海南山欄稻資源農(nóng)藝性狀特征及聚類分析

楊國峰 嚴小微 鐘兆飛

摘要：山欄稻是海南黎族和苗族先民經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐篩選得到的、適合海南中西部干旱地區(qū)種植的特有稻種資源。以2013—2017年在海南島中西部地區(qū)收集到的65份山欄稻資源為試驗材料，對其株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀進行變異性和相關(guān)性分析，并對山欄稻資源進行聚類分析。結(jié)果表明：山欄稻資源的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)為0.106～0.305，說明山欄稻資源具有較豐富的農(nóng)藝性狀多樣性;有7個材料的穗長超過30.0 cm，有3個材料的總粒數(shù)大于200.0粒，有10個材料的結(jié)實率超過90.0%，有23個材料的千粒質(zhì)量超過30.0 g，可為水稻高產(chǎn)品種選育提供較多優(yōu)良種質(zhì)資源;株高與有效穗數(shù)、穗長、千粒質(zhì)量均為顯著正相關(guān)，穗長與結(jié)實率顯著負相關(guān)，預(yù)示通過山欄稻資源群體內(nèi)雜交以降低株高并提高產(chǎn)量的難度較大;將65個山欄稻資源分為6類，其中Ⅴ類和Ⅵ類共16個材料，其株高較低、總粒數(shù)較高，其中30號、36號材料的總粒數(shù)分別達到了243.0、239.6粒，具有較高的高產(chǎn)潛力，可用作高產(chǎn)育種的親本材料。

關(guān)鍵詞：海南;山欄稻;農(nóng)藝性狀;聚類分析

中圖分類號： S511.024 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）01-0066-04

山欄稻是海南黎族和苗族先民經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐篩選得到的、適合海南中西部干旱地區(qū)種植的特有稻種資源[1-2]，抗旱性較強[3-4]，食味品質(zhì)性狀較優(yōu)[5]，用山欄糯米釀制的山欄酒還被稱作“黎家茅臺”，在黎族、苗族少數(shù)民族的傳統(tǒng)節(jié)慶活動中必不可少，深受當(dāng)?shù)厝罕娤矏邸Ｉ綑诘巨r(nóng)事活動也是很多黎族、苗族少數(shù)民族文化藝術(shù)作品的創(chuàng)作來源，是其民族文化的重要組成部分。同時，隨著山欄米和山欄酒市場需求的不斷增加和與山欄稻農(nóng)事活動相關(guān)的鄉(xiāng)村旅游蓬勃發(fā)展，山欄稻種植已成為不少地區(qū)農(nóng)民增收致富的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[6-7]。但近年來，隨著退耕還林等環(huán)境保護政策的實施，原來山欄稻“刀耕火種”的生產(chǎn)方式難以為繼，種質(zhì)資源數(shù)量和種植面積也正逐年減少，保護和利用山欄稻種質(zhì)資源、扶持山欄稻種植和加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。

在長期的自然進化和人工馴化過程中，海南山欄稻形成了較為特殊的農(nóng)藝性狀，如多數(shù)山欄稻種質(zhì)屬于粳稻或偏粳稻[2，8]，普遍表現(xiàn)高稈、穗頸過長、葉片大且披垂等不良性狀[3]，山欄稻外殼顏色、米粒顏色、芒性等均表現(xiàn)出較豐富的種質(zhì)多樣性[9]。目前，針對山欄稻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的差異性、相關(guān)性等系統(tǒng)性分析及基于產(chǎn)量性狀的聚類分析尚未見報道。為此，本研究擬對65份山欄稻種質(zhì)資源的株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀進行變異性、相關(guān)性及聚類分析，以期為山欄稻種質(zhì)資源的保護與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以2013—2017年在海南島中西部地區(qū)收集到的65份山欄稻資源為試驗材料（表1）。2015—2017年，將上述種質(zhì)材料種植在海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院永發(fā)基地（位于海南省澄邁縣）和海南省瓊中縣營根鎮(zhèn)熱作場，在端午節(jié)前后直播種植，覆土較淺。每種材料種植100株，行株距25 cm×30 cm，按旱稻種植常規(guī)管理。

1.2 方法

參考《水稻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》《海南島稻種種質(zhì)資源的考察研究》[10-11]鑒定山欄稻種質(zhì)資源的秈粳性，調(diào)查和測量株高、有效穗數(shù)、穗長、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒質(zhì)量等主要農(nóng)藝性狀。

利用IBM SPSS Statistics 19.0軟件對山欄稻農(nóng)藝性狀進行變異性和相關(guān)性分析，對山欄稻種質(zhì)資源進行聚類分析。聚類方法為最長距離法，以歐式距離平方為類間距離度量標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 山欄稻農(nóng)藝性狀變異性分析

山欄稻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的檢測結(jié)果見表2，變異性分析結(jié)果見表3。株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量7個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為0.106～0.305，說明山欄稻種質(zhì)資源具有較豐富的農(nóng)藝性狀多樣性。其中，有效穗數(shù)、總粒數(shù)、實粒數(shù)3個性狀的多樣性更為突出，變異系數(shù)達到0.3左右。

由表2、表3可知，山欄稻種質(zhì)資源的平均株高為148.7 cm，除了40號、43號、44號材料的株高分別為99.2、86.3、100.0 cm 外，其余材料的株高都大于120.0 cm，58號材料的株高最高，為179.7 cm。山欄稻種質(zhì)資源的平均有效穗數(shù)為8.3個/穴，有17個材料的有效穗數(shù)為3.0～6.7個/穴，有33個材料的有效穗數(shù)為7.0～10.0個/穴，有15個材料的有效穗數(shù)為10.2～14.0個/穴。山欄稻種質(zhì)資源的平均穗長為27.1 cm，有7個材料的穗長超過30.0 cm。山欄稻種質(zhì)資源的平均總粒數(shù)為132.7粒，有13個材料的總粒數(shù)小于100.0粒，有33個材料的總粒數(shù)在100.0～150.0粒，有16個材料的總粒數(shù)在150.0～200.0粒，有3個材料的總粒數(shù)大于200.0粒，其中30號、36號材料的總粒數(shù)分別達243.0、239.6粒。山欄稻種質(zhì)資源的平均實粒數(shù)和平均結(jié)實率分別為104.3粒和79.4%，有10個材料的結(jié)實率超過90.0%。山欄稻種質(zhì)資源的平均千粒質(zhì)量為28.1 g，有23個材料的千粒質(zhì)量超過30.0 g。

2.2 山欄稻農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

山欄稻種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析結(jié)果見表4。株高與有效穗數(shù)、穗長、千粒質(zhì)量均為顯著正相關(guān)，說明株高越高，有效穗數(shù)、穗長和千粒質(zhì)量越大，相關(guān)系數(shù)均小于0.5。有效穗數(shù)與結(jié)實率顯著正相關(guān)，說明有效穗數(shù)越大，結(jié)實率越高，相關(guān)系數(shù)為0.304。穗長與結(jié)實率顯著負相關(guān)，說明穗長越大，結(jié)實率越低，相關(guān)系數(shù)絕對值為0.281。總粒數(shù)與穗長、實粒數(shù)均顯著正相關(guān)，說明總粒數(shù)越大，穗長和實粒數(shù)也越大，相關(guān)系數(shù)分別為0.401、0.813。實粒數(shù)與結(jié)實率顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.347。

2.3 山欄稻種質(zhì)資源聚類分析

利用株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等7個農(nóng)藝性狀對65份山欄稻種質(zhì)資源進行聚類分析，結(jié)果如圖1所示。在類間距離為5時，可將65份材料分為6類。Ⅰ類包含24個材料，其農(nóng)藝性狀特點為株高和結(jié)實率較高，其他性狀與試驗群體表現(xiàn)相似;Ⅱ類包含4個材料，其特點為實粒數(shù)和結(jié)實率明顯較低，其他性狀與試驗群體相似;Ⅲ類包含19個材料，其特點為株高和有效穗數(shù)較高，穗長、總粒數(shù)和實粒數(shù)較低，結(jié)實率和千粒質(zhì)量與試驗群體相似;Ⅳ類包括2個材料，其特點為株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)和千粒質(zhì)量都明顯較低，實粒數(shù)和結(jié)實率與試驗群體相似;Ⅴ類包括5個材料，其特點為株高、有效穗數(shù)和結(jié)實率較低，穗長和總粒數(shù)較高，實粒數(shù)和千粒質(zhì)量與試驗群體相似;Ⅵ類包括11個材料，其特點為株高較低，總粒數(shù)和結(jié)實率較高，其他性狀與試驗群體相似。

3 討論與結(jié)論

水稻是全球三大糧食作物之一。在耕地日益緊張的情況下，提高水稻產(chǎn)量對解決人類糧食安全問題具有重要意義[12-15]。水稻的產(chǎn)量水平由其遺傳物質(zhì)決定，并受環(huán)境因素影響。株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等農(nóng)藝性狀是水稻高產(chǎn)品種選育的有效指標[16]。充分利用地方水稻種質(zhì)資源的遺傳多樣性，深入分析其農(nóng)藝性狀特性，可為制定高產(chǎn)常規(guī)地方品種選育策略、篩選具有高產(chǎn)潛力的雜交親本及發(fā)掘利用高產(chǎn)基因等提供依據(jù)。

本研究以海南特有的山欄稻種質(zhì)資源為研究對象，結(jié)果顯示，山欄稻種質(zhì)資源的株高、穗長、結(jié)實率和千粒質(zhì)量等4個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均大于0.1，有效穗數(shù)、總粒數(shù)、實粒數(shù)3個性狀的變異系數(shù)更是達到0.3左右，說明山欄稻種質(zhì)資源群體具有較豐富的農(nóng)藝性狀多樣性。其中， 有7個材料的穗長超過30.0 cm，有3個材料的總粒數(shù)大于200.0粒，有10個材料的結(jié)實率超過90.0%，有23個材料的千粒質(zhì)量超過30.0 g，為高產(chǎn)水稻品種選育提供了較多的優(yōu)良種質(zhì)資源。

山欄稻絕大部分種植在海南島中西部地區(qū)的坡地上，肥水條件較差，管理粗放，產(chǎn)量普遍較低[17]。本研究結(jié)果顯示，絕大部分山欄稻資源的株高都大于120.0 cm，明顯超過了矮化育種的株高指標和超級稻新株型的設(shè)計株高[18-20]，極易在臺風(fēng)影響下和多肥條件下發(fā)生倒伏而導(dǎo)致減產(chǎn)。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，株高與有效穗數(shù)、穗長、千粒質(zhì)量均為顯著正相關(guān)，穗長與結(jié)實率顯著負相關(guān)，雖然其相關(guān)系數(shù)都不高，但也預(yù)示通過群體內(nèi)資源間雜交以降低株高并提高產(chǎn)量的難度較大。研究結(jié)果還表明，山欄稻資源的平均有效穗數(shù)為8.3個/穴，大部分資源分蘗能力不強， 總粒數(shù)與穗長顯著正相關(guān)。按照高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)稻新株型設(shè)計，通過引入其他種質(zhì)資源與山欄稻資源雜交，在降低山欄稻株高的基礎(chǔ)上有望育成有效穗數(shù)較低、穗長和總粒數(shù)較大的高產(chǎn)品種，以滿足人們對品質(zhì)性狀優(yōu)良的山欄稻米的需求。

本研究將65個山欄稻種質(zhì)資源分為6類。其中，Ⅳ類包括43號和44號2個材料，其特點為株高、有效穗數(shù)、穗長、總粒數(shù)和千粒質(zhì)量都明顯較低，實粒數(shù)和結(jié)實率與試驗群體相似，這2個材料是海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育的秈糯型常規(guī)稻新品種海豐糯1號與山欄稻材料雜交選育得到的，顯著降低了山欄稻株高，為利用雜交技術(shù)選育山欄稻優(yōu)良新品種積累了寶貴經(jīng)驗。Ⅴ類和Ⅵ類共16個材料，其株高較低、總粒數(shù)較高，其中30號、36號材料的總粒數(shù)分別達到了243.0、239.6粒，具有較強的高產(chǎn)潛力，可用作高產(chǎn)育種的親本材料。

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