稻米主要食味品質(zhì)基因型與環(huán)境互作分析及其相關(guān)性研究

王慧 方玉 黃艷玲 馮沖 楊力 周桂香 張從合*

（1 安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜交稻新品種創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230088；2 上海中科荃銀分子育種技術(shù)有限公司，上海200233；第一作者：qygkwh@163.com；*通訊作者：zhangch7201@vip.sohu.com）

水稻是我國65%以上人口的主糧。近年來，隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)者對稻米品質(zhì)的要求也在不斷提高，特別是對蒸煮食味品質(zhì)的要求越來越高[1]。

糊化溫度（gelatinization temperature, GT）是評價稻米蒸煮食用品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。遺傳學(xué)分析表明，糊化溫度可能與支鏈淀粉的合成及其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，其遺傳相對復(fù)雜[2]，與稻米蒸煮過程所需的時間和能量均有關(guān)，高糊化溫度的稻米比低糊化溫度的稻米需要更長的蒸煮時間以及更多的水分。一般來說，糊化溫度較低的稻米適口性較好。在國家品種審定稻米品質(zhì)檢測過程中，為了簡化糊化溫度測定方法以滿足育種的需求，可用堿消值（alkali spreading value, ASV）間接測定，堿消值分為7 級，級數(shù)越高，糊化溫度越低。直鏈淀粉含量是影響稻米食味品質(zhì)的另一決定因素，低直鏈淀粉含量的米飯軟粘且光澤度好；反之米飯較硬、粘性小、光澤度差。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒標(biāo)準(zhǔn)中達(dá)到1～3 級優(yōu)質(zhì)秈稻谷要求直鏈淀粉含量分別為13%～18%、13%～20%和13%～22%。

稻米品質(zhì)性狀的遺傳特征非常復(fù)雜，除了受遺傳控制外，環(huán)境因素對品質(zhì)的形成也有較大影響。本研究對南方稻區(qū)企業(yè)水稻區(qū)試聯(lián)合體2018年長江中下游中秈遲熟組區(qū)試即湖北鄂州、江蘇六合、安徽合肥3 個點(diǎn)的24 個雜交稻新組合進(jìn)行了糊化溫度（堿消值）、直鏈淀粉含量等品質(zhì)性狀的基因型與環(huán)境互作分析，同時對主要品質(zhì)性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析，以為進(jìn)一步選育優(yōu)質(zhì)雜交水稻新品種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

南方稻區(qū)企業(yè)水稻區(qū)試聯(lián)合體長江中下游中秈遲熟組區(qū)試點(diǎn)的24 份水稻材料（詳見表1），分別種植于安徽合肥、湖北鄂州以及江蘇六合3 個試驗(yàn)地點(diǎn)，田間栽培、管理、收獲及晾曬等均按區(qū)域試驗(yàn)的要求進(jìn)行。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 直鏈淀粉含量

（1）樣品制備：將稻谷脫殼成糙米過JMJ-100 精米機(jī)碾成精米后，用Foss 公司生產(chǎn)的CT-293 型旋風(fēng)磨制備精米粉。

（2）測定吸光度：稱取精米粉樣品50 mg，置于50 mL 容量瓶底部中間，沿頸壁加入0.5 mL 95%乙醇溶液，使溶液將瓶壁上米粉沖下，沿桌面輕搖容量瓶使樣品分散，加入4.5 mL 1.00 mol/L 的NaOH 溶液，沿頸壁邊加堿液邊旋轉(zhuǎn)容量瓶，使堿液將瓶壁上粘附的樣品沖下并與樣品充分反應(yīng)。將容量瓶置于37℃恒溫箱中過12 h 取出加蒸餾水定溶。吸取0.5 mL 樣品溶液，加入已盛有5 mL 蒸餾水的試管中，再在試管中加入0.1 mL 1.00 mol/L 的乙酸溶液，加入0.2 mL 碘液，定溶至10 mL 充分搖勻后靜置20 min。同時，以0.09 mol/L 的NaOH 溶液配制空白對照，測出有色樣品液的吸光度值。

表1 不同品種的糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：稱取直鏈淀粉含量為1.5%、10.4%、16.2%、26.5%的4 個標(biāo)準(zhǔn)樣品，方法同步驟（2），測出吸光度值后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（4）直鏈淀粉含量的計(jì)算：將步驟（1）中測得的吸光度值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算直鏈淀粉含量。

1.2.2 糊化溫度（堿消值法）

將6 粒成熟飽滿的完整精米粒置于方盒里，3 次重復(fù)，加入10 mL 1.7%氫氧化鉀溶液，將米粒擺放均勻后加蓋，平穩(wěn)置于30℃±1℃的恒溫箱中23 h，再平穩(wěn)取出。根據(jù)7 級分級標(biāo)準(zhǔn)逐粒記載米粒被氫氧化鉀消解的級別，求3 次重復(fù)的平均值，得樣品堿消值。

1.2.3 其他品質(zhì)性狀

糙米率、精米率、堊白粒率、堊白度及透明度等加工和外觀品質(zhì)參照《食用稻品種品質(zhì)》（NY/T 593—2013）規(guī)定的檢測方法進(jìn)行檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜交水稻新品種創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，測得的數(shù)據(jù)均由Excel 軟件進(jìn)行計(jì)算和整理。利用DPS 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交水稻糊化溫度（堿消值）及直鏈淀粉含量的品種間差異

由表1 可見，各參試品種間堿消值和直鏈淀粉含量差異較大，堿消值在3.0～6.8 之間，直鏈淀粉含量在13.5%～23.2%之間。堿消值較高的有荃優(yōu)1606、荃兩優(yōu)1606 等，堿消值較低的有C 兩優(yōu)458、瑋兩優(yōu)1019 等；堿消值變異系數(shù)最大的品種是C 兩優(yōu)458，為20.21%；變異系數(shù)最小的品種為荃兩優(yōu)1606，僅3.05%。直鏈淀粉含量較高的有浩兩優(yōu)1209、荃優(yōu)6868 等，較低的有昌兩優(yōu)華占、內(nèi)10 優(yōu)101、瑋兩優(yōu)1019 等；變異系數(shù)最大的是乾兩優(yōu)中絲，為8.26%；變異系數(shù)最小的是荃優(yōu)169，為2.98%。

糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量在不同品種之間的較高值與較低值差異均達(dá)到極顯著水平。而這種差異對于針對糊化溫度和直鏈淀粉含量2 個性狀的水稻品質(zhì)改良具有實(shí)際意義。

表2 糊化溫度（堿消值）及直鏈淀粉含量的基因型和地點(diǎn)及其互作效應(yīng)的方差分析及對總變異的影響

表3 不同地點(diǎn)間糊化溫度（堿消值）、直鏈淀粉含量的平均值及其顯著性檢測結(jié)果及變異系數(shù)（CV）

*、**分別表示差異在0.05 或0.01 水平顯著。

2.2 稻米糊化溫度（堿消值）及直鏈淀粉含量的基因型與環(huán)境互作分析

2.2.1 方差分析

由表2 可見，糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量在基因型（品種）間和環(huán)境（地點(diǎn)）間均達(dá)到極顯著差異，而基因型與環(huán)境互作未達(dá)到顯著差異。基因型對糊化溫度即堿消值的影響是環(huán)境效應(yīng)的21.1 倍，是基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的12.9 倍；基因型對直鏈淀粉含量的影響是環(huán)境效應(yīng)的15.5 倍，是基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的10.9 倍。可見，基因型效應(yīng)對糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的作用最大，是最主要的影響因素，具體表現(xiàn)為基因型效應(yīng)＞基因型與環(huán)境互作效應(yīng)＞環(huán)境效應(yīng)。

2.2.2 不同環(huán)境對稻米糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的影響

由表3 可見，環(huán)境效應(yīng)對水稻糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的影響較大。相對于糊化溫度（堿消值），在3 個區(qū)試點(diǎn)中，湖北鄂州點(diǎn)與江蘇六合點(diǎn)、安徽合肥點(diǎn)差異均達(dá)到極顯著水平，但江蘇六合點(diǎn)和安徽合肥點(diǎn)之間差異未達(dá)到顯著水平；相對于直鏈淀粉含量，3 個區(qū)試點(diǎn)相互之間差異均達(dá)到了極顯著水平。

2.3 稻米糊化溫度（堿消值）及直鏈淀粉含量與其他品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

在優(yōu)質(zhì)稻米的各項(xiàng)品質(zhì)性狀中，糙米率、精米率、堊白度、堊白粒率和透明度是影響稻米加工和外觀品質(zhì)重要的性狀。相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，堿消值與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)（由于糊化溫度指標(biāo)為堿消值, 而堿消值越大，糊化溫度越低。糊化溫度與其他性狀的相關(guān)與表4 符號相反），但未達(dá)到顯著水平。堿消值與透明度值呈極顯著負(fù)相關(guān)（透明度值越低，透明度越高，透明度與其他性狀的相關(guān)性與表4 符號相反），說明糊化溫度越低，稻米透明度越高。直鏈淀粉含量與堊白度和堊白粒率均呈極顯著正相關(guān)，這與馬玉清等[3-4]等的研究結(jié)果基本一致。這些對了解水稻品種品質(zhì)性狀的關(guān)系具有參考價值。

3 討論與結(jié)論

研究稻米蒸煮食味品質(zhì)的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，有助于選育對環(huán)境條件具有廣泛適應(yīng)性和特殊適應(yīng)性的優(yōu)質(zhì)水稻品種，這對于水稻品質(zhì)遺傳改良具有重要意義[5]。有研究認(rèn)為，稻米蒸煮食味品質(zhì)既受遺傳主效應(yīng)控制，又受到基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的影響[6-7]。本研究表明，參試的24 個雜交稻在基因型間和環(huán)境間的差異均達(dá)到極顯著水平，且基因型效應(yīng)對糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的作用更大，是最主要的影響因素，具體表現(xiàn)為基因型效應(yīng)＞基因型與環(huán)境互作效應(yīng)＞環(huán)境效應(yīng)。

不同地點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境及水稻生育期內(nèi)的溫度對糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的影響存在較大差異。池曉菲等[8]在研究稻米糊化溫度特性形成規(guī)律時得出，糊化溫度特性在花后11 d 基本穩(wěn)定，可利用該規(guī)律調(diào)整播插期，使抽穗后11 d 內(nèi)的時間處于對稻米糊化溫度形成有利的環(huán)境溫度條件，進(jìn)而達(dá)到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)米的目的。因此，在針對水稻蒸煮食味品質(zhì)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)品種選育時，既要注意品種間差異，又要注意不同地點(diǎn)環(huán)境效應(yīng)的影響。由于本研究僅選用了3 個區(qū)試點(diǎn)試驗(yàn)材料進(jìn)行分析，生態(tài)環(huán)境類型偏少，后期將增加地點(diǎn)來探討糊化溫度（堿消值）和直鏈淀粉含量的影響因素。

關(guān)于糊化溫度與直鏈淀粉含量的相關(guān)性，不同學(xué)者用不同水稻品種研究得出的結(jié)論不盡相同。馬玉清等[3，9]研究發(fā)現(xiàn)，二者之間呈負(fù)相關(guān)性；SAIYAVIT 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，二者呈顯著正相關(guān)。本研究認(rèn)為，糊化溫度與直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，這與孫業(yè)盈等[11]研究結(jié)果基本一致。同時，本研究還得出，糊化溫度與透明度呈極顯著負(fù)相關(guān)，直鏈淀粉含量與堊白度和堊白粒率均呈極顯著正相關(guān)。可見，降低稻米糊化溫度可以提高稻米透明度，適當(dāng)降低直鏈淀粉含量可以降低堊白度和堊白粒率，提高外觀品質(zhì)。因此，改良雜交水稻的蒸煮及外觀品質(zhì)，適宜的糊化溫度和直鏈淀粉含量是關(guān)鍵。

本試驗(yàn)受水稻品種數(shù)量的影響，僅研究了長江中下游雜交中秈區(qū)試品種，未將粳稻及華南晚秈及東南亞等血緣材料涵蓋，在今后的試驗(yàn)中可繼續(xù)深入研究。