豫南粳稻稻米品質(zhì)的主成分聚類分析

劉秋員+宋曉華+段斌+何世界+李慧龍+甄才紅+宋世枝

摘要：為了解豫南地區(qū)不同粳稻品種稻米品質(zhì)特點(diǎn)，利用主成分聚類分析方法統(tǒng)計(jì)分析了豫南地區(qū)12個粳稻品種的稻米品質(zhì)。結(jié)果表明：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，分別為8866%、80.43%、22.76%、26.46%、18.42%。主成分分析結(jié)果表明，堊白度、堊白粒率、精米率、糙米率、粒長、粒寬、膠稠度以及直鏈淀粉含量是粳稻品質(zhì)性狀的關(guān)鍵指標(biāo)。同時通過主成分得分聚類分析，12個粳稻品種基本分為6類，其中第Ⅰ類、第Ⅱ類以及第Ⅳ類表現(xiàn)出了高堊白的特征，第Ⅲ類、第Ⅴ類以及第Ⅵ類的堊白性狀雖然與優(yōu)質(zhì)稻米要求差距相對較小，但其整精米率較差。

關(guān)鍵詞：豫南；粳稻；品質(zhì)；主成分聚類分析

中圖分類號： S511.2+20.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0129-03

收稿日期：2015-04-27

基金項(xiàng)目：河南省重大科技專項(xiàng)（編號：121100110200）；國家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目；信陽農(nóng)林學(xué)院校內(nèi)青年基金（編號：201401021）。

作者簡介：劉秋員（1985—），男，江西高安人，碩士研究生，助教，主要從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)研究。E-mail：joss85@163.com。

通信作者：宋世枝，研究員，主要從事水稻栽培技術(shù)研究。E-mail：ssz669@163.com。水稻為我國最主要的糧食作物之一，隨著人們生活水平的提高，人們對稻米的品質(zhì)要求也越來越高，因此，如何提高稻米品質(zhì)，已成為廣大水稻科技工作者極為關(guān)注的問題。豫南地區(qū)水稻種植歷史悠久，常年水稻生產(chǎn)面積 53.33萬hm2，占河南省水稻種植總面積的83%，是河南省水稻的主產(chǎn)區(qū)[1]。粳稻作為豫南地區(qū)近年來大力推廣種植的水稻類型，目前對其研究主要集中在粳稻品種篩選和相關(guān)栽培技術(shù)措施上，而對其稻米品質(zhì)的關(guān)注比較少[2-6]。據(jù)此，筆者以豫南地區(qū)目前正在試種的12個粳稻品種為研究對象，利用相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法對其稻米品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析，以期明確各品種的品質(zhì)特點(diǎn)，為下一步品種篩選和栽培技術(shù)改進(jìn)提供參考。

1材料與方法

1.1供試品種

選取豫南地區(qū)粳稻試種品種共12個，分別為秀水134、浙粳88、武運(yùn)粳23、南粳9108、鹽豐47、遼星一號、龍粳31、龍粳21、新稻18、新豐3號、隆優(yōu)1875、鄭稻18。

1.2檢測指標(biāo)

所檢測的指標(biāo)包括糙米率（X1）、整精米率（X2）、精米率（X3）、堊白度 （X4）、堊白率（X5）、堊白大?。╔6）、粒長（X7）、粒寬（X8）、膠稠度（X9）、直鏈淀粉含量（X10）、 食味得分（X11）。相關(guān)檢測檢測方法嚴(yán)格按照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 83—1988《米質(zhì)測定方法》進(jìn)行。

1.3數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行主成分和聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1豫南粳稻稻米品質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)分析

豫南地區(qū)12個粳稻品種的品質(zhì)指標(biāo)性狀及其相關(guān)描述性統(tǒng)計(jì)分析見表1。從表1可知，11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)中，糙米率、整精米率、精米率、粒長、粒寬以及食味得分變異系數(shù)較小，表明這些指標(biāo)在品種間差異較?。欢鴪装锥?、堊白粒率、堊白大小、膠稠度以及直鏈淀粉含量的變異系數(shù)較大，說明品種可能對這些指標(biāo)有較大的影響。

2.2粳稻稻米品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

把12個粳稻的11項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)合在一起進(jìn)行主成分分析，計(jì)算出相關(guān)矩陣的特征根和相應(yīng)的特征向量，其結(jié)果見表2和表3。由表2可知，根據(jù)提取特征值大于1的原則，一共提取到了4個主成分，它們對稻米品質(zhì)的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了84.702%，說明可以用該4項(xiàng)主成分來描述稻米品質(zhì)信息。

某一主成分相應(yīng)的特征向量表示各性狀對主成分貢獻(xiàn)的大小，其絕對值和符號分別反映了各指標(biāo)對該主成分作用的大小和性質(zhì)。結(jié)合表2可知，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為32.84%，其中堊白度、堊白粒率的載荷系數(shù)較大，表明這2個指標(biāo)在第1主成分中起主要作用，命名為堊白因子；第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為20.035%，其中精米率、糙米率的載荷系數(shù)較大，由于這2項(xiàng)指標(biāo)均屬于碾磨品質(zhì)指標(biāo)，因此命名為碾磨因子；第3主成分的方差貢獻(xiàn)率為16.801%，其中膠稠度和粒寬的載荷系數(shù)較大，因此該主成分是粒寬和膠稠度的一個綜合反映；第4主成分的方差貢獻(xiàn)率為15.026%，其中直鏈淀粉含量和粒長的載荷系數(shù)較大，因此該主成分是粒長和直鏈淀粉含量的一個綜合反映。

2.3基于主成分得分的各粳稻品種聚類分析

由表3提供的主成分得分系數(shù)，可以得到4個主成分的線性組合分別為：F1=-0.072X1+0.11X2-0.093X3+…-0193X11；F2=0.26X1+0.223X2+0.404X3+…+0041X11；F3=0.323X1-0.322X2+0.053X3+…+0.094X11；F4=-0.26X1+0.109X2+0.074X3+…+0.223X11。由這4個線性方程計(jì)算出來的各主成分得分見表4。

根據(jù)表4各主成分得分，采用平方歐式距離和類平均組間聯(lián)結(jié)系統(tǒng)聚類法對12個粳稻品種進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖1所示。12個粳稻品種大致可以分為6類：武運(yùn)粳23、鹽豐47、浙粳88分別各自成1類；新豐3號、隆優(yōu)1875、龍粳21成1類；南粳9108、龍粳31、新稻18、鄭稻18成1類；秀水134、遼星一號成1類。

對各類別所屬品種的品質(zhì)性狀指標(biāo)的平均值進(jìn)行對比，并結(jié)合優(yōu)質(zhì)粳稻米的品質(zhì)要求，由表5分析發(fā)現(xiàn)：碾磨品質(zhì)方面，各類品種在糙米率方面表現(xiàn)較好，均達(dá)到了一級粳稻米的要求，但整精米率除第Ⅱ類和第Ⅲ類達(dá)標(biāo)外，其他類品種與要求均存在一定差距；外觀品質(zhì)方面，各類型的堊白度和堊白粒率均與優(yōu)質(zhì)粳稻米要求存在一定差距，其中第Ⅰ類、第Ⅱ類、第Ⅳ類差距較大，第Ⅵ類差距相對較小；蒸煮食味品質(zhì)方面，第Ⅰ類、第Ⅲ類以及第Ⅴ類的膠稠度未達(dá)標(biāo)，而第Ⅱ類、第Ⅳ類以及第Ⅴ類的直鏈淀粉含量未達(dá)標(biāo)，從食味得分上來看，以第Ⅵ類的得分最高，為74.37分，第Ⅱ類最低，只有65.81分。

3結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，豫南地區(qū)的12個粳稻品種稻米品質(zhì)差異較大，特別是在堊白度、堊白粒率方面，變異系數(shù)均在80%以上。此外，通過主成分分析也發(fā)現(xiàn)，堊白度、堊白粒率在第一主成分上擁有較大載荷，說明堊白度、堊白粒率可能是豫南地區(qū)粳稻稻米品質(zhì)的主要限制因子。從聚類分析結(jié)果看，12個品種大致分為6類，除在糙米率方面均滿足優(yōu)質(zhì)米要求外，6個類型的粳稻品種在其他品質(zhì)指標(biāo)上表現(xiàn)出了不同的特征，第Ⅰ類、第Ⅱ類以及第Ⅳ表現(xiàn)出了高堊白的特征，而第Ⅲ類、第Ⅴ類以及第Ⅵ類的堊白性狀與優(yōu)質(zhì)稻米要求差距相對較小，但其整精米率相對較小，這可能與整精米率和堊白度之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系有關(guān)[7]。

稻米品質(zhì)影響因素復(fù)雜，不僅受遺傳性狀控制，同時還受到環(huán)境因子的影響，而且稻米品質(zhì)性狀間還存在難以調(diào)和的遺傳相關(guān)性[8-9]，而評價稻米品質(zhì)的優(yōu)劣，需要綜合考慮碾米品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)以及安全性等多方面的指標(biāo)狀況[10]。因此，結(jié)合本研究結(jié)果來看，建議把降低堊白度和堊白粒率作為豫南地區(qū)今后粳稻品質(zhì)改良的重點(diǎn)方向，并同時協(xié)調(diào)好堊白與其他品質(zhì)性狀間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋世枝，段斌，何世界，等. 從粳稻的比較優(yōu)勢看豫南“秈改粳”[J]. 中國稻米，2014，20（1）：48-50，56.

[2]宋世枝，段斌，何世界. 豫南粳稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)障礙因子與栽培對策[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（5）：206-208.

[3]方玲，宋世枝，段斌，等. 豫南粳稻播期調(diào)整后抽穗灌漿期間溫度變化及對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2006，22（4）：218-220.

[4]宋世枝，方玲，段斌，等. 調(diào)整播期對豫南粳稻稻瘟病及紋枯病發(fā)病條件的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（4）：276-277，288.

[5]段斌，宋世枝，何世界，等. 豫南粳稻安全齊穗期和最佳播種期研究[J]. 中國稻米，2015，21（1）：45-47，51.

[6]張凱，孫君艷. 豫南地區(qū)粳稻栽培最佳施氮水平試驗(yàn)[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（6）：1300-1301.

[7]馬靜，孫建昌，安永平，等. 寧夏稻米品質(zhì)性狀的主成分及聚類分析[J]. 種子，2009，28（12）：35-38，43.

[8]林靜，張所兵，張?jiān)戚x，等. 利用染色體片段置換系定位水稻米糠油含量的QTL[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，31（2）：231-235.

[9]周龍祥，唐搖設(shè)，劉正輝，等. 開花期剪葉和疏花對寧粳1號和鎮(zhèn)稻88稻米直鏈淀粉含量和膠稠度的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，30（5）：943-949.

[10]朱智偉. 當(dāng)前我國稻米品質(zhì)狀況分析[J]. 中國稻米，2006（1）：1-4.