辽宁省水稻品种品质性状多样性及核心样本构建

黄 河

（辽宁省盐碱地利用研究所， 辽宁 盘锦 124010）

水稻是中国一半以上人口的主粮，世界人均四分之一的食物热量来源，也是全球最主要的粮食作物之一［1］。 随着人民生活水平的提高，膳食结构和食用习惯发生了重大改变，对稻米品质的要求越来越高［2］。 种质资源是水稻品种选育的基础。 但随着育种时间的推移，水稻亲本应用愈加向少数骨干亲本集中。 而仅利用少数骨干亲本，势必带来育成品种遗传单一性的问题。 同时，水稻品种推广的单一化，导致大量优良基因丧失和遗传基础狭窄，进而造成产量水平难以突破和抗性的遗传脆弱性［3］。 因此，广泛收集水稻种质资源并进行深入评价与鉴定对水稻育种及稻作发展具有重要的现实意义。 Frankel［4］于1984 年首先提出“核心样品”的概念，并与Brown［5］将其进一步发展。 即从整个种质遗传资源中选择一部分样本，以最小的资源数量和遗传重复，尽可能最大限度代表整个资源的多样性。 核心种质的提出为遗传资源的研究和利用提供了崭新的解决途径。本研究旨在对辽宁省部分育成水稻品种品质性状多样性进行分析，并初步构建可利用的核心样品，为今后水稻品质育种中亲本选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种

选用170 份1981～2015 年辽宁省审定的部分水稻品种。 2020 年将全部品种种植于辽宁省盐碱地利用研究所试验田，顺序排列，行株距30.0 cm×13.3 cm，每小区面积7.2 m2，田间管理与大田相同。

1.2 分析方法

1.2.1 品质性状测定 依据农业部部颁标准NY147－88［6］方法对供试品种的糙米率、精米率、整精米率、粒长、籽粒长宽比、垩白粒率、垩白度、碱消值、胶稠度、直链淀粉含量、 蛋白质含量等11 项品质性状进行测定。 透明度由SDT－A 型稻米透明度测定仪直接测出。

1.2.2 多样性指数 采用Shannon－Wiener 多样性指数计算不同性状多样性。先计算各群体全部材料各性状的总体平均值（X）和标准差（δ），划分为10 级，从第1 级［Xi＜（X－2δ）］到第10 级［Xi＞（X＋2δ）］，每0.5δ 为一级，每一级的相对频率用于计算多样性指数。

式中，H′为多样性指数，pi为某性状第i 个级别内材料份数占总份数的百分数，ln 为自然对数［7］。

1.2.3 主坐标分析 将全部品种12 个品质性状值在NTSYS2.10e 软件上进行主坐标分析（PCO），并依据引起变异的第1、2、3 主坐标作出全部品种的3D 散点分布图。1.2.4 核心样本选择 在品质性状主坐标分析的基础上，对170 份水稻品种进行分类。 取样比例设为25%。 每个类群内品种在所有性状值标准化后根据欧氏距离大小，采用类平均法进行系统聚类；聚类后用优先取样法找出最大值和最小值的试材，并作为核心材料保留，其余核心材料则用随机取样法抽取。 采用平均性状极差符合率（CR）、变异系数变化率（VR）、多样性指数率（H）3 个参数作为核心亲本种质群体优劣的评价指标［8］。

式中：n 为性状个数，RiC、RiI分别为核心样本群体和初始群体对应各性状极差，CViC、CViI分别为核心样本群体和初始群体对应各性状变异系数，H＇iC、H＇iI分别为核心样本群体和初始群体对应各性状多样性指数。

2 结果与分析

2.1 水稻品种品质性状变异及多样性

由表1 可见， 所分析的170 份水稻品种12 个品质性状变异系数在1.18%～100%。其中垩白度、垩白粒率变异最大，变异系数分别为100%和63.69%，变幅分别为0.1%～16.8%、2%～57%；其次为胶稠度变异系数为13.32%，变幅为52～100；糙米率、精米率、粒长、整精米率、籽粒长宽比、碱消值、直链淀粉含量、透明度、蛋白质含量变异系数在1.18%～9.05%， 变 幅 分 别 为80.5%～85.8%、70.3%～80%、4.4mm～5.7mm、54.5%～76%、1.6～2.2、4.8 级～7.0 级、13.9%～22.2%、0.51～0.82、5.9%～10.4%。从Shannon－Wiener 多样性指数上看，直链淀粉含量、精米率、蛋白质含量、糙米率、胶稠度多样性指数大于2.0；粒长、整精米率、垩白粒率、透明度多样性指数在1.809～1.952；籽粒长宽比、垩白度多样性指 数 分 别 为1.435、1.514， 而 碱 消 值 多 样 性 指 数 只 有0.693。 表明，170 份水稻品种品质性状具有一定的形态变异和多样性水平，可为优质育种亲本选择提供丰富的亲本来源。

表1 170 份水稻品种品质性状表现

2.2 核心样本品种品质性状变异及多样性

由图1 可见，170 份水稻品种对品质性状进行主坐标分析，可划分为5 个类群。 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类群包括品种数分别占品种总数的8.81%、24.71%、24.71%、34.12%、7.65%。 对不同类群品种进行核心样本构建，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类群品种中核心样本品种分别4 份、10 份、10 份、15份、3 份，共42 份水稻品种。

图1 核心样本用非核心样本品质性状主坐标排序

由表2 可见，42 份水稻核心样本品种12 个品质性状变异系数在1.40%～81.11%。 其中垩白度、垩白粒率变异最大，变异系数分别为81.11%和62.56%，变幅分别为0.2%～10.7%和2%～55%； 其次为胶稠度变异系数为15.81%，变幅为52～100；糙米率、精米率、整精米率、粒长、碱消值、籽粒长宽比、直链淀粉含量、透明度、蛋白质含量变异系数在1.40%～9.04%， 变幅分别为80.5%～85.8%、70.3%～78.4%、59.6% ～73.3% 、4.4mm ～5.7mm、5.3 级～7.0 级、1.6 ～2.2、13.9%～21.4%、0.55～0.80、5.9%～9.4%。 从Shannon－Wiener多样性指数上看， 只有糙米率多样性指数大于2.0； 垩白度、垩白粒率、蛋白质含量、直链淀粉含量、精米率、透明度、胶稠度多样性指数在1.834～1.987；籽粒长宽比、粒长、整精米率多样性指数分别为1.505、1.741、1.796，碱消值多样性指数也只有0.739。

表2 42 份水稻核心样本品种品质性状表现

由表3 可见，极差符合率（CR）在62.87%～100%，其中糙米率、粒长、籽粒长宽比、胶稠度最大均为100%，透明度、精米率、直链淀粉含量、垩白粒率在80.65%～96.36%，垩白度、 整精米率、 碱消值、 蛋白质含量在62.87%～77.78%， 平均值为86.04%。 变异系数变化率 （VR）在81.11%～128.44%，其中透明度、碱消值、籽粒长宽比、糙米率、 胶稠度、 精米率、 直链淀粉含量、 粒长在100%～128.44%， 垩白度、 整精米率、 垩白粒率、 蛋白质含量在81.11%～99.89%，平均值为109.31%。 多样性指数率（H）在94.41%～121.14%，其中透明度、籽粒长宽比、碱消值、垩白度在101.64%～121.14%，蛋白质含量、胶稠度、整精米率、粒长、糙米率、精米率、直链淀粉含量、垩白粒率在94.41%～99.27%，平均值为100.75%。

表3 42 份水稻核心样本群体评价参数

2.3 核心样本品种不同类群品质性状特点

由表4 可见，核心样本品种不同类群在糙米率、精米率、粒长、籽粒长宽比、垩白度、碱消值共6 个性状上的差异达到显著或极显著水平。 其中，第Ⅰ类群糙米率、精米率、碱消值较高，粒长较短，籽粒长宽比较小，垩白度较低；第Ⅱ类群糙米率、精米率较低，籽粒长宽比较小，碱消值较高；第Ⅲ类群粒长较长，籽粒长宽比较大，碱消值较高；第Ⅳ类群粒长较长，籽粒长宽比较大；第Ⅴ类群粒长较短，籽粒长宽比较大，垩白度较高，碱消值较低。 表明，不同类群水稻核心样本品种在部分品质性状上区别明显，并形成具有不同特点的类型组合。

表4 水稻核心样本不同类群品种品质性状比较

3 结论与讨论

林世成等［9］对212 个早粳品种原始亲本进行追溯，发现97.2%的选育品种都具有日本品种的亲缘。 刘传光等［10］分析了95 个华南地区不同年代常规籼稻主栽品种的亲缘关系，结果显示华南地区籼稻品种的遗传多样性狭窄且随年代而变化，20 世纪70 年代以后呈下降趋势，并且华南地区各时期的常规稻品种遗传改良都是围绕少数骨干亲本进行。 因此，广泛收集各种优异稻种资源和拓宽水稻品种遗传基础，提高品种遗传多样性是水稻育种的现实性问题。

核心样本为育种者提供一个规模相对较小、遗传多样性相对较大的遗传育种资源群体。在此基础上利用核心种质的代表性，发展新的种质评价方法，筛选需要的性状，可提高育种效率［11－12］。 李自超等［13］对国家作种质库编目入库的50 526 份中国地方稻种资源研究， 以计算机提取6%，加上人工定向取样增加优异种质和极值材料约2%， 使初级核心种质总数达4 000 份。 孙强等［14］等构建了包括477份稻种的吉林省稻种资源核心种质库。 黎毛毛等［15］等以3 187 份江西地方稻种资源为材料， 利用SSR 标记对进行遗传多样性和聚类分析，建立了包括296 份种质的江西地方稻种资源核心种质库。 为种质资源利用提供了必要条件。

本研究中170 份水稻品种12 个品质性状变异系数在1.18%～100%，平均值为18.87%。 多样性指数在在1.809～1.952，平均值为1.786。具有较好的表型多样性。而构建的核心样本群体12 个品质性状变异系数在1.40%～81.11%，平均值为17.81%。多样性指数在在0.739～2.036，平均值为1.783。 平均性状极差符合率（CR）、变异系数变化率（VR）、多 样 性 指 数 率 （H）3 个 参 数 分 别 为86.04%、109.31%、100.75%。 表明，本研究中构建的42 个水稻品质核心样本群体可代表原始群体80%以上表型多样性，这对核心样本的利用程度具有现实的指示作用。 同时，主坐标及方差分析表明，42 个核心样本所形成品质性状有明显差异的5个品质性状类群，为具体亲本选择指明了方向。