黑龍江省花培育種粳稻品種親緣系譜及農(nóng)藝性狀分析

劉寶海，高世偉，唐 銘，門龍楠，劉宇強(qiáng)，聶守軍，劉 晴，常匯琳，馬 成，薛英會(huì)，白 瑞，王洪彬

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院，黑龍江綏化 152052）

0 引言

中國(guó)是世界上最大水稻生產(chǎn)國(guó)[1]，稻米是中國(guó)約65%人口的主食[2]。黑龍江省作為國(guó)內(nèi)水稻主產(chǎn)區(qū)之一，2017年種植粳稻面積460萬(wàn)hm2，約占全國(guó)粳稻種植面積50%以上[3]，而新品種選育為黑龍江水稻單產(chǎn)提高、總產(chǎn)持續(xù)增加、綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)定提升做出了突出貢獻(xiàn)[4]，對(duì)保障國(guó)家糧食安全生產(chǎn)和國(guó)計(jì)民生意義重大[5-6]。在新品種選育方面，花藥培養(yǎng)是非常重要和實(shí)用的生物技術(shù)手段，也是目前獲得單倍體植株和進(jìn)行單倍體育種的主要方法[7]。Niizeki于1968年首次利用水稻花藥離體培養(yǎng)分化出再生小植株，拉開了世界利用花藥培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)新水稻新種質(zhì)的序幕[8]。1975年粳稻品種‘單豐1號(hào)’成功育成，標(biāo)志著中國(guó)水稻花培技術(shù)育種取得實(shí)效[9]，繼而全國(guó)各地開展了水稻花培育種工作，利用花藥培養(yǎng)與雜交、誘變及轉(zhuǎn)基因等育種技術(shù)相結(jié)合[10]。黑龍江省主要采用接種雜交F1代花藥培養(yǎng)與常規(guī)系統(tǒng)育種相結(jié)合的水稻花培育種技術(shù)，利用其育種周期短、選擇效率高、實(shí)踐成果好的特點(diǎn)，在水稻新品種選育等方面已取得顯著成效[4]，據(jù)統(tǒng)計(jì)[11-12]1975—2019年全省已通過(guò)審定花培育種粳稻品種22個(gè)，以此類品種為直接雜交親本共育成優(yōu)良品種40個(gè)，這些品種在不同時(shí)期大面積推廣應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)全省水稻種植生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

利用已育成品種系譜信息分析其親緣關(guān)系，有助于育種家了解品種遺傳背景，從而制定出更加合理的育種方案[13]。目前品種系譜分析，主要集中于某段時(shí)間品種骨干親本[14-15]、遺傳貢獻(xiàn)[16]以及某單位[17]或某個(gè)[18]、某些性狀親緣關(guān)系[19]等方面研究。品種基因型是影響水稻花藥培養(yǎng)力的最重要因素[20-21]，雜交雙親花藥培養(yǎng)力對(duì)雜種F1花藥培養(yǎng)力有較大正向影響[10]，理清現(xiàn)有花培育種粳稻品種系譜關(guān)系，可為今后花培育種工作提供有利參考，然而至今關(guān)于花培育種粳稻品種親本系譜的梳理分析卻鮮有報(bào)道。水稻品種農(nóng)藝性狀研究已有不少報(bào)道，中國(guó)東北地區(qū)水稻品種農(nóng)藝性狀各年代間有交替變化[22]，從20世紀(jì)60年代以前至21世紀(jì)以后水稻生育期延長(zhǎng)、株高降低、穗數(shù)減少、穗粒數(shù)增加、結(jié)實(shí)率和千粒重變化不大[23]，不同年代品種糙米率、整精米率、堊白度、堊白粒率、直鏈淀粉含量、膠稠度含量、蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)指標(biāo)存在顯著差異[24]，不同時(shí)期品種農(nóng)藝性狀間存在相關(guān)性變化[25-28]。采用主成分及聚類方法綜合評(píng)價(jià)水稻性狀，能夠減少單個(gè)指標(biāo)的差異性影響[29]，然而至今對(duì)不同年代花培育種粳稻品種農(nóng)藝性狀進(jìn)行系統(tǒng)比較分析的研究報(bào)道甚少。本研究運(yùn)用方差、協(xié)方差、相關(guān)、多重比較以及聚類等統(tǒng)計(jì)方法，重點(diǎn)對(duì)1975—2019年黑龍江省花培育種粳稻品種取得成效、親緣遺傳關(guān)系以及主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較分析，進(jìn)而全面了解花培育種粳稻品種綜合特性，篩選核心親本種質(zhì)，梳理主要問(wèn)題，討論加快推動(dòng)花培育種思路方法，以期為今后黑龍江花培育種技術(shù)推廣及種質(zhì)資源利用、新品種創(chuàng)新提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為黑龍江省1975—2019年通過(guò)花培育種方法審定的22份粳稻品種（表1）。以品種審定時(shí)間劃分8個(gè)組，其中a組為2015—2019年審定的品種1～5，b組為2010—2011年審定的品種6～8，c組為2008-2009年審定的品種9～11，d組為2000—2004年審定的品種12～14，e組為1998年審定的品種15～16，f組為1992—1993年審定的品種17～18，g組為1988年審定的品種19，h組為1983年審定的品種20，i組為1975年審定的品種21～22。

表1 1975—2019年黑龍江省粳稻花培育種品種情況

續(xù)表1

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1 品種系譜 22份粳稻品種系譜系關(guān)系及選育成效信息主要來(lái)源于《寒地粳稻育種》[4]與國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心[12]。

1.2.2 品種農(nóng)藝性狀 試驗(yàn)于2018—2019年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院科技園區(qū)試驗(yàn)地進(jìn)行。供試材料種子來(lái)源于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所。4月中旬育秧苗床播種19個(gè)品種（‘單豐1號(hào)’、‘牡花1號(hào)’于1975年審定而沒(méi)有找到種子，‘龍粳49’為糯稻，這3個(gè)品種缺失對(duì)其他品種間農(nóng)藝性分析無(wú)顯著影響），5月下旬單株栽插本田，每個(gè)品種4行，行長(zhǎng)3 m，行距30 cm，株距13 cm，每穴2～3苗。3次重復(fù)。栽培管理與當(dāng)?shù)氐緟^(qū)一般生產(chǎn)大田相同。成熟期調(diào)查每小區(qū)中間2行20穗的穗數(shù)，按平均穗數(shù)取有代表性植株5株調(diào)查株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重、穗頸瘟級(jí)別、空殼率。同時(shí)，收獲后自然風(fēng)干、脫粒，測(cè)定小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量，稻谷儲(chǔ)藏1個(gè)月后委托農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（哈爾濱）測(cè)定堊白度、堊白粒率、糙米率、整精米率、直鏈淀粉含量、膠稠度含量、蛋白質(zhì)含量、食味品質(zhì)等性狀。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

品種親緣系數(shù)(coefficient of parentage，COP)分析主要參考Emik等[30]親緣協(xié)方差原理與范強(qiáng)等[31]Excel 2000宏程序VBA語(yǔ)言編程方法，并作了部分修改，計(jì)算各品種間COP值，多交組合以母本為編號(hào)，采用1-COP矩陣表示系譜遺傳距離[32]。

筆者分析2018、2019年19個(gè)品種的產(chǎn)量、品質(zhì)等15個(gè)農(nóng)藝性狀，試驗(yàn)各指標(biāo)重復(fù)性好且變化趨一致，故主要利用2019年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用IBM SPSS Statistics 25.0軟件，對(duì)農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行多因素方差、相關(guān)以及SNK法多重比較，采用系統(tǒng)組間聯(lián)接聚類方法，按照歐式距離測(cè)量區(qū)間，對(duì)親緣系數(shù)矩陣和農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，運(yùn)用Excel 2003軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花培育種品種親緣系數(shù)分析

22個(gè)花培育種粳稻品種親本系譜關(guān)系梳理結(jié)果（圖1）顯示，這些品種的選育是不同親本優(yōu)良基因不斷雜交重組累加、不良基因不斷剔除的傳遞過(guò)程，但由于各親本應(yīng)用時(shí)期不同，其遺傳貢獻(xiàn)會(huì)有不同表現(xiàn)。在22個(gè)品種231個(gè)組合（表2）中有11個(gè)組合間存在親緣關(guān)系，占組合總數(shù)的4.8%，其COP值變化范圍在0.00～0.50之間，親緣系數(shù)總和為6.50，平均值為0.31。所有組合中COP值最大為0.50，即由相同親本育成的姊妹系品種‘龍粳3767’與‘龍粳52’，以及有共同親本‘龍花84-106’的品種‘龍粳12號(hào)’與‘龍粳7號(hào)’。其他9個(gè)有親緣關(guān)系組合COP值均為0.25，表現(xiàn)為每個(gè)品種組合都具有一個(gè)共同親本。22個(gè)品種中，平均親緣系數(shù)值小于或等于品種間平均值的品種占總數(shù)90.9%，其中品種間COP為0.00沒(méi)有親緣關(guān)系的6個(gè)品種占30.0%，即‘龍粳49’、‘龍粳8號(hào)’、‘龍粳4號(hào)’、‘龍粳3號(hào)’、‘龍粳1號(hào)’、‘牡花1號(hào)’。22個(gè)品種中，品種與其他品種COP平均值最高(0.04)的是‘龍粳13號(hào)’、‘龍粳7號(hào)’，說(shuō)明這2個(gè)品種與其他品種間遺傳親緣關(guān)系相對(duì)較近。表明以上品種間親緣遺傳差異非常大，遺傳多樣性水平非常高。

圖1 1975—2019年黑龍江省花培育種品種系譜圖

表2 花培育種品種間親緣系數(shù)值

續(xù)表2

2.2 花培育種品種親緣聚類分析

對(duì)花培育種品種間的COP值進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離24時(shí)可聚類為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3個(gè)類群（圖2）。Ⅰ類群共有2個(gè)品種，包括‘龍粳3767’、‘龍粳52’。該類群品種都是由同一個(gè)單位主導(dǎo)選育而成，分別在2016、2019年育成審定，類群內(nèi)2個(gè)品種是由相同親本雜交花培育種選育而成，屬于姊妹系，都是具有花培育種材料‘龍花00-233’和‘龍粳25號(hào)’的后代，‘龍花00-233’作為中間育種材料具有早熟、豐產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)、株型好等優(yōu)良特性[33]。Ⅱ類群品種數(shù)最多，共有17個(gè)品種，占品種總數(shù)的77.3%，其中有15個(gè)品種是由同一個(gè)單位主導(dǎo)或獨(dú)家選育而成，占類群內(nèi)品種數(shù)的88.2%。該類群品種1975—2016年間育成，時(shí)間跨度最大，親本類型也最豐富，以花培育種后代材料為親本育成品種11個(gè)，占品種數(shù)的64.7%。根據(jù)品種間親緣系數(shù)關(guān)系，在歐氏距離22時(shí)可劃分為5個(gè)亞類群，Ⅱ-1亞類群包括‘龍粳49’、‘龍粳8號(hào)’、‘龍粳4號(hào)’、‘龍粳3號(hào)’、‘牡花1號(hào)’、‘龍粳1號(hào)’6個(gè)品種，Ⅱ-2亞類群包括‘單豐1號(hào)’、‘合江21’，Ⅱ-3亞類群包括‘龍粳23號(hào)’、‘龍粳50’，Ⅱ-4亞類群包括‘龍粳32號(hào)’、‘龍粳13號(hào)’、‘龍粳21號(hào)’，Ⅱ-5亞類群包括‘龍粳31號(hào)’、‘龍粳45’、‘龍粳25號(hào)’、‘龍粳香1號(hào)’4個(gè)品種。Ⅲ類群共有3個(gè)品種，包括‘龍粳12號(hào)’、‘龍粳7號(hào)’、‘龍粳10號(hào)’。該類群品種由同一個(gè)單位獨(dú)家選育而成，分別在2003、1998、2000年育成審定，且以花培育種后代材料‘龍花84-106’為親本選育而成。

圖2 基于1-COP值的花培育種品種聚類

2.3 花培育種品種農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析

以親緣系數(shù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聚類品種劃分，對(duì)19個(gè)品種15個(gè)農(nóng)藝性狀（表3）遺傳多樣性分析結(jié)果如表4A，僅穗粒數(shù)和蛋白質(zhì)含量2個(gè)性狀遺傳方差P值為0.045、0.017達(dá)差異顯著水平，約占全部性狀13.3%，表明以親緣系數(shù)聚類劃分的品種間農(nóng)藝性狀差異沒(méi)有充分呈現(xiàn)，有必要做進(jìn)一步分析。以品種審定時(shí)間劃分，對(duì)8個(gè)組19個(gè)品種15個(gè)農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析結(jié)果如表4B，有6個(gè)農(nóng)藝性狀遺傳差異達(dá)顯著水平，約占全部性狀40.0%，其中產(chǎn)量、膠稠度含量、堊白度遺傳方差P值為0.000、0.006、0.006達(dá)極顯著差異水平，穗粒數(shù)、糙米率、食味品質(zhì)遺傳方差P值為0.046、0.014、0.039達(dá)顯著差異水平。由偏Eta平方(η2)值大小[34]可知，農(nóng)藝性狀對(duì)品種影響效應(yīng)由大到小為產(chǎn)量(η2=0.870)＞膠稠度含量(η2=0.780)＞堊白度(η2=0.779)＞糙米率(η2=0.740)＞食味品質(zhì)(η2=0.675)＞穗粒數(shù)(η2=0.664)＞穗頸瘟級(jí)別(η2=0.638)＞直鏈淀粉含量(η2=0.627)＞蛋白質(zhì)含量(η2=0.617)＞穗長(zhǎng)(η2=0.569)＞堊白粒率(η2=0.506)＞空殼率(η2=0.477)＞株高(η2=0.345)＞整精米率(η2=0.302)＞千粒重(η2=0.275)。說(shuō)明不同時(shí)期育成品種的農(nóng)藝性狀間遺傳變異程度表現(xiàn)不同，呈現(xiàn)出受產(chǎn)量遺傳變異影響最大，其次是膠稠度含量，第三是堊白度，影響最小的性狀是千粒重。

表3 花培育種品種農(nóng)藝性狀平均值

表4 花培育種品種農(nóng)藝性狀遺傳多樣性

對(duì)以品種審定時(shí)間劃分的遺傳變異達(dá)顯著水平農(nóng)藝性狀進(jìn)行多重比較分析（圖3）表明，產(chǎn)量a組顯著高于h、g、f、d、e、b組，但與c組差異不顯著；b組顯著高于h、g、f組，但與d、e、c組差異不顯著；d、e、f、g、h組間差異不顯著，表明花培育種品種產(chǎn)量性狀由h至a組遺傳增益顯著，且近10年增益更加明顯。穗粒數(shù)a組顯著多于其他7組；d、e、c、b、f、g組間差異不顯著，但顯著多于h組；h組最少，但與d、e、c、f差異不顯著，表明穗粒數(shù)近5年增加顯著，而其他時(shí)間段里相對(duì)較穩(wěn)定。堊白度b組最小，與d、c組差異不顯著，與其他組差異顯著；h組最大，與g、f組間差異不顯著，但與其他組差異顯著；b、d、c組間差異不顯著，表明h至a組品種堊白度整體呈下降趨勢(shì)，但1998年以來(lái)波動(dòng)較大。堊白粒率b組最小，與h組差異不顯著，與其他組差異顯著；除b組外其他組間不顯著，表明花培育種過(guò)程中堊白粒率變化幅度相對(duì)較小，且無(wú)明顯規(guī)律。膠稠度含量a、b、c組間差異不顯著，但顯著高于e、f、g、h組；a、b、c、d組間差異不顯著，d、e、f、g、h組間差異不顯著，表明h至a組品種膠稠度含量呈逐漸上升趨勢(shì)，d組成為膠稠度含量發(fā)生顯著變化的過(guò)度時(shí)期。食味品質(zhì)a、b組顯著高于e、f、g、h組，a、b、c、d組間差異不顯著，c、d、e、f、g、h組間差異不顯著，表明h至a組品種食味品質(zhì)呈逐漸增加趨勢(shì)，c、d組為顯著提高的過(guò)度時(shí)期。由此可知，供試品種農(nóng)藝性狀遺傳變異程度不同，η2＞0.664且變異顯著的6個(gè)性狀h至a組變化規(guī)律有差別，但總體呈現(xiàn)向好趨勢(shì)，這是優(yōu)良資源基因累加與科研選擇改良共同作用的結(jié)果。

2.4 花培育種品種農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

對(duì)19個(gè)品種15個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析（表5）顯示，相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平有16個(gè)，僅約占105個(gè)相關(guān)關(guān)系的1.1%。遺傳差異達(dá)顯著水平的6個(gè)農(nóng)藝性狀與其他9個(gè)性狀間達(dá)到顯著相關(guān)水平的有產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量正相關(guān)，膠稠度含量與堊白粒率負(fù)相關(guān)、與蛋白質(zhì)含量正相關(guān)，堊白度與蛋白質(zhì)含量負(fù)相關(guān)、與堊白粒率正相關(guān)，食味品質(zhì)與株高、蛋白質(zhì)含量負(fù)相關(guān)，蛋白質(zhì)含量與堊白粒率負(fù)相關(guān)；9個(gè)性狀間達(dá)到顯著相關(guān)水平的有整精米率與糙米率正相關(guān)、與千粒重負(fù)相關(guān)，蛋白質(zhì)含量與株高正相關(guān)，穗頸瘟級(jí)別與千粒重正相關(guān)。同時(shí)空殼率、直鏈淀粉含量、穗長(zhǎng)均與其他性狀無(wú)顯著相關(guān)性。其中，產(chǎn)量與膠稠度含量、食味品質(zhì)、蛋白質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)為0.725、-0.656、0.661，達(dá)極顯著水平，與穗粒數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.547，達(dá)顯著水平；膠稠度含量與堊白粒率呈極顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.592；蛋白質(zhì)含量與堊白度呈極顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.663，與堊白粒率呈顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.538，食味品質(zhì)與膠稠度含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.635，與株高呈顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.470，表明在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量越高，膠稠度含量、蛋白質(zhì)含量越大，穗粒數(shù)越多，而食味品質(zhì)會(huì)越差，膠稠度含量越大而堊白粒率會(huì)越小，蛋白質(zhì)含量越大而堊白度、堊白粒率會(huì)越小，食味品質(zhì)越高而膠稠度含量會(huì)越小。堊白粒率與堊白度相關(guān)系數(shù)為0.864，其值最大且呈極顯著正相關(guān)。整精米率與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，其系數(shù)為-0.612，說(shuō)明千粒重越大，整精米率越低。整精米率與糙米率相關(guān)系數(shù)為0.481呈顯著正相關(guān)。蛋白質(zhì)與膠稠度含量相關(guān)系數(shù)為0.7177呈極顯著正相關(guān)，與食味品質(zhì)相關(guān)系數(shù)為-0.590呈顯著負(fù)相關(guān)，與株高相關(guān)系數(shù)為0.479呈顯著正相關(guān)，表明蛋白質(zhì)含量升高食味品質(zhì)會(huì)下降，株高增加蛋白質(zhì)含量會(huì)增加。穗頸瘟級(jí)別與千粒重相關(guān)系數(shù)為0.469呈顯著正相關(guān)，表明穗頸瘟級(jí)別與千粒重具有同向變化趨勢(shì)?？諝ぢ?、直鏈淀粉含量、穗長(zhǎng)均與其他性狀無(wú)顯著相關(guān)性，表明這3個(gè)遺傳性狀獨(dú)立性較強(qiáng)。由此可知，黑龍江花培育種品種農(nóng)藝性狀間相關(guān)性達(dá)顯著水平所占比例較少，性狀間相互影響相對(duì)較小。

表5 花培育種品種農(nóng)藝性狀相關(guān)系數(shù)

2.5 花培育種品種農(nóng)藝性狀聚類分析

對(duì)19個(gè)品種15個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類，在遺傳距離12時(shí)可聚類為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3個(gè)類群（圖4），對(duì)各類群品種農(nóng)藝性狀遺傳變異分析如表6。

表6 基于農(nóng)藝性狀聚類的花培育種品種遺傳變異系數(shù)

圖4 基于農(nóng)藝性狀值的花培育種品種聚類

Ⅰ類群共有4個(gè)品種，包括‘龍粳香1號(hào)’、‘龍粳49’、‘龍粳50’、‘龍粳52’。該類群品種于2010—2016年育成，農(nóng)藝性狀變異系數(shù)平均值為17.8%，其中堊白度變異系數(shù)最大為69.7%，其次是堊白粒率為58.2%，第三位是穗頸瘟級(jí)別為54.4%，變異系數(shù)最小的3位依次為糙米率(1.1%)、食味品質(zhì)(1.2%)和整精米率、膠稠度含量(2.4%)，說(shuō)明該類群品種外觀品質(zhì)堊白度、穗頸瘟級(jí)別級(jí)別變化較大，而加工品質(zhì)糙米率、整精米率及理化品質(zhì)膠稠度含量、食味品質(zhì)變化較小。Ⅱ類群共有4個(gè)品種，包括‘龍粳1號(hào)’、‘龍粳3號(hào)’、‘龍粳4號(hào)’、‘龍粳7號(hào)’。該類群品種于1988—1998年育成，農(nóng)藝性狀變異系數(shù)平均值為9.2%，其中變異系數(shù)較大的前3位依次為空殼率(30.5%)、穗頸瘟級(jí)別(28.6%)、堊白度(18.4%)，變異系數(shù)較小的末3位依次為膠稠度含量(0.9%)、糙米率(0.9%)、整精米率(0.9%)和食味品質(zhì)(1.6%)、蛋白質(zhì)含量(2.0%)，說(shuō)明該類群品種空殼率、穗頸瘟級(jí)別及堊白度遺傳變異較大，膠稠度含量、糙米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量和食味品質(zhì)變化較小。Ⅲ類群包括‘龍粳10號(hào)’、‘龍粳21號(hào)’、‘龍粳8號(hào)’等11個(gè)品種，品種數(shù)最多，約占總數(shù)57.9%，選育時(shí)間為1998—2019年，時(shí)間跨度也最大。該類群品種農(nóng)藝性變異系數(shù)平均值為23.0%，其中堊白度為126.9%，是3個(gè)類群最大值，其次是堊白粒率(64.2%)，第三位是穗頸瘟級(jí)別(63.6%)，變異系數(shù)較小的性狀依次為整精米率(2.2%)、蛋白質(zhì)含量(2.2%)和直鏈淀粉含量(3.5%)、食味品質(zhì)(4.2%)，說(shuō)明該類群品種堊白及穗頸瘟級(jí)別變化幅度大，而食味品質(zhì)和整精米率、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量變化較小。

結(jié)合表3～4可知，Ⅰ類群中，產(chǎn)量、膠稠度含量、糙米率、食味品質(zhì)較高及堊白度、堊白粒率、穗頸瘟級(jí)別較低等綜合性狀優(yōu)良的前2位品種為‘龍粳香1號(hào)’和‘龍粳49’；Ⅱ類群中，產(chǎn)量、膠稠度含量、糙米率、食味品質(zhì)較高及堊白度、空殼率、穗頸瘟級(jí)別較低等綜合性狀優(yōu)良的前4位優(yōu)良品種為‘龍粳45’、‘龍粳32號(hào)’、‘龍粳3767’和‘龍粳31號(hào)’；Ⅲ類群中，產(chǎn)量、膠稠度含量、糙米率、食味品質(zhì)較高及堊白度、堊白粒率、穗頸瘟級(jí)別較低等綜合性狀優(yōu)良前2位優(yōu)良品種為‘龍粳7號(hào)’和‘龍粳4號(hào)’。

3 討論

3.1 花培育種技術(shù)的推廣與應(yīng)用

單倍體育種具有加速雜種后代純合、縮短育種周期、提高選擇效率等優(yōu)點(diǎn)，受到育種專家廣泛重視[35]。自1964年印度學(xué)者Guha在曼陀羅花藥培養(yǎng)中獲得單倍體植株以來(lái)，迄今為止已在200多種植物中獲得成功[36]。以小麥、水稻等作物花藥培養(yǎng)為代表的花培育種技術(shù)已成為生物技術(shù)應(yīng)用于育種實(shí)踐的重要組成部分[37]。在本研究中，黑龍江省利用花培育種技術(shù)應(yīng)用成效顯著，育成的22個(gè)粳稻品種及以其為親本育成的60個(gè)品種在各時(shí)期水稻育種與生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，如2011年審定的‘龍粳31號(hào)’，創(chuàng)造了2012—2016年連續(xù)5年種植推廣面積全國(guó)最大的紀(jì)錄。但是，除1975年育成‘單豐1號(hào)’、‘牡花1號(hào)’外的其他20個(gè)品種均由一家單位主導(dǎo)育成，這與近10年來(lái)30余家科研院所、大學(xué)及企業(yè)從事并成功審定水稻品種[12]比較，花培育種技術(shù)推廣與應(yīng)用任重道遠(yuǎn)?；ㄅ喾绞接删酒贩N分別約占1975、1990、2000、2010、2015年以來(lái) 419、393、349、247、161個(gè)品種總數(shù)的 5.3%、4.6%、4.0%、4.0%和2.5%，呈下降趨勢(shì)，表明該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步挖掘。同時(shí)，針對(duì)不同寒地粳稻基因型雜交親本花藥培養(yǎng)力差異大且較低、單倍體加倍率也較低的制約因素，還需在生理生化、分子機(jī)制等方面進(jìn)一步探索。

3.2 花培育種品種資源的篩選與利用

農(nóng)作物種質(zhì)資源是品種遺傳改良的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[38]，遺傳多樣性是水稻種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和利用的重要研究?jī)?nèi)容[39]，了解作物表型變異遺傳基礎(chǔ)，篩選、分析和發(fā)掘具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)資源，能夠幫助人們有效利用現(xiàn)有的遺傳多樣性資源提高育種效率以及促進(jìn)作物產(chǎn)量和品質(zhì)改良[40-42]。在本研究中，80%的花培育種粳稻品種是以花培育種材料為雜交親本育成，231個(gè)品種組合中僅有11個(gè)組合存在親緣關(guān)系，約占4.8%，COP小于均值約占90.9%，這些品種間遺傳差異非常大，遺傳多樣性水平非常高，與李紅宇等[16]研究黑龍江水稻品種遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄結(jié)果有所不同，因此明確花培育種資源系譜與親緣特點(diǎn)對(duì)其篩選與利用是非常必要的。親緣系數(shù)和農(nóng)藝性狀值在歐氏距離24與12時(shí)，可分別聚類為3個(gè)類群，雖然2種聚類結(jié)果不同，但可以相互參考、綜合評(píng)價(jià)，按照在不同農(nóng)藝性狀類群中篩選種質(zhì)資源原則，結(jié)合影響品種綜合優(yōu)良特性主要性狀因素，本著品種親緣系數(shù)遺傳距離聚類較遠(yuǎn)而利于用作雜交親本的思路，篩選出‘龍粳香1號(hào)’、‘龍粳45’、‘龍粳3767’、‘龍粳7號(hào)’和‘龍粳4號(hào)’5份種質(zhì)資源，作為花培育種的核心親本種質(zhì)加以利用。同時(shí)，針對(duì)花培育種粳稻品種分子標(biāo)記親緣系譜的研究有待進(jìn)一步探索。

3.3 花培育種農(nóng)藝性狀的育種目標(biāo)

高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗是水稻育種的永恒主題[43]。水稻性狀之間關(guān)系復(fù)雜，相互制約與促進(jìn)并存[44]。如何在育種中協(xié)調(diào)好這些關(guān)系，是需要深入分析和探討的重要問(wèn)題[45]，也是提高育種效率的必然選擇[46]。在本研究中，8組19個(gè)品種15個(gè)農(nóng)藝性狀遺傳變異程度與王海澤等[22]研究結(jié)果有所不同，但均呈現(xiàn)遺傳改良向好趨勢(shì)，這應(yīng)該是多年來(lái)對(duì)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗育種目標(biāo)追求與堅(jiān)持的結(jié)果，其中有6個(gè)性狀遺傳變異達(dá)顯著水平，且遺傳累加增益最大的性狀是產(chǎn)量，其次是膠稠度含量，第三位是堊白度，第四位是糙米率，第五位是食味品質(zhì)，穗頸瘟級(jí)別、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、穗長(zhǎng)、堊白粒率、空殼率、株高、整精米率、千粒重等9個(gè)性狀遺傳差異達(dá)不顯著水平，這些性狀應(yīng)該是今后育種要重視和不斷改良的目標(biāo)。同時(shí)，農(nóng)藝性狀間相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平僅有16個(gè)，包括6個(gè)差異顯著水平性狀與其他9個(gè)性狀間以及9個(gè)性狀之間的顯著水平相關(guān)，約占105個(gè)相關(guān)關(guān)系1.1%，與周健等[23]研究農(nóng)藝性狀間多呈顯著正相關(guān)結(jié)果不同，表明現(xiàn)有花培育種粳稻農(nóng)藝性狀間既有較大遺傳差異，也有較強(qiáng)獨(dú)立性和一定的關(guān)聯(lián)性。今后黑龍江花培育種粳稻目標(biāo)應(yīng)該是，在穩(wěn)定改善產(chǎn)量、膠稠度含量、穗粒數(shù)、糙米率、食味品質(zhì)及堊白度等6個(gè)農(nóng)藝性狀基礎(chǔ)上，著重提高結(jié)實(shí)率、整精米率、穗長(zhǎng)，降低株高、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、穗頸瘟級(jí)別，穩(wěn)定千粒重。同時(shí)，如何綜合考慮種植、加工和消費(fèi)者等各經(jīng)濟(jì)主體對(duì)品種農(nóng)藝性狀的需求，采用定性與定量相結(jié)合的多育種目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究有待進(jìn)一步探索。