135份粳稻種質(zhì)資源在河南省沿黃稻區(qū)的品質(zhì)性狀表現(xiàn)及相關(guān)分析

胡珍珍，陳喜娜，袁澤科，杜彥修，張 靜，李俊周，彭 廷，孫紅正，趙全志

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)/河南水稻生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002)

水稻是我國(guó)的重要糧食作物之一，全國(guó)有60%以上的人口以稻米為主食[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)水稻育種以產(chǎn)量為主要育種目標(biāo)，對(duì)稻米品質(zhì)重視不夠，然而隨著人們生活水平的提高，對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米的需求越來(lái)越大，因此，培育具有較高品質(zhì)的水稻新品種成為當(dāng)前育種工作的重要目標(biāo)之一。目前，關(guān)于稻米品質(zhì)的研究較多[2-6]。稻米品質(zhì)主要涉及加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等方面。加工品質(zhì)可以通過(guò)糙米率、精米率以及整精米率等指標(biāo)反映。外觀品質(zhì)是衡量稻米商品價(jià)值的重要性狀指標(biāo)，主要通過(guò)米粒大小、長(zhǎng)寬比、透明度、堊白粒率、堊白度等指標(biāo)來(lái)反映。稻米的蒸煮食味品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與稻米蛋白質(zhì)含量關(guān)系密切，蒸煮食味品質(zhì)決定消費(fèi)者對(duì)稻米的接受程度，影響蒸煮食味品質(zhì)的因素很多，其中主要的影響因素有直鏈淀粉含量、堿消值、膠稠度、蛋白質(zhì)含量等指標(biāo)，蛋白質(zhì)含量與蒸煮食味品質(zhì)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪酸、微量元素和礦物質(zhì)含量等[7]，在水稻籽粒貯藏蛋白組分中，最容易消化吸收的是谷蛋白，醇溶蛋白不易被腸胃吸收。稻米品質(zhì)除了受水稻本身遺傳因素影響外，自然生態(tài)環(huán)境、栽培技術(shù)、水肥管理措施等因素都可能對(duì)其產(chǎn)生影響，其中遺傳特性是影響稻米品質(zhì)的最主要因素[8]。因此，通過(guò)培育新品種提升稻米品質(zhì)首先要發(fā)現(xiàn)并鑒定具有優(yōu)良品質(zhì)的水稻種質(zhì)資源。種質(zhì)資源是未來(lái)選育水稻新品種的基因資源寶庫(kù)，而對(duì)種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)關(guān)系到優(yōu)良性狀基因資源是否能被發(fā)現(xiàn)和利用，對(duì)水稻育種研究有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。徐正進(jìn)等[9]利用水稻區(qū)域試驗(yàn)材料進(jìn)行品質(zhì)性狀分析發(fā)現(xiàn)，粒長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比與糙米率、精米率均呈極顯著負(fù)相關(guān)，堊白粒率、堊白度與精米率、整精米率、長(zhǎng)寬比均呈極顯著負(fù)相關(guān)。周麗潔等[10]對(duì)378份雜交秈稻的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，堊白度、堊白粒率與整精米率、膠稠度、長(zhǎng)寬比均呈負(fù)相關(guān),與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)。呂軍等[11]對(duì)不同熟期的65份水稻材料的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，堊白粒率、堊白度均與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，與膠稠度呈顯著負(fù)相關(guān)。秦鋼等[12]對(duì)174份水稻重組自交系群體的品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析和QTL定位，結(jié)果顯示，重組自交系群體稻米品質(zhì)性狀存在互作效應(yīng),與QTL定位結(jié)果相互印證，鑒定所得主效QTL可用于水稻稻米品質(zhì)相關(guān)性狀的遺傳改良。目前，關(guān)于河南稻區(qū)水稻種質(zhì)資源稻米品質(zhì)性狀的研究較少[13-15]。劉秋員等[13]對(duì)豫南地區(qū)的12份粳稻品種進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，堊白度、堊白粒率、堊白大小、膠稠度、直鏈淀粉含量在品種間的變異系數(shù)較大；堊白度、堊白粒率、精米率、糙米率、粒長(zhǎng)、粒寬、膠稠度以及直鏈淀粉含量是評(píng)價(jià)粳稻品質(zhì)性狀的關(guān)鍵指標(biāo)。張梅霞等[14]對(duì)20份粳稻種質(zhì)的品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)較高的是堊白度、堊白粒率、透明度、膠稠度和堿消值，其他性狀的變異系數(shù)較低，堊白度、堊白粒率、透明度對(duì)稻米品質(zhì)的影響很重要。扶定等[15]對(duì)23份秈型雜交稻的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，11個(gè)稻米品質(zhì)指標(biāo)主要由4個(gè)主成分構(gòu)成，其中外觀品質(zhì)對(duì)稻米品質(zhì)的貢獻(xiàn)率最大；根據(jù)稻米品質(zhì)表現(xiàn)將 23份材料分為 3類。目前，這些研究多是對(duì)豫南稻區(qū)水稻種質(zhì)資源稻米品質(zhì)性狀的研究，且材料數(shù)量較少，而有關(guān)河南省沿黃稻區(qū)水稻種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，對(duì)135份粳稻種質(zhì)資源在河南省沿黃稻區(qū)生態(tài)條件下的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、RVA(快速黏度分析)參數(shù)等進(jìn)行分析，以期篩選出品質(zhì)性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源，為河南省沿黃稻區(qū)水稻品質(zhì)改良育種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所選粳稻種質(zhì)資源共135份(表1)，其中，地方品種(黃淮稻區(qū)以外)30份(編號(hào)1—30)、黃淮稻區(qū)種質(zhì)資源105份(編號(hào)31—135)，開(kāi)花期自8月初至9月初不等。

1.2 材料種植

供試材料于2018年種植于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)，按常規(guī)方法浸種催芽，5月上旬育秧，6月中下旬移栽插秧，施肥與田間管理按照常規(guī)栽培進(jìn)行。待成熟收獲后晾曬，貯藏3個(gè)月后進(jìn)行稻米品質(zhì)測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

稻米加工品質(zhì)指標(biāo)為糙米率、精米率和整精米率，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《NY/T 83—2017米質(zhì)測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。外觀品質(zhì)指標(biāo)包括粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比、堊白度和堊白粒率，使用JWMT12型稻米外觀品質(zhì)掃描儀測(cè)定。蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)包括直鏈淀粉含量、膠稠度、堿消值、蛋白質(zhì)含量，分別按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 15683—2008 大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》《GB/T 22294—2008 糧油檢驗(yàn)大米膠稠度的測(cè)定》《NY/T 83—2017米質(zhì)測(cè)定方法》《GB 5009.5—2016 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。RVA參數(shù)包括最高黏度、熱漿黏度、崩解值、冷漿黏度、消減值、回復(fù)值、成糊時(shí)間和糊化溫度，采用瑞典Perten儀器公司生產(chǎn)的RVA 4500快速測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010和SPSS 13.0進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 粳稻種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀分析

經(jīng)測(cè)定及由表2、圖1可知，整體來(lái)看，粳稻種質(zhì)資源加工品質(zhì)性狀的變異系數(shù)表現(xiàn)為整精米率>精米率>糙米率，變異系數(shù)分別為19.50%、4.90%、2.14%。糙米率平均值為83.03%，絕大多數(shù)種質(zhì)的糙米率都在80%以上，糙米率最低的材料為葡萄黃(76.51%)，最高的材料為新豐2號(hào)(85.86%)。精米率介于59.24%～74.94%，精米率較低的材料有白毛稻、拉木加、水原300粒，均在60%左右；精米率較高的材料有方欣4號(hào)、玉稻518、水晶3號(hào)、豫粳6號(hào)、日本晴等，均在70%以上。整精米率介于18.08%～73.68%，變異幅度較大，整精米率較低的材料大多是黃淮稻區(qū)以外的粳稻地方品種，如水原300粒、拉木加、霸王鞭1等，均在30%以下；較高的多為現(xiàn)代育成品種，如水晶3號(hào)、方欣1號(hào)、豫粳6號(hào)、新豐6號(hào)、日本晴等，均在70%以上。

經(jīng)測(cè)定及由表2、圖1可知，外觀品質(zhì)性狀的變異系數(shù)表現(xiàn)為堊白度>堊白粒率>長(zhǎng)寬比，變異系數(shù)分別為123.60%、84.56%、12.22%,堊白度介于0.73%～74.60%，平均值為13.90%。堊白粒率在不同材料之間差異極大，介于3.23%～100.00%，絕大多數(shù)材料的堊白粒率在40%以下，堊白粒率較高的材料多為地方品種，如拉木加、鐵桿烏、桂花黃、臺(tái)東陸稻等，其堊白粒率多在80%以上。籽粒長(zhǎng)度介于4.23～5.83 mm，寬度介于2.13～3.07 mm，長(zhǎng)寬比介于1.50～2.67。

堿消值、直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量是影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要參數(shù)，經(jīng)測(cè)定及由表2、圖1可知，該4個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)表現(xiàn)為堿消值>直鏈淀粉含量>膠稠度>蛋白質(zhì)含量，變異系數(shù)分別為48.12%、17.33%、15.25%、13.92%。直鏈淀粉含量介于12.95%～28.47%，其中，白毛稻、葡萄黃、臺(tái)中65、老光頭83、鄭稻10號(hào)、徐稻3號(hào)等材料的直鏈淀粉含量都在15%以下，它們的堿消值分別為5.8、2.0、0.0、0.0、3.3、2.2。而拉木加、黃殼早甘、立新粳、霸王鞭1、紫芒飛蛾、木瓜糯等材料的直鏈淀粉含量均在25%以上，它們的堿消值分別為2.6、7.0、2.0、2.0、2.0、2.0。膠稠度介于36.70～99.00 mm，大部分分布于70～80 mm，立新粳、粉紅殼稻、寧恢21、拉木加、黃殼早甘等材料的膠稠度較低，均在50 mm以下；而興國(guó)、丹東陸稻、徐稻7號(hào)、五粳519、葡萄黃等材料的膠稠度較高，均在90 mm以上。蛋白質(zhì)含量介于6.84%～12.37%，絕大多數(shù)分布于8%～10%，2012K1、08K22、新科13T76的蛋白質(zhì)含量均在7%以下；魚(yú)眼糯、丹東陸稻、臺(tái)東陸稻、湖恢628、水原300粒等材料的蛋白含量較高，均在11%以上。

反映稻米淀粉糊化特性的RVA參數(shù)中，最高黏度介于3 308.00～5 770.33 cp，熱漿黏度介于1 767.33～3 727.00 cp，冷漿黏度介于2 873.67～5 904.67 cp，崩解值介于1 007.33～3 338.33 cp，消減值介于-966.67～887.33 cp，回復(fù)值介于1 053.00～2 528.00 cp，成糊時(shí)間介于5.45～6.58 min，糊化溫度介于66.97～86.20 ℃。

2.2 粳稻種質(zhì)資源的聚類分析

根據(jù)加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)等指標(biāo),采用歐式距離法對(duì)135份粳稻種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析(圖2)發(fā)現(xiàn)，所有種質(zhì)資源總體分為兩大類，第一大類包括絕大多數(shù)黃淮稻區(qū)種質(zhì)資源以及水原300粒、百歌稻、黑芒稻、臺(tái)中65、早熟農(nóng)虎6、黎明B、粳87-304、魚(yú)眼糯等地方品種資源共113份，該類材料的加工品質(zhì)及外觀品質(zhì)較好，精米率和整精米率較高，堊白粒率及堊白度較低，蛋白質(zhì)含量較低，膠稠度較高。其中，外觀品質(zhì)較好的包括水晶3號(hào)、方欣1號(hào)、新粳128、南粳5505、金世紀(jì)、新豐6號(hào)等，堊白粒率均在7%以下，堊白度小于2%，在聚類圖中聚為一個(gè)小類(圖2中編號(hào)98—83)。第二大類包含絕大多數(shù)粳稻地方品種資源以及蘇粳2號(hào)等共24份材料，該類材料稻米品質(zhì)總體表現(xiàn)為精米率和整精米率較低，而堊白粒率較高，膠稠度和蛋白質(zhì)含量變異較大，稻米品質(zhì)整體較差，是研究品質(zhì)遺傳差異機(jī)制的較好材料。

種質(zhì)資源編號(hào)自左而右依次為3、113、119、92、42、97、40、10、19、126、46、54、28、102、66、80、37、94、90、38、95、114、120、123、107、117、127、36、79、108、100、131、111、89、125、55、99、129、48、71、98、116、96、81、67、83、85、34、61、105、109、134、78、43、135、32、47、51、88、128、84、121、60、74、20、62、53、70、52、69、58、118、68、39、44、122、50、87、56、101、110、57、82、106、41、45、63、115、64、59、75、73、21、104、35、65、124、91、112、133、72、93、49、130、30、86、33、103、16、76、132、17、4、6、23、24、29、77、1、2、22、31、14、18、7、8、26、15、9、27、5、12、25、11、13

2.3 稻米品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

2.3.1 加工品質(zhì)指標(biāo)與外觀品質(zhì)指標(biāo) 對(duì)粳稻種質(zhì)資源的加工品質(zhì)指標(biāo)與外觀品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)發(fā)現(xiàn)，糙米率與精米率、整精米率、籽粒寬度均呈極顯著正相關(guān)，與堊白粒率、堊白度、籽粒長(zhǎng)度及長(zhǎng)寬比均呈極顯著負(fù)相關(guān)；整精米率與精米率呈極顯著正相關(guān)，與堊白粒率和堊白度均呈極顯著負(fù)相關(guān)；而堊白粒率和堊白度均與籽粒長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比均呈極顯著正相關(guān)。

表3 稻米加工品質(zhì)指標(biāo)與外觀品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.3.2 外觀品質(zhì)指標(biāo)與蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo) 對(duì)蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)與外觀品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表4)發(fā)現(xiàn)，堊白粒率與堊白度、糊化溫度、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，而與堿消值、膠稠度均呈極顯著負(fù)相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與糊化溫度、直鏈淀粉含量分別呈極顯著、顯著正相關(guān)，與堿消值呈極顯著負(fù)相關(guān)；直鏈淀粉含量與膠稠度呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 稻米外觀品質(zhì)指標(biāo)與蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.3.3 稻米蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)與RVA參數(shù) 稻米R(shí)VA參數(shù)與蒸煮食味品質(zhì)關(guān)系較密切，對(duì)直鏈淀粉含量、堿消值、膠稠度、蛋白質(zhì)含量與RVA參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量與熱漿黏度、冷漿黏度、回復(fù)值均呈極顯著正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與崩解值、膠稠度均呈極顯著負(fù)相關(guān)；堿消值與最高黏度、崩解值、消堿值、糊化溫度、蛋白質(zhì)含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與成糊時(shí)間呈極顯著正相關(guān)；膠稠度與最高黏度、崩解值均呈極顯著正相關(guān)，與熱漿黏度、冷漿黏度、消堿值、回復(fù)值、成糊時(shí)間均呈極顯著負(fù)相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與最高黏度、熱漿黏度、冷漿黏度、消堿值、回復(fù)值、糊化溫度均呈顯著或極顯著正相關(guān)。

表5 稻米蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)與RVA參數(shù)的相關(guān)性分析Tab.5 Correlation analysis between RVA parameters and cooking quality indexes

3 結(jié)論與討論

稻米品質(zhì)提升是當(dāng)前水稻育種的重要目標(biāo)之一，鑒定優(yōu)良的種質(zhì)資源是提高稻米品質(zhì)育種水平的重要基礎(chǔ)。本研究對(duì)135份粳稻種質(zhì)資源在河南省沿黃稻區(qū)生態(tài)條件下的稻米品質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，粳稻種質(zhì)資源在稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、RVA參數(shù)等主要性狀上的變異均非常豐富，為水稻遺傳育種和品質(zhì)性狀遺傳改良研究奠定了基礎(chǔ)。

加工品質(zhì)性狀中，整精米率的變異系數(shù)最大，精米率變異系數(shù)次之，糙米率的變異系數(shù)較小,變異系數(shù)分別為19.50%、4.90%、2.14%。外觀品質(zhì)性狀中，堊白度和堊白粒率的變異系數(shù)較大，籽粒長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比的變異系數(shù)較小,堊白度的最小值、最大值、平均值分別為0.73%、74.60%、13.90%。加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的相關(guān)分析表明，整精米率與堊白粒率、堊白度均呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果較為一致[12-16]。稻米中堊白部分由于淀粉顆粒排列不規(guī)則導(dǎo)致透光性較差、質(zhì)地較為松散[17-18]。因此，稻米堊白部分的硬度較低，在加工過(guò)程中容易斷裂，從而在碾磨過(guò)程中形成碎粒米，降低稻米商品價(jià)值。所以降低稻米堊白粒率與堊白度不僅可以提高稻米的外觀品質(zhì)，同時(shí)也能提高稻米的整精米率，提升稻米商品價(jià)值。

稻米作為主糧來(lái)說(shuō)，較高的食味品質(zhì)是水稻品質(zhì)育種的終極目標(biāo)。因此，食味品質(zhì)性狀的評(píng)價(jià)對(duì)水稻品質(zhì)育種有重要的參考價(jià)值。直鏈淀粉含量是影響稻米食味品質(zhì)的重要指標(biāo)，通常認(rèn)為直鏈淀粉含量影響米飯質(zhì)地，直鏈淀粉含量較高的米飯質(zhì)地較硬，而低直鏈淀粉含量的米飯質(zhì)地較軟，直鏈淀粉含量對(duì)米飯的適口性影響極大[19-21]。本研究中的粳稻種質(zhì)資源直鏈淀粉含量介于12.95%～28.47%，變異較豐富。因此，可根據(jù)育種目標(biāo)選擇相應(yīng)種質(zhì)材料。本研究中的粳稻種質(zhì)資源堿消值介于0.0～7.0，堿消值反映的是稻米的糊化溫度，糊化溫度是評(píng)價(jià)稻米蒸煮與食味品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是指淀粉粒在熱水中開(kāi)始吸水并發(fā)生不可逆膨脹、喪失其雙折射性(淀粉表面開(kāi)始喪失特有的極化相交轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài))和結(jié)晶時(shí)的臨界溫度[22]。糊化溫度與蒸煮米飯所需的水分和時(shí)間相關(guān)，高糊化溫度稻米較低糊化溫度稻米需要更多的水分和更長(zhǎng)的蒸煮時(shí)間。不同的用米目的需要的糊化溫度不同，但飯用米一般要求中低糊化溫度，糊化溫度較低的米飯食味較好[23]。本研究粳稻種質(zhì)材料的糊化溫度大多為中、低糊化溫度，糊化溫度較高的多為地方品種，糊化溫度介于66.97～86.20 ℃。膠稠度是評(píng)價(jià)稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)。膠稠度一般分為3類：硬膠稠度(米膠長(zhǎng)度≤40 mm)、中等膠稠度(米膠長(zhǎng)度在40～60 mm)和軟膠稠度(米膠長(zhǎng)度≥61 mm)。硬膠稠度的米飯干燥易裂，冷卻后變硬，食味不佳；軟膠稠度的米飯濕潤(rùn)而有光澤，冷卻后仍保持柔軟，口感及食味較好[24]。本研究中的種質(zhì)資源膠稠度大多屬于中等膠稠度和軟膠稠度材料。稻米中蛋白質(zhì)含量是稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，同時(shí)也對(duì)稻米的食味品質(zhì)有重要影響。有學(xué)者認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量與稻米蒸煮食味品質(zhì)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，蛋白質(zhì)含量過(guò)高的稻米蒸煮食味品質(zhì)往往較差[25-26]；也有學(xué)者認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量高不一定會(huì)降低稻米蒸煮食味品質(zhì),蒸煮食味品質(zhì)取決于含氮物的種類與數(shù)量[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)含量與最高黏度、熱漿黏度、冷漿黏度均呈顯著正相關(guān)，蛋白質(zhì)含量可能是影響米飯硬度和黏度的重要因素，這與張啟莉等[27]的研究結(jié)果一致。在水稻品質(zhì)改良育種中提高蛋白質(zhì)含量雖然可以提高稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)卻有可能導(dǎo)致蒸煮食味品質(zhì)降低。因此，應(yīng)將蛋白質(zhì)含量控制在合理范圍以達(dá)到諸多育種目標(biāo)的協(xié)調(diào)平衡。