任代勝,王思哲,楊家來,喬保建

(安徽袁糧水稻產(chǎn)業(yè)有限公司,安徽蕪湖 241003)

水稻雜交是第二次綠色革命的首選技術(shù),雜交水稻更關(guān)系到我國糧食與種業(yè)安全[1-2]。2015年新《種子法》的施行更推進雜交水稻種子產(chǎn)業(yè)的振興與產(chǎn)權(quán)保護[3]。水稻品種從選育到推廣離不開區(qū)域試驗,長江中下游地區(qū)歷來是我國水稻主要產(chǎn)出地,秈稻種植面積和總產(chǎn)量約占全國50%,安徽省是我國主要的水稻生產(chǎn)區(qū)域,水稻常年播種面積247萬hm2,占全國水稻種植面積的8.5%[4]。在長江中下游地區(qū)進行品種選育,從豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、抗病蟲性和稻米品質(zhì)等方面鑒定和評價新品種,既可為水稻品種的國家審定提供科學(xué)依據(jù),也為新品種推廣提供理論依據(jù)[5-6]。安徽袁糧水稻產(chǎn)業(yè)有限公司自主選育的兩系雜交中秈水稻品種Y兩優(yōu)919,其不育系Y58S廣適性水稻光溫敏[7-8];恢復(fù)系R919是2012年安徽袁糧水稻產(chǎn)業(yè)有限公司利用R17/R9311//R425進行雜交、復(fù)交,選擇抗倒伏、抗病、早熟、優(yōu)質(zhì)株系自交純和育成。Y兩優(yōu)919是安徽袁糧水稻產(chǎn)業(yè)有限公司在2016年冬在三亞配組而成,經(jīng)2016—2017年多點測試,綜合表現(xiàn)優(yōu)良,定名為Y兩優(yōu)919。鑒于此,筆者根據(jù)Y兩優(yōu)919在2018—2019年長江中下游稻區(qū)多點區(qū)試產(chǎn)量和抗性的表現(xiàn),利用相關(guān)性分析、主成分(principal component analysis,PCA)與偏最小二乘判別分析方法(partial least-squares discriminant analysis,PLS-DA)綜合評價中秈稻Y兩優(yōu)919的農(nóng)藝經(jīng)濟性狀、主要病蟲害抗性與稻米品質(zhì),為該水稻產(chǎn)區(qū)品種選用與推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與區(qū)試點供試水稻品種Y兩優(yōu)919(YLY919),以豐兩優(yōu)4號(FLY4)為對照品種。采用2018—2019年在14個長江中下游稻區(qū)區(qū)試點鑒定結(jié)果,試驗點具體經(jīng)緯度和海拔見表1。

1.2 試驗設(shè)計與方法各區(qū)試點大田試驗小區(qū)面積均為0.001 3 hm2,3次重復(fù),各小區(qū)采用完全隨機區(qū)組設(shè)計。同時,各區(qū)試點采用與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)相同的栽培管理措施。

1.3 指標(biāo)檢測

1.3.1產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀。指標(biāo)測定方法參照《國家水稻品種試驗觀察記載項目、方法及標(biāo)準(zhǔn)》。

1.3.2主要病蟲害抗性鑒定。根據(jù)病蟲害抗性鑒定單位的結(jié)果報告為主要依據(jù),即以水稻穗瘟發(fā)病率(%)與損失率(%)為依據(jù)評價稻瘟病抗性[9]。同時,白葉枯病與褐飛虱抗性的主要評價指標(biāo)為最高級。

1.3.3稻米品質(zhì)評價。品質(zhì)評價依照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 593—2013《食用稻品種品質(zhì)》進行,具體級別分別為優(yōu)質(zhì)1、2與3級,未達(dá)優(yōu)質(zhì)級則為普通級。

表1 長江中下游區(qū)試試驗點基本情況Table 1 Basic information of the pilot sites in the middle and lower reaches of Yangtze River

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計利用Microsoft Excel 2010收集整理統(tǒng)計數(shù)據(jù)。產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀利用GraphPad Prism 8.3作T-Test差異顯著性檢驗分析并繪圖,利用變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)評價品種穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性。關(guān)鍵差異指標(biāo)的PCA、PLS-DA分析與相關(guān)性熱圖繪制通過在線網(wǎng)站MetaboAnalyst 5.0進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)試產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀2018年國家水稻品種區(qū)試與2019年生產(chǎn)試驗結(jié)果顯示,與豐兩優(yōu)4號相比,Y兩優(yōu)919的14個試驗點的產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀(千粒重與株高除外)均顯著提高(圖1)。Y兩優(yōu)919的產(chǎn)量分別為9 895.80和10 311.75 kg/hm2,增幅達(dá)到8.03%與8.14%(圖1b);每穗總粒數(shù)分別為193.8和201.4粒,增幅均達(dá)到5.09%(圖1c);有效穗數(shù)分別為256.5萬和250.5萬/hm2,增幅達(dá)到11.50%和8.24%(圖1d);每穗實粒數(shù)分別為193.80與180.44粒,增幅達(dá)到1.78%和11.38%(圖1f);穗長均為27.7 cm,增幅分別達(dá)到8.42%與8.03%(圖1i)。此外,Y兩優(yōu)919的平均全生育期分別為137.5與139.2 d,比豐兩優(yōu)4號分別遲熟4.3與4.2 d(圖1j)。

2.2 主要病蟲害抗性鑒定2018年各試點水稻稻瘟病發(fā)病率與損失率結(jié)果可知(圖2),與豐兩優(yōu)4號和各試點感稻瘟病品種CK相比,Y兩優(yōu)919的發(fā)病率與損失率均較低。根據(jù)綜合評價結(jié)果可知(表2),豐兩優(yōu)4號的稻瘟病平均綜合指數(shù)達(dá)到6.6級,穗瘟病損失率最高級為9級,屬于高感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。此外,Y兩優(yōu)919的稻瘟病平均綜合指數(shù)則為5.0級,穗瘟損失率最高級為7級,屬于感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。

2019年各試點結(jié)果可知(圖2),與豐兩優(yōu)4號和各試點感稻瘟病品種CK相比,Y兩優(yōu)919的發(fā)病率與損失率較低。綜合評價結(jié)果可知(表2),豐兩優(yōu)4號的稻瘟病平均綜合指數(shù)7.5級,穗瘟損失率最高級9級,屬于高感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。Y兩優(yōu)919的稻瘟病平均綜合指數(shù)4.6級,穗瘟損失率最高級7級,屬于感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。

2.3 稻米品質(zhì)分析2018、2019年米質(zhì)檢測分析結(jié)果可知(表3),豐兩優(yōu)4號的糙米率分別為81.80%和80.90%,精米率分別為73.10%和73.60%,整精米率分別為59.00%與65.20%,粒長分別為6.90和6.70 mm,長寬比均為3.10,堊白粒率分別為12%和25%,堊白度分別為1.60和2.20,透明度分別為1和2級,堿消值分別為6.2和6.5級,膠稠度分別為73與75 mm,直鏈淀粉含量分別為15.10%和15.70%,綜合評級為優(yōu)質(zhì)二級。Y兩優(yōu)919在2018、2019年的糙米率分別為81.60%和80.30%,精米率分別為73.50%和73.40%,整精米率分別為68.80%和70.30%,粒長分別為6.60和6.30 mm,長寬比均為3.00,堊白粒率分別為5%和7%,堊白度分別為0.40%和0.60%,透明度均為2級,堿消值分別為5.3和5.0級,膠稠度分別為77和78 mm,直鏈淀粉含量分別為13.30%和13.80%,綜合評級為優(yōu)質(zhì)三級。

2.4 產(chǎn)量成因性狀分析為進一步分析2個品種的產(chǎn)量與主要農(nóng)藝經(jīng)濟性狀的關(guān)系,以測定指標(biāo)為自變量進行相關(guān)性、PCA與OPLS-DA分析。產(chǎn)量與農(nóng)藝經(jīng)濟性狀的相關(guān)性熱圖可知,產(chǎn)量與穗長、穗總粒數(shù)、穗實粒數(shù)與有效穗數(shù)間顯著正相關(guān)(圖3a)。進一步對所有農(nóng)藝經(jīng)濟性狀指標(biāo)進行分類排序,相關(guān)性越強與產(chǎn)量越靠近,其直方柱狀越長。由圖3b可知,產(chǎn)量相關(guān)性由強到弱依次為穗長、穗實粒數(shù)、有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、全生育期、千粒重、結(jié)實率和株高。

為更好地可視化豐兩優(yōu)4號與Y兩優(yōu)919的農(nóng)藝經(jīng)濟性狀差異,同時以測定指標(biāo)為自變量進行PCA和PLS-DA分析,以確定2個品種的關(guān)鍵差異性狀。此外農(nóng)藝性狀的VIP值(variable importance in projection)> 1.0可作為品種關(guān)鍵差異性狀。PCA分析結(jié)果(圖3c)可知,所有測定指標(biāo)降維為5個主成分,其百分比分別為70.2%、25.3%、2.2%、1.2%和0.9%。同時,PLS-DA分析(圖3d)變量1和2可以很好地表征所有性狀95.5%的信息,并將2個品種的農(nóng)藝經(jīng)濟性狀進行分組。進一步,對PLS-DA分析中的成分1與2進行VIP得分圖可視化,以篩選區(qū)分2個品種差異的指標(biāo),同時驗證品種的差異表型。從圖3e與3f可以看出,產(chǎn)量是形成2品種分組的關(guān)鍵因素。

注:*表示2個品種間在0.05水平差異顯著;**表示2個品種間在0.01水平差異極顯著;ns表示2個品種間無顯著差異(P≥0.05)。Note:* indicated significant difference between two varieties (P<0.05), ** indicated highly significant difference between two varieties (P<0.01), and ns indicated no significant difference between two varieties (P≥0.05).圖1 2018和2019年2個品種各試點的產(chǎn)量、構(gòu)成因素與農(nóng)藝性狀比較Fig.1 Comparison of yield,component factors and agronomic traits for each pilot of the two varieties in 2018 and 2019

注:感稻瘟病CK在浙江、安徽均為Wh26,在湖南、湖北、福建、江西分別為湘晚秈11號、豐兩優(yōu)香1號、明恢86+龍黑糯2號、恩糯。Note:As forice plague-sensitive varieties (CK),Wh26 was used in Zhejiang and Anhui; Xiangwanshan 11, Fengliangyouxiang 1, Minghui 86 + Longheinuo 2, Ennuo were used in Hunan, Hubei, Fujian and Jiangxi, respectively.圖2 2018和2019年不同品種各試點稻瘟病抗性鑒定Fig.2 Identification of rice blast resistance in different varieties for each pilot in 2018 and 2019

注:紅、綠與黑色分別表示正、負(fù)與無相關(guān)性,其顏色越深則相關(guān)性越強。Note: Red, green and black indicate positive, negative and no correlation respectively; the darker the color the stronger the correlation.圖3 不同品種各試點各指標(biāo)的相關(guān)性、PCA與PLS-DAFig.3 The correlation, PCA and PLS-DA of each index for each pilot of different species

3 結(jié)論與討論

多點區(qū)試和生產(chǎn)試驗是選育和推廣水稻新品種的基本流程,基于此新品種在不同水稻種植區(qū)的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性可以最直觀地展現(xiàn)[10-11]。試驗期間,各區(qū)試點地理環(huán)境與氣候條件的差異、人工統(tǒng)計誤差等,都會造成新品種鑒定與評價的不客觀[12]。因此,該研究對Y兩優(yōu)919的2018年區(qū)域試驗和2019年生產(chǎn)試驗的產(chǎn)量與主要農(nóng)藝經(jīng)濟形狀、病蟲害抗性和稻米品質(zhì)進行綜合分析,進一步明確該品種特性。

周健等[12]研究表明,水稻產(chǎn)量與其異地環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)性高度相關(guān);李杰等[13]研究表明不同區(qū)域的栽培方式顯著影響不同類型品種水稻產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀。此外,結(jié)合變異系數(shù)分析產(chǎn)量與農(nóng)藝經(jīng)濟性狀更能直接衡量新品種的穩(wěn)定性與適應(yīng)性[14-15]。該研究試驗材料Y兩優(yōu)919的產(chǎn)量、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、有效穗數(shù)和穗長均顯著高于對照品種,同時這些形狀指標(biāo)的變異系數(shù)均小于5%,表明Y兩優(yōu)919具有較好的豐產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)潛力;此外,PCA與PLS-DA分析結(jié)果表明,產(chǎn)量是Y兩優(yōu)919與對照品種的關(guān)鍵差異特性。然而,PCA分析結(jié)果可知,2個品種的產(chǎn)量與千粒重呈負(fù)相關(guān),這是由于有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)和千粒重三者相互協(xié)調(diào)決定水稻產(chǎn)量,而Y兩優(yōu)919的有效穗數(shù)和每穗實粒數(shù)顯著提高,表現(xiàn)其較優(yōu)的品種特性[16]。此外,主要病蟲害抗性中稻瘟病抗性鑒定評價最為嚴(yán)格,其抗性強弱以苗葉瘟、穗瘟發(fā)病率和穗瘟損失率病級進行加權(quán)統(tǒng)計形成的綜合指數(shù)進行比較[6,9]。一般情況下,穗瘟導(dǎo)致水稻減產(chǎn)較為嚴(yán)重,穗瘟損失率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),因此,綜合指數(shù)和穗瘟損失率同時達(dá)標(biāo)才符合國家審定標(biāo)準(zhǔn)[9,17]。Y兩優(yōu)919區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗的綜合指數(shù)與穗瘟損失率均低于對照品種,說明其稻瘟病抗性基本達(dá)到國審標(biāo)準(zhǔn)。此外,稻米品質(zhì)作為水稻的綜合性狀,已經(jīng)成為現(xiàn)今水稻育種重要方向[18-19],因此現(xiàn)行稻米品質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《食用稻品種品質(zhì)》(NY/T 593—2013)要求更為嚴(yán)格[20]。該研究Y兩優(yōu)919具有較好的堊白度與直鏈淀粉含量,綜合達(dá)到部頒優(yōu)質(zhì)三級標(biāo)準(zhǔn)。

綜上,Y兩優(yōu)919具有較好的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性,稻瘟病抗性和主要農(nóng)藝經(jīng)濟性狀等綜合表現(xiàn)優(yōu)于對照品種,表現(xiàn)出較強的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性,達(dá)到國家審定標(biāo)準(zhǔn),具有市場推廣潛力。