遼寧省粳稻品種產量品質性狀因子及聚類分析

劉 研，杜 晗，李 鑫，趙一洲，毛 艇，鐘順成，王詩宇，張 戰，倪善君

（遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010）

高產優質歷來是稻作科研與生產的重要目標，不同時期對兩者的重視程度不同[1]。隨著社會的發展稻米品質與產量同步提高已成為水稻育種的重要目標。在產量性狀方面，鄒江石等[2]發現南方單季稻單位面積穗數自南向北遞增，由低海拔向高海拔遞增。徐正進等[3]認為遼寧每穗粒數最多，千粒重也較高，因此盡管穗數較少，產量仍然明顯高于吉林、黑龍江兩省。單株產量與穗粒數、結實率呈極顯著正相關[4]。在稻米品質方面，王丹英等[5]對8 390 份稻米的相關分析表明，糙米率、精米率、整精米率兩兩極顯著正相關，長寬比與糙米率、精米率、整精米率、堊白率、堊白度均呈顯著負相關關系。堊白粒率和堊白度影響稻米整精米率[6、7]。Chen 等[8]發現，粳稻食味品質與透明度呈顯著負相關。有研究表明[1，9]，食味值與蛋白質含量呈負相關，與直鏈淀粉含量呈正相關，直鏈淀粉含量與蛋白質含量呈負相關。遼寧省是我國北方粳稻的重要產區，研究粳稻產量性狀、品質性狀的關系，對遼寧省粳稻品種選育、性狀改良具有重要的理論和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

供試材料為62 個遼寧省近年來培育的粳稻品種。試驗于2019 年在遼寧省鹽堿地利用研究所試驗地進行。試驗材料單株種植、順序排列，小區4 行壟，行長5 m，行株距30.0 cm×13.3 cm，試驗田管理與生產大田相同。

1.2 性狀調查

供試品種成熟后收獲，每個品種隨機選取5株進行性狀調查。調查性狀包括每穴穗數、每穗粒數、結實率、千粒重、單穗重，并按小區實脫計產。樣品在陰涼通風處儲藏三個月后，進行品質性狀測定與分析。

1.2.1 米飯食味測定 每個品種取精米30 g，放入不銹鋼罐中，用流水沖洗干凈，然后瀝干加水，米水質量比為1：1.3。浸泡30 min 后加蓋，將不銹鋼罐放入沸騰的電飯鍋內的蒸架上，蓋好電飯鍋蓋，蒸煮25 min，再保溫10 min，取出冷卻至室溫。將測定飯樣放到測定槽中插入佐竹公司的STA1A 型米飯食味計測定食味值。

1.2.2 稻米理化品質性狀測定 參照中華人民共和國農業部部頒標準NY147-88《米質測定方法》[10]測定糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量、蛋白質含量。應用佐竹公司的JWMT12 型大米外觀品質判定儀對堊白粒率、堊白度、粒長、籽粒長寬比進行測定。

1.3 分析方法

利用SPSS13.0 軟件將全部品種全部性狀進行因子分析，并依據引起變異的第1、第2 主成份在origin7.5 軟件上做出二維散點圖。利用R4.1.2 軟件ggtree 邏輯包對62 個粳稻品種按離差平方和法進行系統聚類。利用STAISTICA6.0 軟件采用LSD 法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 粳稻品種產量、品質性狀變異表現

由表1 可見，在產量性狀方面，單穗重、每穴穗數、每穗粒數的變異系數相對較大，分別為10.7%、10.7%、12.7%；結實率、產量、千粒重的變異系數相對較小，分別為3.2%、4.3%、5.9%。在品質性狀方面，堊白粒率、堊白度的變異系數相對較大分別為70.9%、90.0%；直鏈淀粉、粒長、糙米率、精米率、籽粒長寬比、食味值、蛋白質、整精米率的變異系數相對較低在2.9%～8.5%。可見，供試品種中堊白性狀、單穗重、每穴穗數、每穗粒數品種間有較大的差異，其它性狀品種間差異較小。

表1 遼寧省粳稻品種產量及品質性狀變異表現

2.2 粳稻品種產量、品質性狀因子分析

表2 為62 個粳稻品種16 個產量和品質性狀的前7 個主因子特征值及貢獻率。可以看出，前7個主因子特征值的累計貢獻率達86.5%。第1～第7 主因子中特征值的絕對值較大的性狀分別為單穗重、每穴穗數、每穗粒數，蛋白質含量、直鏈淀粉含量，堊白粒率、堊白度，籽粒長寬比、粒長，千粒重，結實率，產量。因此，這7 個主因子可稱為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結實率因子、產量因子。其所包含的要素信息量可以反映出16 個產量和品質性狀原始特征參數的大部分信息，具有較好的代表性。

表2 遼寧省粳稻品種產量、品質性狀特征值及特征向量

以第1 主因子作橫坐標，第2 主因子為縱坐標分別做成品種、性狀的散點圖（圖1、圖2），可直觀地揭示62 個粳稻品種及16 個產量、品質性狀的分布狀況。由圖1 可見，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限區間包括品種數分別為16 個、14 個、14 個、18 個，分別占品種總數的25.8%、22.6%、22.6%、29.0%。第Ⅰ象限區間品種第1 主因子為負值，第2 主因子為正值；第Ⅲ象限區間品種第1 主因子為正值，第2 主因子為正負值；第Ⅱ象限區間品種第1、2主因子均為正值；第Ⅳ象限區間品種第1、2 主因子均為負值。表現出不同品種在穗粒因子和蒸煮因子上的差異。

圖1 基于因子分析的62 個粳稻品種二維散點圖

圖2 基于因子分析的16 個產量、品質性狀二維散點圖

由圖2 可見，第1 主因子主要由每穗粒數、單穗重、每穴穗數構成，每穗粒數、單穗重方向一致，但與每穴穗數方向相反。第2 主因子主要由蛋白質含量與直鏈淀粉含量構成并且方向一致。粒長與籽粒長寬比，糙米率與整精米率，堊白粒率與堊白度距離最為接近，并且粒長、籽粒長寬比與糙米率、整精米率方向相同，與堊白粒率、堊白度方向相反。食味值與蛋白質含量與直鏈淀粉含量關系更為密切，產量更多的受每穗粒數、單穗重的影響。這為性狀的間接選擇提供了參考。

2.3 粳稻品種聚類分析

依62 個粳稻品種的7 個主因子得分進行聚類分析，由圖3 可見，供試品種可劃分為3 個類群，第Ⅰ類群包括雨田446、同創2 號等9 個品種，第Ⅱ類群包括隆粳852 號、沈星6 號等36 個品種，第Ⅲ類群包括雨田457、花粳1323 等17 個品種，分別占品種總數的14.5%、58.0%、27.5%。

圖3 62 個粳稻品種聚類圖

由表3 可見，3 個類群在產量、每穴穗數、每穗粒數、結實率、千粒重、堊白粒率、堊白度、粒長、蛋白質共9 個性狀上的差異達到顯著或極顯著水平，其它性狀差異均不明顯。在產量、每穴穗數性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著，極顯著高于第Ⅰ類群；在每穗粒數、堊白粒率、堊白度性狀上第Ⅲ、Ⅰ類群間，第Ⅱ、Ⅰ類群間差異不顯著，第Ⅲ類群極顯著高于第Ⅱ類群；在粒長性狀上第Ⅱ、Ⅰ類群間，第Ⅲ、Ⅱ類群間差異不顯著，第Ⅱ類群極顯著高于第Ⅲ類群。在蛋白質性狀上第Ⅱ、Ⅲ類群差異不顯著，顯著高于第Ⅰ類群。表明，不同類群品種具有不同的性狀特點。

表3 遼寧省粳稻品種不同類群性狀比較

3 結論與討論

從建國以來，遼寧省水稻品種已經歷了多次品種更新。馬興全等[11]認為隨著品種的演進，產量水平不斷提高，而品種產量的提高歸因于穗粒數和單位面積粒數的增加。一般的趨勢是在適當降低穗數的基礎上，較大幅度地提高每穗粒數和適當增加千粒重，求得產量構成因素乘積和產量的較大幅度提高[12]。趙一洲等[13]在對遼寧省1991～2015 年審定的257 份水稻品種進行品質性狀分析后認為，隨著時間的推進遼寧省水稻品種表現出籽粒變長、變寬，堊白度減少、透明度、直鏈淀粉含量、膠稠度下降的趨勢，總體上品種優質率逐步提高。表明在品種演進、改良過程中，在產量提高的同時也改善了稻米品質。在具體性狀上，王先俱等[14]認為整精米率、堊白粒率和堊白度是遼寧省粳稻品質改良的重點。本研究顯示，在產量構成性狀中每穴穗數、每穗粒數、單穗重，品質性狀中堊白粒率、堊白度品種間差較大，其變幅分別為11.0～18.3 穗/ 穴，89.6～150.3 個/ 穗，2.05～3.37 g、1.0%～24.7%、0.2%～12.7%。表明，每穴穗數、每穗粒數、單穗重、堊白粒率、堊白度是遼寧省粳稻品種選育過程中性狀改良的重點。

因子分析法是用較少個數因子的線性函數與特殊因子之和來表達原觀察樣品的每個分量，是將多個具有相關關系的指標綜合為少數幾個主因子，通過對指標之間的相關矩陣內部結構的研究，找出數目較少且能控制所有指標絕大多數變異信息的主因子，以便合理解釋原變量的相關性因子分析[15]。本研究采用因子分析將62 個粳稻品種的16 個產量和品質性狀分為穗粒因子、蒸煮因子、堊白因子、粒形因子、粒重因子、結實率因子、產量因子。在穗粒因子中每穗粒數與單穗重間存在正向作用，而與每穴穗數存在著負向作用。在蒸煮因子、堊白因子、粒形因子中直鏈淀粉含量與蛋白質含量、堊白粒率與堊白度、粒長與籽粒長寬比間存在正向作用。通過第1、第2 主因子形成品種、性狀的散點圖更可直觀的發現品種在前兩個主因子方向上的變化及性狀間存在的關系。其研究結果可提高世代選擇和性狀改良的效率和預見性。

在因子分析的基礎上，應用聚類分析將62 個粳稻品種劃分為3 個類群，不同類群間具有不同的性狀特點，這為雜交育種中品種親本選擇提供了依據。同時也可發現，高產品種群體也可有不同的產量結構，如在穩定適宜穗數的基礎上，在高結實率、高千粒重條件下爭取的較多每穗粒數；在穩定適宜穗數的基礎上，增加每穗粒數。同時高結實、高千粒重、較多每穗粒數也具有較低的堊白粒率和堊白度。這為水稻品種性狀選擇指明了方向。