新疆優質豐產香型水稻品種篩選與評價

布哈麗且木·阿不力孜,張燕紅,袁 杰,趙志強,文孝榮,杜孝敬,王奉斌,呂玉平,阿曼古麗·艾孜子

(1.新疆農業科學院核技術生物技術研究所,烏魯木齊 830091;2.新疆農業科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆維吾爾自治區土壤肥料工作站,烏魯木齊 830001)

0 引 言

【研究意義】水稻(OryzasativaL.)是世界第二大糧食作物,我國糧食生產和居民消費中水稻也占據主導地位[1-3]。香型水稻市場前景廣闊和經濟價值較高[4-6]。現階段我國新疆育成的香型水稻品種豐產性和品質性狀尚不明確,因此,評價與篩選新疆優質豐產香型水稻品種,對指導新疆香型水稻育種和栽培具有重要意義。【前人研究進展】曾仁杰[7]研究了不同播期對香稻玉針香生長發育、產量構成和稻米品質的影響,發現5月18日播種時水稻產量最高,品質和抗性表現也較好。韋小珊等[8]研究發現,不同灌溉方式對香稻品質影響不同,齊穗后期輕度落干能夠顯著提高香稻品質,而齊穗后期重度落干造成研磨品質顯著降低,自然補水灌溉顯著降低了香稻品質,而干濕交替灌溉能夠有效改善香稻品質。邢丕鵬等[9]研究了有機栽培條件下不同機械種植方式對香稻產量、品質以及香氣的影響,發現旱插秧機旱插秧處理的香氣物質含量最高。宮彥龍等[10]研究不同收獲時期對大粒香稻米品質性狀的影響,發現齊穗后58 d收獲時大粒香食味品質最好。劉化龍等[11]采用KOH浸泡法對144份水稻品種進行香稻種質資源篩選,獲得20個產生香味的水稻品種。彭波等[12]通過檢測與分析豫南香稻種質資源稻米中的氨基酸含量,發現18個香稻品種中的氨基酸含量存在明顯差異,為選育香稻新品種提供重要的種質資源。于深州等[3]探討雜交育種和輻射誘變育種對粳型香稻早世代香型株系外觀品質性狀的變異情況時,發現2種育種方式中早世代香型群體中可通過對粒型的綜合選擇香稻改善堊白和透明度。【本研究切入點】新疆水稻研究主要集中在新品種選育、常規栽培模式、水氮互作及優質高產研究等,對已育成香型水稻品種開展相關研究較少,尤其是水稻香味與產量、品質共同提升的研究甚少。需研究篩選出新疆優質豐產香型水稻品種。【擬解決的關鍵問題】以新疆自育香型水稻品種為研究對象,收獲期測定不同香型水稻品種產量及構成因子、品質性狀指標,進行差異對比、相關性、主成分及聚類等綜合分析與評價,篩選出新疆優質豐產香型水稻品種,為新疆香型水稻品種選育和推廣提供種質資源和參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020～2021年在新疆烏魯木齊市米東區科技示范園進行。供試香型水稻品種11份(新粳香53號、新粳香83號、新粳香2號、新粳香6號、新粳香8號、新粳香5號、新粳香1號、新稻50號、新粳8號、新粳伊20號和新粳伊3號),由新疆農業科學院核技術生物技術研究所收集保存。試驗田土壤含鹽量2.8 g/kg,pH值7.9,有機質12.6 g/kg,有效氮65.2 mg/kg,有效磷21.0 mg/kg,有效鉀74.0 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用單因素隨機區組設計,小區面積為60 m2,行距30 cm,株距15 cm,3次重復,每個品種面積為4.5 m2(單株插秧)。基施尿素10 kg/667m2,磷酸二銨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日秧苗返青后施分蘗肥尿素6 kg/667m2,硫酸鋅2 kg/667m2;5月22日第2次分蘗肥施尿素8 kg/667m2,硫酸鉀5 kg/667m2;5月29日第3次分蘗肥施尿素8 kg/667m2;6月10日第4次分蘗肥施尿素8 kg/667m2;6月28日用5%三環唑可濕性粉劑25 g/667m2兌水50 kg均勻噴霧,7月上旬全田總莖數達到適宜穗數時開始曬田,9月22日收獲。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 產量及構成因子

成熟期各香型水稻品種全部收獲考種,測定單株有效穗數、穗粒數、千粒重和產量。

1.2.2.2 稻米品質

采用日本佐竹米粒食味計(RCTA11A)測定糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量和蛋白質含量;采用稻米堊白觀測儀(JSE-Ⅱ)測定稻米堊白度,計算堊白率;采用稻米透明度測定儀(DWY-A型)測定透明度;采用大米膠稠度測定儀(GCT-8A)測定膠稠度;采用游標卡尺測定粒長,計算長寬比。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理,SPSS 17.0軟件進行方差、相關性、主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同香型水稻品種稻米產量及構成因子

研究表明,11個香型水稻品種有效穗數在21.73×104～33.33×104穗/667m2,其中新粳香6號有效穗數最大,新粳香5號最小;不同香型水稻品種穗粒數在83.26～178.37粒,品種間均存在顯著差異,新粳香53號穗粒數最大,新粳香2號最小;不同香型水稻品種千粒重在17.40～29.28 g,品種間均存在顯著差異,新粳香53號千粒重最大,新粳香2號最小;11個香型水稻品種產量在507.27～763.01 kg/667m2,其中新粳伊20號產量最高,新粳香1號最低。表1

2.2 不同香型水稻品種稻米品質

研究表明,11個香型水稻品種中僅新粳香53號和新粳香5號糙米率小于80%,其余品種均大于80%,各處理間存在不同程度差異,其中新粳香8號糙米率最大為85.40%,新粳香53號最小為77.30%;不同香型水稻品種精米率在62.43%～75.80%,新粳香8號、新粳伊20號和新粳伊3號精米率顯著高于其他品種,新粳香53號最低;不同香型水稻品種整精米率在53.30%～69.40%,新粳伊20號和新粳伊3號整精米率顯著高于其他品種,新粳香1號最低;11個香型水稻品種堊白度和堊白率分別在0.10%～0.53%和1.00%～5.00%,各品種間表現出相似性,新粳伊20號堊白度和堊白率顯著高于其他品種,新粳香53號、新粳香83號、新粳香2號、新粳8號和新粳伊3號均低;新粳香83號蛋白質含量最高為11.59%,較其他品種顯著增加23.96%～59.86%;11個香型水稻品種直鏈淀粉含量在14.87%～19.40%,新粳香1號、新粳8號和新粳伊20號在19%以上,顯著高于其他品種;11個香型水稻品種膠稠度在66.33～87.00 mm,新粳伊20號最大,新粳香1號膠稠度最小;不同香型水稻品種粒長和長寬比表現出相似性,新粳香2號粒長顯著高于其他品種,長寬比與新粳香5號無差異,但顯著高于其他品種,而新粳香8號粒長和長寬比均最小;新粳香8號和新粳香1號透明度均為1.67,其余品種透明度均為1.00。表2

表2 不同香型水稻品種稻米品質性狀指標

2.3 不同香型水稻品種產量及品質指標差異

研究表明,11個香型水稻品種糙米率、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量和膠稠度的變異系數均小于10.00%,其中糙米率變異系數最小僅為2.70%,不同品種間糙米率變化較小;11個香型水稻品種有效穗數、穗粒數、千粒重、產量、堊白度、堊白率、蛋白質含量、粒長、長寬比和透明度的變異系數均大于10.00%,其中,堊白度和堊白率變異系數分別為66.67%和69.19%,均超過50%以上,不同香型水稻品種在堊白度和堊白率上差異最大;不同水稻品種透明度變異系數接近30%,穗粒數和長寬比變異系數超過20%,有效穗數、千粒重、產量、蛋白質含量和粒長變異系數在10%～20%。表3

表3 不同香型水稻品種產量與品質性狀指標變異

2.4 不同香型水稻品種產量與品質性狀的相關性

研究表明,不同香型水稻品種產量與品質性狀間存在著較多的相關關系,其中有效穗數與穗粒數呈顯著負相關,相關系數為-0.644,與千粒重和產量之間無顯著正相關,相關系數分別為0.076和0.123,與品質性狀間相關性不顯著;穗粒數與千粒重呈顯著負相關,相關系數為-0.609,與其他指標相關性不大;千粒重與產量和品質性狀指標間均存在正相關關系,僅與粒長存在顯著正相關,相關系數為0.662,與其他產量和品質性狀指標相關關系不顯著;產量與堊白率、膠稠度呈顯著正相關,相關系數分別為0.631和0.712,與糙米率、整精米率、精米率、堊白度和直鏈淀粉含量之間無顯著正相關關系,而與蛋白質含量、粒長、長寬比、透明度之間無顯著負相關關系;糙米率與精米率呈極顯著正相關,相關系數為0.869,與整精米率、堊白度呈顯著正相關,相關系數分別為0.613和0.687,與其他指標相關性不大;整精米率與精米率呈極顯著正相關,相關系數為0.785,與膠稠度呈顯著正相關,相關系數為0.716;精米率與堊白度、堊白率、直鏈淀粉含量、膠稠度和透明度間無顯著正相關關系,而與蛋白質含量、粒長、長寬比間無顯著負相關關系;堊白度與堊白率、膠稠度呈極顯著正相關,相關系數分別為0.885和0.781,與其他指標相關性不大;堊白率與膠稠度呈顯著正相關,相關系數為0.629,與其他指標相關性較小;蛋白質含量與直鏈淀粉含量、粒長和長寬比間無顯著正相關關系,與膠稠度和透明度間無顯著負相關關系;直鏈淀粉含量與粒長、長寬比間無顯著正相關關系,與膠稠度和透明度間無顯著負相關關系;膠稠度與粒長、長寬比和透明度間無顯著負相關關系;粒長與長寬比呈極顯著正相關,相關系數高達0.967,與透明度間無顯著負相關關系;長寬比與透明度間無顯著負相關關系。表4

2.5 不同香型水稻品種產量和品質性狀指標主成分

研究表明,第1至第4主成分的特征值分別為5.582、3.620、1.889和1.625,貢獻率分別為37.212%、24.137%、12.593%和10.835%,累積貢獻率為84.776%,可提取前4個主成分作綜合評價。表5

表5 主成分特征值

2.6 不同香型水稻品種主成分綜合得分和排序

研究表明,5個香型水稻品種綜合得分大于0,占比45.46%,6個香型水稻品種綜合得分小于0,占比54.54%,其中新粳伊20號最高為2.565 9,2～5名分別是新粳香6號、新粳香8號、新粳香2號和新稻50號,新粳香53號最低為-2.022 6,香型水稻品種新粳伊20號優質豐產性最好,其次是新粳香6號、新粳香8號、新粳香2號和新稻50號,新粳香53號最差。表6

表6 不同香型水稻品種主成分綜合得分和排序

2.7 不同香型水稻品種產量與品質性狀指標的聚類

研究表明,當歐式距離為10時,可將11個香型水稻品種分為3類,其中第I類香型水稻品種最多,占比為63.64%,分別是新粳香8號、新稻50號、新粳伊3號、新粳香2號、新粳香6號、新粳8號和新粳香83號;第Ⅱ類香型水稻品種分別是新粳香53號、新粳香5號和新粳香1號,占比為27.27%;第Ⅲ類香型水稻品種是新粳伊20號,占比為9.09%。圖1

圖1 11個香型水稻品種產量與品質性狀聚類

3 討 論

3.1香味性狀是水稻重要的食味品質,香型水稻本身遺傳機制相對復雜、易受環境影響,同區域香型水稻品種的豐產性和品質性狀也存在差異性,因此有必要對不同香型水稻品種的豐產性和品質性狀進行研究[13]。研究發現,11個香型水稻品種中新粳香6號有效穗數較新粳香5號提高53.38%,新粳香53號穗粒數、千粒重較新粳香2號分別提高114.23%和68.28%,新粳伊20號產量較新粳香1號增加50.41%,其中有效穗數、千粒重和產量的變異系數在10%～20%,穗粒數變異系數超過20%,不同香型水稻品種產量指標中穗粒數差異最大。不同香型水稻品種中糙米率、精米率、整精米率和直鏈淀粉含量分別在77.30%～85.40%、62.43%～75.80%、53.30%～69.40%和14.87%～19.40%,新粳伊20號膠稠度最大為87.00 mm,不同品種各指標變異系數均小于10.00%;新粳香83號蛋白質含量較其他品種顯著增加23.96%～59.86%,不同香型水稻品種粒長和長寬比表現出相似性,蛋白質含量和粒長變異系數在10%～20%,長寬比變異系數超過20%;堊白度和堊白率分別在0.10%～0.53%和1.00%～5.00%,各品種間表現出相似性,變異系數高達60%以上;新粳香8號和新粳香1號透明度均為1.67,其余9個香型水稻品種透明度均為1.00,不同水稻品種透明度變異系數接近30%。糙米率變異系數最小僅為2.70%,不同品種間糙米率變化較小,而堊白度和堊白率變異系數均超過50%以上,不同香型水稻品種在堊白特征上差異最大。

3.2水稻產量和品質性狀間存在難以調和的遺傳相關,同時存在著較多的相關關系[14]。試驗發現,不同香型水稻品種產量性狀中有效穗數與穗粒數、穗粒數與千粒重均呈顯著負相關,產量與有效穗數、穗粒數和千粒重間存在正相關關系,但相關關系不顯著,與韓瑞才等[15]研究結果相似。對于品質性狀來說,精米率與糙米率、整精米率間呈極顯著正相關,與其他品質性狀間無顯著正相關或負相關關系;膠稠度與整精米率、堊白率間及糙米率與整精米率、堊白度間均呈顯著正相關,而堊白度與堊白率、膠稠度呈極顯著正相關;除粒長與長寬比間呈極顯著正相關外,蛋白質含量、直鏈淀粉含量、粒長、長寬比、膠稠度、透明度間存在不同程度正相關和負相關關系,但均無顯著性差異,水稻品質性狀間也同樣存在較多的正相關和負相關關系,這與陳重遠等[16]研究結果較一致。此外,不同香型水稻品種產量性狀中有效穗數與品質性狀間相關性不顯著,千粒重與品質性狀指標間均存在正相關關系,僅與粒長呈顯著正相關,產量與堊白率、膠稠度呈顯著正相關,與糙米率、整精米率、精米率、堊白度和直鏈淀粉含量之間無顯著正相關關系,與蛋白質含量、粒長、長寬比、透明度之間無顯著負相關關系,與王遠征等[14]研究結果較一致。

3.3主成分分析綜合評價全面客觀、結果可靠[17]。利用主成分分析可以篩選出產量和品質相關性狀優良的親本材料[16-18]。研究利用主成分分析法對11個香型水稻品種15個產量和品質指標進行主成分分析得到主成分特征值,并提取前4個主成分作綜合評價。新粳伊20號綜合得分最高為2.565 9,新粳香53號綜合得分最低為-2.022 6,香型水稻品種新粳伊20號優質豐產性最好,新粳香53號優質豐產性最差。進一步使用平均聯接(組間)的譜系圖,重新調整距離進行聚類分析,當歐式距離為10時香型水稻品種被分為3類,第I類香型水稻品種占比63.64%,第Ⅱ類香型水稻品種占比27.27%,第Ⅲ類香型水稻品種是新粳伊20號,占比9.09%,聚類分析結果看出第Ⅲ類香型水稻優質豐產性最好,第I類優質豐產性居中,第Ⅱ類最差。

4 結 論

供試11個香型水稻品種產量和品質水平整體較好,但品種間存在不同程度差異,產量變異主要在穗粒數上,品質性狀變異主要在堊白度和堊白率上。產量及構成因子間、品質性狀間存在較多的相關關系,其中千粒重與粒長存在顯著正相關,產量與堊白率、膠稠度呈顯著正相關。新粳伊20號優質豐產性最好,新粳香53號最差。提高穗粒數、降低堊白度和堊白率可以作為新疆香型水稻產量和品質改良的重點研究方向。