劉 研,杜 晗,李 鑫,趙一洲,毛 艇,鐘順成,王詩宇,張 戰(zhàn),倪善君
(遼寧省鹽堿地利用研究所,遼寧 盤錦 124010)
高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)歷來是稻作科研與生產(chǎn)的重要目標(biāo),不同時期對兩者的重視程度不同[1]。隨著社會的發(fā)展稻米品質(zhì)與產(chǎn)量同步提高已成為水稻育種的重要目標(biāo)。在產(chǎn)量性狀方面,鄒江石等[2]發(fā)現(xiàn)南方單季稻單位面積穗數(shù)自南向北遞增,由低海拔向高海拔遞增。徐正進(jìn)等[3]認(rèn)為遼寧每穗粒數(shù)最多,千粒重也較高,因此盡管穗數(shù)較少,產(chǎn)量仍然明顯高于吉林、黑龍江兩省。單株產(chǎn)量與穗粒數(shù)、結(jié)實率呈極顯著正相關(guān)[4]。在稻米品質(zhì)方面,王丹英等[5]對8 390 份稻米的相關(guān)分析表明,糙米率、精米率、整精米率兩兩極顯著正相關(guān),長寬比與糙米率、精米率、整精米率、堊白率、堊白度均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。堊白粒率和堊白度影響稻米整精米率[6、7]。Chen 等[8]發(fā)現(xiàn),粳稻食味品質(zhì)與透明度呈顯著負(fù)相關(guān)。有研究表明[1,9],食味值與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān),與直鏈淀粉含量呈正相關(guān),直鏈淀粉含量與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。遼寧省是我國北方粳稻的重要產(chǎn)區(qū),研究粳稻產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀的關(guān)系,對遼寧省粳稻品種選育、性狀改良具有重要的理論和實踐意義。
供試材料為62 個遼寧省近年來培育的粳稻品種。試驗于2019 年在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗地進(jìn)行。試驗材料單株種植、順序排列,小區(qū)4 行壟,行長5 m,行株距30.0 cm×13.3 cm,試驗田管理與生產(chǎn)大田相同。
供試品種成熟后收獲,每個品種隨機(jī)選取5株進(jìn)行性狀調(diào)查。調(diào)查性狀包括每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重、單穗重,并按小區(qū)實脫計產(chǎn)。樣品在陰涼通風(fēng)處儲藏三個月后,進(jìn)行品質(zhì)性狀測定與分析。
1.2.1 米飯食味測定 每個品種取精米30 g,放入不銹鋼罐中,用流水沖洗干凈,然后瀝干加水,米水質(zhì)量比為1:1.3。浸泡30 min 后加蓋,將不銹鋼罐放入沸騰的電飯鍋內(nèi)的蒸架上,蓋好電飯鍋蓋,蒸煮25 min,再保溫10 min,取出冷卻至室溫。將測定飯樣放到測定槽中插入佐竹公司的STA1A 型米飯食味計測定食味值。
1.2.2 稻米理化品質(zhì)性狀測定 參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)NY147-88《米質(zhì)測定方法》[10]測定糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量。應(yīng)用佐竹公司的JWMT12 型大米外觀品質(zhì)判定儀對堊白粒率、堊白度、粒長、籽粒長寬比進(jìn)行測定。
利用SPSS13.0 軟件將全部品種全部性狀進(jìn)行因子分析,并依據(jù)引起變異的第1、第2 主成份在origin7.5 軟件上做出二維散點圖。利用R4.1.2 軟件ggtree 邏輯包對62 個粳稻品種按離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類。利用STAISTICA6.0 軟件采用LSD 法進(jìn)行方差分析。
由表1 可見,在產(chǎn)量性狀方面,單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)的變異系數(shù)相對較大,分別為10.7%、10.7%、12.7%;結(jié)實率、產(chǎn)量、千粒重的變異系數(shù)相對較小,分別為3.2%、4.3%、5.9%。在品質(zhì)性狀方面,堊白粒率、堊白度的變異系數(shù)相對較大分別為70.9%、90.0%;直鏈淀粉、粒長、糙米率、精米率、籽粒長寬比、食味值、蛋白質(zhì)、整精米率的變異系數(shù)相對較低在2.9%~8.5%??梢?,供試品種中堊白性狀、單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)品種間有較大的差異,其它性狀品種間差異較小。
表1 遼寧省粳稻品種產(chǎn)量及品質(zhì)性狀變異表現(xiàn)
表2 為62 個粳稻品種16 個產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的前7 個主因子特征值及貢獻(xiàn)率??梢钥闯觯?個主因子特征值的累計貢獻(xiàn)率達(dá)86.5%。第1~第7 主因子中特征值的絕對值較大的性狀分別為單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù),蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量,堊白粒率、堊白度,籽粒長寬比、粒長,千粒重,結(jié)實率,產(chǎn)量。因此,這7 個主因子可稱為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結(jié)實率因子、產(chǎn)量因子。其所包含的要素信息量可以反映出16 個產(chǎn)量和品質(zhì)性狀原始特征參數(shù)的大部分信息,具有較好的代表性。
表2 遼寧省粳稻品種產(chǎn)量、品質(zhì)性狀特征值及特征向量
以第1 主因子作橫坐標(biāo),第2 主因子為縱坐標(biāo)分別做成品種、性狀的散點圖(圖1、圖2),可直觀地揭示62 個粳稻品種及16 個產(chǎn)量、品質(zhì)性狀的分布狀況。由圖1 可見,第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限區(qū)間包括品種數(shù)分別為16 個、14 個、14 個、18 個,分別占品種總數(shù)的25.8%、22.6%、22.6%、29.0%。第Ⅰ象限區(qū)間品種第1 主因子為負(fù)值,第2 主因子為正值;第Ⅲ象限區(qū)間品種第1 主因子為正值,第2 主因子為正負(fù)值;第Ⅱ象限區(qū)間品種第1、2主因子均為正值;第Ⅳ象限區(qū)間品種第1、2 主因子均為負(fù)值。表現(xiàn)出不同品種在穗粒因子和蒸煮因子上的差異。
圖1 基于因子分析的62 個粳稻品種二維散點圖
圖2 基于因子分析的16 個產(chǎn)量、品質(zhì)性狀二維散點圖
由圖2 可見,第1 主因子主要由每穗粒數(shù)、單穗重、每穴穗數(shù)構(gòu)成,每穗粒數(shù)、單穗重方向一致,但與每穴穗數(shù)方向相反。第2 主因子主要由蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量構(gòu)成并且方向一致。粒長與籽粒長寬比,糙米率與整精米率,堊白粒率與堊白度距離最為接近,并且粒長、籽粒長寬比與糙米率、整精米率方向相同,與堊白粒率、堊白度方向相反。食味值與蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量關(guān)系更為密切,產(chǎn)量更多的受每穗粒數(shù)、單穗重的影響。這為性狀的間接選擇提供了參考。
依62 個粳稻品種的7 個主因子得分進(jìn)行聚類分析,由圖3 可見,供試品種可劃分為3 個類群,第Ⅰ類群包括雨田446、同創(chuàng)2 號等9 個品種,第Ⅱ類群包括隆粳852 號、沈星6 號等36 個品種,第Ⅲ類群包括雨田457、花粳1323 等17 個品種,分別占品種總數(shù)的14.5%、58.0%、27.5%。
圖3 62 個粳稻品種聚類圖
由表3 可見,3 個類群在產(chǎn)量、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重、堊白粒率、堊白度、粒長、蛋白質(zhì)共9 個性狀上的差異達(dá)到顯著或極顯著水平,其它性狀差異均不明顯。在產(chǎn)量、每穴穗數(shù)性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著,極顯著高于第Ⅰ類群;在每穗粒數(shù)、堊白粒率、堊白度性狀上第Ⅲ、Ⅰ類群間,第Ⅱ、Ⅰ類群間差異不顯著,第Ⅲ類群極顯著高于第Ⅱ類群;在粒長性狀上第Ⅱ、Ⅰ類群間,第Ⅲ、Ⅱ類群間差異不顯著,第Ⅱ類群極顯著高于第Ⅲ類群。在蛋白質(zhì)性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著,顯著高于第Ⅰ類群。表明,不同類群品種具有不同的性狀特點。
表3 遼寧省粳稻品種不同類群性狀比較
從建國以來,遼寧省水稻品種已經(jīng)歷了多次品種更新。馬興全等[11]認(rèn)為隨著品種的演進(jìn),產(chǎn)量水平不斷提高,而品種產(chǎn)量的提高歸因于穗粒數(shù)和單位面積粒數(shù)的增加。一般的趨勢是在適當(dāng)降低穗數(shù)的基礎(chǔ)上,較大幅度地提高每穗粒數(shù)和適當(dāng)增加千粒重,求得產(chǎn)量構(gòu)成因素乘積和產(chǎn)量的較大幅度提高[12]。趙一洲等[13]在對遼寧省1991~2015 年審定的257 份水稻品種進(jìn)行品質(zhì)性狀分析后認(rèn)為,隨著時間的推進(jìn)遼寧省水稻品種表現(xiàn)出籽粒變長、變寬,堊白度減少、透明度、直鏈淀粉含量、膠稠度下降的趨勢,總體上品種優(yōu)質(zhì)率逐步提高。表明在品種演進(jìn)、改良過程中,在產(chǎn)量提高的同時也改善了稻米品質(zhì)。在具體性狀上,王先俱等[14]認(rèn)為整精米率、堊白粒率和堊白度是遼寧省粳稻品質(zhì)改良的重點。本研究顯示,在產(chǎn)量構(gòu)成性狀中每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、單穗重,品質(zhì)性狀中堊白粒率、堊白度品種間差較大,其變幅分別為11.0~18.3 穗/ 穴,89.6~150.3 個/ 穗,2.05~3.37 g、1.0%~24.7%、0.2%~12.7%。表明,每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、單穗重、堊白粒率、堊白度是遼寧省粳稻品種選育過程中性狀改良的重點。
因子分析法是用較少個數(shù)因子的線性函數(shù)與特殊因子之和來表達(dá)原觀察樣品的每個分量,是將多個具有相關(guān)關(guān)系的指標(biāo)綜合為少數(shù)幾個主因子,通過對指標(biāo)之間的相關(guān)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究,找出數(shù)目較少且能控制所有指標(biāo)絕大多數(shù)變異信息的主因子,以便合理解釋原變量的相關(guān)性因子分析[15]。本研究采用因子分析將62 個粳稻品種的16 個產(chǎn)量和品質(zhì)性狀分為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結(jié)實率因子、產(chǎn)量因子。在穗粒因子中每穗粒數(shù)與單穗重間存在正向作用,而與每穴穗數(shù)存在著負(fù)向作用。在蒸煮因子、堊白因子、粒形因子中直鏈淀粉含量與蛋白質(zhì)含量、堊白粒率與堊白度、粒長與籽粒長寬比間存在正向作用。通過第1、第2 主因子形成品種、性狀的散點圖更可直觀的發(fā)現(xiàn)品種在前兩個主因子方向上的變化及性狀間存在的關(guān)系。其研究結(jié)果可提高世代選擇和性狀改良的效率和預(yù)見性。
在因子分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用聚類分析將62 個粳稻品種劃分為3 個類群,不同類群間具有不同的性狀特點,這為雜交育種中品種親本選擇提供了依據(jù)。同時也可發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)品種群體也可有不同的產(chǎn)量結(jié)構(gòu),如在穩(wěn)定適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上,在高結(jié)實率、高千粒重條件下爭取的較多每穗粒數(shù);在穩(wěn)定適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上,增加每穗粒數(shù)。同時高結(jié)實、高千粒重、較多每穗粒數(shù)也具有較低的堊白粒率和堊白度。這為水稻品種性狀選擇指明了方向。