关键技术方法：一是以盛农5号×楚粳44构建杂交组合，实施系谱法（pedigree selection）连续选择；二是在云南元江低海拔热区和温室中开展双季加代（double-cropping acceleration），加快F²—F⁴世代推进；三是在楚雄等中海拔目标生态区进行F⁵—F⁸农艺定向选择；四是于2022年开展品种比较试验，2023—2024年在云南8个中海拔点位开展区域试验，并于2024年在5个生产区开展生产试验；五是由云南省作物品种抗病性鉴定站对主要病害进行统一鉴定；六是采用主成分分析（PCA）、AMMI、GGE双标图及聚类热图对产量表现与稳定性进行统计分析。

一、Agronomic performance and yield traits in the variety comparison trial in 2022
该部分基于2022年楚雄品种比较试验，比较了包括云粳60在内的8个新育成品系与对照楚粳38的综合表现。结果显示，云粳60具有较理想的株型，株高96.7 cm，分蘖能力强，最高分蘖数和有效穗数分别达到427.5穗 m^?2和400.5穗 m^?2。其生育期为168 d，略长于楚粳38的163 d，但形成了更大的产量库容：总粒数152.8粒/穗、实粒数135.0粒/穗、结实率88.4%。虽然千粒重24.8 g低于对照的26.7 g，但凭借更高的穗数和每穗实粒数，实现13,290 kg ha^?1的最高产量，较楚粳38增产8.62%。研究据此认为，云粳60的高产优势主要来源于群体穗数、穗粒结构和灌浆结实能力的协同优化。

二、Principal component analysis
研究人员进一步利用主成分分析（PCA）解析农艺性状与基因型关系。前两个主成分累计解释71.92%的总变异，其中PC1解释47.04%，PC2解释24.88%。结果表明，云粳60与每穗实粒数、每穗总粒数、分蘖数、有效穗数和产量等关键产量性状密切关联，而与过高株高和过长生育期等性状保持适度距离。这说明该品种在保持中等株高和适宜熟期的同时，实现了高穗生产力和较好的株型配置，验证了其高产并非单一性状驱动，而是多个产量构成因子协调作用的结果。

三、Grain yield in regional and production trials 2023–2024
在2023—2024年由云南省作物品种审定委员会组织的区域试验中，研究人员于8个中海拔地点、连续两年评价8个参试基因型。联合方差分析表明，基因型、环境及基因型×环境互作（G×E）对产量均有极显著影响，且环境效应贡献最大，说明试验区间生态差异对产量形成影响显著，同时不同基因型对环境变化响应不一。尽管如此，云粳60在多环境中仍保持较优表现：2023年产量10,832 kg ha^?1，较对照增产1.32%；2024年产量10,163 kg ha^?1，较对照增产7.38%；两年平均10,497 kg ha^?1，增产4.17%。2024年5个生产点700 m²规模的生产试验中，云粳60平均产量达10,214 kg ha^?1，较楚粳38增产9.80%，说明其高产优势不仅在科研试验小区中存在，也可延伸至较大田块生产条件。

四、AMMI analysis
通过AMMI分析，研究人员评估了不同基因型在16个区域试验环境中的稳定性。前两个互作主成分分别解释35.46%和25.36%的G×E互作平方和，累计解释60.82%，能够反映大部分结构性互作变异。云粳60在双标图中靠近原点，说明其环境互作效应较小，表现出较好的产量稳定性和广泛适应性。相较之下，部分品系距离原点较远，表明对特定环境更敏感、稳定性较弱。该结果说明云粳60不是仅在个别地点高产，而是在多种中海拔生态条件下均能较稳定发挥。

五、GGE analysis
研究人员又整合21个环境的区域与生产试验数据，开展GGE双标图分析。前两个主成分解释65.64%的基因型表现总变异。云粳60位于PC1正向且接近PC2原点，反映其平均产量高且G×E互作低，属于高产稳产型基因型。比较双标图进一步显示，云粳60最接近“理想基因型”位置，优于对照楚粳38及其他参试品系，说明其兼具高平均产量和高稳定性。该分析从多环境统计角度强化了云粳60广适性强、生态适应范围广的结论。

六、Heatmap and hierarchical clustering analysis
聚类热图从可视化角度展示了各基因型在21个环境中的产量模式。云粳60在多数试验环境中表现为高值区，并在聚类树状图中独立成簇，与其他品系和对照明显区分，表明其在不同中海拔生态点位上具有一致的高产表达。相比之下，部分材料聚为低产组，环境适应范围相对有限。该结果与AMMI和GGE分析相互印证，共同说明云粳60具有优良的稳定高产特征。

七、Evaluation of major rice diseases in Xishuangbanna in 2023
在病害抗性评价中，研究人员将包括云粳60在内的8个品系送至云南省作物品种抗病性鉴定站统一鉴定。结果显示，云粳60对稻瘟病表现出1级抗性，穗瘟损失率为1，综合抗性指数0.80，明显优于楚粳38的中感水平。与此同时，云粳60对白叶枯病均为1级，对纹枯病和稻曲病也为1级高抗，而楚粳38在这些病害上仅表现为中抗或中感。研究据此认为，云粳60在中海拔高湿、病原压力较大的生态背景下具有明显的抗病优势，有助于降低病害风险并减少对化学防治的依赖。

八、Quality test in 2023
品质测定结果表明，云粳60在加工品质、外观品质和食味品质方面均达到较高水平。其糙米率83.5%、精米率75.2%、整精米率73.7%，均达到或超过国家优质稻标准；垩白粒率8.0%，透明度1级，说明外观商品性较好；直链淀粉含量17.0%，胶稠度70 mm，煮食表现为较软、口感较佳。研究表明，云粳60不仅具备生产性状优势，也具有较高市场价值和消费适口性，符合优质食味粳稻的选育方向。

讨论部分主要围绕育种策略有效性、亲本性状互补性、云粳60的产量形成基础、抗病优势、品质表现以及多环境稳定性展开。论文认为，双季加代显著缩短了育种周期，而与中海拔目标区域持续系谱选择和多点试验结合，则避免了单纯追求加代速度而忽视目标生态适应性的局限。云粳60的成功选育体现了抗病亲本与高产优质亲本杂交后，通过连续选择实现多性状聚合的可行性。其高产主要依赖较高有效穗数和较多每穗实粒数，而非单纯依赖较大粒重；同时，其在多环境中的稳定高产与较低G×E互作共同支撑了其推广潜力。论文也指出，病害鉴定主要在一个授权地点完成，品质评价主要基于一个季节结果，因此现有结论更能证明其在研究条件下的优良表现。总体而言，研究显示云粳60是一个适合中海拔稻区的高产、稳产、抗病、优质新品种，而加速世代推进联合多环境选择是一种切实有效的水稻育种模式。

结论部分可译为：
本研究通过强化系谱选择，并结合双季加代和多环境试验，育成了一个适用于中海拔生产系统的水稻新品种云粳60。该类区域通常具有稻瘟病压力大、易倒伏和气候诱导产量不稳定等特征。该品种对稻瘟病表现为1级抗性，并对白叶枯病、纹枯病和稻曲病表现出较高抗性。在多种中海拔生态条件下，云粳60相较商业对照品种及其他高级品系均表现出产量优势。同时，该品种在不同中海拔试验点具有稳定产量，适应多样生态条件。主成分分析双标图和聚类热图为其优良性状组合及跨环境持续高产提供了可视化证据。GGE双标图分析进一步表明，该品种具有较高产量潜力和良好稳定性，且基因型×环境互作较低。此外，云粳60还具有优良的碾磨品质和食味品质，包括适宜的直链淀粉含量和胶稠度。因此，该品种有望减少杀菌剂依赖，并在多变高原生态条件下维持稳定生产力。本研究结果证实，加速世代推进是一种高效育种模式，能够在当前全球气候压力下通过聚合优良性状缩短育种周期。未来研究应进一步整合分子水平鉴定，以验证抗病基因和品质等位变异，从而更深入阐明云粳60表型表现的遗传基础。