2012—2017年河南省參試粳稻品種品質(zhì)特性分析

夏彥莉，王玲燕，殷春淵，竇士樹，閆春霞，閆政敏

(新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002)

稻米品質(zhì)優(yōu)化已經(jīng)成為水稻育種一個十分重要的課題。稻米品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品的市場價值和經(jīng)濟效益，優(yōu)質(zhì)稻谷生產(chǎn)既能滿足人民生活需要，又能提高農(nóng)戶收入，符合鄉(xiāng)村振興發(fā)展方向。

目前，我國在超高產(chǎn)育種上依然保持世界領(lǐng)先[1]，但在水稻的理化品質(zhì)、食味品質(zhì)、功能性稻米的研究及其產(chǎn)業(yè)化方面我國則剛剛起步[2-3]，而日本、泰國、印度等國家已走在了前列。稻米品質(zhì)是一個涉及多項指標的綜合概念[4-6]。近幾年，關(guān)于河南稻區(qū)稻米品質(zhì)性質(zhì)的研究也有報道，胡珍珍等[7]對135份粳稻種質(zhì)資源在河南省沿黃稻區(qū)的品質(zhì)性狀進行分類研究；劉秋員等[8]對豫南地區(qū)的12份粳稻品種的品質(zhì)進行了差異研究；汪浩等[9]以12個適于單季種植的雜交秈稻為材料，對豫南地區(qū)頭季和再生季水稻產(chǎn)量與品質(zhì)進行了差異分析；張梅霞等[10]對河南省2010—2012年20個粳稻新品種的11個性狀進行研究。這些研究從不同區(qū)域、不同方面、不同尺度解析了河南粳稻稻米品質(zhì)指標的特征特性，但關(guān)于近幾年河南稻區(qū)新育成粳稻品種品質(zhì)特征特性進行系統(tǒng)的研究歸類劃分尚未見報道。

本研究擬通過對近年來參加省、國家區(qū)試試驗的河南稻區(qū)粳稻品種進行研究，對豫南稻區(qū)和沿黃稻區(qū)稻米各個品質(zhì)指標、相關(guān)特性進行系統(tǒng)分析，明確不同區(qū)域稻米品質(zhì)特性的差異及其影響因子，以期為河南稻區(qū)粳稻育種和稻米品質(zhì)改良提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)收集來源于2012—2017年河南省粳稻品種區(qū)域試驗報告中豫南組、沿黃組試驗總結(jié)。連續(xù)6 a共有130個參試品系，其中豫南組62個品系，沿黃組68個品系。各個區(qū)組每年參試數(shù)量見表1。

表1 2012—2017年河南粳稻區(qū)試品種數(shù)量Table 1 The number of trial varieties of japonica rice in Henan Province from 2012 to 2017

1.2 品質(zhì)測定項目和方法

樣品經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(武漢)檢測。檢測項目分別是加工品質(zhì)指標：糙米率、精米率和整精米率；外觀品質(zhì)指標：粒長、長寬比、透明度、堊白度和堊白粒率；蒸煮食味品質(zhì)指標：直鏈淀粉含量、膠稠度、堿消值。同一品種連續(xù)測定2 a品質(zhì)數(shù)據(jù)，按平均值進行分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件處理數(shù)據(jù)和繪制圖表。使用DPS v9.50數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)總體概況

將豫南稻組和沿黃稻組2組河南省區(qū)試試驗品種(系)的主要品質(zhì)特征指標的均值列于表2。2012—2017年河南稻區(qū)參加區(qū)試的所有粳稻品種(系)的出糙率平均值為83.89%，精米率平均值為74.04%，整精米率平均值為65.77%，堊白粒率平均值為37.23%，堊白度平均值為6.85%，直鏈淀粉平均值為15.56%，膠稠度平均值為72.48 mm，粒長平均值為5.24 mm，粒型長寬比平均值為1.94，透明度平均值為1.71級，堿消值平均值為6.45級。綜上，河南省豫南稻區(qū)和沿黃稻區(qū)糙米率、直鏈淀粉和膠稠度平均值達到優(yōu)質(zhì)Ⅰ級標準，透明度平均值達到優(yōu)質(zhì)Ⅱ級標準，整精米率和堿消值平均值達到優(yōu)質(zhì)Ⅲ級標準。但是堊白度平均值偏高，其最大差異率也最大，表現(xiàn)極不穩(wěn)定，說明堊白度是制約河南稻區(qū)粳稻稻米品質(zhì)提升的主要因素。堊白度受環(huán)境因素影響較大，在種植過程中，通過調(diào)整栽培條件，可以降低堊白度，提高稻米品質(zhì)。

表2 2012—2017年粳稻品質(zhì)特征Table 2 Quality characteristics of japonica rice from 2012 to 2017

由表2可知，2組6 a間不同參試品種(系)之間稻米加工品質(zhì)指標差異以出糙率最小，總變異系數(shù)1.92%，最大差異率9.85%，變幅80.20%～88.10%；精米率總變異系數(shù)3.00%，最大差異率25.16%，變幅62.00%～77.60%；整精米率總變異系數(shù)13.04%，最大差異率59.41%，變幅47.30%～75.40%。從變異系數(shù)看，不同類型粳稻品種的加工品質(zhì)各指標中出糙率的變化相對較穩(wěn)定，變異較小，以整精米率變異最大。沿黃組整體比豫南組低。

外觀品質(zhì)指標2組差異均以堊白度最大，總變異系數(shù)79.13%，最大差異率達3 637.5%，變幅0.80%～29.90%；豫南組以粒型長寬比變異系數(shù)最小16.24%，但最大差異率卻達125.63%，沿黃組以粒長變異系數(shù)最小4.13%，最大差異率23.91%。從蒸煮食味品質(zhì)指標看，2組不同參試品種(系)之間表現(xiàn)一致，均以膠稠度變異系數(shù)最大，堿消值次之，直鏈淀粉最小。

稻米的品質(zhì)性狀不僅受多基因控制，也深受環(huán)境條件的影響。豫南地區(qū)高溫高濕；沿黃稻區(qū)主要集中在黃河流域以北，兩地在環(huán)境條件上溫度和濕度的差異較大，了解不同區(qū)域稻米品質(zhì)特征，充分利用地域優(yōu)勢生態(tài)條件，對水稻品種進行改良和優(yōu)化，實現(xiàn)產(chǎn)量與品質(zhì)的雙保證。

2.2 品質(zhì)性狀的相關(guān)性

為了明確稻米品質(zhì)性狀間的相互關(guān)系，分別對2組所參試品種(系)稻米品質(zhì)性狀做了相關(guān)分析(表3)。在豫南粳稻區(qū)試組，出糙率與精米率、整精米率呈極顯著正相關(guān)，與堿消值呈顯著正相關(guān)，與粒型長寬比呈極顯著負相關(guān)；精米率與整精米率、堿消值呈極顯著正相關(guān)，與膠稠度呈顯著正相關(guān)，與堊白粒率、堊白度呈極顯著負相關(guān)；整精米率與堿消值呈極顯著正相關(guān)，與粒型長寬比、透明度呈顯著負相關(guān)；堊白粒率與堊白度、透明度呈極顯著正相關(guān)；堊白度與粒長、粒型長寬比呈顯著負相關(guān)；直鏈淀粉與粒長、粒型長寬比呈極顯著正相關(guān)，與膠稠度呈極顯著負相關(guān)；粒長與粒型長寬比、透明度呈極顯著正相關(guān)，與堿消值呈極顯著負相關(guān)；粒型長寬比與透明度呈極顯著正相關(guān)，與堿消值呈極顯著負相關(guān)；透明度與堿消值呈極顯著負相關(guān)。

表3 主要品質(zhì)性狀間的相關(guān)性Table 3 Correlation between major quality traits

在沿黃粳稻區(qū)試組，出糙率與精米率、堊白粒率、堊白度呈極顯著正相關(guān)，與堿消值呈顯著正相關(guān)，與膠稠度呈極顯著負相關(guān)，與粒長、粒型長寬比呈顯著負相關(guān)；精米率與整精米率、堿消值呈極顯著正相關(guān)，與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關(guān)，與透明度呈顯著負相關(guān)；整精米率與堿消值呈極顯著正相關(guān)；堊白粒率與堊白度、透明度呈極顯著正相關(guān)，與膠稠度、粒型長寬比呈極顯著負相關(guān)；堊白度與堿消值呈顯著正相關(guān)；直鏈淀粉含量與膠稠度呈極顯著負相關(guān)，與粒型長寬比、堿消值呈顯著負相關(guān)；膠稠度與粒型長寬比呈顯著正相關(guān)，與堿消值呈顯著負相關(guān)；粒長與粒型長寬比呈極顯著正相關(guān)；粒型長寬比與透明度呈顯著負相關(guān)；透明度與堿消值呈極顯著負相關(guān)。

通過以上分析，在豫南、沿黃2地種植的稻米品質(zhì)性狀之間有一定的相關(guān)性，但表現(xiàn)比較復(fù)雜，在粳稻品質(zhì)改良過程中，為降低所研究的數(shù)據(jù)空間的維數(shù)，簡化品質(zhì)指標，進一步做主成分分析。

2.3 品質(zhì)性狀的主成分分析

根據(jù)各主成分的特征根和相應(yīng)載合的絕對值和符號，豫南組前4個主成分的特征值均大于1.0，累計方差貢獻率82.62%(表4)。沿黃組前5個主成分的特征值大于1.0，累計方差貢獻率82.69%。綜上，這些主成分可以代表各品質(zhì)性狀進行分析。

表4 品質(zhì)性狀的主成分分析Table 4 Principal component analysis of quality traits

豫南組第一主成分貢獻率為31.98%，以粒型長寬比和粒長的載荷最高，可稱為粒型因子。粒型長寬比、粒長與第一主成分呈正相關(guān)性，由此向量得到的綜合指標如果較大，則表現(xiàn)出粒型的提高，同時表現(xiàn)出堿消值和整精米率的降低。當?shù)谝恢鞒煞州^大時，有利于外觀品質(zhì)的改良。第二主成分貢獻率為24.28%，以堊白粒率和堊白度相應(yīng)載合的絕對值最大，可稱為堊白度因子。其中，精米率和整精米率對第二主成分有正向作用，隨著堊白粒率對第二主成分的作用增強而降低，由此向量得到的綜合指標如果較大，則表現(xiàn)出堊白粒率、堊白度提高，精米率和整精米率降低，因此，當?shù)诙鞒煞州^大時，需要降低堊白粒率和堊白度的影響。第三主成分貢獻率為14.51%，以出糙率的載荷最高，可稱為出糙率因子或碾米因子。出糙率對第三主成分呈正相關(guān)性，直鏈淀粉、整精米率對第三主成分的貢獻稍低，說明隨著出糙率貢獻的增加，直鏈淀粉、整精米率對第三主成分的作用隨之增加。因此，加大第三主成分有利于碾米品質(zhì)的提高。第四主成分貢獻率為11.86%，以直鏈淀粉含量和透明度的載荷最高，可稱為直鏈淀粉因子。如果第四主成分較大，則表現(xiàn)出隨著膠稠度、透明度的增加，直鏈淀粉、堿消值含量會隨之降低。因此，加大第四主成分時，有利于蒸煮食味品質(zhì)的改良。

由上可知，豫南稻區(qū)第一、二主成分因子表現(xiàn)為稻米的外觀品質(zhì)，第三主成分表現(xiàn)為稻米的加工品質(zhì)，第四主成分表現(xiàn)為稻米的蒸煮食味品質(zhì)。在進行優(yōu)質(zhì)粳稻育種時，應(yīng)注意第一、三主成分適當加大，第二、四主成分適當減少。

沿黃組第一主成分貢獻率為28.06%，以出糙率的載荷最高，可稱為出糙率因子。其次是堊白粒率、堊白度，三者與第一主成分呈正相關(guān)性，由此向量得到的綜合指標如果較大，則表現(xiàn)為出糙率參數(shù)的提高，同時會表現(xiàn)出膠稠度、粒型長寬比的降低。因此，此成分較大時，有利于碾米品質(zhì)的改良。第二主成分貢獻率為20.68%，以透明度相應(yīng)載荷的絕對值最大，可稱為透明度因子。其次是堿消值、精米率，其中堿消值、精米率對第二主成分有正向作用，隨著透明度對第二主成分作用的增加而降低。因此，當?shù)诙鞒煞种递^大時，有利于堿消值的提高。第三主成分貢獻率為14.16%，以粒長的載荷最高，可稱為粒型因子。與堊白度、透明度呈正相關(guān)，此主成分大的品種堊白米率和堊白度有偏高的趨勢。第四主成分貢獻率為10.57%，以膠稠度的載荷最高，可稱為膠稠度因子。與直鏈淀粉含量、堿消值呈負相關(guān)作用，此成分大的品種蒸煮食味品質(zhì)之間需要相互協(xié)調(diào)。第五主成分貢獻率為9.21%，以整精米率的載荷最高，可稱為整精米率因子。如果以第五主成分較大，則表現(xiàn)出整精米率的增加，對其他性狀的負向影響較小。

綜上，沿黃稻區(qū)第一、五主成分因子表現(xiàn)為稻米的加工品質(zhì)，第二、三主成分因子表現(xiàn)為稻米的外觀品質(zhì)，第四主成分因子表現(xiàn)為蒸煮食味品質(zhì)。在進行育種時，應(yīng)對第一、三、四和五主成分適當加大，第二主成分適當減少。

綜上，豫南組稻米品質(zhì)主要受外觀品質(zhì)粒型、粒長、堊白粒率、堊白度的影響，其次受加工品質(zhì)出糙率的影響。沿黃組稻米品質(zhì)主要受加工品質(zhì)出糙率的影響，其次受外觀品質(zhì)透明度的影響。

2.4 品質(zhì)性狀的聚類分析

采用歐氏距離法，根據(jù)11個品質(zhì)性狀對所有參試粳稻品種(系)進行聚類(圖1)。第一大類包括豫南組的中粳6號1個種質(zhì)資源。該品種整精米率、膠稠度、堿消值偏低，堊白度、堊白粒率偏高，但出糙率較高。第二大類包括豫南組的中種粳1508、春優(yōu)215、8優(yōu)126、Ⅲ優(yōu)415等19個種質(zhì)資源，沿黃稻組的福稻018、杜粳166、新豐996、菡稻6號等8個種質(zhì)資源。該類種質(zhì)資源最大特點堊白度相對較高，其他品質(zhì)表現(xiàn)較好。該類稻米外觀品質(zhì)相對較差，營養(yǎng)品質(zhì)較好。第三大類包括豫南組的徐農(nóng)02824、豫農(nóng)粳12、春優(yōu)284、甬優(yōu)2640等24個種質(zhì)資源，沿黃組的信粳1787、苑豐136、新稻58、新粳128等40個種質(zhì)資源。該類種質(zhì)資源加工品質(zhì)出糙率、蒸煮食味品質(zhì)膠稠度較高，外觀品質(zhì)堊白度、透明度值相對較低，粒長較長。該類稻米加工品質(zhì)好，外觀品質(zhì)優(yōu)良，具有較高的商品價值，可以挖掘利用。

圖1 參試粳稻品種(系)的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of japonica rice varieties (lines) tested

3 結(jié)論與討論

河南省作為全國重要商品糧生產(chǎn)基地，培育綜合性狀優(yōu)良的品種是順應(yīng)水稻產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的需求，是大力發(fā)展河南農(nóng)業(yè)主要的驅(qū)動力。本試驗對6年間河南2稻區(qū)稻米品質(zhì)指標測定的數(shù)據(jù)進行分析研究。結(jié)果表明，河南稻區(qū)粳稻品種糙米率、膠稠度、整精米率、堿消值、堊白粒率、堊白度平均值均較高，但各品質(zhì)指標品種間差異較大。變異分析表明，堊白度、堊白粒率、透明度、粒型長寬比、粒長、整精米率、膠稠度、堿消值、直鏈淀粉含量、精米率、出糙率的變異系數(shù)依次減小，堊白度除與透明度、堿消值呈正相關(guān)外，與其他品質(zhì)性狀均呈負相關(guān)。李廣賢等[11]對2010—2018年我國黃淮稻區(qū)審定水稻品種品質(zhì)進行研究分析，除堊白粒率和堊白度表現(xiàn)較差外，其他品質(zhì)性狀均表現(xiàn)相對較好。胡珍珍等[7]對135份粳稻種質(zhì)資源品質(zhì)性狀進行分析，加工品質(zhì)性狀以整精米率最高，外觀品質(zhì)性狀以堊白度最高，蒸煮食味品質(zhì)以堿消值最大。稻米品質(zhì)的優(yōu)劣是品種遺傳特性和環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果，所以，在選育新品種的過程中，首先可以選取堊白度低的粳稻種質(zhì)資源。一般來講，在豫南稻區(qū)，選擇細長的粒形堊白程度低，外觀品質(zhì)好；對于沿黃稻區(qū)，宜選擇長寬比小，籽粒相對較小，粒厚較大，堊白度較低的品種品質(zhì)較好。

稻米品質(zhì)性狀是許多因素相互影響、相互結(jié)合的一個綜合表現(xiàn)。通過主成分分析，在育種過程中可以選出對品質(zhì)改良貢獻較大的主要因子，有針對性地進行選擇育種。主成分分析研究表明，豫南稻組參試材料的11個品質(zhì)性狀濃縮得到4個主成分，即粒型因子、堊白度因子、碾米因子、直鏈淀粉因子，累計方差貢獻率達到82.62%。沿黃稻組濃縮得到5個主成分，即出糙率因子、透明度因子、堊白度因子、膠稠度因子、整精米率因子，累計貢獻率達到82.69%。在此基礎(chǔ)上，進行聚類分析，將參試粳稻品種(系)分成3類，第1類品質(zhì)相對較差，第2類外觀品質(zhì)較差，營養(yǎng)品質(zhì)較好，第3類屬于優(yōu)質(zhì)稻米種質(zhì)資源且品種數(shù)量較多，說明優(yōu)質(zhì)類群是品種選育的大方向。

綜上所述，同一品種在豫南稻區(qū)和沿黃稻區(qū)參加試驗，其研究結(jié)果存在一定的差異，稻米品質(zhì)性狀之間既有區(qū)別又相互聯(lián)系，這說明，品種的生態(tài)適應(yīng)性在優(yōu)質(zhì)稻育種中也起一定的作用，選擇對生態(tài)環(huán)境條件適應(yīng)性好的品種有可能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的稻米。本研究不僅為優(yōu)良稻米種質(zhì)資源發(fā)掘和培育提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，同時為育種家根據(jù)目標性狀判定親本的利用價值提供了科學(xué)的理論依據(jù)。