粳稻产量性状、粒型性状及穗型性状的相关性研究

王绍林 ， 王心哲 ， 李 海 ， 宋晓波 ， 李春江 ， 张 战*

（1 辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010；2 辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009）

高产和优质是水稻科研和生产的两个最重要目标［1］。 相应地，农业生产上对产量高、稻米外观品质好且食味品质佳的稻米品种的需求日增［2］。 穗数、穗粒数、千粒重、结实率等产量性状的综合表现直接决定了水稻品种产量的高低。粒长、粒宽、粒厚等粒型性状对水稻产量、碾磨品质、外观品质和食味品质都有重要影响［3－5］。穗型是水稻的重要形态特征之一， 不同研究均表明，水稻穗型与产量性状、籽粒性状均有密切关系［6－10］。因此，对粳稻品种产量性状、粒型性状及穗型性状进行分析，研究其相互关系，可为性状综合改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验材料为来源于不同地区的265 份粳稻品种，试验于2020 年在辽宁省盐碱地利用研究所试验田进行。每份材料4 行区，单株栽植，行长3 m，行株距为30.0 cm×13.3 cm， 栽培管理与生产田相同。

1.2 测定项目及标准

在灌浆期按照韩龙植［11］等的方法田间调查穗型、二次枝梗、穗立形态，其中穗型分为密集、中间型、散开，分别赋值为1、2、3；二次枝梗分为无、少、多、聚集，分别赋值为1、5、7、9；穗立形态分为直立、半直立、弯曲、下垂，分别赋值为1、5、7、9。成熟后每份材料随机取10 株， 调查有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重。将谷粒形状分为短圆形、阔圆形、椭圆形、中长形、细长形，分别赋值为1、3、5、7、9。 谷粒粒长、谷粒粒宽、谷粒粒厚用游标卡尺随机测量谷粒10 粒， 计算平均值及谷粒长宽比。

1.3 数据处理与分析方法

1.3.1 主成分分析 利用Statistica6.0 统计软件对265 份粳稻品种产量、粒型及穗型13 个性状进行主成分分析 （principal component analysis，PCA）。

1.3.2 典型相关分析 利用Statica6.0 统计软件对265 份粳稻品种产量性状、 粒型性状及穗型性状进行典型相关分析。

2 结果与分析

2.1 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状的变异分析

由表1 可见，13 个性状变异系数在5.22%～37.70%。 其中谷粒形状变异最大，变幅1～9；其次为穗立形状、 穗粒数变异系数分别为37.50%、31.81%，变幅分别为1～9、54.1～242.0 粒／穗。 变异系数在12.17%～27.76%的性状包括长宽比、穗长、穗型、有效穗数、二次枝梗，其变幅分别为1.51～3.91、13.3～32.2 cm、1～3、4.6～17.6 个／株、1～7；变异系数小于10%的性状有谷粒厚度、 结实率、谷粒宽度、谷粒长度、千粒重，变幅分别为1.8～2.6 mm、55.9%～94.9%、2.3～4.5 mm、5.8～9.9 mm、20.4～39.8 g。

表1 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状变异分析

2.2 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状主成份分析

为考察265 份粳稻品种13 个性状的综合表现，对其进行主成分分析。 由表2 可见，第1～4 主成份特征根在1.0 以上， 贡献率在8.3%～25.5%，累计贡献率达到60.4%。 第1 主成份主要由长宽比、谷粒形状决定，是水稻粒型因子的综合反应；第2 主成份主要由千粒重、谷粒宽度、穗立形态决定，是水稻粒重因子的综合反应；第3 主成份主要由有效穗数、穗粒数决定，是水稻产量因子的综合反应；第4 主成份主要由穗粒数、穗长、谷粒长度决定，是水稻粒数因子的综合反应。 表明，粒型因子、粒重因子、产量因子及粒数因子是区别这些粳稻品种的主要因素。

表2 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状的主成份分析

2.3 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状间简单相关

由表3 可见，有效穗数（x1）与穗粒数（x2）、谷粒长度（x5）、谷粒长宽比（x8）、谷粒形状（x9）、穗长（x10）、二次枝梗（x12），谷粒长度（x5）与谷粒宽度（x6）、谷粒厚度（x7），谷粒宽度（x6）与谷粒长宽比（x8）、谷粒形状（x9），谷粒厚度（x7）与谷粒长宽比（x8）、谷粒形状（x9）、穗长（x10），穗型（x11）与二次枝梗（x12），二次枝梗（x12）与穗立形状（x13）间相关达到极显著负相关水平。 有效穗数 （x1） 与千粒重（x3）,穗粒数（x2）与穗型（x11），结实率（x4）与谷粒长宽比（x8）间相关达到显著负相关水平。千粒重（x3）与结实率（x4），结实率（x4）与谷粒宽度（x6）、谷粒厚度（x7），谷粒长宽比（x8）与穗立形状（x13）间相关达到显著正相关水平。 穗粒数（x2）与穗长（x10）、二次枝梗（x12），千粒重（x3）与谷粒长度（x5）、谷粒宽度（x6）、谷粒厚度（x7）、谷粒形状（x9）、穗长（x10）、穗型（x11）、穗立形状（x13），谷粒长度（x5）与谷粒长宽比（x8）、谷粒形状（x9）、穗长（x10）、穗立形状（x13），谷粒宽度（x6）与谷粒厚度（x7），谷粒长宽比（x8）与谷粒形状（x9）、穗长（x10），谷粒形状（x9）与穗长（x10）、穗立形状（x13），穗长（x10）与穗型（x11）、穗立形状（x13），穗型（x11）与穗立形状（x13）间相关达到极显著正相关水平。表明，在产量性状、粒型性状、穗型性状间存在着复杂的相关性。

表3 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状简单相关系数

2.4 粳稻品种产量性状、粒型性状、穗型性状典型相关

以有效穗数（x1）、穗粒数（x2）、千粒重（x3）、结实率（x4） 组成产量性状组，以谷粒长度（y1）、谷粒宽度（y2）、谷粒厚度（y3）、谷粒长宽比（y4）、谷粒形状（y5）组成粒型性状组，以穗长（z1）、穗型（z2）、二次枝梗（z3）、穗立形状（z4）组成穗型性状组，进行穗型性状组与产量性状组、 粒型性状组间的典型相关分析。

由表4 可见， 穗型性状组与产量性状组2 个典型变量累积贡献率达到98.60%，典型相关系数均达到极显著水平。 在第1 对典型相关变量构成中，u1和v1中分别以穗长、 二次枝梗数与穗粒数的权重系数较大；在第2 对典型相关变量构成中，u2和v2中分别以穗立形状与穗粒数、结实率的权重系数较大。 可见， 第1 典型相关变量主要由穗长、二次枝梗数与穗粒数所决定，第2 典型相关变量主要由穗立形状与穗粒数、结实率所决定。

表4 粳稻穗型性状与产量性状间的典型相关

由表5 可见， 穗型性状组与粒型性状组1 个典型变量贡献率达到74.96%，典型相关系数达到极显著水平。 在其典型相关变量构成中，u1和v1中分别以穗长与谷粒形状的权重系数较大。可见，穗型性状与粒型性状典型相关变量主要由穗长与谷粒形状所决定。

表5 粳稻穗型性状与粒型性状间的典型相关

3 结论与讨论

水稻品种群体性状变异程度决定了群体性状选择潜力大小。 本研究显示，265 份粳稻材料不同性状间变异系数差异较大。从整体上看，产量性状中穗粒数变异系数最大，4 个性状平均变异系数为17.70%；粒型性状中谷粒形状变异系数最大，5个性状平均变异系数为14.01%；穗型性状中穗立形状变异系数最大，4 个性状平均变异系数为24.71%。 主成份分析表明，粒型因子、粒重因子、产量因子及粒数因子是区别粳稻品种的主要性状因子。 这为粳稻资源材料评价及亲本材料性状选择提供了依据。

水稻由多个性状构成， 并且性状间存在着错综复杂的关系。本研究表明，在产量性状中有效穗数的增加会使品种穗粒数减少、千粒重降低，结高率的上升也会使千粒重提高； 在粒型性状中谷粒长度的增加会使谷粒长宽比提高、 谷粒形状由短圆形向细长形变化，但会使谷粒宽度、谷粒厚度下降；谷粒宽度、谷粒厚度协同提高的同时，会使谷粒长宽比下降、谷粒形状由细长形向短圆形改变，谷粒形状与谷粒长宽比具有较高的相关性； 而在穗型性状中某一性状的改变会使其它性状发生改变。 表明， 粳稻品种产量性状共同增长的难度较大；选择谷粒较长的品种其谷粒宽、厚会下降；而随着穗长由短到长其穗型由密集到散开、 穗立形态由直立到下垂， 二次枝梗由少到聚集其穗型由散开到密集、穗立形态由下垂到直立，穗型由密集到散开穗立形态也会由直立到下垂。 这为品种性状的间接选择指明了方向。

当前， 直立穗型作为中国北方水稻理想株型的重要性状已受到越来越多育种家的重视［12］。 每穗粒数是水稻产量构成的重要因素， 穗大粒多是当前高产新品种选育的主要途径之一［13］。 在水稻育种中，培育粒宽和粒厚较大的品种，增加稻米的千粒重，可提高水稻的产量，改善稻米的品质［14］。本研究表明，穗型性状与有效穗数、穗粒数、千粒数、谷粒长度、谷粒厚度、谷粒长宽比、谷粒形状之间存在着显著、极显著相关性。典型相关分析结果显示， 穗型性状通过穗长、 二次枝梗数影响穗粒数；通过穗立形状影响穗粒数、结实率。 通过穗长影响谷粒形状。 表明，通过选择稻穗较长、二次枝梗数较多的类型，可增加品种穗粒数；选择稻穗较弯的类型，可增加品种穗粒数并提高结实率；选择稻穗较长的类型， 可使品种谷粒形状由短圆形向细长形变化。 这为品种性状综合选择提供了可行方法。