新疆优质丰产香型水稻品种筛选与评价

布哈丽且木·阿不力孜,张燕红,袁 杰,赵志强,文孝荣,杜孝敬,王奉斌,吕玉平,阿曼古丽·艾孜子

(1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;3.新疆维吾尔自治区土壤肥料工作站,乌鲁木齐 830001)

0 引 言

【研究意义】水稻(OryzasativaL.)是世界第二大粮食作物,我国粮食生产和居民消费中水稻也占据主导地位[1-3]。香型水稻市场前景广阔和经济价值较高[4-6]。现阶段我国新疆育成的香型水稻品种丰产性和品质性状尚不明确,因此,评价与筛选新疆优质丰产香型水稻品种,对指导新疆香型水稻育种和栽培具有重要意义。【前人研究进展】曾仁杰[7]研究了不同播期对香稻玉针香生长发育、产量构成和稻米品质的影响,发现5月18日播种时水稻产量最高,品质和抗性表现也较好。韦小珊等[8]研究发现,不同灌溉方式对香稻品质影响不同,齐穗后期轻度落干能够显著提高香稻品质,而齐穗后期重度落干造成研磨品质显著降低,自然补水灌溉显著降低了香稻品质,而干湿交替灌溉能够有效改善香稻品质。邢丕鹏等[9]研究了有机栽培条件下不同机械种植方式对香稻产量、品质以及香气的影响,发现旱插秧机旱插秧处理的香气物质含量最高。宫彦龙等[10]研究不同收获时期对大粒香稻米品质性状的影响,发现齐穗后58 d收获时大粒香食味品质最好。刘化龙等[11]采用KOH浸泡法对144份水稻品种进行香稻种质资源筛选,获得20个产生香味的水稻品种。彭波等[12]通过检测与分析豫南香稻种质资源稻米中的氨基酸含量,发现18个香稻品种中的氨基酸含量存在明显差异,为选育香稻新品种提供重要的种质资源。于深州等[3]探讨杂交育种和辐射诱变育种对粳型香稻早世代香型株系外观品质性状的变异情况时,发现2种育种方式中早世代香型群体中可通过对粒型的综合选择香稻改善垩白和透明度。【本研究切入点】新疆水稻研究主要集中在新品种选育、常规栽培模式、水氮互作及优质高产研究等,对已育成香型水稻品种开展相关研究较少,尤其是水稻香味与产量、品质共同提升的研究甚少。需研究筛选出新疆优质丰产香型水稻品种。【拟解决的关键问题】以新疆自育香型水稻品种为研究对象,收获期测定不同香型水稻品种产量及构成因子、品质性状指标,进行差异对比、相关性、主成分及聚类等综合分析与评价,筛选出新疆优质丰产香型水稻品种,为新疆香型水稻品种选育和推广提供种质资源和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020～2021年在新疆乌鲁木齐市米东区科技示范园进行。供试香型水稻品种11份(新粳香53号、新粳香83号、新粳香2号、新粳香6号、新粳香8号、新粳香5号、新粳香1号、新稻50号、新粳8号、新粳伊20号和新粳伊3号),由新疆农业科学院核技术生物技术研究所收集保存。试验田土壤含盐量2.8 g/kg,pH值7.9,有机质12.6 g/kg,有效氮65.2 mg/kg,有效磷21.0 mg/kg,有效钾74.0 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用单因素随机区组设计,小区面积为60 m2,行距30 cm,株距15 cm,3次重复,每个品种面积为4.5 m2(单株插秧)。基施尿素10 kg/667m2,磷酸二铵15 kg/667m2,施肥深度6～8 cm,4月11日育秧,5月8日移栽,5月15日秧苗返青后施分蘖肥尿素6 kg/667m2,硫酸锌2 kg/667m2;5月22日第2次分蘖肥施尿素8 kg/667m2,硫酸钾5 kg/667m2;5月29日第3次分蘖肥施尿素8 kg/667m2;6月10日第4次分蘖肥施尿素8 kg/667m2;6月28日用5%三环唑可湿性粉剂25 g/667m2兑水50 kg均匀喷雾,7月上旬全田总茎数达到适宜穗数时开始晒田,9月22日收获。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 产量及构成因子

成熟期各香型水稻品种全部收获考种,测定单株有效穗数、穗粒数、千粒重和产量。

1.2.2.2 稻米品质

采用日本佐竹米粒食味计(RCTA11A)测定糙米率、精米率、整精米率、直链淀粉含量和蛋白质含量;采用稻米垩白观测仪(JSE-Ⅱ)测定稻米垩白度,计算垩白率;采用稻米透明度测定仪(DWY-A型)测定透明度;采用大米胶稠度测定仪(GCT-8A)测定胶稠度;采用游标卡尺测定粒长,计算长宽比。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理,SPSS 17.0软件进行方差、相关性、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同香型水稻品种稻米产量及构成因子

研究表明,11个香型水稻品种有效穗数在21.73×104～33.33×104穗/667m2,其中新粳香6号有效穗数最大,新粳香5号最小;不同香型水稻品种穗粒数在83.26～178.37粒,品种间均存在显著差异,新粳香53号穗粒数最大,新粳香2号最小;不同香型水稻品种千粒重在17.40～29.28 g,品种间均存在显著差异,新粳香53号千粒重最大,新粳香2号最小;11个香型水稻品种产量在507.27～763.01 kg/667m2,其中新粳伊20号产量最高,新粳香1号最低。表1

2.2 不同香型水稻品种稻米品质

研究表明,11个香型水稻品种中仅新粳香53号和新粳香5号糙米率小于80%,其余品种均大于80%,各处理间存在不同程度差异,其中新粳香8号糙米率最大为85.40%,新粳香53号最小为77.30%;不同香型水稻品种精米率在62.43%～75.80%,新粳香8号、新粳伊20号和新粳伊3号精米率显著高于其他品种,新粳香53号最低;不同香型水稻品种整精米率在53.30%～69.40%,新粳伊20号和新粳伊3号整精米率显著高于其他品种,新粳香1号最低;11个香型水稻品种垩白度和垩白率分别在0.10%～0.53%和1.00%～5.00%,各品种间表现出相似性,新粳伊20号垩白度和垩白率显著高于其他品种,新粳香53号、新粳香83号、新粳香2号、新粳8号和新粳伊3号均低;新粳香83号蛋白质含量最高为11.59%,较其他品种显著增加23.96%～59.86%;11个香型水稻品种直链淀粉含量在14.87%～19.40%,新粳香1号、新粳8号和新粳伊20号在19%以上,显著高于其他品种;11个香型水稻品种胶稠度在66.33～87.00 mm,新粳伊20号最大,新粳香1号胶稠度最小;不同香型水稻品种粒长和长宽比表现出相似性,新粳香2号粒长显著高于其他品种,长宽比与新粳香5号无差异,但显著高于其他品种,而新粳香8号粒长和长宽比均最小;新粳香8号和新粳香1号透明度均为1.67,其余品种透明度均为1.00。表2

表2 不同香型水稻品种稻米品质性状指标

2.3 不同香型水稻品种产量及品质指标差异

研究表明,11个香型水稻品种糙米率、精米率、整精米率、直链淀粉含量和胶稠度的变异系数均小于10.00%,其中糙米率变异系数最小仅为2.70%,不同品种间糙米率变化较小;11个香型水稻品种有效穗数、穗粒数、千粒重、产量、垩白度、垩白率、蛋白质含量、粒长、长宽比和透明度的变异系数均大于10.00%,其中,垩白度和垩白率变异系数分别为66.67%和69.19%,均超过50%以上,不同香型水稻品种在垩白度和垩白率上差异最大;不同水稻品种透明度变异系数接近30%,穗粒数和长宽比变异系数超过20%,有效穗数、千粒重、产量、蛋白质含量和粒长变异系数在10%～20%。表3

表3 不同香型水稻品种产量与品质性状指标变异

2.4 不同香型水稻品种产量与品质性状的相关性

研究表明,不同香型水稻品种产量与品质性状间存在着较多的相关关系,其中有效穗数与穗粒数呈显著负相关,相关系数为-0.644,与千粒重和产量之间无显著正相关,相关系数分别为0.076和0.123,与品质性状间相关性不显著;穗粒数与千粒重呈显著负相关,相关系数为-0.609,与其他指标相关性不大;千粒重与产量和品质性状指标间均存在正相关关系,仅与粒长存在显著正相关,相关系数为0.662,与其他产量和品质性状指标相关关系不显著;产量与垩白率、胶稠度呈显著正相关,相关系数分别为0.631和0.712,与糙米率、整精米率、精米率、垩白度和直链淀粉含量之间无显著正相关关系,而与蛋白质含量、粒长、长宽比、透明度之间无显著负相关关系;糙米率与精米率呈极显著正相关,相关系数为0.869,与整精米率、垩白度呈显著正相关,相关系数分别为0.613和0.687,与其他指标相关性不大;整精米率与精米率呈极显著正相关,相关系数为0.785,与胶稠度呈显著正相关,相关系数为0.716;精米率与垩白度、垩白率、直链淀粉含量、胶稠度和透明度间无显著正相关关系,而与蛋白质含量、粒长、长宽比间无显著负相关关系;垩白度与垩白率、胶稠度呈极显著正相关,相关系数分别为0.885和0.781,与其他指标相关性不大;垩白率与胶稠度呈显著正相关,相关系数为0.629,与其他指标相关性较小;蛋白质含量与直链淀粉含量、粒长和长宽比间无显著正相关关系,与胶稠度和透明度间无显著负相关关系;直链淀粉含量与粒长、长宽比间无显著正相关关系,与胶稠度和透明度间无显著负相关关系;胶稠度与粒长、长宽比和透明度间无显著负相关关系;粒长与长宽比呈极显著正相关,相关系数高达0.967,与透明度间无显著负相关关系;长宽比与透明度间无显著负相关关系。表4

2.5 不同香型水稻品种产量和品质性状指标主成分

研究表明,第1至第4主成分的特征值分别为5.582、3.620、1.889和1.625,贡献率分别为37.212%、24.137%、12.593%和10.835%,累积贡献率为84.776%,可提取前4个主成分作综合评价。表5

表5 主成分特征值

2.6 不同香型水稻品种主成分综合得分和排序

研究表明,5个香型水稻品种综合得分大于0,占比45.46%,6个香型水稻品种综合得分小于0,占比54.54%,其中新粳伊20号最高为2.565 9,2～5名分别是新粳香6号、新粳香8号、新粳香2号和新稻50号,新粳香53号最低为-2.022 6,香型水稻品种新粳伊20号优质丰产性最好,其次是新粳香6号、新粳香8号、新粳香2号和新稻50号,新粳香53号最差。表6

表6 不同香型水稻品种主成分综合得分和排序

2.7 不同香型水稻品种产量与品质性状指标的聚类

研究表明,当欧式距离为10时,可将11个香型水稻品种分为3类,其中第I类香型水稻品种最多,占比为63.64%,分别是新粳香8号、新稻50号、新粳伊3号、新粳香2号、新粳香6号、新粳8号和新粳香83号;第Ⅱ类香型水稻品种分别是新粳香53号、新粳香5号和新粳香1号,占比为27.27%;第Ⅲ类香型水稻品种是新粳伊20号,占比为9.09%。图1

图1 11个香型水稻品种产量与品质性状聚类

3 讨 论

3.1香味性状是水稻重要的食味品质,香型水稻本身遗传机制相对复杂、易受环境影响,同区域香型水稻品种的丰产性和品质性状也存在差异性,因此有必要对不同香型水稻品种的丰产性和品质性状进行研究[13]。研究发现,11个香型水稻品种中新粳香6号有效穗数较新粳香5号提高53.38%,新粳香53号穗粒数、千粒重较新粳香2号分别提高114.23%和68.28%,新粳伊20号产量较新粳香1号增加50.41%,其中有效穗数、千粒重和产量的变异系数在10%～20%,穗粒数变异系数超过20%,不同香型水稻品种产量指标中穗粒数差异最大。不同香型水稻品种中糙米率、精米率、整精米率和直链淀粉含量分别在77.30%～85.40%、62.43%～75.80%、53.30%～69.40%和14.87%～19.40%,新粳伊20号胶稠度最大为87.00 mm,不同品种各指标变异系数均小于10.00%;新粳香83号蛋白质含量较其他品种显著增加23.96%～59.86%,不同香型水稻品种粒长和长宽比表现出相似性,蛋白质含量和粒长变异系数在10%～20%,长宽比变异系数超过20%;垩白度和垩白率分别在0.10%～0.53%和1.00%～5.00%,各品种间表现出相似性,变异系数高达60%以上;新粳香8号和新粳香1号透明度均为1.67,其余9个香型水稻品种透明度均为1.00,不同水稻品种透明度变异系数接近30%。糙米率变异系数最小仅为2.70%,不同品种间糙米率变化较小,而垩白度和垩白率变异系数均超过50%以上,不同香型水稻品种在垩白特征上差异最大。

3.2水稻产量和品质性状间存在难以调和的遗传相关,同时存在着较多的相关关系[14]。试验发现,不同香型水稻品种产量性状中有效穗数与穗粒数、穗粒数与千粒重均呈显著负相关,产量与有效穗数、穗粒数和千粒重间存在正相关关系,但相关关系不显著,与韩瑞才等[15]研究结果相似。对于品质性状来说,精米率与糙米率、整精米率间呈极显著正相关,与其他品质性状间无显著正相关或负相关关系;胶稠度与整精米率、垩白率间及糙米率与整精米率、垩白度间均呈显著正相关,而垩白度与垩白率、胶稠度呈极显著正相关;除粒长与长宽比间呈极显著正相关外,蛋白质含量、直链淀粉含量、粒长、长宽比、胶稠度、透明度间存在不同程度正相关和负相关关系,但均无显著性差异,水稻品质性状间也同样存在较多的正相关和负相关关系,这与陈重远等[16]研究结果较一致。此外,不同香型水稻品种产量性状中有效穗数与品质性状间相关性不显著,千粒重与品质性状指标间均存在正相关关系,仅与粒长呈显著正相关,产量与垩白率、胶稠度呈显著正相关,与糙米率、整精米率、精米率、垩白度和直链淀粉含量之间无显著正相关关系,与蛋白质含量、粒长、长宽比、透明度之间无显著负相关关系,与王远征等[14]研究结果较一致。

3.3主成分分析综合评价全面客观、结果可靠[17]。利用主成分分析可以筛选出产量和品质相关性状优良的亲本材料[16-18]。研究利用主成分分析法对11个香型水稻品种15个产量和品质指标进行主成分分析得到主成分特征值,并提取前4个主成分作综合评价。新粳伊20号综合得分最高为2.565 9,新粳香53号综合得分最低为-2.022 6,香型水稻品种新粳伊20号优质丰产性最好,新粳香53号优质丰产性最差。进一步使用平均联接(组间)的谱系图,重新调整距离进行聚类分析,当欧式距离为10时香型水稻品种被分为3类,第I类香型水稻品种占比63.64%,第Ⅱ类香型水稻品种占比27.27%,第Ⅲ类香型水稻品种是新粳伊20号,占比9.09%,聚类分析结果看出第Ⅲ类香型水稻优质丰产性最好,第I类优质丰产性居中,第Ⅱ类最差。

4 结 论

供试11个香型水稻品种产量和品质水平整体较好,但品种间存在不同程度差异,产量变异主要在穗粒数上,品质性状变异主要在垩白度和垩白率上。产量及构成因子间、品质性状间存在较多的相关关系,其中千粒重与粒长存在显著正相关,产量与垩白率、胶稠度呈显著正相关。新粳伊20号优质丰产性最好,新粳香53号最差。提高穗粒数、降低垩白度和垩白率可以作为新疆香型水稻产量和品质改良的重点研究方向。