辽宁省粳稻品种产量品质性状因子及聚类分析

刘 研，杜 晗，李 鑫，赵一洲，毛 艇，钟顺成，王诗宇，张 战，倪善君

（辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010）

高产优质历来是稻作科研与生产的重要目标，不同时期对两者的重视程度不同[1]。随着社会的发展稻米品质与产量同步提高已成为水稻育种的重要目标。在产量性状方面，邹江石等[2]发现南方单季稻单位面积穗数自南向北递增，由低海拔向高海拔递增。徐正进等[3]认为辽宁每穗粒数最多，千粒重也较高，因此尽管穗数较少，产量仍然明显高于吉林、黑龙江两省。单株产量与穗粒数、结实率呈极显著正相关[4]。在稻米品质方面，王丹英等[5]对8 390 份稻米的相关分析表明，糙米率、精米率、整精米率两两极显著正相关，长宽比与糙米率、精米率、整精米率、垩白率、垩白度均呈显著负相关关系。垩白粒率和垩白度影响稻米整精米率[6、7]。Chen 等[8]发现，粳稻食味品质与透明度呈显著负相关。有研究表明[1，9]，食味值与蛋白质含量呈负相关，与直链淀粉含量呈正相关，直链淀粉含量与蛋白质含量呈负相关。辽宁省是我国北方粳稻的重要产区，研究粳稻产量性状、品质性状的关系，对辽宁省粳稻品种选育、性状改良具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

供试材料为62 个辽宁省近年来培育的粳稻品种。试验于2019 年在辽宁省盐碱地利用研究所试验地进行。试验材料单株种植、顺序排列，小区4 行垄，行长5 m，行株距30.0 cm×13.3 cm，试验田管理与生产大田相同。

1.2 性状调查

供试品种成熟后收获，每个品种随机选取5株进行性状调查。调查性状包括每穴穗数、每穗粒数、结实率、千粒重、单穗重，并按小区实脱计产。样品在阴凉通风处储藏三个月后，进行品质性状测定与分析。

1.2.1 米饭食味测定 每个品种取精米30 g，放入不锈钢罐中，用流水冲洗干净，然后沥干加水，米水质量比为1：1.3。浸泡30 min 后加盖，将不锈钢罐放入沸腾的电饭锅内的蒸架上，盖好电饭锅盖，蒸煮25 min，再保温10 min，取出冷却至室温。将测定饭样放到测定槽中插入佐竹公司的STA1A 型米饭食味计测定食味值。

1.2.2 稻米理化品质性状测定 参照中华人民共和国农业部部颁标准NY147-88《米质测定方法》[10]测定糙米率、精米率、整精米率、直链淀粉含量、蛋白质含量。应用佐竹公司的JWMT12 型大米外观品质判定仪对垩白粒率、垩白度、粒长、籽粒长宽比进行测定。

1.3 分析方法

利用SPSS13.0 软件将全部品种全部性状进行因子分析，并依据引起变异的第1、第2 主成份在origin7.5 软件上做出二维散点图。利用R4.1.2 软件ggtree 逻辑包对62 个粳稻品种按离差平方和法进行系统聚类。利用STAISTICA6.0 软件采用LSD 法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 粳稻品种产量、品质性状变异表现

由表1 可见，在产量性状方面，单穗重、每穴穗数、每穗粒数的变异系数相对较大，分别为10.7%、10.7%、12.7%；结实率、产量、千粒重的变异系数相对较小，分别为3.2%、4.3%、5.9%。在品质性状方面，垩白粒率、垩白度的变异系数相对较大分别为70.9%、90.0%；直链淀粉、粒长、糙米率、精米率、籽粒长宽比、食味值、蛋白质、整精米率的变异系数相对较低在2.9%～8.5%。可见，供试品种中垩白性状、单穗重、每穴穗数、每穗粒数品种间有较大的差异，其它性状品种间差异较小。

表1 辽宁省粳稻品种产量及品质性状变异表现

2.2 粳稻品种产量、品质性状因子分析

表2 为62 个粳稻品种16 个产量和品质性状的前7 个主因子特征值及贡献率。可以看出，前7个主因子特征值的累计贡献率达86.5%。第1～第7 主因子中特征值的绝对值较大的性状分别为单穗重、每穴穗数、每穗粒数，蛋白质含量、直链淀粉含量，垩白粒率、垩白度，籽粒长宽比、粒长，千粒重，结实率，产量。因此，这7 个主因子可称为穗粒因子、蒸煮因子、垩白因子、粒形因子、粒重因子、结实率因子、产量因子。其所包含的要素信息量可以反映出16 个产量和品质性状原始特征参数的大部分信息，具有较好的代表性。

表2 辽宁省粳稻品种产量、品质性状特征值及特征向量

以第1 主因子作横坐标，第2 主因子为纵坐标分别做成品种、性状的散点图（图1、图2），可直观地揭示62 个粳稻品种及16 个产量、品质性状的分布状况。由图1 可见，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限区间包括品种数分别为16 个、14 个、14 个、18 个，分别占品种总数的25.8%、22.6%、22.6%、29.0%。第Ⅰ象限区间品种第1 主因子为负值，第2 主因子为正值；第Ⅲ象限区间品种第1 主因子为正值，第2 主因子为正负值；第Ⅱ象限区间品种第1、2主因子均为正值；第Ⅳ象限区间品种第1、2 主因子均为负值。表现出不同品种在穗粒因子和蒸煮因子上的差异。

图1 基于因子分析的62 个粳稻品种二维散点图

图2 基于因子分析的16 个产量、品质性状二维散点图

由图2 可见，第1 主因子主要由每穗粒数、单穗重、每穴穗数构成，每穗粒数、单穗重方向一致，但与每穴穗数方向相反。第2 主因子主要由蛋白质含量与直链淀粉含量构成并且方向一致。粒长与籽粒长宽比，糙米率与整精米率，垩白粒率与垩白度距离最为接近，并且粒长、籽粒长宽比与糙米率、整精米率方向相同，与垩白粒率、垩白度方向相反。食味值与蛋白质含量与直链淀粉含量关系更为密切，产量更多的受每穗粒数、单穗重的影响。这为性状的间接选择提供了参考。

2.3 粳稻品种聚类分析

依62 个粳稻品种的7 个主因子得分进行聚类分析，由图3 可见，供试品种可划分为3 个类群，第Ⅰ类群包括雨田446、同创2 号等9 个品种，第Ⅱ类群包括隆粳852 号、沈星6 号等36 个品种，第Ⅲ类群包括雨田457、花粳1323 等17 个品种，分别占品种总数的14.5%、58.0%、27.5%。

图3 62 个粳稻品种聚类图

由表3 可见，3 个类群在产量、每穴穗数、每穗粒数、结实率、千粒重、垩白粒率、垩白度、粒长、蛋白质共9 个性状上的差异达到显著或极显著水平，其它性状差异均不明显。在产量、每穴穗数性状上第Ⅱ、Ⅲ类群差异不显著，极显著高于第Ⅰ类群；在每穗粒数、垩白粒率、垩白度性状上第Ⅲ、Ⅰ类群间，第Ⅱ、Ⅰ类群间差异不显著，第Ⅲ类群极显著高于第Ⅱ类群；在粒长性状上第Ⅱ、Ⅰ类群间，第Ⅲ、Ⅱ类群间差异不显著，第Ⅱ类群极显著高于第Ⅲ类群。在蛋白质性状上第Ⅱ、Ⅲ类群差异不显著，显著高于第Ⅰ类群。表明，不同类群品种具有不同的性状特点。

表3 辽宁省粳稻品种不同类群性状比较

3 结论与讨论

从建国以来，辽宁省水稻品种已经历了多次品种更新。马兴全等[11]认为随着品种的演进，产量水平不断提高，而品种产量的提高归因于穗粒数和单位面积粒数的增加。一般的趋势是在适当降低穗数的基础上，较大幅度地提高每穗粒数和适当增加千粒重，求得产量构成因素乘积和产量的较大幅度提高[12]。赵一洲等[13]在对辽宁省1991～2015 年审定的257 份水稻品种进行品质性状分析后认为，随着时间的推进辽宁省水稻品种表现出籽粒变长、变宽，垩白度减少、透明度、直链淀粉含量、胶稠度下降的趋势，总体上品种优质率逐步提高。表明在品种演进、改良过程中，在产量提高的同时也改善了稻米品质。在具体性状上，王先俱等[14]认为整精米率、垩白粒率和垩白度是辽宁省粳稻品质改良的重点。本研究显示，在产量构成性状中每穴穗数、每穗粒数、单穗重，品质性状中垩白粒率、垩白度品种间差较大，其变幅分别为11.0～18.3 穗/ 穴，89.6～150.3 个/ 穗，2.05～3.37 g、1.0%～24.7%、0.2%～12.7%。表明，每穴穗数、每穗粒数、单穗重、垩白粒率、垩白度是辽宁省粳稻品种选育过程中性状改良的重点。

因子分析法是用较少个数因子的线性函数与特殊因子之和来表达原观察样品的每个分量，是将多个具有相关关系的指标综合为少数几个主因子，通过对指标之间的相关矩阵内部结构的研究，找出数目较少且能控制所有指标绝大多数变异信息的主因子，以便合理解释原变量的相关性因子分析[15]。本研究采用因子分析将62 个粳稻品种的16 个产量和品质性状分为穗粒因子、蒸煮因子、垩白因子、粒形因子、粒重因子、结实率因子、产量因子。在穗粒因子中每穗粒数与单穗重间存在正向作用，而与每穴穗数存在着负向作用。在蒸煮因子、垩白因子、粒形因子中直链淀粉含量与蛋白质含量、垩白粒率与垩白度、粒长与籽粒长宽比间存在正向作用。通过第1、第2 主因子形成品种、性状的散点图更可直观的发现品种在前两个主因子方向上的变化及性状间存在的关系。其研究结果可提高世代选择和性状改良的效率和预见性。

在因子分析的基础上，应用聚类分析将62 个粳稻品种划分为3 个类群，不同类群间具有不同的性状特点，这为杂交育种中品种亲本选择提供了依据。同时也可发现，高产品种群体也可有不同的产量结构，如在稳定适宜穗数的基础上，在高结实率、高千粒重条件下争取的较多每穗粒数；在稳定适宜穗数的基础上，增加每穗粒数。同时高结实、高千粒重、较多每穗粒数也具有较低的垩白粒率和垩白度。这为水稻品种性状选择指明了方向。