辽宁水稻新品系产量与米质的关系及高食味品系特征分析

孙丽丽 贾浩杨 李坤译 张小鹏 程艳双 孙嘉琳 张晶 徐海 程效义

（沈阳农业大学 水稻研究所/辽宁省北方粳稻遗传育种重点实验室/农业农村部东北水稻生物学与遗传育种重点实验室/北方超级粳稻育种教育部重点实验室，沈阳 110866；第一作者：18302477794@163.com；*通讯作者：xuhai@syau.edu.cn；xychen0512@126.com）

水稻是世界上重要的粮食作物，我国的国情决定了水稻的育种目标在过去很长一段时期内以提高产量为主[1-2]。随着经济形势的变化和居民消费水平的提高，市场上对优质稻米的需求越来越大，如何培育高产优质品种成为广大育种者新的追求目标。关于水稻产量与品质的关系研究报道较多。有研究认为，水稻籽粒长宽比与糙米率和整精米率呈显著负相关[3]，是决定水稻碾磨品质的主要因素[4]；直链淀粉含量与垩白度呈极显著正相关[5]，可通过降低直链淀粉含量减少垩白度，改善稻米外观品质；蛋白质含量增加，提高了水稻的营养品质，但降低了食用口感，使米饭的硬度增大、黏度低，降低食味值[6-8]；食味值随着直链淀粉含量的增加而降低，并呈曲线下降[9-11]。稻米产量与品质均是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果[12]，试验材料和环境条件的改变会导致不同的试验结论。近几年，辽宁稻区先后育成了许多水稻新品系，但对这些新品系产量、米质的差异及其相互关系并不十分清楚，尤其对高食味值品系可能具有的典型特征并无统一认识。本研究以参加辽宁省联合品比试验的89个水稻新品系为试材，通过比较产量结构、穗部性状与米质性状的差异，分析性状间的相关性，明确高食味值品系具有的典型特征，可为培育优质高产高效的水稻新品种提供理论依据。

1 材料与方法

以辽宁省各育种单位新选育的参加联合品比试验的89个水稻新品系为试材，其中，沈阳农业大学水稻研究所23个，沈阳农业大学农学院12个，辽宁省盐碱地利用研究所21个，辽宁省水稻研究所10个，铁岭市农业科学院5个，辽宁东亚种业有限公司2个，大石桥市阳光种业有限公司3个，丹东农业科学院2个，沈阳市裕赓种业有限公司4个，天津天隆科技有限公司2个，沈阳市北星水稻研究所2个，开原市示范繁殖农场1个，个人参试材料2个。于2018年种植在沈阳农业大学辽中卡力玛水稻试验站，每个小区面积21.6 m2，行距30.0 cm，株距13.2 cm，随机区组排列，3次重复。采用大棚基质旱育苗方式育苗，4月27日播种，5月25日插秧，10月5日收获。田间管理与当地生产田一致。成熟后，每个小区取5株稻株风干后于室内考种，调查产量结构和穗部性状，其余材料按小区脱粒测产，室内放置3个月后测定品质指标。采用日本YAMAMOTO公司生产的FC2K型糙米机测定糙米率，用日本YAMAMOTO公司生产的VP-32型精米机测定精米率，用日本SHIZUOKA公司生产的ES-1000大米外观品质判别仪测定稻米外观品质，用日本静冈制机株式会社生产的QS-4000型高精度近红外线食味分析仪测定稻米营养品质，用STA1型米饭食味计测定米饭的外观、硬度、粘度、平衡度和食味值，用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的RVA-4型快速黏度分析仪测量RVA谱特征值。用Excel 2016软件进行数据统计分析与绘制图表。

2 结果与分析

2.1 产量结构和穗部性状表现

由表1可见，参试新品系有效穗数、每穗粒数、二次枝梗结实率、穗型指数变异系数较大，分别为20.55%、15.54%、15.56%和24.14%。而穗长、一次枝梗数、一次枝梗结实率和产量的变异系数相对较小，分别为6.87%、9.16%、4.04%和6.58%。新品系的丛有效穗数在7.6~25.4穗之间，每穗粒数在104.4~265.4粒之间；结实率在64.21%~95.51%之间，平均为83.16%；千粒重在20.65~30.50 g之间，平均为26.06 g；产量在490.73~688.03 kg/667 m2之间，平均612.24 kg/667 m2。

表1 辽宁89个水稻新品系产量结构与穗部性状表现

2.2 米质性状表现

从表2可见，参试材料的整精米率平均为58.85%，80%的品系达到国家优质稻谷标准，其中符合国标2级的有39个，符合国标3级的有32个；垩白度达国家优质稻谷标准的有61%，其中符合国标1级的有5个，符合国标2级的有23个，符合国标3级的有26个；直链淀粉含量指标符合国家优质米标准的达到66%。综合品质指标符合国标2级优质米的新品系有10个，符合国标3级优质米的新品系有17个。米质性状中变异系数大的是垩白度和垩白粒率，分别达64.52%和59.22%；米饭食味值评分在37~83分之间，平均值为58.93分，变异系数15.29%。RVA谱特征值中崩解值的变异幅度最大，在576~1 788 cP之间，变异系数28.08%。

表2 辽宁89个水稻新品系米质性状表现

2.3 产量结构、穗部性状与稻米品质的关系

表3显示，穗长与糙米率、精米率呈显著负相关，与垩白度、垩白粒率呈极显著负相关，与长宽比呈显著正相关，即稻穗越长的品系，粒型越长，垩白越少，糙米率和精米率越低。一次枝梗结实率与整精米率和精米率呈显著或极显著正相关，即一次枝梗结实率越高的品系，整精米率和精米率越高。二次枝梗结实率与长宽比呈显著正相关，即粒型越偏长的品系，二次枝梗结实率越高。蛋白质含量与一次枝梗数、着粒密度、每穗粒数呈显著正相关，与穗型指数呈极显著负相关，即一次枝梗数和每穗粒数越多、着粒越密、籽粒偏向穗轴下部分布的品系，蛋白质含量相对较高。产量与米饭的外观、平衡度、食味值呈显著正相关，与硬度呈显著负相关，即产量越高的品系，米饭的外观、平衡度越好，硬度偏软，食味越好。

表3 辽宁89个水稻新品系产量结构、穗部性状间与稻米品质的相关性

2.4 产量结构、穗部性状与RVA特征值之间的关系

从表4可见，稻米淀粉RVA谱特征值中的穗型指数与峰值黏度呈极显著负相关，即籽粒越偏向穗轴下部分布的品系，峰值黏度越大。二次枝梗结实率与最终黏度呈显著正相关，即二次枝梗结实率越高，最终黏度越高。千粒重与消减值呈极显著负相关，即千粒重越大的品系，消减值越小。大多数产量结构和穗部性状与RVA谱特征值之间的相关性未达显著水平。

表4 辽宁89个水稻新品系产量结构、穗部性状与RVA特征值之间的相关性

2.5 蒸煮品质与营养品质间的关系

从表5可见，蛋白质含量与米饭外观、黏度、平衡度、食味值呈极显著负相关，与硬度呈极显著正相关。即这些新品系中，蛋白质含量越高的品系，米饭外观越差，硬度高、黏度低、平衡度差，食味值随之下降。蒸煮食味品质与直链淀粉含量的相关性未达显著水平。

表5 辽宁89个水稻新品系蒸煮食味品质与营养品质间的关系

2.6 营养品质与RVA特征值之间的关系

从表6可见，蛋白质含量与热浆黏度、峰值时间、最终黏度存在显著至极显著的正相关，与崩解值呈极显著负相关，即蛋白质含量越高的品系，热浆黏度和最终黏度越大，达到峰值的时间越长，崩解值越小。直链淀粉含量与热浆黏度、最终黏度、峰值时间存在显著和极显著的正相关，与崩解值、糊化温度存在极显著负相关，即直链淀粉含量越高的品系，热浆黏度、最终黏度越大、峰值时间越长，糊化温度越低，崩解值越小。

表6 辽宁89个水稻新品系营养品质与RVA特征值之间的关系

2.7 蒸煮品质与RVA特征值之间的关系

从表7可见，消减值与米饭外观、黏度、平衡度、食味值呈极显著负相关，与硬度呈极显著正相关，即消减值越低的品系，米饭的外观越好，硬度越差，黏度大，平衡度好，食味值越高。其他RVA谱特征值与蒸煮食味品质的相关性均未达显著水平，可见，消减值是今后选育高食味品种的重要参考指标。

表7 辽宁89个水稻新品系蒸煮品质与RVA特征值之间的关系

2.8 高食味值类型品系的特征

将89个水稻新品系按照蒸煮食味评分值高低划分为低食味组（食味值＜55，共28个品系）、中食味组（食味值55~65，共40个品系）、高食味组（食味值≥65，共21个品系）。属于高食味组的品系有铁1811、辽810、沈稻100、TL225、沈星稻28、辽825、盐粳129、G305、沈稻330、沈稻61、沈稻897、沈稻65、开734、阳光17、辽812、辽819、盐粳46、DDSC-1、盐粳120、盐粳239和铁1708。由表8可知，低食味组与高食味组间差异显著的性状是粒型、蛋白质含量、消减值，即与低食味组相比，高食味组的粒型长、蛋白质含量和消减值低。

表8 辽宁89个水稻新品系高食味值类型特征比较

从表7可知，食味值与消减值呈极显著负相关，消减值越小食味越好，这与赵国珍等[13]研究结果一致。消减值是RVA特征值中的最终黏度和峰值黏度的差值，表示淀粉糊逐渐冷却时，淀粉分子的回生或重排，特别是直链淀粉分子之间发生一些重聚合所带来的黏度增加值。以RVA特征值中的消减值为自变量（X）、稻米食味值为因变量（Y）做回归分析（图1），发现两者呈二次曲线关系，二次回归方程Y=-0.0002X2+0.4011X-140.13，一次项为正数，二次项为负数，方程成立，并对上述方程进行F检验，F=15.54、P=0.00016、决定系数R2=0.2155，说明食味值与消减值回归关系达到极显著水平，但拟合优度稍低。利用回归方程计算此二次曲线食味值Y的极值，当消减值为1 005.5 cP时，食味值最大。

图1 辽宁89个水稻新品系消减值和蒸煮食味值分布图

3 讨论与结论

3.1 讨论

过去为解决温饱问题，育种目标追求高产，选育出的水稻品种产量高，但米质相对较差。本研究结果表明，产量越高的品系，米饭的外观、平衡度越好，硬度偏软，食味越好。说明提高产量与改善米质并不矛盾，完全有可能选育出产量与米质兼顾的品种。本研究发现，稻穗越长的品系，粒型越长、垩白越少、糙米率和精米率越低；粒型越长的品系，二次枝梗结实率越高；一次枝梗数和穗粒数越多、着粒越密、籽粒越偏向穗轴下部分布的品系，蛋白质含量越高；籽粒越偏向穗轴下部分布的品系，稻米淀粉RVA谱特征值中的峰值黏度越大；千粒重越大的品系，消减值越小。这些结论与前人的研究结果有异有同[14-20]。辽宁稻区主栽的水稻品种70%为直立穗型，其典型特征是穗子短、粒型圆、千粒重小、每穗粒数多、着粒密、籽粒偏向穗轴下部分布，这样的特征显然不利于品质改良[21-24]。今后应尽可能选择穗子和粒型偏长、千粒重大、着粒稀、每穗粒数稍少、籽粒偏向穗轴上部分布的株系。

本研究发现，蛋白质含量越高的品系，米饭外观越差，硬度高、黏度低、平衡度差，食味值低。可见，若想提高稻米食味，要尽可能降低蛋白质含量。有研究指出，消减值对食味影响最大，可作为改善米质的参考指标[25]。本研究得出，消减值越低的品系，米饭的外观越好，硬度偏软、黏度大、平衡度好，食味值越高。稻米产量和品质均是多基因控制的数量性状，既受自身遗传基因的控制[26]，又受外界环境变化的影响[27-29]，今后应开展多年多点试验，深入阐明产量与米质的形成机理，为选育高产优质高效的水稻新品种提供理论参考。

3.2 结论

辽宁稻区近年来选育的89个水稻新品系中，平均产量为612.24 kg/667 m2，符合国标2级优质米和3级优质米标准的新品系分别有10个和17个，优质率并不高。本研究表明，高食味值品系的典型特征是粒型较长、蛋白质含量和消减值较低。当消减值在1 005.5 cP左右时，食味表现最好。育种者在后代材料中应选择粒型较长、蛋白质含量较低、消减值在1 005.5 cP左右的品系，有利于提高稻米食味品质。