不同粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀分析

布哈麗且木·阿不力孜，袁 杰，張燕紅，趙志強(qiáng)，文孝榮， 賈春平，康民泰，唐福森，王奉斌，3

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫宿水稻試驗(yàn)站，新疆阿克蘇 843100； 3 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】水稻是世界上第二大糧食作物，預(yù)計(jì)到2035年全球稻米需求量將增加至8.52×108t[1-2]。近年來，水稻生產(chǎn)模式由高產(chǎn)需求逐步向優(yōu)質(zhì)需求協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變[3-4]。新疆地區(qū)粳稻品種多雜現(xiàn)象，稻米品質(zhì)保優(yōu)研究已成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題[5-6]。分析與評(píng)價(jià)新疆粳稻稻米品質(zhì)對(duì)新疆水稻產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】劉琳帥等[7]對(duì)大慶地區(qū)粳稻品種的品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，惡白率和直鏈淀粉含量是最具代表性的品質(zhì)指標(biāo)。牛付安等[8]研究發(fā)現(xiàn)，上海市粳稻品種的品質(zhì)性狀中堊白粒率和堊白度對(duì)碾磨品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)具有極顯著的負(fù)面效應(yīng)。馬靜等[9]對(duì)寧夏育成的粳稻品種(系)的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)育成品種的碾磨品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)基本達(dá)到國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)注意堊白率、堊白度和蒸煮品質(zhì)。李新等[10]對(duì)新疆伊犁地區(qū)19個(gè)水稻品種的品質(zhì)性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，堊白度、堊白率是影響伊犁地區(qū)稻米品質(zhì)的主要限制因子。劉秋員等[11]研究了豫南地區(qū)不同粳稻品種稻米品質(zhì)特點(diǎn)，分析發(fā)現(xiàn)堊白度和整精米率是水稻品質(zhì)改良的主要目標(biāo)。蔣小軍等[12]對(duì)湖南省新育成的水稻品種的稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出稻米品質(zhì)表現(xiàn)相對(duì)較好品種7個(gè)，并分析發(fā)現(xiàn)堊白率和堊白度是湖南省水稻新品種稻米品質(zhì)最主要的限制因子。荊瑞勇等[13]研究分析了黑龍江地區(qū)水稻品種綜合品質(zhì)性狀的差異性，篩選出加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)最優(yōu)的水稻品種。張梅霞等[14]研究了黃淮流域粳稻主要品質(zhì)性狀之間的關(guān)系，利用相關(guān)性、主成分及聚類分析篩選出綜合品質(zhì)最優(yōu)的新稻062235?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆水稻目前研究主要集中在新品種選育、高產(chǎn)栽培模式、灌溉方式及水氮利用效率研究等，對(duì)粳稻自育品種(系)和引進(jìn)品種的綜合品質(zhì)性狀研究和分析評(píng)價(jià)相對(duì)較少。亟需分析研究不同粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以新疆稻區(qū)主栽粳稻品種為研究對(duì)象，收獲期測(cè)定不同粳稻品種(系)主要品質(zhì)性狀指標(biāo)，并進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，篩選出現(xiàn)階段新疆稻區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)粳稻品種(系)，為新疆水稻品質(zhì)改良提供參考方向。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2020年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫宿水稻試驗(yàn)站進(jìn)行(41°16′N，80°12′E)。供試粳稻品種(系)16份(新稻42號(hào)、新稻46號(hào)、新稻47號(hào)、新稻50號(hào)、農(nóng)林315號(hào)、GDY1、GDY6、GDY8、新稻11號(hào)、新稻36號(hào)、新稻45號(hào)、新稻56號(hào)、新稻57號(hào)、GDW1、GDW2和GDW9)，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所收集保存。試驗(yàn)田土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為含鹽量7.4 g/kg，pH值8.0，堿解氮119.4 mg/kg，速效磷48.8 mg/kg，速效鉀220.0 mg/kg，有機(jī)質(zhì)17.7 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為45 m2，行距30 cm，株距15 cm，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)品種種植面積為2.5 m2(單株插秧)。試驗(yàn)地基施尿素150 kg/hm2，磷酸二銨225 kg/hm2，農(nóng)用硫酸鉀75 kg/hm2，4月2日育秧，5月6日移栽，分蘗期施尿素3次，合計(jì)300 kg/hm2。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

采用日本佐竹米粒食味計(jì)(型號(hào)：RCTA11A)測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、食味值、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量。采用液晶白度測(cè)定儀(型號(hào)：ST001D)測(cè)定堊白度，計(jì)算堊白率；采用大米膠稠度測(cè)定儀(型號(hào)：GCT-8A)測(cè)定膠稠度；采用直尺測(cè)量10粒稻米總長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算粒長(zhǎng)、粒寬和長(zhǎng)寬比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性、主成分分析及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀指標(biāo)差異

研究表明，16個(gè)粳稻品種(系)糙米率均大于80%，變異系數(shù)為1.5%，其中新稻56號(hào)糙米率最大，與新稻45號(hào)和GDW2差異不顯著，顯著高于其他粳稻品種(系)；16個(gè)粳稻品種(系)整精米率在29.3%-72.7%，變異系數(shù)為20.3%，GDY1整精米率最高，顯著高于其他粳稻品種(系)；16個(gè)粳稻品種(系)精米率在70%左右，變異系數(shù)為3.3%，其中新稻36號(hào)和新稻57號(hào)精米率最大，與新稻56號(hào)和GDW2差異不顯著，顯著高于其他粳稻品種(系)；16個(gè)粳稻品種(系)堊白度差異較大，變異系數(shù)高達(dá)140.0%，GDY8和新稻11號(hào)堊白度最小為0.1%，新稻56號(hào)堊白度最小為10.3%；16個(gè)粳稻品種(系)堊白率差異較大，變異系數(shù)高達(dá)99.2%，新稻11號(hào)堊白度最小為1.0%，新稻56號(hào)和新稻57號(hào)堊白度超過40%，顯著高于其他品種；16個(gè)粳稻品種(系)蛋白質(zhì)含量在7.13%～8.77%，新稻11號(hào)最小，變異系數(shù)為5.09%，GDY8蛋白質(zhì)含量顯著高于其他處理；16個(gè)粳稻品種(系)直鏈淀粉含量在15.2%～20.0%，GDW2和GDW9直鏈淀粉含量最大，新稻11號(hào)和新稻36號(hào)直鏈淀粉含量最小，變異系數(shù)為9.2%；16個(gè)粳稻品種(系)膠稠度在67.0～86.0 mm，變異系數(shù)為6.1%，新稻56號(hào)膠稠度顯著高于其他粳稻品種(系)，GDY6膠稠度最低；16個(gè)粳稻品種(系)粒長(zhǎng)在4.8～6.7 mm，變異系數(shù)為9.3%，GDY6粒長(zhǎng)顯著高于其他粳稻品種(系)，新稻45號(hào)粒長(zhǎng)最短；16個(gè)粳稻品種(系)粒寬在2.2～2.9 mm，變異系數(shù)為7.7%，新稻57號(hào)和GDW2粒寬最大，與農(nóng)林315號(hào)、GDY1、新稻36號(hào)和GDW9差異不顯著，顯著高于其他粳稻品種(系)，新稻50號(hào)粒寬最??；16個(gè)粳稻品種(系)籽粒長(zhǎng)寬比在1.7～2.9，變異系數(shù)為14.3%，新稻50號(hào)籽粒長(zhǎng)寬比顯著高于其他粳稻品種(系)，農(nóng)林315號(hào)、新稻45號(hào)、新稻57號(hào)和GDW2籽粒長(zhǎng)寬比均最小。表1

表1 不同粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀指標(biāo)變異Table 1 Variation statistics on quality traits of different japonica rice varieties (lines)

2.2 不同粳稻品種稻米品質(zhì)性狀指標(biāo)的相關(guān)性

研究表明，水稻各品質(zhì)性狀間存在著較多的相關(guān)性，其中糙米率與精米率、堊白度和堊白率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.480、0.422和0.457，與粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.334和-0.349。整精米率與精米率和膠稠度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.627和0.480，與粒寬呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.364，與長(zhǎng)寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.392，而與粒長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.342。精米率與堊白度、堊白率和粒寬呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.471、0.521和0.565，與粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.419和-0.559，而與直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.356。堊白度與堊白率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.877，與粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.302和-0.297。堊白率僅與粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.334和-0.301，與其他指標(biāo)無相關(guān)關(guān)系。蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量、膠稠度、粒長(zhǎng)、粒寬和長(zhǎng)寬比均無相關(guān)關(guān)系。直鏈淀粉含量?jī)H與粒長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.319。粳稻膠稠度與粒長(zhǎng)、粒寬和長(zhǎng)寬比均無相關(guān)關(guān)系。粒長(zhǎng)與粒寬呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.499，而與長(zhǎng)寬比呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.904。粒寬與長(zhǎng)寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.805。表2

表2 不同粳稻品種(系)品質(zhì)性狀相關(guān)性Table 2 Correlation analysis of quality traits among different japonica rice varieties (lines)

2.3 不同粳稻品種稻米品質(zhì)性狀指標(biāo)的主成分

研究表明，對(duì)16個(gè)粳稻品種(系)的11個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得到主成分特征值。第1～第4主成分的特征值分別為4.342、1.732、1.363和1.215，貢獻(xiàn)率分別為39.475%、15.748%、12.394%和11.043%，累積貢獻(xiàn)率為78.661%，提取前4個(gè)主成分作綜合評(píng)價(jià)。表3

表3 主成分特征值Table 3 Principal component eigenvalues

2.4 不同粳稻品種主成分綜合得分和排序

研究表明，6個(gè)粳稻品種(系)品質(zhì)性狀綜合得分大于0，占比37.50%，10個(gè)粳稻品種(系)品質(zhì)性狀綜合得分小于0，占比62.50%。新稻56號(hào)品質(zhì)性狀綜合得分最高為2.233 7，第2～6名分別是新稻57號(hào)、GDW2、新稻45號(hào)、GDY1和新稻42號(hào)，新稻50號(hào)品質(zhì)性狀綜合得分最低為-1.716 5，新稻56號(hào)品質(zhì)最好，其次是新稻57號(hào)、GDW2、新稻45號(hào)、GDY1和新稻42號(hào)，新稻50號(hào)品質(zhì)最差。表4

表4 不同粳稻品種(系)主成分綜合得分和排序Table 4 Composite score of principal component and order of different japonica rice varieties (lines)

2.5 不同粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀指標(biāo)的聚類分析和品質(zhì)評(píng)價(jià)

研究表明，當(dāng)歐式距離為15時(shí)，可將16個(gè)粳稻品種(系)分為3類，其中第I類粳稻品種(系)最多，占比為75.00%，分別是GDY1、GDW2、新稻45號(hào)、新稻42號(hào)、新稻36號(hào)、新稻11號(hào)、新稻47號(hào)、GDY8、農(nóng)林315號(hào)、GDW9、新稻46號(hào)和GDW1；第Ⅱ類粳稻品(系)分別是新稻50號(hào)和GDY6，占比為12.50%；第Ⅲ類粳稻品(系)分別是新稻56號(hào)和新稻57號(hào)，占比為12.50%。圖1

圖1 16個(gè)粳稻品種(系)稻米品質(zhì)性狀聚類Fig.1 Cluster analysis of quality traits for the sixteen japonica rice varieties (lines)

碾磨品質(zhì)，第Ⅰ類和第Ⅱ類品種(系)在糙米率方面均達(dá)到二級(jí)稻米的要求，第Ⅲ類達(dá)到一級(jí)稻米的要求；整精米率除第Ⅲ類達(dá)標(biāo)外，第Ⅰ類和第Ⅱ類品種(系)與要求存在差距。外觀品質(zhì)，第Ⅱ類品種(系)在堊白度和堊白粒率達(dá)到一級(jí)稻米的要求，第Ⅰ類達(dá)到二級(jí)稻米的要求，第Ⅲ類與優(yōu)質(zhì)稻米要求存在差距。蒸煮品質(zhì)，第Ⅰ類和第Ⅲ類品種(系)在膠稠度和直鏈淀粉含量均達(dá)到一級(jí)稻米的要求，而第Ⅱ類品種(系)在膠稠度達(dá)到一級(jí)稻米的要求，但其直鏈淀粉含量?jī)H達(dá)到二級(jí)稻米的要求。表5

表5 不同類別稻米品質(zhì)性狀對(duì)比Table 5 Comparison of quality traits among different rice varieties

3 討 論

稻米品質(zhì)是一個(gè)綜合性狀，其評(píng)價(jià)涉及稻米碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)性狀等方面的多項(xiàng)指標(biāo)，且各性狀之間存在難以調(diào)和的遺傳相關(guān)[15]。研究對(duì)16個(gè)新疆粳稻品種(系)的11個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，以變異系數(shù)為依據(jù)，得出供試粳稻品種(系)對(duì)11個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)影響順序?yàn)閳装锥?堊白率>整精米率>長(zhǎng)寬比>粒長(zhǎng)>直鏈淀粉含量>粒寬>膠稠度>蛋白質(zhì)含量>精米率>糙米率，其中堊白度和堊白率尤為突出，變異系數(shù)分別達(dá)到140.0%和99.2%，而糙米率變異系數(shù)最小為1.5%。堊白度和堊白率是影響稻谷品質(zhì)的重要指標(biāo)，這與牛付安等[8]、李新等[10]和劉秋員等[11]研究結(jié)果一致。

粳稻糙米率與精米率、堊白度和堊白率呈極顯著正相關(guān)，整精米率與精米率和膠稠度呈極顯著正相關(guān)，精米率與堊白度、堊白率和粒寬呈極顯著正相關(guān)，粳稻堊白度與堊白率呈極顯著正相關(guān)，粳稻堊白率僅與粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，改善稻米品質(zhì)應(yīng)該從降低稻米堊白度和堊白率方面來解決，這與馬靜等[9]、李新等[10]、劉秋員等[11]和蔣小軍等[12]的研究結(jié)論一致。

主成分分析是將原來數(shù)量較多的單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的彼此獨(dú)立且個(gè)數(shù)較少的綜合指標(biāo)，來解釋原指標(biāo)所包含的信息，主成分分析綜合評(píng)價(jià)全面客觀、結(jié)果可靠[16]。利用主成分分析可以篩選出品質(zhì)相關(guān)性狀優(yōu)良的親本材料[17-19]。研究利用主成分分析對(duì)新疆16個(gè)粳稻品種(系)11個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得到主成分特征值，前4個(gè)主成分特征值累積貢獻(xiàn)率為78.661%，能夠反映大部分的信息，故提取前4個(gè)主成分作綜合評(píng)價(jià)。新稻56號(hào)品質(zhì)性狀綜合得分最高為2.233 7，新稻50號(hào)品質(zhì)性狀綜合得分最低為-1.716 5，新稻56號(hào)品質(zhì)最好，新稻50號(hào)品質(zhì)最差。

當(dāng)歐式距離為15時(shí)，可將16個(gè)粳稻品種(系)分為3類。第I類和第Ⅱ類粳稻品(系)在碾磨品質(zhì)方面差于第Ⅲ類，但外觀品質(zhì)中堊白性狀與優(yōu)質(zhì)稻米要求差距相對(duì)較小，第Ⅲ類粳稻品(系)表現(xiàn)出堊白率高。蒸煮品質(zhì)第Ⅰ類、第Ⅱ類和第Ⅲ類品種(系)與優(yōu)質(zhì)稻米要求差距相對(duì)較小。

4 結(jié) 論

供試16個(gè)粳稻品種(系)稻米品質(zhì)差異較大，變異系數(shù)在1.5%～140.0%，其中堊白度和堊白率變異系數(shù)分別達(dá)到140.0%和99.2%，成為影響稻谷品質(zhì)的重要指標(biāo)。結(jié)合稻米品質(zhì)性狀之間的相關(guān)性，堊白度和堊白率是現(xiàn)階段影響新疆稻米品質(zhì)的最主要限制因子。新稻56號(hào)品質(zhì)最好，新稻57號(hào)品質(zhì)次之，新稻50號(hào)品質(zhì)最差。第Ⅲ類粳稻品種(系)品質(zhì)較優(yōu)，但仍與優(yōu)質(zhì)稻米標(biāo)準(zhǔn)有較小差距，第Ⅱ類次之，第I類與優(yōu)質(zhì)稻米標(biāo)準(zhǔn)差距較大。降低稻米堊白度和堊白率可以作為新疆粳稻品質(zhì)改良的重點(diǎn)研究方向，在育種上可利用低堊白粳稻種質(zhì)資源通過雜交定向培育出灌漿結(jié)實(shí)期耐高溫和強(qiáng)光型品種來降低堊白度，結(jié)合栽培措施，同時(shí)協(xié)調(diào)好堊白特征與其它品質(zhì)性狀間的關(guān)系。