遼寧省粳稻品種產(chǎn)量品質(zhì)性狀因子及聚類分析

劉 研，杜 晗，李 鑫，趙一洲，毛 艇，鐘順成，王詩宇，張 戰(zhàn)，倪善君

（遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010）

高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)歷來是稻作科研與生產(chǎn)的重要目標(biāo)，不同時(shí)期對(duì)兩者的重視程度不同[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展稻米品質(zhì)與產(chǎn)量同步提高已成為水稻育種的重要目標(biāo)。在產(chǎn)量性狀方面，鄒江石等[2]發(fā)現(xiàn)南方單季稻單位面積穗數(shù)自南向北遞增，由低海拔向高海拔遞增。徐正進(jìn)等[3]認(rèn)為遼寧每穗粒數(shù)最多，千粒重也較高，因此盡管穗數(shù)較少，產(chǎn)量仍然明顯高于吉林、黑龍江兩省。單株產(chǎn)量與穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率呈極顯著正相關(guān)[4]。在稻米品質(zhì)方面，王丹英等[5]對(duì)8 390 份稻米的相關(guān)分析表明，糙米率、精米率、整精米率兩兩極顯著正相關(guān)，長(zhǎng)寬比與糙米率、精米率、整精米率、堊白率、堊白度均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。堊白粒率和堊白度影響稻米整精米率[6、7]。Chen 等[8]發(fā)現(xiàn)，粳稻食味品質(zhì)與透明度呈顯著負(fù)相關(guān)。有研究表明[1，9]，食味值與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)，直鏈淀粉含量與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。遼寧省是我國(guó)北方粳稻的重要產(chǎn)區(qū)，研究粳稻產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀的關(guān)系，對(duì)遼寧省粳稻品種選育、性狀改良具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為62 個(gè)遼寧省近年來培育的粳稻品種。試驗(yàn)于2019 年在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗(yàn)地進(jìn)行。試驗(yàn)材料單株種植、順序排列，小區(qū)4 行壟，行長(zhǎng)5 m，行株距30.0 cm×13.3 cm，試驗(yàn)田管理與生產(chǎn)大田相同。

1.2 性狀調(diào)查

供試品種成熟后收獲，每個(gè)品種隨機(jī)選取5株進(jìn)行性狀調(diào)查。調(diào)查性狀包括每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、單穗重，并按小區(qū)實(shí)脫計(jì)產(chǎn)。樣品在陰涼通風(fēng)處儲(chǔ)藏三個(gè)月后，進(jìn)行品質(zhì)性狀測(cè)定與分析。

1.2.1 米飯食味測(cè)定 每個(gè)品種取精米30 g，放入不銹鋼罐中，用流水沖洗干凈，然后瀝干加水，米水質(zhì)量比為1：1.3。浸泡30 min 后加蓋，將不銹鋼罐放入沸騰的電飯鍋內(nèi)的蒸架上，蓋好電飯鍋蓋，蒸煮25 min，再保溫10 min，取出冷卻至室溫。將測(cè)定飯樣放到測(cè)定槽中插入佐竹公司的STA1A 型米飯食味計(jì)測(cè)定食味值。

1.2.2 稻米理化品質(zhì)性狀測(cè)定 參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)NY147-88《米質(zhì)測(cè)定方法》[10]測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量。應(yīng)用佐竹公司的JWMT12 型大米外觀品質(zhì)判定儀對(duì)堊白粒率、堊白度、粒長(zhǎng)、籽粒長(zhǎng)寬比進(jìn)行測(cè)定。

1.3 分析方法

利用SPSS13.0 軟件將全部品種全部性狀進(jìn)行因子分析，并依據(jù)引起變異的第1、第2 主成份在origin7.5 軟件上做出二維散點(diǎn)圖。利用R4.1.2 軟件ggtree 邏輯包對(duì)62 個(gè)粳稻品種按離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類。利用STAISTICA6.0 軟件采用LSD 法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 粳稻品種產(chǎn)量、品質(zhì)性狀變異表現(xiàn)

由表1 可見，在產(chǎn)量性狀方面，單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)的變異系數(shù)相對(duì)較大，分別為10.7%、10.7%、12.7%；結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量、千粒重的變異系數(shù)相對(duì)較小，分別為3.2%、4.3%、5.9%。在品質(zhì)性狀方面，堊白粒率、堊白度的變異系數(shù)相對(duì)較大分別為70.9%、90.0%；直鏈淀粉、粒長(zhǎng)、糙米率、精米率、籽粒長(zhǎng)寬比、食味值、蛋白質(zhì)、整精米率的變異系數(shù)相對(duì)較低在2.9%～8.5%?？梢?，供試品種中堊白性狀、單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)品種間有較大的差異，其它性狀品種間差異較小。

表1 遼寧省粳稻品種產(chǎn)量及品質(zhì)性狀變異表現(xiàn)

2.2 粳稻品種產(chǎn)量、品質(zhì)性狀因子分析

表2 為62 個(gè)粳稻品種16 個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的前7 個(gè)主因子特征值及貢獻(xiàn)率?？梢钥闯?，前7個(gè)主因子特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.5%。第1～第7 主因子中特征值的絕對(duì)值較大的性狀分別為單穗重、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)，蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量，堊白粒率、堊白度，籽粒長(zhǎng)寬比、粒長(zhǎng)，千粒重，結(jié)實(shí)率，產(chǎn)量。因此，這7 個(gè)主因子可稱為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結(jié)實(shí)率因子、產(chǎn)量因子。其所包含的要素信息量可以反映出16 個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀原始特征參數(shù)的大部分信息，具有較好的代表性。

表2 遼寧省粳稻品種產(chǎn)量、品質(zhì)性狀特征值及特征向量

以第1 主因子作橫坐標(biāo)，第2 主因子為縱坐標(biāo)分別做成品種、性狀的散點(diǎn)圖（圖1、圖2），可直觀地揭示62 個(gè)粳稻品種及16 個(gè)產(chǎn)量、品質(zhì)性狀的分布狀況。由圖1 可見，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限區(qū)間包括品種數(shù)分別為16 個(gè)、14 個(gè)、14 個(gè)、18 個(gè)，分別占品種總數(shù)的25.8%、22.6%、22.6%、29.0%。第Ⅰ象限區(qū)間品種第1 主因子為負(fù)值，第2 主因子為正值；第Ⅲ象限區(qū)間品種第1 主因子為正值，第2 主因子為正負(fù)值；第Ⅱ象限區(qū)間品種第1、2主因子均為正值；第Ⅳ象限區(qū)間品種第1、2 主因子均為負(fù)值。表現(xiàn)出不同品種在穗粒因子和蒸煮因子上的差異。

圖1 基于因子分析的62 個(gè)粳稻品種二維散點(diǎn)圖

圖2 基于因子分析的16 個(gè)產(chǎn)量、品質(zhì)性狀二維散點(diǎn)圖

由圖2 可見，第1 主因子主要由每穗粒數(shù)、單穗重、每穴穗數(shù)構(gòu)成，每穗粒數(shù)、單穗重方向一致，但與每穴穗數(shù)方向相反。第2 主因子主要由蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量構(gòu)成并且方向一致。粒長(zhǎng)與籽粒長(zhǎng)寬比，糙米率與整精米率，堊白粒率與堊白度距離最為接近，并且粒長(zhǎng)、籽粒長(zhǎng)寬比與糙米率、整精米率方向相同，與堊白粒率、堊白度方向相反。食味值與蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量關(guān)系更為密切，產(chǎn)量更多的受每穗粒數(shù)、單穗重的影響。這為性狀的間接選擇提供了參考。

2.3 粳稻品種聚類分析

依62 個(gè)粳稻品種的7 個(gè)主因子得分進(jìn)行聚類分析，由圖3 可見，供試品種可劃分為3 個(gè)類群，第Ⅰ類群包括雨田446、同創(chuàng)2 號(hào)等9 個(gè)品種，第Ⅱ類群包括隆粳852 號(hào)、沈星6 號(hào)等36 個(gè)品種，第Ⅲ類群包括雨田457、花粳1323 等17 個(gè)品種，分別占品種總數(shù)的14.5%、58.0%、27.5%。

圖3 62 個(gè)粳稻品種聚類圖

由表3 可見，3 個(gè)類群在產(chǎn)量、每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、堊白粒率、堊白度、粒長(zhǎng)、蛋白質(zhì)共9 個(gè)性狀上的差異達(dá)到顯著或極顯著水平，其它性狀差異均不明顯。在產(chǎn)量、每穴穗數(shù)性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著，極顯著高于第Ⅰ類群；在每穗粒數(shù)、堊白粒率、堊白度性狀上第Ⅲ、Ⅰ類群間，第Ⅱ、Ⅰ類群間差異不顯著，第Ⅲ類群極顯著高于第Ⅱ類群；在粒長(zhǎng)性狀上第Ⅱ、Ⅰ類群間，第Ⅲ、Ⅱ類群間差異不顯著，第Ⅱ類群極顯著高于第Ⅲ類群。在蛋白質(zhì)性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著，顯著高于第Ⅰ類群。表明，不同類群品種具有不同的性狀特點(diǎn)。

表3 遼寧省粳稻品種不同類群性狀比較

3 結(jié)論與討論

從建國(guó)以來，遼寧省水稻品種已經(jīng)歷了多次品種更新。馬興全等[11]認(rèn)為隨著品種的演進(jìn)，產(chǎn)量水平不斷提高，而品種產(chǎn)量的提高歸因于穗粒數(shù)和單位面積粒數(shù)的增加。一般的趨勢(shì)是在適當(dāng)降低穗數(shù)的基礎(chǔ)上，較大幅度地提高每穗粒數(shù)和適當(dāng)增加千粒重，求得產(chǎn)量構(gòu)成因素乘積和產(chǎn)量的較大幅度提高[12]。趙一洲等[13]在對(duì)遼寧省1991～2015 年審定的257 份水稻品種進(jìn)行品質(zhì)性狀分析后認(rèn)為，隨著時(shí)間的推進(jìn)遼寧省水稻品種表現(xiàn)出籽粒變長(zhǎng)、變寬，堊白度減少、透明度、直鏈淀粉含量、膠稠度下降的趨勢(shì)，總體上品種優(yōu)質(zhì)率逐步提高。表明在品種演進(jìn)、改良過程中，在產(chǎn)量提高的同時(shí)也改善了稻米品質(zhì)。在具體性狀上，王先俱等[14]認(rèn)為整精米率、堊白粒率和堊白度是遼寧省粳稻品質(zhì)改良的重點(diǎn)。本研究顯示，在產(chǎn)量構(gòu)成性狀中每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、單穗重，品質(zhì)性狀中堊白粒率、堊白度品種間差較大，其變幅分別為11.0～18.3 穗/ 穴，89.6～150.3 個(gè)/ 穗，2.05～3.37 g、1.0%～24.7%、0.2%～12.7%。表明，每穴穗數(shù)、每穗粒數(shù)、單穗重、堊白粒率、堊白度是遼寧省粳稻品種選育過程中性狀改良的重點(diǎn)。

因子分析法是用較少個(gè)數(shù)因子的線性函數(shù)與特殊因子之和來表達(dá)原觀察樣品的每個(gè)分量，是將多個(gè)具有相關(guān)關(guān)系的指標(biāo)綜合為少數(shù)幾個(gè)主因子，通過對(duì)指標(biāo)之間的相關(guān)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，找出數(shù)目較少且能控制所有指標(biāo)絕大多數(shù)變異信息的主因子，以便合理解釋原變量的相關(guān)性因子分析[15]。本研究采用因子分析將62 個(gè)粳稻品種的16 個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀分為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結(jié)實(shí)率因子、產(chǎn)量因子。在穗粒因子中每穗粒數(shù)與單穗重間存在正向作用，而與每穴穗數(shù)存在著負(fù)向作用。在蒸煮因子、堊白因子、粒形因子中直鏈淀粉含量與蛋白質(zhì)含量、堊白粒率與堊白度、粒長(zhǎng)與籽粒長(zhǎng)寬比間存在正向作用。通過第1、第2 主因子形成品種、性狀的散點(diǎn)圖更可直觀的發(fā)現(xiàn)品種在前兩個(gè)主因子方向上的變化及性狀間存在的關(guān)系。其研究結(jié)果可提高世代選擇和性狀改良的效率和預(yù)見性。

在因子分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聚類分析將62 個(gè)粳稻品種劃分為3 個(gè)類群，不同類群間具有不同的性狀特點(diǎn)，這為雜交育種中品種親本選擇提供了依據(jù)。同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)品種群體也可有不同的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，如在穩(wěn)定適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上，在高結(jié)實(shí)率、高千粒重條件下爭(zhēng)取的較多每穗粒數(shù)；在穩(wěn)定適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上，增加每穗粒數(shù)。同時(shí)高結(jié)實(shí)、高千粒重、較多每穗粒數(shù)也具有較低的堊白粒率和堊白度。這為水稻品種性狀選擇指明了方向。