基于主成分分析的直播水稻后代穩(wěn)定品系產量及稻米品質比較

摘" 要：以52份直播后代穩(wěn)定品系為研究材料，對其稻米產量及品質性狀進行分析，結果表明，供試材料產量及稻米品質性狀均有不同程度分離。在產量上有待提高，但在加工品質、外觀品質、營養(yǎng)食味品質等方面存在較大優(yōu)勢。利用主成分分析對直播稻種質資源稻米品質性狀采用降維處理，構建了稻米品質性狀的綜合評價函數(shù)，篩選出5份評分大于2.0的材料，22DS045評分最高，達3.102，為遼寧濱海稻區(qū)抗逆優(yōu)良食味直播水稻新品種選育研究與創(chuàng)新提供材料基礎。

關鍵詞：主成分分析；直播水稻后代穩(wěn)定品系；產量；稻米品質性狀

中圖分類號：S511.03"""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標志碼：A文章編號：1673－6737（２０24）05－００01－10

Comparison of Yield and Rice Quality of Direct Seeding Rice Progeny Stable Lines Based on Principal Component Analysis

QUE Bu-chao ， LI Zhen-yu ，" YU Ya-hui ， CHEN Guang-hong ， WANG Shao-lin ， XIA Ming ， ZHENG Ying-jie ， WANG Ying ， WANG Tong ， WANG Rui-peng ， ZHANG Li-li*

（Liaoning Institute of Saline-Alkali Land Utilization， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： Rice yield and quality traits of 52 stable lines of direct progeny were analyzed. The results showed that the yield and quality traits of rice were separated in different degrees. In terms of yield， it needs to be improved， but it has great advantages in processing quality， appearance quality， nutrition and taste quality. The comprehensive evaluation function of rice quality traits was constructed by using principal component analysis to reduce the dimensionality of rice quality resources， and 5 materials with scores greater than 2.0 were selected. 22DS045 scored the highest score（3.102）， which provided the material basis for the research and innovation of new varieties breeding of resistant and good eating resistance live rice in coastal rice area of Liaoning Province.

Key words： Principal component analysis; Stable progeny of direct seeding rice; Yield; Rice quality character

基金項目：遼寧省應用基礎研究計劃項目“遼寧高食味優(yōu)質稻米產業(yè)發(fā)展關鍵技術協(xié)同創(chuàng)新（2022JH2/101300283）；遼寧省農業(yè)重大專項“遼寧濱海稻區(qū)耐鹽堿優(yōu)質高產多抗水稻新品種培育”（2022JH1/10200003）；遼寧省農業(yè)科學院學科建設計劃項目（2024XKJS5233）。

收稿日期：2023-12-21

作者簡介：闕補超（1982—），男，副研究員，碩士，研究方向為水稻遺傳育種。

*通訊作者：張麗麗（1981—），女，研究員，博士，研究方向為水稻遺傳育種。

水稻是我國重要的糧食作物之一，種植面積占我國谷物播種面積的30.3%，總產占糧食總產的31.6%[1]。直播是一種重要的水稻種植方式，因具有省工、省時、節(jié)本和顯著提高水稻種植的綜合效益等優(yōu)點，在國內外應用廣泛[2-3]。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和農業(yè)現(xiàn)代化進程加快，勞動力缺少且成本提高，直播種植方式迅速發(fā)展和推廣，與其同時人們對稻米食味性的要求也越來越高，但目前對濱海稻區(qū)優(yōu)質食味直播水稻品種選育缺少研究，鑒于此本研究選用了52份直播后代穩(wěn)定品系，研究其稻米產量及品質性狀特點，旨在篩選產量較高、優(yōu)良食味資源，以期為抗逆優(yōu)良食味直播水稻新品種選育提供理論依據(jù)和實踐依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

田間種植利用常規(guī)雜交育種結合分子標記輔助技術創(chuàng)制的后代材料1 013份，于成熟期依據(jù)豐產性、抗病性、品質等多個性狀進行綜合選擇，以從中選擇出52份綜合性狀較好的后代穩(wěn)定品系為研究對象，進行后代穩(wěn)定品系產量、稻米品質等指標分析。

1.2" 田間種植

將52份材料種植于遼寧省鹽堿地利用研究所試驗基地。該試驗基地位于遼寧盤錦大洼區(qū)唐家鎮(zhèn)（122.19°E，緯度40.04°N）。5月8日播種，撒播，小區(qū)面積長5.5 m，寬2 m，面積11 m2。成熟后，適時收獲脫粒，測產。晾曬風干后，陰涼網(wǎng)室保存，用于稻米品質測定。

1.3" 稻米品質指標測定

測定的稻米品質指標包括糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、長寬比、白度、透過度、精白度、直鏈淀粉含量、蛋白質、酸度、水分、米粒食味值、米飯食味值等。采用HP掃描儀分析整精米率、堊白粒率、堊白度和長寬比。采用白度計測定白度、透過度、精白度。采用日本佐竹公司生產的新型RCTA-11A米粒食味計測定稻米直鏈淀粉、蛋白質含量和水分，共設3次重復，其中直鏈淀粉、蛋白質含量和水分均以%為單位。采用FOSS近紅外谷物分析儀測定酸度。采用日本佐竹公司生產的STA1A 型米飯食味計測定米飯食味值，共設重復3次。具體方法如下：稱取 30.0 g 精米米樣置于專用容器中淘洗至水清，按米：水=1：1.35比例量取蒸餾水，淘米與浸泡共30 min，上鍋蒸煮30 min，燜10 min，開蓋攪拌米飯，將米飯置于冷卻器中冷卻 20 min，靜置 2 h（25 ℃）。稱取8.0 g米飯裝入專用金屬環(huán)內，正反面壓 10 s成飯餅，每個樣品 3 次重復，用黑白板校儀器，將飯餅插入食味計進行測定。

1.4" 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel2010軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2" 結果與分析

2.1" 直播水稻后代穩(wěn)定品系產量及加工品質性狀比較

表1顯示了后代穩(wěn)定品系產量及加工品質性狀間的比較。52份后代穩(wěn)定品系產量分布為171.8～755.0 kg/667 m2，均值為361.6 kg/667 m2。把產量分為6個等級，其中產量處于600～700 kg/667 m2范圍內的僅有1份材料，占所有材料的1.9%；處于500～600 kg/667 m2范圍內的共7份材料，占所有材料的13.5%；處于400～500 kg/667 m2范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；處于300～400 kg/667 m2范圍內的共19份，占所有材料的36.5%；處于200～300 kg/667 m2范圍內的共12份材料，占所有材料的23.1%；低于200 kg/667 m2的材料共有4份，占所有材料的7.7%，可以看出300～400 kg/667 m2的材料所占的比例最大。糙米率分布為82.9%～71.7%，均值為80.7%。把糙米率分為4個等級，其中糙米率處于82.0%～82.9%范圍內的共8份材料，占所有材料的15.4%；處于81.0%～81.9%范圍內的共14份材料，占所有材料的26.9%；處于80.0%～80.9%范圍內的共20份材料，占所有材料的38.5%；處于79.0%～79.9%范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；糙米率低于79.9%的材料僅有1份。糙米率處于80.0%～80.9%范圍內的材料所占的比例最大（圖1）。

參試材料精米率分布為59.3%～72.1%，均值為65.9%。把精米率分為4個等級，其中精米率處于69.0%～73.0%范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；處于66.0%～68.9%范圍內的共18份材料，占所有材料的34.6%；處于63.0%～65.9%范圍內的共19份材料，占所有材料的36.5%；處于59.0%～62.9%范圍內的共8份材料，占所有材料的15.4%；精米率處于63.0%～65.9%范圍內的材料所占的比例最大。整精米率分布為42.7%～72.3%，均值為64.7%。把整精米率分為5個等級，其中整精米率處于69.0%～73.0%范圍內的共14份材料，占所有材料的26.9%；處于66.0%～68.9%范圍內的共13份材料，占所有材料的25.0%；處于63.0%～65.9%范圍內的共8份材料，占所有材料的15.4%；處于60.0%～62.9%范圍內的共11份材料，占所有材料的21.2%；整精米率低于59.9%的材料為6份，占所有材料的11.5%，由此可見69.0%～73.0%范圍內所占的比例最大（圖1）。

2.2" 直播水稻后代穩(wěn)定品系外觀品質性狀比較

表2中對直播后代穩(wěn)定品系外觀品質性狀進行了比較，結果表明52份參試材料堊白粒率分布為0.0～49.5%，均值為11.1%。把堊白粒率按照5個等級進行劃分，其中處于20.0%～50.0%范圍內的材料共10份材料，占所有材料的19.2%；處于10.0%～19.9%范圍內的共8份材料，占所有材料的15.4%；處于5.0%～9.9%范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；處于2.1%～4.9%范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；低于2.0%的有16份材料，占所有材料的30.8%，可以看出這個范圍內材料所占比例最大，表明直播條件下創(chuàng)制的材料具有較低的堊白粒率。堊白度分布為0.1%～16.0%，均值為2.9%。把堊白度按照4個等級進行劃分，其中處于5.1%～20.0%范圍內的材料共10份材料，占所有材料的19.2%；處于3.1%～5.0%范圍內的共5份材料，占所有材料的9.6%；處于1.1%～3.0%范圍內的共14份材料，占所有材料的26.9%；小于等于1.0%的有23份材料，占所有材料的44.2%，表明直播條件下創(chuàng)制的材料具有較低的堊白度（圖2）。

參試材料長寬比分布為1.7～2.0，均值為1.8。其中長寬比為2.0的材料共7份，所占比例為13.5%；長寬比為1.9的材料共18份，所占比例為34.6%；長寬比為1.8的材料共18份，所占比例為34.6%；長寬比為1.7的材料9份，所占比例為17.3%。69.2%的材料長寬比為1.8和1.9，所占比例最大（圖2）。

參試材料白度分布在34.7～49.1，均值為42.0。按照4個等級進行劃分，其中處于45.0～50.0范圍內的有14份材料，占所有材料的26.9%；處于40.0～44.9范圍內的有20份材料，占所有材料的38.5%；處于35.0～39.9范圍內的共有18份材料，占所有材料的34.6%；低于34.9，僅有1份材料?？芍幱?0.0～44.9范圍內的材料所占比例最大。透過度分布為2.4～4.1，均值為3.3。把透過度按照4個等級進行劃分，其中透過度高于4.0的共1份材料，占所有材料的1.9%；處于3.5～3.9范圍內的共16份材料，占所有材料的30.8%；處于3.0～3.4范圍內的共30份材料，占所有材料的57.7%；低于2.9的有5份材料，占所有材料的9.6%。由此可見3.0～3.4范圍內所占的比例最大。精白度分布為76.0～137.0，均值為107.8。把精白度按照6個等級進行劃分，其中高于130的共3份材料，占所有材料的5.8%；處于120～129范圍內的共12份材料，占所有材料的23.1%；處于110～119范圍內的共10份材料，占所有材料的19.2%；處于100～109范圍內的共9份材料，占所有材料的17.3%；處于90～99范圍內的共12份材料，占所有材料的23.1%；低于89的有6份材料，占所有材料的11.5%。處于120～129和90～99兩個范圍內的材料比例合計達46.2%（圖2）。

2.3" 直播水稻后代穩(wěn)定品系營養(yǎng)食味品質性狀比較

表3對直播水稻后代穩(wěn)定品系營養(yǎng)食味品質性狀進行了比較，表明直鏈淀粉含量分布在18.0%～20.3%之間，均值為19.3%。按照含量差異分為4個等級，其中直鏈淀粉含量大于20.1%的材料有3個，占所有材料的5.8%；處于19.1%～20.0%范圍內的材料有28份，占53.8%；處于18.0%～19.0%范圍內的材料有20份，所占比例為38.5%；小于等于18.0%的材料僅有1份。由上可見，直鏈淀粉含量在18.0%～20%范圍內的材料最多，占所有材料的92.3%。蛋白質含量分布范圍為6.0%～8.3%，均值為7.3%。按照3個等級進行區(qū)分，其中≥8.0%的材料共有5份，所占比例為9.6%；處于7.0%～7.9%范圍內的材料最多，為34份，所占比例為65.4%；處于6.0%～6.9%范圍的材料13份，占25.0%。酸度分布范圍為13.1%～16.2%，均值為14.4%，按照4個等級進行劃分比較，≥16.0%的材料僅有1份，所占比例為1.9%；處于15.0%～15.9%范圍內材料有14份，占總數(shù)的26.9%；處于14.0%～14.9%材料數(shù)量最多，為20份，所占比例為38.5%；低于14.0%的材料共有17份，所占比例為32.7%。水分含量分布范圍為12.1%～16.4%，均值為14.5%。分成5個等級，其中≥16.0%的材料僅有1份，占全部材料的1.9%；處于15.0%～15.9%范圍內的材料有16份，占30.8%；處于14.0%～14.9%范圍內的材料18份，占34.6%，為比例最大；處于13.0%～13.9%范圍內的材料15份，所占比例為28.8%；低于12.9%的材料有2份，僅占3.8%。從上可知，絕大數(shù)材料水分含量處于13.0%～15.9%。

直播后代穩(wěn)定品系米粒食味值分布在62.0～85.0之間，均值為72.7。米粒食味值≥81.0的材料僅有1份，占總數(shù)的1.9%；處于75.0～80.0范圍內的材料有23份，所占比例最大，為44.2%；70.0～74.0范圍內的材料為12份，占總數(shù)的23.1%；低于70.0的材料有4份，所占比例為7.7%。供試材料米飯食味值分布為65.0～86.0，均值為76.0。按照不同材料差異分為4個梯度，其中≥81.0材料共有6份，所占比例為11.5%；處于75.0～80.0范圍內的材料最多，為27份，占全部材料的51.9%；70.0～74.0范圍內的材料17份，所占比例為32.7%，低于69.0材料有2份，僅占3.8%（圖3）。

2.4" 直播水稻后代穩(wěn)定品系稻米品質性狀主成分分析及綜合評價

為揭示直播水稻穩(wěn)定品系品質性狀的綜合表現(xiàn)，針對產量、糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、長寬比、白度、透過度、精白度、直鏈淀粉含量、蛋白質含量、酸度、水分、米粒食味值和米飯食味值等16個指標進行主成分分析。如表4、表5所示，前5個主成分的累計貢獻率達到85.9%，基本包含了稻米營養(yǎng)品質性狀的所有信息。第1主成分特征值7.477，貢獻率為46.7%，主要反映了米粒食味值、蛋白質含量、白度和精白度大小，載荷值分別為0.912、-0.906、0.903和0.908；第2主成分主要反映了水分、透過度和堊白度大小，其載荷值分別為0.781、0.780和-0.707，其特征值為2.770，貢獻率為64.0%；第3主成分特征值為1.637，貢獻率為74.3%，主要反映了糙米率、蛋白質含量、精米率和整精米率大小，其載荷值分別為0.442、0.422、-0.451和-0.410；第4主成分的代表指標為長寬比，其載荷值-0.723，其特征值為1.024，貢獻率為80.7%；第5主成分主要反映了糙米率（載荷值為-0.616），其特征值為0.830，貢獻率為85.9%。

基于上述16個指標的主成分系數(shù)計算各主成分得分，建立了直播后代穩(wěn)定品系稻米品質性狀的綜合評價函F=0.544F1+0.202F2+0.119F3+

0.075F4+0.060F5。依據(jù)該函數(shù)計算供試材料的綜合評分，并對其進行綜合評價（表6）。對表6進行分析可看出，得分在0以上的后代材料有23份材料，占總供試材料的44.2%，其中有7份材料評分處于0～0.9分，占總數(shù)量的13.5%；評分在1.0～1.5分的材料有6份，占總數(shù)量的11.5%；評分在1.6～2.0有5份材料，占總數(shù)量的9.6%；評分大于2.0的材料有5份，分別為22DS045、22DS094、22DS092、22DS095、22DS093，22DS045評分最高，達3.102。

3" 討論與結論

直播稻是指將種子直接播種于大田的水稻種植方式，是水稻馴化種植后最普遍的種植方式[4]，存在抗逆性差、養(yǎng)分和光溫資源利用率低、產量較低且不穩(wěn)定等問題[5]，嚴重制約了直播稻資源創(chuàng)新及品種的推廣應用，近年水稻移栽和拋秧技術在水稻種植上仍然存于主導地位。隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，農村勞動力向城市轉移，水稻生產過程中勞動力數(shù)量及質量顯著下降，生產中迫切需要簡化生產環(huán)節(jié)，降低工作強度，提高種植效益。直播稻因其明顯優(yōu)勢，受到廣泛歡迎，并到了快速的發(fā)展[6-8]。當前水稻高產、優(yōu)質、多抗、高效品種選育取得斐然成就，配套技術研發(fā)也得到長足發(fā)展，為直播稻種質資源創(chuàng)新、綠色高效配套栽培創(chuàng)制提供條件基礎。目前針對直播稻的研究主要集中在方式和產量，但從直播稻稻米品質方面還鮮見報道。本文以田間綜合性狀表現(xiàn)較好的52份后代穩(wěn)定品系為研究對象，通過對產量、加工品質、外觀品質、營養(yǎng)食味品質等16個性狀指標進行分析，結果表明供試材料的所有測定指標均有不同程度分離。從產量上看，300～400 kg/667 m2的材料所占的比例最大。產達到600～700 kg/667 m2的僅有1份材料（22DS196）。從加工品質性狀指標分析，糙米率處于80.0%～80.9%范圍內的材料所占的比例最大，高達38.5%，低于79.9%的材料僅有1份。精米率處63.0%～65.9%范圍內的材料所占的比例最大，為36.5%。整精米率在69.0%～73.0%范圍內的共14份材料，占所有材料的26.9%。研究表明供試材料在產量上有待提高，但在加工品質性狀上有較好表現(xiàn)。對外觀品質性狀進行比較發(fā)現(xiàn)，堊白粒率低于2.0%的有16份材料，占所有材料的30.8%，占比例最大，同時，堊白度≤1.0%的材料有23份，所在比例高達44.2%?？梢姡┰嚥牧贤庥^品質存在較大優(yōu)勢。69.2%的材料長寬比為1.8和1.9，占比例最大，揭示供試材料粒型多為橢圓型。白度、透過度和精白度分別處于40.0～44.9、3.0～3.4和120～129范圍內所占比例最大。本文對供試材料營養(yǎng)食味品質性狀進行了比較，表明直鏈淀粉含量在18.0%～20%范圍內的材料最多，占所有材料的92.3%，符合優(yōu)質水稻部頒標準。蛋白質含量處于7.0%～7.9%范圍內的材料最多，占比例達到65.4%。酸度處于14.0%～14.9%材料數(shù)量最多，所占比例為38.5%。供試材料米粒食味值處于75.0～80.0范圍內的材料有23份，所占比例最大，米飯食味值處于75.0～80.0范圍內的材料最多，占全部材料的51.9%，而低于69.0材料有2份，僅占3.8%，可見多數(shù)供試材料在營養(yǎng)食味品質性狀上有較好表現(xiàn)?；谏鲜龇治隹芍?，創(chuàng)制的52份直播稻資源在加工品質、外觀品質和營養(yǎng)食味品質均有表現(xiàn)較好的材料，為直播稻新品種培育提供物質基礎，同時也存在產量不很突出的問題，在今后資源創(chuàng)制過程中，高效聚集高產基因，以期實現(xiàn)高產目標。本研究利用主成分分析對直播稻種質資源稻米品質性狀采用降維處理，構建了稻米品質性狀的綜合評價函數(shù)，篩選出5份評分大于2.0的材料，22DS045評分最高，達3.102，為遼寧濱海稻區(qū)抗逆優(yōu)良食味直播水稻新品種選育研究與創(chuàng)新提供材料基礎。

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