膜下滴灌水稻种质资源农艺性状主成分及相关性状分析

郝玉峰，银永安，2，黄 东，贾世疆，朱江艳，李 丽，李玉祥，韩 品，包芳俊

（1新疆天业（集团）有限公司，新疆 石河子 832000；2中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3石河子大学，新疆 石河子 832000）

0 引言

水稻（Oryza sativaL.）是世界上1/3 以上人口的主要粮食，也是我国60%以上人口的主食[1]。而全球水稻产量的45%是依靠雨养耕地获得的[2]，水稻是我国种植面积最大的经济作物之一，种植面积占粮食总面积的28%，而水稻耗水量占全国总用水量的54%左右，占农业总用水量的70%以上[3]。我国大部分地区降水不均，作物需水期不能满足作物需要。膜下滴灌水稻是在旱地上种植水稻的一种栽培模式，这种栽培方法具有广泛的应用前景。膜下滴灌水稻的含义是在旱田状态下整地，直接播种，播种后立刻灌出苗水，水稻生育期内全部采用滴灌，并随水施肥的一种节水栽培技术。该技术具有省工、节水、经济效益高等优点。膜下滴灌水稻技术是经新疆天业农业研究所近5年试验研究并取得突破性进展的一项新的水稻栽培技术。新疆天业农业研究所2009 年膜下滴灌水稻大面积试种成功[4，5]后，在新疆的北疆和南疆都有陆续种植。品种是农业生产的根本，品种（系）资源的利用是水稻遗传改良的基础，开展作物品种资源性状鉴定评价是挖掘和利用优异资源的基础。主成分分析法是把多个指标化为少数几个综合指标的一种统计分析方法[6]。采用主成分分析法对研究材料的众多农艺性状进行综合评价与分析，已被广泛用于作物种质资源研究与品种选育[7-10]。为更好地发掘利用水稻种质资源，本研究以收集的64份膜下滴灌水稻品种（系）资源为试验材料，对其农艺性状及产量进行主成分和相关性分析，以便更好发掘膜下滴灌水稻种质资源，为水稻育种和栽培提供科学依据。

1 材料与方法

供试材料为64 个水稻品种，其中来自于云南2份，宁夏地区10份，东北地区35份，新疆地区10份，自育7份。

1.1 试验设计

试验地点为新疆石河子北泉镇天业农业研究所。土壤为壤土，肥力中等。PH 8.0～8.5。试验地按大田生产要求进行整地。田间随机区组排列，三重复，并设保护行，保护行品种为主推品种T-43。

1.2 栽培模式与田间管理

试验采用膜下滴灌，一膜三管六行种植模式，膜宽2.2m，种植幅宽2.35m。采用机械铺膜，人工点种，株距10cm，每穴播种粒数5～8粒。播种后滴出苗水做到一播全苗，保苗穴数在85%～90%之间。田间管理随大田。

1.3 测定项目

水稻出苗后，选取具有代表性的10 穴，在试验过程中分别调查记录水稻的株高、叶片数、分蘖、生育期。成熟后进行室内考种，考种对象为能最终成熟并结穗的品种，指标为穗粒重、空瘪率、成穗率、千粒重和产量等。

1.4 统计分析方法

利用Excel和SPSS19进行统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状与变异系数分析

由表1可知，64份膜下滴灌水稻品种（系）的平均株高是101.98cm，每穴平均株数是3～4株，平均有效分蘖数是5～6个，平均无效分蘖是1～2个，平均穗长20.64cm，平均主茎实粒数是139粒，平均主茎瘪粒数是18粒，分蘖实粒数是11粒，分蘖瘪粒数是17.6粒，平均千粒重是11.79g，平均产量443.3kg·666.67m-2；不同膜下滴灌水稻品种（系）性状间变异系数差异较大，其中主茎瘪粒的变异系数最大，为64.23%，变幅为4.14～270.63 粒；其次是无效分蘖的变异系数为62.07%，变幅为0～3.6 个；分蘖瘪粒、产量、有效分蘖的变异系数为58.45%、39.74%、37.93%，变幅分别为5.38～47.47 粒、182.214～857.01kg·666.67m-2、2.29～12.25个；株数、主茎实粒、分蘖实粒的变异系数为28.32%、23.14%、22.03%，变幅分别为2～7株、77.17～270.63 粒、69.05～208.77 粒；穗长、千粒重、株高的变异系数为11.97%、10.69%、9.53%，变幅分别为16～27cm、9.62～16.85g、80～131.5cm。

2.2 膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状的主成分分析

以64 份膜下滴灌水稻品种（系）11 个农艺性状为基础，计算各主成分的特征向量和贡献率（见表2）。第1 个主成分特征值为3.163，累计贡献率为28.75%，第1 个主成分中，以分蘖实粒数、主茎实粒数、分蘖瘪粒、穗长为主要指标，特征向量分别是0.766、0.729、0.656、0.634，主要反映的是分蘖实粒数因子；第2 个主成分特征值为2.558，累计贡献率为52.005%，第二主成分中，以产量、有效分蘖、株数、无效分蘖为主要指标，特征向量分别是0.852、0.803、-0.655、0.519，主要反映的是产量因子；第3个主成分中，以主茎瘪粒、分蘖瘪粒、穗长、株高为主要指标，特征向量分别是0.719、0.586、-0.354、-0.335，主要反映的是主茎瘪粒因子；第4 个主成分中，以千粒重、穗长、无效分蘖、株高为主要指标，特征向量分别是0.811、-0.327、-0.275、-0.266，主要反映的是千粒重因子；特征值前4 个主成分反映总信息量的73.612%，基本代表11 个原始指标中绝大部分信息，可以用这几个主成分对其农艺性状进行概括分析。

表1 膜下滴灌水稻品种（系）农艺性状表现及变异系数Table 1 Agronomic traits and variation coefficient of rice varieties（lines）with drip irrigation under mulch film

表2 膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状的主成分分析Table 2 Principal component analysis of agronomic traits of rice varieties（lines）with drip irrigation under mulch film

2.3 膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状的相关性分析

膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状相关性分析结果（见表3）中有22对性状间相关差异显著或极显著，在相关分析中，主茎实粒数和分蘖实粒数之间差异性的相关系数最大，其值为0.876，说明水稻主茎实粒数越高分蘖实粒数也越高。分蘖瘪粒和主茎瘪粒、产量和有效分蘖、无效分蘖和有效分蘖呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.711、0.624、0.649，说明分蘖瘪粒越多主茎瘪粒也越多、有效分蘖越多产量越高、无效分蘖越多有效分蘖也越多。有效分蘖和每穴株数呈极显著负相关（P＜0.01），相关系数为-0.566，说明每穴株数越多有效分蘖越少。株高和穗长呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.566，说明在膜下滴灌栽培条件下水稻的株高越高，穗长就越长。

表3 膜下滴灌水稻品种（系）资源农艺性状的相关性分析

3 结论与讨论

本试验结果表明，不同品种（系）农艺性状间的变异系数差异较大，由大到小排列为：主茎瘪粒＞无效分蘖＞分蘖瘪粒＞产量＞有效分蘖，这些农艺性状的变异系数均在30%以上，说明不同品种（系）农艺性状存在很大变异，部分农艺性状如主茎瘪粒、无效分蘖、分蘖瘪粒、产量和无效分蘖的变幅大，有较大的选择潜力，可增加水稻品种改良的材料丰富度。

采用主成分分析法对试验材料的众多性状进行综合分析与评价，已被广泛用于稻种质资源研究与品种选育中，均取得一定的应用效果[11-13]。主成分分析是多元分析中用来降维的一种方法，不同计量单位的性状指标数据经过标准化转换后可用于主成分分析。本研究选取的64 份膜下滴灌水稻品种（系）11个农艺性状主成分分析结果表明，特征值分蘖实粒数、产量、主茎瘪粒和千粒重前4个主成分反映总信息量的73.612%，能较好地代替11 个农艺性状来评价水稻品种（系）。农艺性状相关性分析结果表明，多数性状间存在显著或极显著相关性，主茎实粒数和分蘖实粒数、分蘖瘪粒和主茎瘪粒、产量和有效分蘖、无效分蘖和有效分蘖呈显著正相关；有效分蘖和每穴株数呈显著负相关，与赵双玲等[14，15]研究结果一致；株高和穗长呈显著正相关，与杨国峰等[16]研究结果一致。

开展不同膜下滴灌水稻品种（系）农艺性状分析，特别是结合ISSR、SRAP、SCOT 等新型分子标记技术，可以更准确地分析膜下滴灌水稻种质资源遗传多样性，为种质资源的创新利用和新品种选育提供参考依据。