膜下滴灌水稻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀主成分及相關(guān)性狀分析

郝玉峰，銀永安，2，黃 東，賈世疆，朱江艷，李 麗，李玉祥，韓 品，包芳俊

（1新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子 832000；2中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；3石河子大學(xué)，新疆 石河子 832000）

0 引言

水稻（Oryza sativaL.）是世界上1/3 以上人口的主要糧食，也是我國(guó)60%以上人口的主食[1]。而全球水稻產(chǎn)量的45%是依靠雨養(yǎng)耕地獲得的[2]，水稻是我國(guó)種植面積最大的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積占糧食總面積的28%，而水稻耗水量占全國(guó)總用水量的54%左右，占農(nóng)業(yè)總用水量的70%以上[3]。我國(guó)大部分地區(qū)降水不均，作物需水期不能滿足作物需要。膜下滴灌水稻是在旱地上種植水稻的一種栽培模式，這種栽培方法具有廣泛的應(yīng)用前景。膜下滴灌水稻的含義是在旱田狀態(tài)下整地，直接播種，播種后立刻灌出苗水，水稻生育期內(nèi)全部采用滴灌，并隨水施肥的一種節(jié)水栽培技術(shù)。該技術(shù)具有省工、節(jié)水、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。膜下滴灌水稻技術(shù)是經(jīng)新疆天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所近5年試驗(yàn)研究并取得突破性進(jìn)展的一項(xiàng)新的水稻栽培技術(shù)。新疆天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所2009 年膜下滴灌水稻大面積試種成功[4，5]后，在新疆的北疆和南疆都有陸續(xù)種植。品種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本，品種（系）資源的利用是水稻遺傳改良的基礎(chǔ)，開(kāi)展作物品種資源性狀鑒定評(píng)價(jià)是挖掘和利用優(yōu)異資源的基礎(chǔ)。主成分分析法是把多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[6]。采用主成分分析法對(duì)研究材料的眾多農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析，已被廣泛用于作物種質(zhì)資源研究與品種選育[7-10]。為更好地發(fā)掘利用水稻種質(zhì)資源，本研究以收集的64份膜下滴灌水稻品種（系）資源為試驗(yàn)材料，對(duì)其農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量進(jìn)行主成分和相關(guān)性分析，以便更好發(fā)掘膜下滴灌水稻種質(zhì)資源，為水稻育種和栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

供試材料為64 個(gè)水稻品種，其中來(lái)自于云南2份，寧夏地區(qū)10份，東北地區(qū)35份，新疆地區(qū)10份，自育7份。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)為新疆石河子北泉鎮(zhèn)天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所。土壤為壤土，肥力中等。PH 8.0～8.5。試驗(yàn)地按大田生產(chǎn)要求進(jìn)行整地。田間隨機(jī)區(qū)組排列，三重復(fù)，并設(shè)保護(hù)行，保護(hù)行品種為主推品種T-43。

1.2 栽培模式與田間管理

試驗(yàn)采用膜下滴灌，一膜三管六行種植模式，膜寬2.2m，種植幅寬2.35m。采用機(jī)械鋪膜，人工點(diǎn)種，株距10cm，每穴播種粒數(shù)5～8粒。播種后滴出苗水做到一播全苗，保苗穴數(shù)在85%～90%之間。田間管理隨大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

水稻出苗后，選取具有代表性的10 穴，在試驗(yàn)過(guò)程中分別調(diào)查記錄水稻的株高、葉片數(shù)、分蘗、生育期。成熟后進(jìn)行室內(nèi)考種，考種對(duì)象為能最終成熟并結(jié)穗的品種，指標(biāo)為穗粒重、空癟率、成穗率、千粒重和產(chǎn)量等。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

利用Excel和SPSS19進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀與變異系數(shù)分析

由表1可知，64份膜下滴灌水稻品種（系）的平均株高是101.98cm，每穴平均株數(shù)是3～4株，平均有效分蘗數(shù)是5～6個(gè)，平均無(wú)效分蘗是1～2個(gè)，平均穗長(zhǎng)20.64cm，平均主莖實(shí)粒數(shù)是139粒，平均主莖癟粒數(shù)是18粒，分蘗實(shí)粒數(shù)是11粒，分蘗癟粒數(shù)是17.6粒，平均千粒重是11.79g，平均產(chǎn)量443.3kg·666.67m-2；不同膜下滴灌水稻品種（系）性狀間變異系數(shù)差異較大，其中主莖癟粒的變異系數(shù)最大，為64.23%，變幅為4.14～270.63 粒；其次是無(wú)效分蘗的變異系數(shù)為62.07%，變幅為0～3.6 個(gè)；分蘗癟粒、產(chǎn)量、有效分蘗的變異系數(shù)為58.45%、39.74%、37.93%，變幅分別為5.38～47.47 粒、182.214～857.01kg·666.67m-2、2.29～12.25個(gè)；株數(shù)、主莖實(shí)粒、分蘗實(shí)粒的變異系數(shù)為28.32%、23.14%、22.03%，變幅分別為2～7株、77.17～270.63 粒、69.05～208.77 粒；穗長(zhǎng)、千粒重、株高的變異系數(shù)為11.97%、10.69%、9.53%，變幅分別為16～27cm、9.62～16.85g、80～131.5cm。

2.2 膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀的主成分分析

以64 份膜下滴灌水稻品種（系）11 個(gè)農(nóng)藝性狀為基礎(chǔ)，計(jì)算各主成分的特征向量和貢獻(xiàn)率（見(jiàn)表2）。第1 個(gè)主成分特征值為3.163，累計(jì)貢獻(xiàn)率為28.75%，第1 個(gè)主成分中，以分蘗實(shí)粒數(shù)、主莖實(shí)粒數(shù)、分蘗癟粒、穗長(zhǎng)為主要指標(biāo)，特征向量分別是0.766、0.729、0.656、0.634，主要反映的是分蘗實(shí)粒數(shù)因子；第2 個(gè)主成分特征值為2.558，累計(jì)貢獻(xiàn)率為52.005%，第二主成分中，以產(chǎn)量、有效分蘗、株數(shù)、無(wú)效分蘗為主要指標(biāo)，特征向量分別是0.852、0.803、-0.655、0.519，主要反映的是產(chǎn)量因子；第3個(gè)主成分中，以主莖癟粒、分蘗癟粒、穗長(zhǎng)、株高為主要指標(biāo)，特征向量分別是0.719、0.586、-0.354、-0.335，主要反映的是主莖癟粒因子；第4 個(gè)主成分中，以千粒重、穗長(zhǎng)、無(wú)效分蘗、株高為主要指標(biāo)，特征向量分別是0.811、-0.327、-0.275、-0.266，主要反映的是千粒重因子；特征值前4 個(gè)主成分反映總信息量的73.612%，基本代表11 個(gè)原始指標(biāo)中絕大部分信息，可以用這幾個(gè)主成分對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行概括分析。

表1 膜下滴灌水稻品種（系）農(nóng)藝性狀表現(xiàn)及變異系數(shù)Table 1 Agronomic traits and variation coefficient of rice varieties（lines）with drip irrigation under mulch film

表2 膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 2 Principal component analysis of agronomic traits of rice varieties（lines）with drip irrigation under mulch film

2.3 膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析結(jié)果（見(jiàn)表3）中有22對(duì)性狀間相關(guān)差異顯著或極顯著，在相關(guān)分析中，主莖實(shí)粒數(shù)和分蘗實(shí)粒數(shù)之間差異性的相關(guān)系數(shù)最大，其值為0.876，說(shuō)明水稻主莖實(shí)粒數(shù)越高分蘗實(shí)粒數(shù)也越高。分蘗癟粒和主莖癟粒、產(chǎn)量和有效分蘗、無(wú)效分蘗和有效分蘗呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.711、0.624、0.649，說(shuō)明分蘗癟粒越多主莖癟粒也越多、有效分蘗越多產(chǎn)量越高、無(wú)效分蘗越多有效分蘗也越多。有效分蘗和每穴株數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.566，說(shuō)明每穴株數(shù)越多有效分蘗越少。株高和穗長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.566，說(shuō)明在膜下滴灌栽培條件下水稻的株高越高，穗長(zhǎng)就越長(zhǎng)。

表3 膜下滴灌水稻品種（系）資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同品種（系）農(nóng)藝性狀間的變異系數(shù)差異較大，由大到小排列為：主莖癟粒＞無(wú)效分蘗＞分蘗癟粒＞產(chǎn)量＞有效分蘗，這些農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均在30%以上，說(shuō)明不同品種（系）農(nóng)藝性狀存在很大變異，部分農(nóng)藝性狀如主莖癟粒、無(wú)效分蘗、分蘗癟粒、產(chǎn)量和無(wú)效分蘗的變幅大，有較大的選擇潛力，可增加水稻品種改良的材料豐富度。

采用主成分分析法對(duì)試驗(yàn)材料的眾多性狀進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，已被廣泛用于稻種質(zhì)資源研究與品種選育中，均取得一定的應(yīng)用效果[11-13]。主成分分析是多元分析中用來(lái)降維的一種方法，不同計(jì)量單位的性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后可用于主成分分析。本研究選取的64 份膜下滴灌水稻品種（系）11個(gè)農(nóng)藝性狀主成分分析結(jié)果表明，特征值分蘗實(shí)粒數(shù)、產(chǎn)量、主莖癟粒和千粒重前4個(gè)主成分反映總信息量的73.612%，能較好地代替11 個(gè)農(nóng)藝性狀來(lái)評(píng)價(jià)水稻品種（系）。農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析結(jié)果表明，多數(shù)性狀間存在顯著或極顯著相關(guān)性，主莖實(shí)粒數(shù)和分蘗實(shí)粒數(shù)、分蘗癟粒和主莖癟粒、產(chǎn)量和有效分蘗、無(wú)效分蘗和有效分蘗呈顯著正相關(guān)；有效分蘗和每穴株數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與趙雙玲等[14，15]研究結(jié)果一致；株高和穗長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，與楊國(guó)峰等[16]研究結(jié)果一致。

開(kāi)展不同膜下滴灌水稻品種（系）農(nóng)藝性狀分析，特別是結(jié)合ISSR、SRAP、SCOT 等新型分子標(biāo)記技術(shù)，可以更準(zhǔn)確地分析膜下滴灌水稻種質(zhì)資源遺傳多樣性，為種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用和新品種選育提供參考依據(jù)。