秩次分析法在低鎘水稻品種篩選中的應用

滕振寧張玉燭方寶華劉洋孫姣輝楊堅何小娥

（1湖南省水稻研究所，長沙410125；2湖南農業大學農學院，長沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

秩次分析法在低鎘水稻品種篩選中的應用

滕振寧1，2張玉燭1*方寶華1劉洋1，2孫姣輝2楊堅1，2何小娥1，2

（1湖南省水稻研究所，長沙410125；2湖南農業大學農學院，長沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

以參加湖南省低鎘水稻品種篩選試驗的31個早稻品種為材料，將這些品種種在15個盆栽試驗環境點，獲得稻米鎘含量數據，使用非參數統計方法-秩次分析法，對參試品種的稻米鎘含量及其穩定性進行綜合分析與評價，以篩選具有穩定低鎘性狀的早稻品種。結果表明，品種v20（兩優早17）和v23（株兩優706）屬于稻米低鎘性能和鎘含量穩定性均較好的品種，適合一般污染區大面積種植；秩次分析法適用于低鎘水稻篩選試驗中品種低鎘性能和鎘含量穩定性評價，是一種實用、可行的數據處理方法。

秩次分析法；非參數度量；鎘；水稻；篩選

近年來，鎘污染已成為社會廣泛關注的問題，“鎘大米”事件更造成消費者的恐懼。目前，我國耕地鎘污染嚴重，輕、中度污染土壤面積比例大，能否在這類耕地上生產出符合國家標準的稻米是目前急需解決的問題。研究表明，作物對鎘的吸收和積累存在基因型間差異[1-8]，篩選低鎘吸收品種為在輕度鎘污染土壤上持續生產質量安全產品提供了有效可行的途徑[9-11]。

有研究表明，稻米鎘含量不僅受到基因型影響，也受環境及兩者的交互作用影響[8，12-14]。目前，低鎘水稻品種主要以稻米鎘含量為評價指標，忽略了稻米鎘含量受環境影響而變化較大的問題。因此，低鎘水稻品種篩選、評價工作，在考慮稻米低鎘含量的同時，要對各參試品種環境穩定性進行有效評估。秩次分析法主要用于評價參試品種在區域試驗中的豐產性、穩產性和適應性，并在玉米[15-16]、小麥[17]、水稻[18]、苦蕎[19]等作物區試中得到很好的應用。本研究采用秩次分析法對2015年湖南省低鎘水稻篩選試驗中的31個早稻品種的稻米鎘含量及其穩定性進行綜合分析與評價，以期篩選具有低鎘積累和環境穩定性的水稻品種，探尋低鎘水稻品種篩選、評價的新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與方法

以參加2015年湖南省低鎘水稻篩選試驗的31個早稻品種為材料，對其在15個盆栽試驗點的數據進行分析。15個試驗點分別代表15個鎘濃度梯度，土壤來自各地區稻田自然土壤，從輕微污染區的0.35 mg/kg（鎘含量）至重度污染區的4.61 mg/kg。全生育期淹水1～4 cm，施肥及病蟲草害按常規方法。水稻收獲時每個品種4次重復單獨收割，同時取土樣1 kg。土壤全鎘及糙米鎘含量委托湖南省水稻研究所稻米及制品檢測中心按國家標準進行檢測。

1.2 秩次分析的統計方法[20-22]

對不同試驗環境下各品種鎘含量進行方差分析及多重比較，刪除品種間鎘含量無顯著差異的試驗點，對剩余數據繼續分析，計算評價品種表現的平均數分級值H1Mi和秩次值H2Mi及環境區分指數YM。

第M試驗點環境下，將平均數顯著高于i品種平均數的品種數定義為i品種平均數的分級值，記為H1Mi，越大，則i品種在第M試驗點環境下的低鎘優勢越大。將各品種的H1Mi從大到小進行排序，排序位次記作秩次值H2Mi，秩次值越小則該品種優勢越強，且∑H2Mi=v（v+1）/2（v為參試品種數）。

環境區分指數（YM）用于判斷試驗點環境條件對品種差異的區分能力。但當YM值小于80%，則該試驗點環境對區分品種差異的實用信息量極小，不易用于數據分析，則提出該試驗點數據。YM計算方法如下：YM（%）=（∑H2Mi2-C'）/P×100（i=1，2，…，v）。式中，C=∑v2；C'=v（v+1）2；P=C-C'。

用參試品種在有效試驗點稻米鎘含量秩次平均值（H2i）作為判斷品種稻米低鎘性能的統計計量，H2i值越小，則說明第i品種的稻米低鎘性越好；用參試品種的秩次均方（Si2）作為判斷品種稻米鎘含量穩定性的統計量，Si2越小，第i品種的稻米鎘含量穩定性越好。相關計算公式如下：

表1 31個早稻品種在13個試驗環境下稻米鎘含量 （mg/kg）

續表1。

續表1。

H2i=∑H2Mi/m（M=1，2，…，m；m為有效試驗點個數）

表2 13個試點環境下31個早稻品種的分級值H1Mi

1.3 數據分析

一般數據統計采用Excel 2007軟件，模型數據分析利用DPS數據處理系統，采用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 各試點環境下參試品種的分級值、秩次值及環境區分指數

2.1.1 品種方差分析

對15個試驗環境下品種間稻米鎘含量結果進行方差分析，經F測驗，H10和H14這2個試驗環境下品種的稻米鎘含量差異未達到顯著水平，因此將其剔除。對其余13個試驗環境下鎘含量數據進一步分析，計算出各試點環境下的最小顯著差數（LSD0.05）（表1）。

2.1.2 各試點環境下參試品種的分級值H1Mi、秩次值H2Mi及環境區分指數YM

根據表1計算出31個早稻品種在13個試點環境下的分級值H1Mi列于表2，再根據分級值H1Mi計算出秩次值H2Mi及環境區分指數YM列于表3。由表3可以看出，各試點環境的YM值均大于80%，說明這13個試點環境對品種表現區分能力較強，可以根據這13個有效環境試點的信息進一步分析。

2.2 計算各參試品種稻米鎘含量秩次的平均值和秩次均方

根據表3計算各參試品種稻米鎘含量秩次的平均值H2i和秩次均方Si2，分別列于表4。分析可知，稻米低鎘性最好的品種是v20、v23和v04；鎘含量穩定性較好的品種有v07、v02、v26、v20、v22等；綜合各品種的鎘含量，可以認為v20和v23屬于稻米鎘積累量較低且不同環境條件下穩定性較好的品種。

2.3 稻米低鎘性及鎘含量穩定性綜合評價

根據參試品種數計算出秩次均值（H2）和秩次理想標準差（SH2）[20-22]：

表3 各參試品種秩次值H2Mi及環境區分指數YM

根據參試品種的秩次均方（Si2）計算出均方均值（S2）和均方標準差（SS2）[20-22]：

本試驗中表現稻米低鎘性能的品種其秩次值上限為H2-0.67 SH2=9.81，表現稻米高鎘性能的品種其秩次值下限為H2+0.67 SH2=22.19，秩次值介于9.81～22.19之間的可劃分為稻米鎘含量一般性品種；高于平均穩定性的秩次均方值Si2上限S2-0.67 SS2=44.98，低于平均穩定性的秩次均方值Si2下限為S2+0.67 SS2=81.69，稻米鎘含量具有平均穩定性的品種秩次均方在44.98～81.69之間。

借鑒金文林[21]的品種產量性能及穩定性評價模型，以H2i為橫軸，Si2為縱軸做散點圖，并將稻米鎘含量性能的上下限和穩定性的上下限用虛線表示，如圖1所示。其中5個為典型區域：（Ⅰ）低鎘穩定型；（Ⅱ）低鎘不穩定型；（Ⅲ）一般平均穩定型；（Ⅳ）高鎘不穩定型；（Ⅴ）高鎘穩定型；其余4個區域為過渡區域。

由圖1可以看出，Ⅱ、Ⅳ區域沒有品種分布；Ⅰ區有2個品種（v20和v23），這2個品種屬于低鎘穩定型品種；Ⅴ區有3個品種（v07、v24和v26），這3個品種稻米低鎘性差，且穩定性高；Ⅲ區分布有17個品種，屬于稻米鎘含量一般，具有平均穩定性的品種；其余9個品種分布在過渡區。

3 討論

本研究采用秩次分析法分析早稻稻米低鎘性能和稻米鎘含量的穩定性，在秩次分析的過程中，先去掉品種間差異未達到顯著水平的試驗環境，再剔除掉對品種稻米鎘含量高低區分較弱的試驗環境，最后結果表明，品種v20（兩優早17）和v23（株兩優706）屬于稻米低鎘性能和鎘含量穩定性均較好的品種，適合一般污染區大面積種植。

表4 各參試品種平均秩次值（H2i）和秩次均方（Si2）

圖1 早稻品種綜合評價

品種評價是篩選試驗的目的，試驗評價是品種評價的基礎，能否對品種鎘含量及其環境穩定性做出客觀評價是篩選穩定、低鎘水稻品種的關鍵。稻米鎘含量不僅受到基因型影響，也受環境影響，因此正確評價品種鎘含量及其環境穩定性顯得尤為重要。秩次分析法以方差分析為基礎，通過計算環境區分指數YM，并賦予其一定的閥值來剔除試驗誤差過大，或對品種稻米鎘含量高低難以區分的試驗環境，從而能對各參試品種在多試點環境下低鎘性和環境穩定性做出客觀評價，為篩選鑒定穩定低鎘水稻品種提供依據。

致謝：本文引用了2015年湖南省早稻低鎘品種篩選試驗部分數據，對參加品種篩選試驗的工作人員的辛勤勞動，致以謝意！

[1]歐陽喜輝，趙玉杰，劉鳳枝，等.不同種類蔬菜對土壤鎘吸收能力的研究[J].農業環境科學學報，2008，27（1）：67-70.

[2]李坤權，劉建國，陸小龍，等.水稻不同品種對鎘吸收及分配的差異[J].農業環境科學學報，2003，22（5）：529-532.

[3]賈中民，魏虹，孫曉燦，等.秋華柳和楓楊幼苗對鎘的積累和耐受性[J].生態學報，2011，31（1）：107-114.

[4] 曾翔，張玉燭，王凱榮，等.不同品種水稻糙米含鎘量差異[J].生態與農村環境學報，2006，22（1）：67-69，83.

[5]徐照麗，吳啟堂，依艷麗.不同品種菜心對鎘抗性的研究[J].生態學報，2002，22（4）：571-576.

[6]江巧君，周琴，韓亮亮，等.有機肥對鎘脅迫下不同基因型水稻鎘吸收和分配的影響[J].農業環境科學學報，2013，32（1）：9-14.

[7]劉雙營，李彥娥，趙秀蘭.不同品種煙草鎘吸收的動力學研究[J].中國農學通報，2010，26（5）：257-261.

[8]曾翔.水稻鎘積累和耐性機理及其品種間差異研究[D].長沙：湖南農業大學，2006.

[9]劉維濤，周啟星.重金屬污染預防品種的篩選與培育[J].生態環境學報，2010，19（6）：1 452-1 458.

[10]姚會敏，杜婷婷，蘇德純.不同品種蕓薹屬蔬菜吸收累積鎘的差異[J].中國農學通報，2006，22（1）：291-294.

[11]代成成.鎘低積累小白菜品種的篩選[D].武漢：華中農業大學，2010.

[12]程旺大，張國平，姚海根，等.晚粳稻籽粒中As，Cd，Cr，Ni，Pb等重金屬含量的基因型與環境效應及其穩定性 [J].作物學報，2006，32（4）：573-579.

[13]伍鈞，吳傳星，孟曉霞，等.重金屬低積累玉米品種的穩定性和環境適應性分析 [J].農業環境科學學報，2011，30（11）：2 160-2 167.

[14]滕振寧，張玉燭，方寶華，等.用AMMI雙標圖分析早稻稻米鎘含量的基因型與環境互作效應 [J].生態環境學報，2016，25（4）：692-697.

[15]何川，毛金雄，李鐘，等.玉米品種區試資料的非參數度量[J].玉米科學，2001，9（1）：34-36.

[16]何川，鄭祖平.秩次分析法評價非平衡玉米區試產量的應用研究[J].玉米科學，2005，13（4）：53-55.

[17]董玉武，高桂芹，劉自華，等.多年滾動區試中冬小麥新品種產量的秩次分析法[J].中國農學通報，2004，20（2）：214-217.

[18]余本勛，張時龍，何友勛，等.秩次分析法在水稻非平衡區試資料品種評價中的應用[J].現代農業科技，2010，（15）：58-59.

[19]陳佳，張盼盼，徐冰沁，等.基于秩次分析法評價苦蕎品種產量穩定性[J].干旱地區農業研究，2012，30（3）：41-45.

[20]金文林，白瓊巖.作物區試中品種產量性狀評價的秩次分析法[J].作物學報，1999，25（5）：632-638.

[21]金文林.作物區試中品種穩定性評價的秩次分析模型[J].作物學報，2000，26（6）：925-930.

[22]段惠敏，劉自華，董玉武，等.秩次分析法評價農作物品種區域試驗[J].中國油料作物學報，2003，25（2）：12-14.

Rank Analysis Method Utilization on Screening Low Cadmium Rice Varieties

TENG Zhenning1,2,ZHANG Yuzhu1*,FANG Baohua1,LIU Yang1,2,SUN Jiaohui2,YANG Jian1,2,HE Xiaoe1,2
（1Hunan Rice Research Institute,Changsha 410125,China;2Hunan Agriculture University,Changsha 410125,China;1st author:sailingtzn@163. com;*Corresponding author:yuzhuzhang@hotmail.com）

In this research,the data of 31 early rice varieties which participated in low cadmium rice varieties screening trials in the 15 selected test environments in Hunan,using non-parametric statistical methods-rank analysis to analyze and evaluate the Cd content and stability of the tested varieties comprehensively.The results showed that Liangyouzao 17 and Zhuliangyou 706,which belong to low and stable Cd content rice varieties,could be widely planted in slight pollution soil.In screening low cadmium rice varieties test,the rank analysis method is a practical and forthright analysis method evaluating the Cd content and stability of the varieties.

rank analysis method;nonparametric;cadmium;rice;screening test

S511

A

1006-8082（2017）02-0021-06

2016－11－11

湖南省科技重大專項（2011FJ1002）；湖南省重金屬污染耕地修復及農作物種植結構調整試點項目