一口鮮香軟糯的米飯，令人回味無窮。如何在兼顧水稻高產和氮素高效利用的前提下提高稻米品質，是培育優質水稻品種的重要挑戰。

近日，南京農業大學資源環境學院教授徐國華團隊發現，增強水稻中一種特殊基因的表達豐度，能夠在不改變水稻的生育期總時長、氮素利用效率和產量的前提下，在不同供氮水平下顯著提升稻米的蒸煮食味品質。相關成果發表於國際學術期刊《植物生物技術雜志》。

多種因素影響稻米蒸煮食味

徐國華指出，稻米品種、種植環境、栽培措施，都會影響稻米的蒸煮食味。

“稻米的品質主要由品種決定，而品種的區分主要來自稻米中澱粉、蛋白質含量和結構的差異。不同的品種，決定了稻米口感和蒸煮特性等都會有所不同。”徐國華介紹，直鏈澱粉含量越高，米飯質地越硬，黏性越低，粗糙干燥，缺乏光澤，口感較差﹔直鏈澱粉含量越低，米飯越軟且易黏結成團。所以一般認為，直鏈澱粉含量中等偏低的稻米口感最好。

“稻米中的蛋白質含量越高，澱粉粒之間的空隙就會越小，食味品質越差，蒸煮過程吸水少且慢。這會導致稻米蒸煮時間延長且無法充分糊化，煮好后的米飯黏性差，造成食味品質不好。”徐國華說。

其次，水稻種植的土壤、溫度、光照等種植環境的差異，以及施肥、栽插密度、水分管理等栽培措施的不同，都會對稻米的食味品質產生很大影響。水稻的高產優質十分依賴於氮肥的施用，然而氮肥對稻米食味品質的影響十分復雜。過量的氮肥不僅會造成一系列生態環境問題，同時會降低氮素利用效率並影響稻米品質，尤其是蒸煮食味。

“氮肥的不合理施用，還容易造成水稻生育期過短或過長，影響水稻光合作用和養分積累，進而影響水稻品質。”徐國華說。

為提高稻米品質提供基因資源

徐國華團隊利用分子生物學技術，分析水稻在揚花期時，在施加不同量的氮肥條件下，稻谷的花發育器官中基因的變化，結果發現了氮素依賴型水稻抽穗因子Nhd1。“我們發現，Nhd1能調控水稻抽穗和揚花的時間、水稻產量、氮素利用效率以及稻米口味。”徐國華說。

如何利用Nhd1，在不影響水稻高產和氮肥利用效率的情況下，讓水稻的口感、品質更好呢？“在此次研究中，我們利用Nhd1自身的基因片段，創制了其內源表達豐度得到大幅提高的水稻遺傳材料。”徐國華介紹，團隊在研究中發現，在不同施氮水平下，與受體親本品種相比，Nhd1表達豐度高的水稻，稻米的澱粉顆粒排列更鬆散，稻米中直鏈澱粉的含量、糊化溫度和蛋白質含量也顯著降低，稻米的膠稠度增加，蒸煮后更軟糯，從而提升了稻米的蒸煮食味品質。同時，Nhd1表達豐度的提高，不會改變水稻的產量、氮素利用效率和生育期。

此外，團隊在稻米品質已經相對較高的江蘇省主栽品種中也發現，Nhd1表達豐度較高的品種，稻米的蒸煮食味品質也較優良。這說明通過增強水稻內源性Nhd1的豐度，能夠在保証高產的同時，有效提高稻米的食味品質。徐國華表示，這意味著在不增加氮肥投入，不影響水稻生育期、產量的前提下，該研究為提高稻米品質的分子改良提供了新思路和基因資源。

徐國華認為，今后，育種專家在水稻優質食味品種選育時，可以考慮將Nhd1的表達豐度和對氮肥響應的程度，作為高產優質性狀的重要篩選標准。同時也可以考慮利用其作為分子標記，定向培育蒸煮食味品質優良的高產稻米品種。

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