本发明涉及水稻育种技术领域，尤其涉及一种高锌营养安全水稻品种的选育方法。
背景技术：
锌被美誉为“生命之花”，是许多金属酶的组成成分或一些酶的激活剂，参与人体80多种生命代谢，具有提高智力、促进生长发育、改善味觉、促进食欲、增强机体免疫力等多种功能。锌主要存在于海产品和动物内脏中，而其它食物的含锌量很少。
who和fao组织建议，每日锌的摄入量应为15mg以上。而米饭是我国人民一日三餐的主食。目前，市售的普通大米中锌的含量平均仅为10mg/kg，正常吃饱不可能满足人体对锌的需求。
所以，有必要开展高锌水稻的育种，通过实施膳食策略，从源头满足人体对锌营养的需求，这对于减轻和改善人体锌缺乏现状而言具有重要意义。
重金属镉(cd)是一种毒性极强的累积性肾毒素和致癌物，稻米中的镉(cd)是以稻米为主食的人群摄入cd的最主要来源。铅污染对儿童的危害严重，可造成儿童神经系统、造血器官和肾脏等组织器官发生明显变化，并且儿童体内血铅含量的高低会于儿童智力(iq)成反比关系。
因此，加强高锌含量、低重金属累积的水稻新品种的选育，将更有利于推动安全营养型农产品的产业化发展。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高锌营养安全水稻品种的选育方法，该方法选育获得的水稻品种的精米中不仅具有较高含量的锌元素，铁、钾元素的含量也高于亲本，而且重金属元素(汞、砷、铅、镉)含量极低，尤其是镉元素，该选育方法可用于开发高锌结合低镉和低铅的水稻新品种，在为广大婴幼儿童和孕妇提供高锌营养米的同时，也提供更为安全放心的低重金属稻米。
具体技术方案如下：
一种高锌营养安全水稻品种的选育方法，包括：
(1)选择高锌水稻为亲本a，低重金属累积水稻为亲本b，将亲本a与亲本b杂交，获得f1代种子；
(2)种植f1代，与亲本a回交，获得bc1f1代种子；
(3)种植bc1f1代，采用花药培养方式，构建加倍单倍体群体，按单株收获dh1代种子；
(4)将dh1代种植在含高浓度锌元素的水溶液中进行水培，筛选高浓度锌元素耐受型的品系，并在水稻成熟时采用染色法初筛，再按单株测定水稻精米中的锌元素含量，筛选高锌含量的品系，得到dh2代种子；
(5)将dh2代种植在至少两个以上的重金属污染大田中，测定并筛选在污染大田中均表现出低重金属含量且高锌含量特性的品系，得到dh3代种子；
(6)在无重金属污染的大田中种植dh3代，测定并筛选低重金属含量且高锌含量的品系，得到dh4代种子；
(7)种植dh4代，筛选低重金属含量且高锌含量的定型水稻，得到高锌营养安全水稻品种。
本发明所述的重金属含量和锌含量均指水稻精米中重金属和锌的含量。所述高锌水稻是指水稻精米中锌含量＞30.0mg/kg的水稻品种；所述低重金属累积水稻是指镉含量<0.02mg/kg，铅含量<0.05mg/kg的水稻品种。本发明选育方法中未明确指明繁育方式的(步骤(4)～(7))均为自交。
作为优选，所述的亲本a为粒粒滋。
“粒粒滋”是浙江大学培育的迷你型高锌含量粳稻品种，可购自浙江大学农学院，详见：张琳琳、韩娟英、刘振、舒小丽、吴殿星.迷你型高锌含量水稻的选育及其特征特性.中国稻米，2011，17(6)：66-68。该水稻品种精米中的锌含量高达32.8mg/kg。
作为优选，所述的亲本b为秀水128。
“秀水128”是浙江省嘉兴市农业科学研究院选育的优质粳稻，可购自浙江省嘉兴市农业科学研究院，2015年通过上海审定(编号：沪审稻2015005)。在田间自然条件下，该品种“无”稻瘟病和“无”白叶枯病发生，纹枯病“轻”，品质达到国标优质米1级标准，并具有低镉和低铅累积的特性。
选用粒粒滋、秀水128杂交配组，并与粒粒滋回交，选育的高锌营养安全水稻，系高锌、低铅和低镉累积的有效组合，在生产获得有益微营养高锌含量的同时，又是低重金属累积，非常符合绿色安全优质的供给侧改革的发展需求。
进一步优选，所述的亲本a为粒粒滋；所述的亲本b为秀水128。
作为优选，步骤(4)中，所述含高浓度锌元素的水溶液为硫酸锌水溶液，其中，锌浓度为50kg/hm2。水培方法的具体操作可参见：李志刚等.供锌水平对水稻生长和锌积累和分配的影响.中国水稻科学，2003，17(1)：61-66
作为优选，步骤(4)中，所述染色法是双硫腙染色法。具体操作参照：ozturkl等.concentrationandlocalizationofzincduringseeddevelopmentandgerminationinwheat.plantphysiology,2006,128:144-152.
步骤(4)中，所述高锌含量的品系为锌含量＞30.0mg/kg的水稻品系。
作为优选，步骤(5)中，所述重金属污染大田为经重金属镉和铅污染后的水稻种植田。
进一步地，所述重金属污染大田中，镉的浓度为0.5～2.0mg/kg，铅的浓度为1.0～3.0mg/kg。
将dh2代种植两个以上不同的重金属污染大田中，将不同大田的筛选结果进行综合，挑选在不同大田中均表现出低重金属含量且高锌含量特征的品系，更有利于定型水稻的筛选。
进一步地，，步骤(5)～(7)中，所述低重金属含量且高锌含量的品系为精米中镉含量<0.02mg/kg，铅含量<0.05mg/kg，锌含量＞30.0mg/kg的水稻品系。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明以高锌水稻和低重金属累积水稻为亲本，并采用不同锌浓度的水培方法选择稳定高锌含量的品系，可以保证选育的高锌品种是属于锌高效累积类型，这为不同锌含量的环境种植生产稳定高锌奠定了基础；同时，选择两个不同低重金属含量的地点进行选择，也保障了选育品系低重金属特性的环境可靠性。
(2)本发明以高锌水稻为亲本a，低重金属含量的粳稻为亲本b，选育获得高锌营养安全水稻品种，该水稻品种的精米中不仅具有较高含量的锌元素，铁、钾元素的含量也高于亲本，而且重金属元素(汞、砷、铅、镉)含量极低，尤其是镉元素。
(3)本发明选育方法可用于开发高锌结合低镉和低铅的水稻新品种，在为广大婴幼儿童和孕妇提供高锌营养米的同时，也提供更为安全放心的低重金属稻米，非常符合安全优质的供给侧改革的发展需求。
(4)本发明采用与高锌亲本回交的策略，可显著提高选择后代高锌含量的分离比例，有助于实现高锌营养的首要目标的基础上组合低镉和低铅的特性，为生产营养+安全农产品奠定基础。
(5)本发明采用dh育种技术，在进行选择时所需的性状已稳定，为采用水培方法和典型重金属污染田块种植选择鉴定提供便利。
具体实施方式
实施例1
1、育种材料：
(1)粒粒滋为亲本a。
“粒粒滋”是浙江大学培育的迷你型高锌含量粳稻品种，可购自浙江大学农学院，详见：张琳琳、韩娟英、刘振、舒小丽、吴殿星.迷你型高锌含量水稻的选育及其特征特性.中国稻米，2011，17(6)：66-68。
该水稻品种精米中的锌含量高达32.8mg/kg，重金属累积特性与普通水稻一般。
(2)秀水128为亲本b。
“秀水128”是浙江省嘉兴市农业科学研究院选育的优质粳稻，2015年通过上海审定(编号：沪审稻2015005)，可购自浙江省嘉兴市农业科学研究院。
在田间自然条件下，该品种无稻瘟病和白叶枯病发生，纹枯病轻，品质达到国标优质米1级标准，并具有低镉和低铅累积的特性，锌含量为12mg/kg，与普通水稻类似。
2、高锌营养安全水稻品种的选育，具体过程如下：
(1)2012年春季，海南陵水，以粒粒滋为亲本a，作母本，分别与亲本b(秀水128)杂交，得f1(粒粒滋/秀水128)代种子4粒；
(2)2012年夏秋季，浙江杭州，种植f1(粒粒滋/秀水128)代植株4株，与亲本a粒粒滋回交，获得bc1f1(粒粒滋//粒粒滋/秀水128)代41粒；
(3)2013年春季，海南陵水，种植回交bc1f1(粒粒滋//粒粒滋/秀水128)代41株，采用花药培养方式，构建加倍单倍体(dh)群体；
(4)2013年夏秋季，浙江杭州，按单株种植，并收获dh0代种子，构建dh1系393个；
(5)2014年春季，海南陵水，种植dh1代，采取znso4.7h2o配制锌浓度为50kg/hm2的溶液进行水培，选择高锌浓度耐受型的品系113个，在水稻成熟时，采用染色法初筛高锌品系96个，再按单株测定水稻精米中的锌元素含量，选择锌含量超过30mg/kg的品系84个；
(6)2015年夏秋季，种植dh2代，分别在浙江省绍兴上虞(镉的浓度为1.0～2.0mg/kg，铅的浓度为1.0～2.0mg/kg)和金华永康(镉的浓度为0.5～1.5mg/kg，铅的浓度为1.5～3.0mg/kg)的2个典型镉和铅重金属污染地区的大田中进行种植，按镉含量<0.02mg/kg、铅含量<0.05mg/kg、锌含量＞30.0mg/kg的选择标准，其中，在上虞检测并选择低重金属含量的高锌品系19个，在永康检测并选择低重金属含量的高锌品系17个，两地一致表现的低重金属含量的高锌品系13个；
(7)2016年夏秋季，浙江杭州，种植dh3代，在无重金属污染地区的普通大田中种植，继续按镉含量<0.02mg/kg、铅含量<0.05mg/kg、锌含量＞30.0mg/kg的选择标准，检测并选择低重金属含量的高锌品系5个；
(8)2017年夏秋季，浙江杭州，种植dh4代，仍按镉含量<0.02mg/kg、铅含量<0.05mg/kg、锌含量＞30.0mg/kg的选择标准，检测并选择高锌含量、低重金属累积的定型水稻1个，即得到高锌营养安全水稻品种。
上述方法中涉及的锌、镉、铅含量的测定方法如下：锌：gb/t5009.14-2003；镉：gb/t5009.15-2003；铅：gb/t5009.12-2003。
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：高锌，低铅和低镉累积的有效组合，即锌含量达32.1mg/kg，在重金属污染大田种植时镉和铅会明显累积较少。而亲本a粒粒滋精米中的锌含量高达32.8mg/kg，在重金属污染大田种植时也会与普通水稻一样出现重金属污染的问题；亲本b秀水128锌含量为12mg/kg，与普通水稻类似，在重金属污染大田种植时镉和铅会显著累积较少。
在上述筛选得到定型产品后，又对其多种有益和有害的矿质元素指标进行了测定，定型产品及其亲本指标测定见表2。
在采用上述方法得到定型产品(高锌营养安全水稻)后，将定型产品在普通水稻大田中进行种植，又对其多种有益的矿质营养元素和有害的重金属元素含量进行了测定，定型产品及其亲本指标测定见表2。
表2粒粒滋、秀水128和定型产品的有益矿质营养和有害重金属含量比较
表2中各个指标的测定方法如下所示：钙：gb/t5009.92-2003；铁：gb/t5009.90-2003；磷：gb/t5009.87-2003；钾：gb/t5009.91-2003；镁：gb/t5009.90-2003；锌：gb/t5009.14-2003；汞：gb/t5009.17-2003；砷：gb/t5009.11-2003；铅：gb/t5009.12-2003；镉：gb/t5009.15-2003。
在有益的矿质营养成分上，定型产品中钙、磷、镁等含量与2个亲本相仿，锌含量为32.1mg/kg，显著高于秀水128，与粒粒滋相仿，铁和钾含量高于2个亲本。重金属元素上，除目标铅和镉的含量与亲本秀水128相仿，汞和砷的结果为未检测出，低于2个亲本。
另外，对定型产品和两个亲本在重金属轻度污染大田(镉含量介于0.2～1.0mg/kg、铅含量介于0.5～1.5)种植后的主要稻米品质指标进行了检测(表3)，发现定型产品可能因锌对重金属的显著拮抗作用，表现出明显强的环境耐受性，生长正常，米粒饱满，表现出明显高的整精米率、外观品质好(垩白率低、垩白度小、透明度好)、营养品质好(蛋白质含量高)，胶稠度大且不是糯米，米饭软而不粘，口感好。
表3粒粒滋、秀水128和定型产品的主要品质指标和米饭口感比较
备注：亲本香血糯335为糯稻，为雪白色，垩白率、垩白度和透明度无数据
因此，本定型水稻比亲本产品更有利于人类的保健，特别是可为广大婴幼儿童和孕妇提供高锌和高铁营养米的同时，提供更安全放心的低重金属稻米。同时，定型水稻出米率高、外观品质好，食味品质佳，更易被消费者接受。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。