唐玙璠，張 恩，康淑銘，馬東海，王 彬，李繼明，許 興

（1.寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021；2.青島海水稻研究發(fā)展中心，山東 青島 266199）

0 引言

【研究意義】土壤鹽漬化嚴重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，同時也阻礙區(qū)域生態(tài)恢復與可持續(xù)發(fā)展，但鹽漬化土壤作為一種資源對于農(nóng)業(yè)發(fā)展也有重要作用[1,2]。寧夏鹽堿土壤主要集中在銀北地區(qū)，存在降水少、蒸發(fā)量大、地下水位淺等問題，是中國西北部最具代表性的鹽堿土之一[3-4]。水稻是鹽堿地改良先鋒作物，提高水稻耐鹽性會增加鹽堿地的開發(fā)潛力。耐鹽堿水稻是指能在鹽（堿）度0.3%以上的鹽堿地、灘涂上正常生長及結(jié)實、并且單產(chǎn)能夠達到4.5 t·hm-2以上的水稻品種[5]，是解決糧食安全問題和鹽堿地改良利用的新途徑[6]。【前人研究進展】鹽堿脅迫會降低稻米產(chǎn)量及品質(zhì)，但是水稻品種間耐鹽差異性大，利用品種特性篩選出耐鹽品種顯得尤為重要。張瑞等[7]通過分析國內(nèi)120份水稻品種在成熟期鹽脅迫下的農(nóng)藝性狀表型差異，篩選出11個耐鹽性強的水稻。李旭等[8]通過將93份種質(zhì)置于0.4%鹽脅迫下，分析種質(zhì)產(chǎn)量構(gòu)成變化及對應(yīng)的耐鹽指數(shù)表現(xiàn)，篩選出5份極強耐鹽堿脅迫材料。潘世駒等[9]以123個耐鹽粳稻品種（系）為試驗材料，以蒸餾水為對照，苗期用150 mmol·L-1NaCl處理，測定其芽長、根長和根數(shù)。發(fā)現(xiàn)水稻品系13G143具有較強的耐鹽性。張所兵等[10]對500份品種旱稻資源用0.3%的NaCl鹽溶液進行了苗期篩選，篩選到34份苗期存活率和綠葉率大于50%的材料，再通過0.3%和0.5%的NaCl進行了全生育期耐鹽性篩選，通過0.3%的NaCl共篩選到7個品種，而0.5%的NaCl僅篩選到1個品種中的1個存活單株?！颈狙芯壳腥朦c】近年來，國內(nèi)外學者雖然在水稻耐鹽堿性鑒定方面開展了大量工作，篩選出一些耐鹽堿性較強的優(yōu)異種質(zhì)，但多數(shù)耐鹽堿性評價集中在水稻苗期、芽期和分蘗期，對水稻全生育期耐鹽堿適應(yīng)性的報道較少。水稻在芽期、苗期和分蘗期耐鹽堿不能完全代表全生育期的耐鹽堿性，并且研究發(fā)現(xiàn)在對水稻進行品種選育時最好選擇以生產(chǎn)力為衡量標準[11]。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗采用大田篩選的方式，以12份耐鹽堿水稻和1份寧夏本地推廣的優(yōu)質(zhì)粳稻為試驗材料，通過觀測生育期、測定產(chǎn)量構(gòu)成因素和品質(zhì)指標，并采用主成分分析和隸屬函數(shù)的方法對耐鹽堿種質(zhì)資源適應(yīng)性進行綜合評價，以期篩選出適宜寧夏地區(qū)耐鹽堿水稻種質(zhì)，為水稻耐堿鹽育種提供優(yōu)異資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

對照品種寧粳45號為寧夏當?shù)胤N植面積較廣的耐鹽堿水稻品種，能在土壤全鹽含量≤0.3%、pH≤9的土壤中生長并且水稻畝產(chǎn)量能達到300 kg以上。本研究供試材料及來源見表1。

表1 供試材料名稱及來源Table 1 Name and source of test materials

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年和2021年5-10月在寧夏平羅縣綠康林家庭農(nóng)場試驗田進行（平均海拔1 096 m，38°76＇N，106°55＇E）。研究區(qū)域?qū)儆诘湫偷陌敫珊荡箨懶詺夂?，年均氣溫?20.5～35.8 ℃，平均氣溫為9.8 ℃，年降水量為200 mm，年均蒸發(fā)量1 875 mm，2020年～2021年種植期間溫度變化見圖1。試驗地塊為典型的鹽土，土壤基本理化性質(zhì)見表2，全生育時期土壤全鹽含量及pH變化如圖2。

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physiochemical properties of tested soil

本試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，于2020年和2021年4月26日進行常規(guī)旱育苗， 5月28日進行插秧。每個品種種植5 m2，行距為20 cm，株距為10 cm，每個品種重復3次。

1.3 性狀調(diào)查

1.3.1 生育期測定 全生育期是從育秧日期到成熟期的天數(shù)，調(diào)查并記錄各水稻品種育秧、移栽、最高分蘗期、齊穗期（80%以上植株的穗頂露出葉鞘時）及成熟期（95%以上植株達到成熟時）的日期。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定 在水稻成熟期每個小區(qū)各取5穴用于考種，測定株高、穗長、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、單穗粒重、有效穗數(shù)和千粒重。

1.3.3 品質(zhì)性狀測定 取放置3月以上的1 kg稻谷測定品質(zhì)。糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度和稻谷粒型參照中華人民共和國國家標準《GB/T 17891—1999優(yōu)質(zhì)稻谷》測定[12]。精米率采用稱重法測定，精米蛋白質(zhì)含量和精米直鏈淀粉含量分別采用凱氏定氮法[13]和碘比色法測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2020進行試驗數(shù)據(jù)的整理，對兩年各指標的平均值進行統(tǒng)計分析。利用SPSS 22對相關(guān)性狀指標進行單因素方差分析（ANOVA）、相關(guān)分析及主成分分析。通過隸屬函數(shù)法對各品種進行耐鹽堿適應(yīng)性的綜合評價，并按以下公式進行計算[15,16]

式中，μ(Xj)表示第j個綜合指標的隸屬函數(shù)值，Xj表示第j個綜合指標值，Xmax表示第j個綜合指標的最大值，Xmin表示第j個綜合指標的最小值。

式中，Wj表示第j個綜合指標在所有綜合指標中權(quán)重，Pj為品種第j個綜合指標的貢獻率。

式中，D表示各品種耐鹽堿能力的綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試水稻生育時期

供試的13個耐鹽堿水稻兩年間生育時期存在顯著差異。由表3可知兩年13份供試水稻全生育期變化范圍均在133～154 d，在2020年港源11、遼粳828、新稻28、金糯6號、新策粳1號、海粳20香生育期最長為154 d，2020810生育期最短為133 d，對照品種（寧粳45號）生育期為147 d。在2021年生育期最長為新稻28，生育期最短為2020810，這與2020年相同，對照品種生育期為146 d。進一步從關(guān)鍵生育時期來看，在移栽時間相同情況下，2020年松粳9號最先進入始穗期，為7月18日，金糯6號最晚進入始穗期，為8月11日，進入齊穗期最早的品種松粳9號，為7月21日，金糯6號最晚進入齊穗期，為8月14日。2021年與2020年表現(xiàn)相同，均為松粳9號最先進入始穗期和齊穗期，時間分別為7月19日和7月22日，金糯6號最晚進入始穗期和齊穗期，時間分別為8月12和8月14日。從生育期來看供試品種均適合在寧夏銀北地區(qū)種植。

表3 供試13份水稻品種生育期Table 3 Growth periods of 13 rice varieties

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量

供試的13個耐鹽堿水稻兩年間在產(chǎn)量構(gòu)成因素上均表現(xiàn)顯著差異（表4）。在2020年，有效穗數(shù)寧粳45號（CK）最多為681.0×104穗·hm-2，2020801有效穗數(shù)最少，為295.5×104穗·hm-2，兩者差異顯著；每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)和單穗粒重均為品種黑006最多，分別為165.4粒、141粒和3.06g；海粳20香每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)均最小分別為74.8粒、64粒，新稻28單穗粒重最輕，為1.51 g；千粒重的范圍在20.2～25.6 g，其中吉粳88千粒重最輕，為20.2 g，金糯6號最高，為25.6 g；結(jié)實率以遼粳828結(jié)實率最高，為86.8%，松粳9號結(jié)實率最低，為79.6%；株高范圍在82.2 ～107.2 cm，其中2020801株高最高，為107.2 cm，新稻28最矮，為82.2 cm；產(chǎn)量范圍在 6.82 t·hm-2～9.81 t·hm-2，其中 2020801 產(chǎn)量最高，為 9.81 t·hm-2，海粳 20 香最低，為 6.82 t·hm-2。12個供試品種中有兩個品種表現(xiàn)為產(chǎn)量顯著高于寧粳45號（CK），為2020801和黑006，較寧粳45號產(chǎn)量增幅分別為6.02%和4.57%。

表4 2020-2021年供試材料產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 4 Production components of participating materials from 2020 to 2021

在2021年，有效穗數(shù)依舊寧粳45號（CK）最多，為615.0×104穗·hm-2，吉粳88有效穗數(shù)最少，為391.5×104穗·hm-2；每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)和單穗粒重均為品種黑006最多，分別為161.3粒、137.0粒和3.11 g，這與2020年表現(xiàn)一致；海粳20香的每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)和單穗粒重均最小，分別為73.8粒、65.3粒和1.60 g；千粒重的范圍在21.1 g～25.3 g，其中港源11千粒重最輕，為21.1 g，2020801最高，為25.3 g；結(jié)實率以遼粳828和海粳20香最高，均為88.5%，2020810結(jié)實率最低，為78.6%；株高范圍在84.6 cm～109.0 cm，其中2020810株高最高，為109 cm，新稻28最矮，為84.6 cm；產(chǎn)量范圍在 6.87 t·hm-2～9.49 t·hm-2，其中 2020801 產(chǎn)量最高，為 9.49 t·hm-2，海粳 20 香最低，為 6.87 t·hm-2。與2020年試驗結(jié)果相同，2020801和黑006產(chǎn)量顯著高于寧粳45號，較寧粳45號產(chǎn)量增幅分別為12.6%和0.62%。通過兩年指標可以看出，2020801在產(chǎn)量指標中表現(xiàn)最好，其原因是因為2020801的單穗總粒數(shù)和千粒重較高。

2.3 品質(zhì)指標

供試的13個耐鹽堿水稻在品質(zhì)上表現(xiàn)出顯著差異（表5）。在2020年，堊白粒率的范圍在1.6%～34%，松粳12號堊白粒率最低，為1.6%，海粳20香最高，為34%；堊白度金糯6號最高，為18.16%，松粳9號最低，為0.66%；新策粳1號長寬比最大，為2.31，20200801最小，為 1.50；松粳 12號糙米率、精米率、整精米率均最高，分別為87.98%、78.90%、69.84，新策粳1號糙米率、精米率、整精米率最低，分別為61.08%、52.06%和43.56%；黑006直鏈淀粉含量最高，為18.68%，海粳20香直鏈淀粉含量最低，為11.34%；蛋白質(zhì)含量范圍在6.50%～8.74%，松粳9號蛋白質(zhì)含量最高，為8.74%，寧粳45號（CK）蛋白質(zhì)含量最低，為6.50%。

表5 2020-2021年供試材料品質(zhì)指標Table 5 Quality indicators of tested materials from 2020 to 2021

在2021年，堊白粒率的范圍在2.60%～31.50%，新稻28堊白粒率最低，為2.6%，海粳20香最高，為31.5%；堊白度金糯6號最高，為17.86%，新稻28最低，為0.81%，新策粳1號長寬比最大，為2.31，20200801最小，為1.60；遼粳828出糙率最高，為86.69%，新策粳1號最低，為63.08%；2020801精米率最高，為77.81%，新策粳1號最低，為54.33%；整精米率遼粳828最高，為68.35%，新策粳1號最低，為45.78%；直鏈淀粉含量范圍在12.34%～18.80%，黑006直鏈淀粉含量最大，為18.80，海粳20香含量最少，為12.34%；蛋白質(zhì)含量松粳9號蛋白質(zhì)含量最高，為8.85%，寧粳45號（CK）蛋白質(zhì)含量最低，為6.73%。通過兩年的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)12個供試品種表現(xiàn)穩(wěn)定，但通過品質(zhì)數(shù)據(jù)未能直觀的篩選出最優(yōu)品種，需要對其進行綜合分析。

2.4 相關(guān)性分析

本研究采用皮爾森相關(guān)系數(shù)分析鹽堿脅迫下17個性狀的相關(guān)性，結(jié)果如表6所示，性狀間存在不同程度的相關(guān)性。其中產(chǎn)量指標中，穗長與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)（P＜0.01）；有效穗數(shù)與每穗總粒數(shù)和每穗實粒數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與單穗粒重呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；每穗總粒數(shù)與每穗實粒、每穗粒重呈極顯著相關(guān)，而每穗實粒與每穗粒重、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；結(jié)實率與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負相關(guān)。

表6 供試材料的17個性狀耐鹽堿系數(shù)的相關(guān)分析Table 6 Correlation on salt-tolerance coefficients on 17 traits of rice varieties

在品質(zhì)指標中，堊白粒率與堊白度呈極顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關(guān)；堊白度與直鏈淀粉含量呈顯著負相關(guān)；粒型與精米率和蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關(guān)；出糙率與精米率和整精米率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.96；精米率與整精米率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.98。

2.5 供試品種產(chǎn)量和品質(zhì)性狀指標主成分析

主成分累計貢獻率大于90%即可認為信息具有充分代表性，由表7可知，前5個主成分的累計貢獻率為90.04%，代表了17個性狀90.04%的變異信息，因此，提取了5個主成分，將原有的17個產(chǎn)量和品質(zhì)性狀標轉(zhuǎn)換為5個新的相互獨立的綜合指標。主成分1的方差貢獻率為27.91%，該主成分以稻米品質(zhì)密切相關(guān)的每穗總粒數(shù)（0.85）、每穗實粒數(shù)（0.82）、單穗粒重（0.80）載荷較高，將該主成分稱為產(chǎn)量構(gòu)成因子；主成分2的方差貢獻率為23.23%，其中整精米率（0.93）、精米率（0.92）、出糙率（0.88）的載荷較高，可稱為加工品質(zhì)因子；主成分3的方差貢獻率為18.79%，以堊白度（0.86）和堊白粒率（0.82）的載荷較高，稱為外觀品質(zhì)因子；主成分4的方差貢獻率為11.24%，以株高（-0.80）的負載荷較大，稱為株高因子；主成分5方差貢獻率為8.85%，以有效穗數(shù)（0.52）和穗長（0.51）和具有較大的載荷，故稱為有效穗因子。

表7 前5個主成分的特征向量、特征值、方差貢獻率及累積方差貢獻率Table 7 Feature vector, eigenvalue, variance contribution rate,and cumulative variance contribution rate of top 5 principal components

2.6 供試材料適應(yīng)性綜合評價

表8可知，13個供試材料平均D值為0.49，分布區(qū)間在0.26～0.74，對照品種寧粳45號的D值為0.60，排名第4位。黑006、2020801、松粳12號的D值大于對照品種（寧粳45號），D值分別為0.74、0.66、0.62，以上3種材料可以作為耐鹽堿種質(zhì)資源使用。

表8 13個供試材料的權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及耐鹽堿性排序Table 8 Weight, membership function value, D value, and saltresistance ranking of 13 rice varieties

3 討論

水稻生育期主要由品種自身特性決定，還受到水肥、光照、溫度、輻射及降水等外部環(huán)境因素的影響[17]。本試驗研究表明12份供試水稻在兩年間全生育期變化范圍均在133～154 d，港源11、遼粳828、新稻28、金糯6號、新策粳1號、海粳20香生育期最長為154 d，2020810生育期最短為133 d，對照品種（寧粳45號）生育期為147 d。從生育期來看供試品種均適合在寧夏銀北地區(qū)種植。兩年間生育期內(nèi)土壤全鹽含量范圍在 0.89 g·kg-1～1.59 g·kg-1，pH范圍在7.92～8.11，在這樣的土壤條件下，供試水稻均正常成熟，并且產(chǎn)量在4.5 t·hm-2以上，說明12個供試品種具有一定的耐鹽堿性。植物選育的基本依據(jù)是環(huán)境作用下產(chǎn)量的穩(wěn)定性，Richards研究表明，由于鹽堿土的異質(zhì)性，在選育品種時最好選擇以生產(chǎn)力為衡量標準[11]。李旭等研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿脅迫下水稻穗粒數(shù)與產(chǎn)量耐鹽指數(shù)的相關(guān)性最為顯著[8]。羅成科等研究指出，在鹽堿脅迫下水稻成熟期結(jié)實率、單株穗重和產(chǎn)量存在明顯基因型差異，因此結(jié)實率、單株穗重和產(chǎn)量可作為評價水稻耐鹽強弱重要指標[18]。本試驗研究表明，2020年～2021年2020801和黑006的產(chǎn)量均高于寧粳45號（CK），2020年較寧粳45號產(chǎn)量增幅分別為6.02%和4.57%，2021年較寧粳45號產(chǎn)量增幅分別為12.6%和0.62%。通過兩年指標可以看出，2020801在產(chǎn)量指標中表現(xiàn)最好，可能是由于鹽堿脅迫對其實粒數(shù)和千粒重影響較小，說明2020801具有較強的耐鹽堿性。大量研究表明水稻受鹽分高低影響較大，且不同品種表現(xiàn)存在差異，在鹽分含量較低情況下，相對耐鹽的品種品質(zhì)受影響較小或有所提升，而耐鹽性差的品種品質(zhì)則下降，隨著鹽分的增加水稻品質(zhì)逐漸降低[19]。鹽堿脅迫可降低水稻的整精米率、精米率、出糙率并且還影響水稻的灌漿進程，導致淀粉體的充實不良堊白粒率升高，且土壤鹽堿度越高堊白粒率越大，最終導致籽粒的外觀品質(zhì)下降[20]。本試驗研究表明，12個供試品種品質(zhì)性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，兩年間堊白粒率和堊白度分別為海粳20香和金糯6號最高，糙米率、精米率和整精米率均為新策粳1號最低，這可能是由于品種的耐鹽堿性較差，使得加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)下降。

由于水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)性狀是多個指標構(gòu)成，因此對各品種進行綜合評價是很有必要的。主成分分析可以將較多重疊性單項指標轉(zhuǎn)換成新的彼此獨立且個數(shù)較少的綜合指標，來解釋原有指標里所包含的信息，主成分分析綜合評價全面客觀、結(jié)果可靠[21]。布哈麗且木·阿不力孜利用主成分分析和綜合評價的方法篩選出適宜新疆稻區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)水稻品種[22]。李逸等以17份水稻品種為研究對象，利用主成分分析法將鹽堿脅迫下10個單項指標轉(zhuǎn)化為3個彼此獨立的綜合指標，累計方差貢獻率達85.44%。通過對隸屬函數(shù)值及權(quán)重進行計算綜合耐鹽堿值（D值），依據(jù)D值判斷松粳12為強耐鹽堿種質(zhì)資源[23]。本研究通過主成分分析將17個性狀5個相互獨立的新指標，可代表了原有信息的90.04%。結(jié)合隸屬函數(shù)對13個供試品種進行綜合評價，利用D值將其排名，13個供試水稻平均D值為0.49，分布區(qū)間在0.26～0.74。排名前三的品種為黑006、2020801、松粳12號其D值分別為0.74、0.66、0.62，數(shù)值均大于對照品種（寧粳45號）。

4 結(jié)論

供試12個耐鹽堿水稻品種在寧夏銀北地區(qū)生育期適宜。通過對產(chǎn)量及構(gòu)成因素的測定，發(fā)現(xiàn)2020801和黑006產(chǎn)量顯著高于寧粳45號，較寧粳45號產(chǎn)量增幅分別為12.6%和0.62%，利用相關(guān)性分析、主成分分析及隸屬函數(shù)分析方法對各供試材料進行耐鹽堿適應(yīng)性綜合評價，其中黑006表現(xiàn)最好，其次為2020801和松粳12號，表明黑006、2020801和松粳12號可在銀北地區(qū)作為耐鹽堿種質(zhì)資源進行種植。