不同粳稻品种(系)稻米品质性状分析
布哈丽且木·阿不力孜，袁 杰，张燕红，赵志强，文孝荣， 贾春平，康民泰，唐福森，王奉斌，3
(1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091；
2.新疆农业科学院温宿水稻试验站，新疆阿克苏 843100；
3 新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091)
【研究意义】水稻是世界上第二大粮食作物，预计到2035年全球稻米需求量将增加至8.52×108t[1-2]。近年来，水稻生产模式由高产需求逐步向优质需求协调转变[3-4]。新疆地区粳稻品种多杂现象，稻米品质保优研究已成为当前亟待解决的关键问题[5-6]。分析与评价新疆粳稻稻米品质对新疆水稻产业优质发展有重要意义。【前人研究进展】刘琳帅等[7]对大庆地区粳稻品种的品质性状指标进行分析发现，恶白率和直链淀粉含量是最具代表性的品质指标。牛付安等[8]研究发现，上海市粳稻品种的品质性状中垩白粒率和垩白度对碾磨品质和蒸煮品质具有极显著的负面效应。马静等[9]对宁夏育成的粳稻品种(系)的品质指标进行分析，发现育成品种的碾磨品质和蒸煮品质基本达到国家优质稻一级标准，但应注意垩白率、垩白度和蒸煮品质。李新等[10]对新疆伊犁地区19个水稻品种的品质性状进行评价，垩白度、垩白率是影响伊犁地区稻米品质的主要限制因子。刘秋员等[11]研究了豫南地区不同粳稻品种稻米品质特点，分析发现垩白度和整精米率是水稻品质改良的主要目标。蒋小军等[12]对湖南省新育成的水稻品种的稻米品质进行综合评价，筛选出稻米品质表现相对较好品种7个，并分析发现垩白率和垩白度是湖南省水稻新品种稻米品质最主要的限制因子。荆瑞勇等[13]研究分析了黑龙江地区水稻品种综合品质性状的差异性，筛选出加工品质、外观品质和蒸煮品质最优的水稻品种。张梅霞等[14]研究了黄淮流域粳稻主要品质性状之间的关系，利用相关性、主成分及聚类分析筛选出综合品质最优的新稻062235。【本研究切入点】新疆水稻目前研究主要集中在新品种选育、高产栽培模式、灌溉方式及水氮利用效率研究等，对粳稻自育品种(系)和引进品种的综合品质性状研究和分析评价相对较少。亟需分析研究不同粳稻品种(系)稻米品质性状。【拟解决的关键问题】以新疆稻区主栽粳稻品种为研究对象，收获期测定不同粳稻品种(系)主要品质性状指标，并进行相关性分析、主成分分析和聚类分析，筛选出现阶段新疆稻区种植的优质粳稻品种(系)，为新疆水稻品质改良提供参考方向。
1.1 材 料
试验于2020年在新疆农业科学院温宿水稻试验站进行(41°16′N，80°12′E)。供试粳稻品种(系)16份(新稻42号、新稻46号、新稻47号、新稻50号、农林315号、GDY1、GDY6、GDY8、新稻11号、新稻36号、新稻45号、新稻56号、新稻57号、GDW1、GDW2和GDW9)，由新疆农业科学院核技术生物技术研究所收集保存。试验田土壤基础理化性质为含盐量7.4 g/kg，pH值8.0，碱解氮119.4 mg/kg，速效磷48.8 mg/kg，速效钾220.0 mg/kg，有机质17.7 g/kg。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
试验采用随机区组设计，小区面积为45 m2，行距30 cm，株距15 cm，3个重复，每个品种种植面积为2.5 m2(单株插秧)。试验地基施尿素150 kg/hm2，磷酸二铵225 kg/hm2，农用硫酸钾75 kg/hm2，4月2日育秧，5月6日移栽，分蘖期施尿素3次，合计300 kg/hm2。
1.2.2 测定指标
采用日本佐竹米粒食味计(型号：RCTA11A)测定糙米率、精米率、整精米率、食味值、直链淀粉含量和蛋白质含量。采用液晶白度测定仪(型号：ST001D)测定垩白度，计算垩白率；
采用大米胶稠度测定仪(型号：GCT-8A)测定胶稠度；
采用直尺测量10粒稻米总长度和宽度，计算粒长、粒宽和长宽比。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，SPSS 17.0软件进行相关性、主成分分析及聚类分析。
2.1 不同粳稻品种(系)稻米品质性状指标差异
研究表明，16个粳稻品种(系)糙米率均大于80%，变异系数为1.5%，其中新稻56号糙米率最大，与新稻45号和GDW2差异不显著，显著高于其他粳稻品种(系)；
16个粳稻品种(系)整精米率在29.3%-72.7%，变异系数为20.3%，GDY1整精米率最高，显著高于其他粳稻品种(系)；
16个粳稻品种(系)精米率在70%左右，变异系数为3.3%，其中新稻36号和新稻57号精米率最大，与新稻56号和GDW2差异不显著，显著高于其他粳稻品种(系)；
16个粳稻品种(系)垩白度差异较大，变异系数高达140.0%，GDY8和新稻11号垩白度最小为0.1%，新稻56号垩白度最小为10.3%；
16个粳稻品种(系)垩白率差异较大，变异系数高达99.2%，新稻11号垩白度最小为1.0%，新稻56号和新稻57号垩白度超过40%，显著高于其他品种；
16个粳稻品种(系)蛋白质含量在7.13%～8.77%，新稻11号最小，变异系数为5.09%，GDY8蛋白质含量显著高于其他处理；
16个粳稻品种(系)直链淀粉含量在15.2%～20.0%，GDW2和GDW9直链淀粉含量最大，新稻11号和新稻36号直链淀粉含量最小，变异系数为9.2%；
16个粳稻品种(系)胶稠度在67.0～86.0 mm，变异系数为6.1%，新稻56号胶稠度显著高于其他粳稻品种(系)，GDY6胶稠度最低；
16个粳稻品种(系)粒长在4.8～6.7 mm，变异系数为9.3%，GDY6粒长显著高于其他粳稻品种(系)，新稻45号粒长最短；
16个粳稻品种(系)粒宽在2.2～2.9 mm，变异系数为7.7%，新稻57号和GDW2粒宽最大，与农林315号、GDY1、新稻36号和GDW9差异不显著，显著高于其他粳稻品种(系)，新稻50号粒宽最小；
16个粳稻品种(系)籽粒长宽比在1.7～2.9，变异系数为14.3%，新稻50号籽粒长宽比显著高于其他粳稻品种(系)，农林315号、新稻45号、新稻57号和GDW2籽粒长宽比均最小。表1
表1 不同粳稻品种(系)稻米品质性状指标变异Table 1 Variation statistics on quality traits of different japonica rice varieties (lines)
2.2 不同粳稻品种稻米品质性状指标的相关性
研究表明，水稻各品质性状间存在着较多的相关性，其中糙米率与精米率、垩白度和垩白率呈极显著正相关，相关系数分别为0.480、0.422和0.457，与粒长和长宽比呈显著负相关，相关系数分别为-0.334和-0.349。整精米率与精米率和胶稠度呈极显著正相关，相关系数分别为0.627和0.480，与粒宽呈显著正相关，相关系数为0.364，与长宽比呈极显著负相关，相关系数为-0.392，而与粒长呈负相关关系，相关系数为-0.342。精米率与垩白度、垩白率和粒宽呈极显著正相关，相关系数分别为0.471、0.521和0.565，与粒长和长宽比呈极显著负相关，相关系数分别为-0.419和-0.559，而与直链淀粉含量呈负相关关系，相关系数为-0.356。垩白度与垩白率呈极显著正相关，相关系数为0.877，与粒长和长宽比呈显著负相关，相关系数分别为-0.302和-0.297。垩白率仅与粒长和长宽比呈显著负相关，相关系数分别为-0.334和-0.301，与其他指标无相关关系。蛋白质含量与直链淀粉含量、胶稠度、粒长、粒宽和长宽比均无相关关系。直链淀粉含量仅与粒长呈正相关关系，相关系数为0.319。粳稻胶稠度与粒长、粒宽和长宽比均无相关关系。粒长与粒宽呈极显著负相关，相关系数为-0.499，而与长宽比呈极显著正相关，相关系数为0.904。粒宽与长宽比呈极显著负相关，相关系数为-0.805。表2
表2 不同粳稻品种(系)品质性状相关性Table 2 Correlation analysis of quality traits among different japonica rice varieties (lines)
2.3 不同粳稻品种稻米品质性状指标的主成分
研究表明，对16个粳稻品种(系)的11个品质指标进行主成分分析得到主成分特征值。第1～第4主成分的特征值分别为4.342、1.732、1.363和1.215，贡献率分别为39.475%、15.748%、12.394%和11.043%，累积贡献率为78.661%，提取前4个主成分作综合评价。表3
表3 主成分特征值Table 3 Principal component eigenvalues
2.4 不同粳稻品种主成分综合得分和排序
研究表明，6个粳稻品种(系)品质性状综合得分大于0，占比37.50%，10个粳稻品种(系)品质性状综合得分小于0，占比62.50%。新稻56号品质性状综合得分最高为2.233 7，第2～6名分别是新稻57号、GDW2、新稻45号、GDY1和新稻42号，新稻50号品质性状综合得分最低为-1.716 5，新稻56号品质最好，其次是新稻57号、GDW2、新稻45号、GDY1和新稻42号，新稻50号品质最差。表4
表4 不同粳稻品种(系)主成分综合得分和排序Table 4 Composite score of principal component and order of different japonica rice varieties (lines)
2.5 不同粳稻品种(系)稻米品质性状指标的聚类分析和品质评价
研究表明，当欧式距离为15时，可将16个粳稻品种(系)分为3类，其中第I类粳稻品种(系)最多，占比为75.00%，分别是GDY1、GDW2、新稻45号、新稻42号、新稻36号、新稻11号、新稻47号、GDY8、农林315号、GDW9、新稻46号和GDW1；
第Ⅱ类粳稻品(系)分别是新稻50号和GDY6，占比为12.50%；
第Ⅲ类粳稻品(系)分别是新稻56号和新稻57号，占比为12.50%。图1
图1 16个粳稻品种(系)稻米品质性状聚类Fig.1 Cluster analysis of quality traits for the sixteen japonica rice varieties (lines)
碾磨品质，第Ⅰ类和第Ⅱ类品种(系)在糙米率方面均达到二级稻米的要求，第Ⅲ类达到一级稻米的要求；
整精米率除第Ⅲ类达标外，第Ⅰ类和第Ⅱ类品种(系)与要求存在差距。外观品质，第Ⅱ类品种(系)在垩白度和垩白粒率达到一级稻米的要求，第Ⅰ类达到二级稻米的要求，第Ⅲ类与优质稻米要求存在差距。蒸煮品质，第Ⅰ类和第Ⅲ类品种(系)在胶稠度和直链淀粉含量均达到一级稻米的要求，而第Ⅱ类品种(系)在胶稠度达到一级稻米的要求，但其直链淀粉含量仅达到二级稻米的要求。表5
表5 不同类别稻米品质性状对比Table 5 Comparison of quality traits among different rice varieties
稻米品质是一个综合性状，其评价涉及稻米碾磨品质、外观品质、蒸煮品质及营养品质性状等方面的多项指标，且各性状之间存在难以调和的遗传相关[15]。研究对16个新疆粳稻品种(系)的11个品质性状指标进行测定和计算，以变异系数为依据，得出供试粳稻品种(系)对11个品质性状指标影响顺序为垩白度>垩白率>整精米率>长宽比>粒长>直链淀粉含量>粒宽>胶稠度>蛋白质含量>精米率>糙米率，其中垩白度和垩白率尤为突出，变异系数分别达到140.0%和99.2%，而糙米率变异系数最小为1.5%。垩白度和垩白率是影响稻谷品质的重要指标，这与牛付安等[8]、李新等[10]和刘秋员等[11]研究结果一致。
粳稻糙米率与精米率、垩白度和垩白率呈极显著正相关，整精米率与精米率和胶稠度呈极显著正相关，精米率与垩白度、垩白率和粒宽呈极显著正相关，粳稻垩白度与垩白率呈极显著正相关，粳稻垩白率仅与粒长和长宽比呈显著负相关。因此，改善稻米品质应该从降低稻米垩白度和垩白率方面来解决，这与马静等[9]、李新等[10]、刘秋员等[11]和蒋小军等[12]的研究结论一致。
主成分分析是将原来数量较多的单项指标转换成新的彼此独立且个数较少的综合指标，来解释原指标所包含的信息，主成分分析综合评价全面客观、结果可靠[16]。利用主成分分析可以筛选出品质相关性状优良的亲本材料[17-19]。研究利用主成分分析对新疆16个粳稻品种(系)11个品质性状指标进行主成分分析得到主成分特征值，前4个主成分特征值累积贡献率为78.661%，能够反映大部分的信息，故提取前4个主成分作综合评价。新稻56号品质性状综合得分最高为2.233 7，新稻50号品质性状综合得分最低为-1.716 5，新稻56号品质最好，新稻50号品质最差。
当欧式距离为15时，可将16个粳稻品种(系)分为3类。第I类和第Ⅱ类粳稻品(系)在碾磨品质方面差于第Ⅲ类，但外观品质中垩白性状与优质稻米要求差距相对较小，第Ⅲ类粳稻品(系)表现出垩白率高。蒸煮品质第Ⅰ类、第Ⅱ类和第Ⅲ类品种(系)与优质稻米要求差距相对较小。
供试16个粳稻品种(系)稻米品质差异较大，变异系数在1.5%～140.0%，其中垩白度和垩白率变异系数分别达到140.0%和99.2%，成为影响稻谷品质的重要指标。结合稻米品质性状之间的相关性，垩白度和垩白率是现阶段影响新疆稻米品质的最主要限制因子。新稻56号品质最好，新稻57号品质次之，新稻50号品质最差。第Ⅲ类粳稻品种(系)品质较优，但仍与优质稻米标准有较小差距，第Ⅱ类次之，第I类与优质稻米标准差距较大。降低稻米垩白度和垩白率可以作为新疆粳稻品质改良的重点研究方向，在育种上可利用低垩白粳稻种质资源通过杂交定向培育出灌浆结实期耐高温和强光型品种来降低垩白度，结合栽培措施，同时协调好垩白特征与其它品质性状间的关系。
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