豫南粳稻稻米品质的主成分聚类分析

刘秋员+宋晓华+段斌+何世界+李慧龙+甄才红+宋世枝

摘要：为了解豫南地区不同粳稻品种稻米品质特点，利用主成分聚类分析方法统计分析了豫南地区12个粳稻品种的稻米品质。结果表明：垩白度、垩白粒率、垩白大小、胶稠度、直链淀粉含量在品种间的变异系数较大，分别为8866%、80.43%、22.76%、26.46%、18.42%。主成分分析结果表明，垩白度、垩白粒率、精米率、糙米率、粒长、粒宽、胶稠度以及直链淀粉含量是粳稻品质性状的关键指标。同时通过主成分得分聚类分析，12个粳稻品种基本分为6类，其中第Ⅰ类、第Ⅱ类以及第Ⅳ类表现出了高垩白的特征，第Ⅲ类、第Ⅴ类以及第Ⅵ类的垩白性状虽然与优质稻米要求差距相对较小，但其整精米率较差。

关键词：豫南；粳稻；品质；主成分聚类分析

中图分类号： S511.2+20.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0129-03

收稿日期：2015-04-27

基金项目：河南省重大科技专项（编号：121100110200）；国家水稻产业技术体系项目；信阳农林学院校内青年基金（编号：201401021）。

作者简介：刘秋员（1985—），男，江西高安人，硕士研究生，助教，主要从事作物高产优质栽培技术研究。E-mail：joss85@163.com。

通信作者：宋世枝，研究员，主要从事水稻栽培技术研究。E-mail：ssz669@163.com。水稻为我国最主要的粮食作物之一，随着人们生活水平的提高，人们对稻米的品质要求也越来越高，因此，如何提高稻米品质，已成为广大水稻科技工作者极为关注的问题。豫南地区水稻种植历史悠久，常年水稻生产面积 53.33万hm2，占河南省水稻种植总面积的83%，是河南省水稻的主产区[1]。粳稻作为豫南地区近年来大力推广种植的水稻类型，目前对其研究主要集中在粳稻品种筛选和相关栽培技术措施上，而对其稻米品质的关注比较少[2-6]。据此，笔者以豫南地区目前正在试种的12个粳稻品种为研究对象，利用相关统计方法对其稻米品质进行相关分析，以期明确各品种的品质特点，为下一步品种筛选和栽培技术改进提供参考。

1材料与方法

1.1供试品种

选取豫南地区粳稻试种品种共12个，分别为秀水134、浙粳88、武运粳23、南粳9108、盐丰47、辽星一号、龙粳31、龙粳21、新稻18、新丰3号、隆优1875、郑稻18。

1.2检测指标

所检测的指标包括糙米率（X1）、整精米率（X2）、精米率（X3）、垩白度 （X4）、垩白率（X5）、垩白大小（X6）、粒长（X7）、粒宽（X8）、胶稠度（X9）、直链淀粉含量（X10）、 食味得分（X11）。相关检测检测方法严格按照农业行业标准NY/T 83—1988《米质测定方法》进行。

1.3数据分析

利用SPSS 19.0 软件进行主成分和聚类分析。

2结果与分析

2.1豫南粳稻稻米品质指标描述性统计分析

豫南地区12个粳稻品种的品质指标性状及其相关描述性统计分析见表1。从表1可知，11项品质指标中，糙米率、整精米率、精米率、粒长、粒宽以及食味得分变异系数较小，表明这些指标在品种间差异较小；而垩白度、垩白粒率、垩白大小、胶稠度以及直链淀粉含量的变异系数较大，说明品种可能对这些指标有较大的影响。

2.2粳稻稻米品质指标的主成分分析

把12个粳稻的11项品质指标合在一起进行主成分分析，计算出相关矩阵的特征根和相应的特征向量，其结果见表2和表3。由表2可知，根据提取特征值大于1的原则，一共提取到了4个主成分，它们对稻米品质的累计方差贡献率达到了84.702%，说明可以用该4项主成分来描述稻米品质信息。

某一主成分相应的特征向量表示各性状对主成分贡献的大小，其绝对值和符号分别反映了各指标对该主成分作用的大小和性质。结合表2可知，第1主成分的方差贡献率为32.84%，其中垩白度、垩白粒率的载荷系数较大，表明这2个指标在第1主成分中起主要作用，命名为垩白因子；第2主成分的方差贡献率为20.035%，其中精米率、糙米率的载荷系数较大，由于这2项指标均属于碾磨品质指标，因此命名为碾磨因子；第3主成分的方差贡献率为16.801%，其中胶稠度和粒宽的载荷系数较大，因此该主成分是粒宽和胶稠度的一个综合反映；第4主成分的方差贡献率为15.026%，其中直链淀粉含量和粒长的载荷系数较大，因此该主成分是粒长和直链淀粉含量的一个综合反映。

2.3基于主成分得分的各粳稻品种聚类分析

由表3提供的主成分得分系数，可以得到4个主成分的线性组合分别为：F1=-0.072X1+0.11X2-0.093X3+…-0193X11；F2=0.26X1+0.223X2+0.404X3+…+0041X11；F3=0.323X1-0.322X2+0.053X3+…+0.094X11；F4=-0.26X1+0.109X2+0.074X3+…+0.223X11。由这4个线性方程计算出来的各主成分得分见表4。

根据表4各主成分得分，采用平方欧式距离和类平均组间联结系统聚类法对12个粳稻品种进行聚类分析，结果如图1所示。12个粳稻品种大致可以分为6类：武运粳23、盐丰47、浙粳88分别各自成1类；新丰3号、隆优1875、龙粳21成1类；南粳9108、龙粳31、新稻18、郑稻18成1类；秀水134、辽星一号成1类。

对各类别所属品种的品质性状指标的平均值进行对比，并结合优质粳稻米的品质要求，由表5分析发现：碾磨品质方面，各类品种在糙米率方面表现较好，均达到了一级粳稻米的要求，但整精米率除第Ⅱ类和第Ⅲ类达标外，其他类品种与要求均存在一定差距；外观品质方面，各类型的垩白度和垩白粒率均与优质粳稻米要求存在一定差距，其中第Ⅰ类、第Ⅱ类、第Ⅳ类差距较大，第Ⅵ类差距相对较小；蒸煮食味品质方面，第Ⅰ类、第Ⅲ类以及第Ⅴ类的胶稠度未达标，而第Ⅱ类、第Ⅳ类以及第Ⅴ类的直链淀粉含量未达标，从食味得分上来看，以第Ⅵ类的得分最高，为74.37分，第Ⅱ类最低，只有65.81分。

3结论与讨论

本研究结果表明，豫南地区的12个粳稻品种稻米品质差异较大，特别是在垩白度、垩白粒率方面，变异系数均在80%以上。此外，通过主成分分析也发现，垩白度、垩白粒率在第一主成分上拥有较大载荷，说明垩白度、垩白粒率可能是豫南地区粳稻稻米品质的主要限制因子。从聚类分析结果看，12个品种大致分为6类，除在糙米率方面均满足优质米要求外，6个类型的粳稻品种在其他品质指标上表现出了不同的特征，第Ⅰ类、第Ⅱ类以及第Ⅳ表现出了高垩白的特征，而第Ⅲ类、第Ⅴ类以及第Ⅵ类的垩白性状与优质稻米要求差距相对较小，但其整精米率相对较小，这可能与整精米率和垩白度之间存在极显著负相关关系有关[7]。

稻米品质影响因素复杂，不仅受遗传性状控制，同时还受到环境因子的影响，而且稻米品质性状间还存在难以调和的遗传相关性[8-9]，而评价稻米品质的优劣，需要综合考虑碾米品质、外观品质、蒸煮食味品质、营养品质以及安全性等多方面的指标状况[10]。因此，结合本研究结果来看，建议把降低垩白度和垩白粒率作为豫南地区今后粳稻品质改良的重点方向，并同时协调好垩白与其他品质性状间的关系。

参考文献：

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[10]朱智伟. 当前我国稻米品质状况分析[J]. 中国稻米，2006（1）：1-4.