长三角地区54份粳稻种质食味指标的相关性分析

张丽霞，余飞宇，闫 影，王冬兰，李瑞清，曹黎明，万常照，吴书俊*

(1上海市农业科学院作物育种栽培研究所,上海201403；2光明种业有限公司,上海 202171)

稻米品质主要包括碾米、外观、蒸煮食味和营养品质[1]。随着生活水平的提高，人们日益重视稻米品质，尤其是食味品质。食味品质是稻米品质的核心，其理化指标包括直链淀粉含量(Amylose content，AC)、胶稠度(Gel consistency，GC)、蛋白质含量(Protein content，PC)等。AC低的稻米米饭光泽透亮，口感柔滑有弹性，冷不回生等特点。在一定范围内，GC越大，米饭越柔软，稻米食味品质也就越好[2-3]。PC低的大米，其米饭柔软性和黏弹性越好[4]。此外，碱消值(Alkali spreading value，ASV)是反映稻米糊化温度(Gelatinization temperature，GT)的重要指标，GT低，米饭软而紧密，口感好[5]。

人们可以通过感觉器官从米饭气味、外观、软硬度、黏性、嚼劲和冷饭质地等方面来衡量和判断稻米食味，但是人工品尝具有一定的主观性且操作繁琐。近年来米饭食味仪、米粒食味计等仪器已经被广泛应用于稻米食味品质评价等研究[6]。已有研究表明食味仪测定结果与人工品尝结果存在极显著相关性[7]。此外，快速黏度仪(Rapid visco analyser，RVA)也已经被广泛应用于稻米食味品质评价等研究。RVA谱特征值中，成糊温度(Pasting temperature，PaT)、峰值黏度(Peak viscosity，PKV)、冷胶黏度(Cool paste viscosity,CPV)、最低黏度(Holding strength，HPV)、崩解值(Breakdown viscosity，BDV)、消减值(Setback viscosity，SBV)、回复值(Consistence viscosity，CSV)均是反映稻米食味品质优劣的指标，其中BDV、SBV和CSV被认为是评价食味品质重要的参考指标[8-9]。 BDV反映米饭的软硬，SBV与米饭冷后的老化相关联[10-11]。因此，根据综合稻米食味的理化指标及食味测定值、RVA谱特征值来评价稻米食味品质是高效、可行的。

在稻米品质的遗传调控方面，Wx和ALK基因被认为是目前发现影响稻米蒸煮食味品质最重要的两个基因[12]。Wx基因编码颗粒淀粉合成酶(Granule-bound starch synthase，GBSS)，是控制直链淀粉合成的主效基因，直接影响水稻胚乳中直链淀粉的含量，而且Wx还存在一系列复等位基因[13]。ALK基因编码可溶性淀粉合酶Ⅱ，主要控制稻米的糊化温度[14]。

长三角地区为我国重要的粳稻稻米产区，自古就有鱼米之乡之称。这里的人们喜欢食用口感柔滑、有弹性的米饭。近年来该地区育成了一系列低AC(俗称软米)的粳稻品种，食味品质较佳[15-16]，受到了人们的青睐。

本研究通过测定长三角地区54份粳稻种质食味的理化指标、RVA谱特征值及米饭食味值，分析各指标间的相关性，并且进行主要成分分析。主要成分分析旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标，可以在多变量中找出代表性的因子，将相同本质的变量归为一类因子，简化变量间的关系[17]。本研究旨在更全面深入了解决定长三角地区粳稻稻米食味品质性状的主要因素，从而为优良食味粳米评价及育种工作提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用长三角地区选育的常规粳稻种质54份，其中27份为上海市农业科学院培育，包括：‘沪软1212’、‘宝农34’、‘金农香粳1267’、‘沪香粳106’、‘沪香粳151’、‘沪粳137’、‘沪早香软1号’、‘松香粳1018’、‘沪旱35号’、‘银香18’、‘银香38’、‘沪LPR18’、WDR35、沪粳144、沪早香软2号、沪粳13-387、沪粳373、沪早软粳、沪香11-21、沪香12-66、沪香12-258、沪香12-268、沪香软412、沪香软540、沪软12-386、沪软12-559、沪软2122。17份为江苏省多家育种单位培育，包括：‘南粳46’、‘苏香粳100’、‘武育粳3号’、‘武运粳19号’、‘武运粳29号’、‘武运粳30号’、‘武运粳31号’、‘常农粳5号’、‘扬粳50226’、软米333、苏12-838、苏中粳60、武3338、武3414、武4193、武6114、武香软米。10份为浙江省嘉兴农业科学院培育，包括：‘嘉58’、‘嘉64’、‘秀水52’、‘秀水114’、‘秀水121’、‘秀水134’、‘嘉花1号’、丙05-114、丙11-121、丙11-107。

1.2 试验设计

试验设置年度间重复，54份常规粳稻种质分别于2015年和2016年正季种植在上海市农业科学院庄行试验站育种基地，每份种质种植5行，每行8株，株行距为30cm×20cm。试验田平整、土壤肥力中等均匀，前茬为大麦，水稻试验采用人工移栽方式，水肥管理同常规大田管理，总施氮量为300kghm2。每份试验种质一旦成熟即收获，用单株脱粒机脱粒后晒干，在稻谷水分达到14.5%左右时用小型精米机加工成精米，再经万能粉碎机粉碎后过100目筛后使用。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 AC的测定

1.3.2 PC的测定

稻米PC的测定使用北京东孚久恒仪器技术有限公司与日本佐竹公司合作生产的JSWL 200米粒食味计测定。

1.3.3 GC的测定

1.3.4 ASV的测定

稻米ASV是按照农业部标准米质测定方法NY 147—88(中华人民共和国农业部部颁标准1988)进行测定。

1.3.5 米饭食味值的测定

米饭食味值使用日本佐竹公司研发的STA1B型米饭食味仪测定。

1.3.6 RVA谱特征值的测定

采用澳大利亚Newport Science公司生产的RVA-EZi型淀粉黏滞性快速分析仪进行测定，用Thermocline软件进行分析。按照ACC美国谷物化学协会操作规程(1995 61—02)标准方法[20]，米粉含水量为12%，称样量为3.00g，蒸馏水为25.00mL。测定过程中罐内温度变化：50℃保持1 min，以12℃min上升到95℃(3.75 min)，95℃保持2.5 min，以12℃min下降到50℃(3.75 min)，50℃保持1.4 min。搅拌器在起始10 s内转动速度为960 rmin，以后保持在160 rmin。稻米RVA谱特征值用PaT、PKV、HPV、CPV、BDV(PKV-HPV)、SBV(CPV-PKV)、CSV(CPV-HPV)等表示，单位为“Rapid visco units”(RVU)。

1.4 数据处理

运用Exce 2010软件和PASW statistics 18数据处理系统进行统计分析，其中相关性分析采用配对样本t检验。

表1 54份粳稻种质品质性状指标分布

注：样本数n为54

2 结果与分析

2.1 供试材料分析

表1为54份粳稻种质在食味品质理化及评价指标等性状值的分布特征，2015年和2016年稻米平均AC均在13%左右；平均PC均在8%左右；2016年稻米平均GC稍大且平均ASV稍小；2016年RVA谱特征值中PKV、HPV、CPV、BDV、CSV均小于2015年对应的数值。从数据分布来看，两年稻米ASV和PaT峰度值较大，ASV偏度值较小，PaT偏度值较大。说明ASV和PaT呈较大的偏态分布。从表1可知，各性状最大值和最小值种质间差异较大,说明所选种质覆盖范围广。两年稻米淀粉RVA谱特征值中SBV变异系数较大。变异系数越大，说明种质间的差异越大。

2.2 粳稻稻米食味理化指标间的相关性分析

稻米AC、GC、PC、ASV均是反映稻米食味品质的重要理化指标。由表2可以看出，2015年和2016年数据表明，稻米AC与GC均呈极显著负相关，与ASV关系均不显著。而其他指标的相关性在两年的趋势不一致，甚至相反。这说明AC、GC呈稳定的负相关，这种关系可能主要受遗传因素影响，受环境等因素影响不明显。

表2 稻米食味理化指标间的相关系数

注：样本数n为54；**表示在1%水平上显著相关，*表示在5%水平上显著相关

2.3 粳稻稻米食味理化指标与RVA谱特征值间的相关性分析

RVA谱模拟了米饭的蒸煮过程，反映了稻米在升温-降温过程中的黏度变化，为了理解稻米食味理化和RVA谱特征值之间的关系，本研究分析了二者之间的相关性。2015年和2016年数据分析均表明(表3)：AC与CPV、SBV、CSV均呈极显著正相关，与BDV均呈极显著负相关；GC与PKV、BDV均呈极显著正相关，与CPV、SBV、CSV均呈极显著负相关。PC与PaT关系均不显著。ASV与PKV均呈极显著负相关；与CSV均呈显著正相关；与CPV关系均不显著；2015年数据分析表明，ASV与BDV均呈显著负相关，与SBV呈显著正相关；2016年数据分析表明，ASV与BDV均呈极显著负相关，与SBV呈极显著正相关。而其他指标的相关性在两年的趋势不一致，甚至相反。

表3 稻米食味理化指标和评价指标的相关系数

注：样本数n为54；**表示在1%水平上显著相关，*表示在5%水平上显著相关

2.4 稻米食味理化指标、RVA谱特征值与米饭食味值间的相关性分析

2015年和2016年数据分析均表明(表4)：米饭食味值与AC、HPV、CPV、SBV和CSV均呈极显著负相关；与GC、BDV均呈极显著正相关；与ASV关系均不显著；2015年稻米米饭食味值与PKV呈极显著正相关，2016年稻米米饭食味值与PKV呈显著正相关。而其他指标的相关性在两年的趋势不一致。

表4 稻米食味理化指标、RVA谱特征值与米饭食味值间的相关系数

注：样本数n为54;**表示在1%水平上显著相关，*表示在5%水平上显著相关

2.5 稻米食味相关性状的主要成分分析

2015年和2016年主成分特征向量分别见表5和表6，前3个主成分特征值均大于1，而且所占的累计方差贡献率达到82%以上，说明这3个成分可以作为主因子，可以解释影响食味性状变异的82%以上。2015年和2016年数据分析表明：第一主成分贡献率均达53%以上，该成分中以AC、GC、米饭食味值、CPV、BDV、SBV、CSV载荷均较大，而AC、GC与CPV、BDV、SBV、CSV相关性均极其显著。分析两年第一成分表明:AC越大，GC越小，CPV、SBV和CSV越大，BDV越小，米饭食味值越小，最终米饭食味越差。第一成分影响食味的主要因素反映在稻米的AC和GC，影响稻米柔软度。两年第二主成分贡献率均达15%以上，该成分中ASV载荷较大。第二成分影响食味的主要因素反映在稻米的ASV。两年第三主成分贡献率均达8%以上，该成分中以PC载荷较大。PC越小，米饭食味值越大。第三成分影响食味的主要因素反映在稻米的PC。

表5 2015年粳稻稻米食味品质性状因子荷载矩阵

表6 2016年粳稻稻米食味品质性状因子荷载矩阵

3 讨论

本研究分别测定了2015年和2016年种植的54份粳稻稻米食味理化指标、RVA谱特征值及米饭食味值，分析了各指标间的相关性，比较了其在两年间的变化趋势，综合分析了影响粳稻稻米食味品质的主要因素。两年研究结果均表明：粳稻稻米AC与GC呈极显著负相关；AC与稻米淀粉RVA谱特征值中CPV、SBV、CSV呈极显著正相关；与BDV呈极显著负相关；GC与CPV、SBV、CSV呈极显著负相关；与BDV呈极显著正相关。 AC与稻米米饭食味值呈极显著负相关，GC与稻米米饭食味值呈极显著正相关。前人研究表明AC、GC是评价稻米食味品质的重要指标[21]，Wx基因主要通过影响AC、GC来决定稻米食味品质[12]，稻米淀粉RVA谱特征主要受Wx基因控制[22]。本研究中2015年和2016年稻米淀粉CPV、BDV、SBV、CSV与AC、GC相关性均极显著，这可能与其受Wx基因调控有关。2015年和2016年主成分分析进一步表明，第一主成分中均以AC、GC、米饭食味值、CPV、BDV、SBV、CSV载荷较大，它们是影响稻米食味品质的第一要素。AC越小，GC越大，CPV、SBV、CSV越小，BDV越大，米饭食味值越大，稻米食味品质越好。RVA谱特征值中，BDV、SBV和CSV被认为是评价食味品质重要的参考指标[8-9]。在第一主成分分析中，SBV载荷最大。本研究进一步表明，RVA谱特征值中，SBV最能反映稻米食味品质，而且两年中SBV变异系数均较大，它能较好的反映不同稻米米饭在冷后老化间的差异。

两年研究结果表明，稻米ASV与AC关系不大，与GC、PC关系不稳定；ASV与米饭食味值关系均不显著；ASV与PKV均呈极显著负相关。主成分分析表明，ASV在第二因子中载荷最大，但是PKV在2015年中载荷并不大。第二主成分中，两年米饭食味值载荷均非常小，作为第二类影响食味的主要因素ASV，反映的是GT，其与稻米食味关系复杂，有待进一步研究。

两年研究结果表明，稻米PC与AC、GC、ASV及米饭食味值关系不稳定。前人研究表明，PC与PKV、BDV呈极显著负相关，与SBV呈极显著正相关[23]。而本研究两年结果分析表明，PC与PaT关系不大，与RVA谱其他特征值的关系不稳定。Martin等[24]研究表明蛋白质通过结合水及二硫键形成的网络结构来影响黏度曲线。主成分分析表明稻米PC是影响食味品质的第三类要素，PC越小，米饭食味值越大，稻米食味品质越好。

综上所述，粳米AC、ASV、PC是影响稻米食味品质最主要的三类因素。粳稻稻米AC与GC与稻米淀粉RVA谱特征值中CPV、SBV、CSV、BDV及米饭食味值相关性均极其显著，这些指标可归为一类，为影响粳稻稻米食味性状的最重要的要素。RVA谱特征值中SBV是反映稻米食味品质的最重要评价指标。研究长三角地区粳稻稻米食味性状的主要因素及相关指标对长三角地区优质食味米选育工作具有重要指导意义。