秩次分析法在低鎘水稻品種篩選中的應(yīng)用

滕振寧張玉燭方寶華劉洋孫姣輝楊堅何小娥

（1湖南省水稻研究所，長沙410125；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

秩次分析法在低鎘水稻品種篩選中的應(yīng)用

滕振寧1，2張玉燭1*方寶華1劉洋1，2孫姣輝2楊堅1，2何小娥1，2

（1湖南省水稻研究所，長沙410125；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

以參加湖南省低鎘水稻品種篩選試驗的31個早稻品種為材料，將這些品種種在15個盆栽試驗環(huán)境點，獲得稻米鎘含量數(shù)據(jù)，使用非參數(shù)統(tǒng)計方法-秩次分析法，對參試品種的稻米鎘含量及其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析與評價，以篩選具有穩(wěn)定低鎘性狀的早稻品種。結(jié)果表明，品種v20（兩優(yōu)早17）和v23（株兩優(yōu)706）屬于稻米低鎘性能和鎘含量穩(wěn)定性均較好的品種，適合一般污染區(qū)大面積種植；秩次分析法適用于低鎘水稻篩選試驗中品種低鎘性能和鎘含量穩(wěn)定性評價，是一種實用、可行的數(shù)據(jù)處理方法。

秩次分析法；非參數(shù)度量；鎘；水稻；篩選

近年來，鎘污染已成為社會廣泛關(guān)注的問題，“鎘大米”事件更造成消費者的恐懼。目前，我國耕地鎘污染嚴(yán)重，輕、中度污染土壤面積比例大，能否在這類耕地上生產(chǎn)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的稻米是目前急需解決的問題。研究表明，作物對鎘的吸收和積累存在基因型間差異[1-8]，篩選低鎘吸收品種為在輕度鎘污染土壤上持續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量安全產(chǎn)品提供了有效可行的途徑[9-11]。

有研究表明，稻米鎘含量不僅受到基因型影響，也受環(huán)境及兩者的交互作用影響[8，12-14]。目前，低鎘水稻品種主要以稻米鎘含量為評價指標(biāo)，忽略了稻米鎘含量受環(huán)境影響而變化較大的問題。因此，低鎘水稻品種篩選、評價工作，在考慮稻米低鎘含量的同時，要對各參試品種環(huán)境穩(wěn)定性進(jìn)行有效評估。秩次分析法主要用于評價參試品種在區(qū)域試驗中的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，并在玉米[15-16]、小麥[17]、水稻[18]、苦蕎[19]等作物區(qū)試中得到很好的應(yīng)用。本研究采用秩次分析法對2015年湖南省低鎘水稻篩選試驗中的31個早稻品種的稻米鎘含量及其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析與評價，以期篩選具有低鎘積累和環(huán)境穩(wěn)定性的水稻品種，探尋低鎘水稻品種篩選、評價的新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與方法

以參加2015年湖南省低鎘水稻篩選試驗的31個早稻品種為材料，對其在15個盆栽試驗點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。15個試驗點分別代表15個鎘濃度梯度，土壤來自各地區(qū)稻田自然土壤，從輕微污染區(qū)的0.35 mg/kg（鎘含量）至重度污染區(qū)的4.61 mg/kg。全生育期淹水1～4 cm，施肥及病蟲草害按常規(guī)方法。水稻收獲時每個品種4次重復(fù)單獨收割，同時取土樣1 kg。土壤全鎘及糙米鎘含量委托湖南省水稻研究所稻米及制品檢測中心按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

1.2 秩次分析的統(tǒng)計方法[20-22]

對不同試驗環(huán)境下各品種鎘含量進(jìn)行方差分析及多重比較，刪除品種間鎘含量無顯著差異的試驗點，對剩余數(shù)據(jù)繼續(xù)分析，計算評價品種表現(xiàn)的平均數(shù)分級值H1Mi和秩次值H2Mi及環(huán)境區(qū)分指數(shù)YM。

第M試驗點環(huán)境下，將平均數(shù)顯著高于i品種平均數(shù)的品種數(shù)定義為i品種平均數(shù)的分級值，記為H1Mi，越大，則i品種在第M試驗點環(huán)境下的低鎘優(yōu)勢越大。將各品種的H1Mi從大到小進(jìn)行排序，排序位次記作秩次值H2Mi，秩次值越小則該品種優(yōu)勢越強(qiáng)，且∑H2Mi=v（v+1）/2（v為參試品種數(shù)）。

環(huán)境區(qū)分指數(shù)（YM）用于判斷試驗點環(huán)境條件對品種差異的區(qū)分能力。但當(dāng)YM值小于80%，則該試驗點環(huán)境對區(qū)分品種差異的實用信息量極小，不易用于數(shù)據(jù)分析，則提出該試驗點數(shù)據(jù)。YM計算方法如下：YM（%）=（∑H2Mi2-C'）/P×100（i=1，2，…，v）。式中，C=∑v2；C'=v（v+1）2；P=C-C'。

用參試品種在有效試驗點稻米鎘含量秩次平均值（H2i）作為判斷品種稻米低鎘性能的統(tǒng)計計量，H2i值越小，則說明第i品種的稻米低鎘性越好；用參試品種的秩次均方（Si2）作為判斷品種稻米鎘含量穩(wěn)定性的統(tǒng)計量，Si2越小，第i品種的稻米鎘含量穩(wěn)定性越好。相關(guān)計算公式如下：

表1 31個早稻品種在13個試驗環(huán)境下稻米鎘含量 （mg/kg）

續(xù)表1。

續(xù)表1。

H2i=∑H2Mi/m（M=1，2，…，m；m為有效試驗點個數(shù)）

表2 13個試點環(huán)境下31個早稻品種的分級值H1Mi

1.3 數(shù)據(jù)分析

一般數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Excel 2007軟件，模型數(shù)據(jù)分析利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試點環(huán)境下參試品種的分級值、秩次值及環(huán)境區(qū)分指數(shù)

2.1.1 品種方差分析

對15個試驗環(huán)境下品種間稻米鎘含量結(jié)果進(jìn)行方差分析，經(jīng)F測驗，H10和H14這2個試驗環(huán)境下品種的稻米鎘含量差異未達(dá)到顯著水平，因此將其剔除。對其余13個試驗環(huán)境下鎘含量數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，計算出各試點環(huán)境下的最小顯著差數(shù)（LSD0.05）（表1）。

2.1.2 各試點環(huán)境下參試品種的分級值H1Mi、秩次值H2Mi及環(huán)境區(qū)分指數(shù)YM

根據(jù)表1計算出31個早稻品種在13個試點環(huán)境下的分級值H1Mi列于表2，再根據(jù)分級值H1Mi計算出秩次值H2Mi及環(huán)境區(qū)分指數(shù)YM列于表3。由表3可以看出，各試點環(huán)境的YM值均大于80%，說明這13個試點環(huán)境對品種表現(xiàn)區(qū)分能力較強(qiáng)，可以根據(jù)這13個有效環(huán)境試點的信息進(jìn)一步分析。

2.2 計算各參試品種稻米鎘含量秩次的平均值和秩次均方

根據(jù)表3計算各參試品種稻米鎘含量秩次的平均值H2i和秩次均方Si2，分別列于表4。分析可知，稻米低鎘性最好的品種是v20、v23和v04；鎘含量穩(wěn)定性較好的品種有v07、v02、v26、v20、v22等；綜合各品種的鎘含量，可以認(rèn)為v20和v23屬于稻米鎘積累量較低且不同環(huán)境條件下穩(wěn)定性較好的品種。

2.3 稻米低鎘性及鎘含量穩(wěn)定性綜合評價

根據(jù)參試品種數(shù)計算出秩次均值（H2）和秩次理想標(biāo)準(zhǔn)差（SH2）[20-22]：

表3 各參試品種秩次值H2Mi及環(huán)境區(qū)分指數(shù)YM

根據(jù)參試品種的秩次均方（Si2）計算出均方均值（S2）和均方標(biāo)準(zhǔn)差（SS2）[20-22]：

本試驗中表現(xiàn)稻米低鎘性能的品種其秩次值上限為H2-0.67 SH2=9.81，表現(xiàn)稻米高鎘性能的品種其秩次值下限為H2+0.67 SH2=22.19，秩次值介于9.81～22.19之間的可劃分為稻米鎘含量一般性品種；高于平均穩(wěn)定性的秩次均方值Si2上限S2-0.67 SS2=44.98，低于平均穩(wěn)定性的秩次均方值Si2下限為S2+0.67 SS2=81.69，稻米鎘含量具有平均穩(wěn)定性的品種秩次均方在44.98～81.69之間。

借鑒金文林[21]的品種產(chǎn)量性能及穩(wěn)定性評價模型，以H2i為橫軸，Si2為縱軸做散點圖，并將稻米鎘含量性能的上下限和穩(wěn)定性的上下限用虛線表示，如圖1所示。其中5個為典型區(qū)域：（Ⅰ）低鎘穩(wěn)定型；（Ⅱ）低鎘不穩(wěn)定型；（Ⅲ）一般平均穩(wěn)定型；（Ⅳ）高鎘不穩(wěn)定型；（Ⅴ）高鎘穩(wěn)定型；其余4個區(qū)域為過渡區(qū)域。

由圖1可以看出，Ⅱ、Ⅳ區(qū)域沒有品種分布；Ⅰ區(qū)有2個品種（v20和v23），這2個品種屬于低鎘穩(wěn)定型品種；Ⅴ區(qū)有3個品種（v07、v24和v26），這3個品種稻米低鎘性差，且穩(wěn)定性高；Ⅲ區(qū)分布有17個品種，屬于稻米鎘含量一般，具有平均穩(wěn)定性的品種；其余9個品種分布在過渡區(qū)。

3 討論

本研究采用秩次分析法分析早稻稻米低鎘性能和稻米鎘含量的穩(wěn)定性，在秩次分析的過程中，先去掉品種間差異未達(dá)到顯著水平的試驗環(huán)境，再剔除掉對品種稻米鎘含量高低區(qū)分較弱的試驗環(huán)境，最后結(jié)果表明，品種v20（兩優(yōu)早17）和v23（株兩優(yōu)706）屬于稻米低鎘性能和鎘含量穩(wěn)定性均較好的品種，適合一般污染區(qū)大面積種植。

表4 各參試品種平均秩次值（H2i）和秩次均方（Si2）

圖1 早稻品種綜合評價

品種評價是篩選試驗的目的，試驗評價是品種評價的基礎(chǔ)，能否對品種鎘含量及其環(huán)境穩(wěn)定性做出客觀評價是篩選穩(wěn)定、低鎘水稻品種的關(guān)鍵。稻米鎘含量不僅受到基因型影響，也受環(huán)境影響，因此正確評價品種鎘含量及其環(huán)境穩(wěn)定性顯得尤為重要。秩次分析法以方差分析為基礎(chǔ)，通過計算環(huán)境區(qū)分指數(shù)YM，并賦予其一定的閥值來剔除試驗誤差過大，或?qū)ζ贩N稻米鎘含量高低難以區(qū)分的試驗環(huán)境，從而能對各參試品種在多試點環(huán)境下低鎘性和環(huán)境穩(wěn)定性做出客觀評價，為篩選鑒定穩(wěn)定低鎘水稻品種提供依據(jù)。

致謝：本文引用了2015年湖南省早稻低鎘品種篩選試驗部分?jǐn)?shù)據(jù)，對參加品種篩選試驗的工作人員的辛勤勞動，致以謝意！

[1]歐陽喜輝，趙玉杰，劉鳳枝，等.不同種類蔬菜對土壤鎘吸收能力的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，27（1）：67-70.

[2]李坤權(quán)，劉建國，陸小龍，等.水稻不同品種對鎘吸收及分配的差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2003，22（5）：529-532.

[3]賈中民，魏虹，孫曉燦，等.秋華柳和楓楊幼苗對鎘的積累和耐受性[J].生態(tài)學(xué)報，2011，31（1）：107-114.

[4] 曾翔，張玉燭，王凱榮，等.不同品種水稻糙米含鎘量差異[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2006，22（1）：67-69，83.

[5]徐照麗，吳啟堂，依艷麗.不同品種菜心對鎘抗性的研究[J].生態(tài)學(xué)報，2002，22（4）：571-576.

[6]江巧君，周琴，韓亮亮，等.有機(jī)肥對鎘脅迫下不同基因型水稻鎘吸收和分配的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，32（1）：9-14.

[7]劉雙營，李彥娥，趙秀蘭.不同品種煙草鎘吸收的動力學(xué)研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26（5）：257-261.

[8]曾翔.水稻鎘積累和耐性機(jī)理及其品種間差異研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[9]劉維濤，周啟星.重金屬污染預(yù)防品種的篩選與培育[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（6）：1 452-1 458.

[10]姚會敏，杜婷婷，蘇德純.不同品種蕓薹屬蔬菜吸收累積鎘的差異[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2006，22（1）：291-294.

[11]代成成.鎘低積累小白菜品種的篩選[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[12]程旺大，張國平，姚海根，等.晚粳稻籽粒中As，Cd，Cr，Ni，Pb等重金屬含量的基因型與環(huán)境效應(yīng)及其穩(wěn)定性 [J].作物學(xué)報，2006，32（4）：573-579.

[13]伍鈞，吳傳星，孟曉霞，等.重金屬低積累玉米品種的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性分析 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30（11）：2 160-2 167.

[14]滕振寧，張玉燭，方寶華，等.用AMMI雙標(biāo)圖分析早稻稻米鎘含量的基因型與環(huán)境互作效應(yīng) [J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2016，25（4）：692-697.

[15]何川，毛金雄，李鐘，等.玉米品種區(qū)試資料的非參數(shù)度量[J].玉米科學(xué)，2001，9（1）：34-36.

[16]何川，鄭祖平.秩次分析法評價非平衡玉米區(qū)試產(chǎn)量的應(yīng)用研究[J].玉米科學(xué)，2005，13（4）：53-55.

[17]董玉武，高桂芹，劉自華，等.多年滾動區(qū)試中冬小麥新品種產(chǎn)量的秩次分析法[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2004，20（2）：214-217.

[18]余本勛，張時龍，何友勛，等.秩次分析法在水稻非平衡區(qū)試資料品種評價中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（15）：58-59.

[19]陳佳，張盼盼，徐冰沁，等.基于秩次分析法評價苦蕎品種產(chǎn)量穩(wěn)定性[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，30（3）：41-45.

[20]金文林，白瓊巖.作物區(qū)試中品種產(chǎn)量性狀評價的秩次分析法[J].作物學(xué)報，1999，25（5）：632-638.

[21]金文林.作物區(qū)試中品種穩(wěn)定性評價的秩次分析模型[J].作物學(xué)報，2000，26（6）：925-930.

[22]段惠敏，劉自華，董玉武，等.秩次分析法評價農(nóng)作物品種區(qū)域試驗[J].中國油料作物學(xué)報，2003，25（2）：12-14.

Rank Analysis Method Utilization on Screening Low Cadmium Rice Varieties

TENG Zhenning1,2,ZHANG Yuzhu1*,FANG Baohua1,LIU Yang1,2,SUN Jiaohui2,YANG Jian1,2,HE Xiaoe1,2
（1Hunan Rice Research Institute,Changsha 410125,China;2Hunan Agriculture University,Changsha 410125,China;1st author:sailingtzn@163. com;*Corresponding author:yuzhuzhang@hotmail.com）

In this research,the data of 31 early rice varieties which participated in low cadmium rice varieties screening trials in the 15 selected test environments in Hunan,using non-parametric statistical methods-rank analysis to analyze and evaluate the Cd content and stability of the tested varieties comprehensively.The results showed that Liangyouzao 17 and Zhuliangyou 706,which belong to low and stable Cd content rice varieties,could be widely planted in slight pollution soil.In screening low cadmium rice varieties test,the rank analysis method is a practical and forthright analysis method evaluating the Cd content and stability of the varieties.

rank analysis method;nonparametric;cadmium;rice;screening test

S511

A

1006-8082（2017）02-0021-06

2016－11－11

湖南省科技重大專項（2011FJ1002）；湖南省重金屬污染耕地修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試點項目