秩次分析法在低镉水稻品种筛选中的应用

滕振宁张玉烛方宝华刘洋孙姣辉杨坚何小娥

（1湖南省水稻研究所，长沙410125；2湖南农业大学农学院，长沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通讯作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

秩次分析法在低镉水稻品种筛选中的应用

滕振宁1，2张玉烛1*方宝华1刘洋1，2孙姣辉2杨坚1，2何小娥1，2

（1湖南省水稻研究所，长沙410125；2湖南农业大学农学院，长沙410128；第一作者：sailingtzn@163.com；*通讯作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

以参加湖南省低镉水稻品种筛选试验的31个早稻品种为材料，将这些品种种在15个盆栽试验环境点，获得稻米镉含量数据，使用非参数统计方法-秩次分析法，对参试品种的稻米镉含量及其稳定性进行综合分析与评价，以筛选具有稳定低镉性状的早稻品种。结果表明，品种v20（两优早17）和v23（株两优706）属于稻米低镉性能和镉含量稳定性均较好的品种，适合一般污染区大面积种植；秩次分析法适用于低镉水稻筛选试验中品种低镉性能和镉含量稳定性评价，是一种实用、可行的数据处理方法。

秩次分析法；非参数度量；镉；水稻；筛选

近年来，镉污染已成为社会广泛关注的问题，“镉大米”事件更造成消费者的恐惧。目前，我国耕地镉污染严重，轻、中度污染土壤面积比例大，能否在这类耕地上生产出符合国家标准的稻米是目前急需解决的问题。研究表明，作物对镉的吸收和积累存在基因型间差异[1-8]，筛选低镉吸收品种为在轻度镉污染土壤上持续生产质量安全产品提供了有效可行的途径[9-11]。

有研究表明，稻米镉含量不仅受到基因型影响，也受环境及两者的交互作用影响[8，12-14]。目前，低镉水稻品种主要以稻米镉含量为评价指标，忽略了稻米镉含量受环境影响而变化较大的问题。因此，低镉水稻品种筛选、评价工作，在考虑稻米低镉含量的同时，要对各参试品种环境稳定性进行有效评估。秩次分析法主要用于评价参试品种在区域试验中的丰产性、稳产性和适应性，并在玉米[15-16]、小麦[17]、水稻[18]、苦荞[19]等作物区试中得到很好的应用。本研究采用秩次分析法对2015年湖南省低镉水稻筛选试验中的31个早稻品种的稻米镉含量及其稳定性进行综合分析与评价，以期筛选具有低镉积累和环境稳定性的水稻品种，探寻低镉水稻品种筛选、评价的新方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料与方法

以参加2015年湖南省低镉水稻筛选试验的31个早稻品种为材料，对其在15个盆栽试验点的数据进行分析。15个试验点分别代表15个镉浓度梯度，土壤来自各地区稻田自然土壤，从轻微污染区的0.35 mg/kg（镉含量）至重度污染区的4.61 mg/kg。全生育期淹水1～4 cm，施肥及病虫草害按常规方法。水稻收获时每个品种4次重复单独收割，同时取土样1 kg。土壤全镉及糙米镉含量委托湖南省水稻研究所稻米及制品检测中心按国家标准进行检测。

1.2 秩次分析的统计方法[20-22]

对不同试验环境下各品种镉含量进行方差分析及多重比较，删除品种间镉含量无显著差异的试验点，对剩余数据继续分析，计算评价品种表现的平均数分级值H1Mi和秩次值H2Mi及环境区分指数YM。

第M试验点环境下，将平均数显著高于i品种平均数的品种数定义为i品种平均数的分级值，记为H1Mi，越大，则i品种在第M试验点环境下的低镉优势越大。将各品种的H1Mi从大到小进行排序，排序位次记作秩次值H2Mi，秩次值越小则该品种优势越强，且∑H2Mi=v（v+1）/2（v为参试品种数）。

环境区分指数（YM）用于判断试验点环境条件对品种差异的区分能力。但当YM值小于80%，则该试验点环境对区分品种差异的实用信息量极小，不易用于数据分析，则提出该试验点数据。YM计算方法如下：YM（%）=（∑H2Mi2-C'）/P×100（i=1，2，…，v）。式中，C=∑v2；C'=v（v+1）2；P=C-C'。

用参试品种在有效试验点稻米镉含量秩次平均值（H2i）作为判断品种稻米低镉性能的统计计量，H2i值越小，则说明第i品种的稻米低镉性越好；用参试品种的秩次均方（Si2）作为判断品种稻米镉含量稳定性的统计量，Si2越小，第i品种的稻米镉含量稳定性越好。相关计算公式如下：

表1 31个早稻品种在13个试验环境下稻米镉含量 （mg/kg）

续表1。

续表1。

H2i=∑H2Mi/m（M=1，2，…，m；m为有效试验点个数）

表2 13个试点环境下31个早稻品种的分级值H1Mi

1.3 数据分析

一般数据统计采用Excel 2007软件，模型数据分析利用DPS数据处理系统，采用Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 各试点环境下参试品种的分级值、秩次值及环境区分指数

2.1.1 品种方差分析

对15个试验环境下品种间稻米镉含量结果进行方差分析，经F测验，H10和H14这2个试验环境下品种的稻米镉含量差异未达到显著水平，因此将其剔除。对其余13个试验环境下镉含量数据进一步分析，计算出各试点环境下的最小显著差数（LSD0.05）（表1）。

2.1.2 各试点环境下参试品种的分级值H1Mi、秩次值H2Mi及环境区分指数YM

根据表1计算出31个早稻品种在13个试点环境下的分级值H1Mi列于表2，再根据分级值H1Mi计算出秩次值H2Mi及环境区分指数YM列于表3。由表3可以看出，各试点环境的YM值均大于80%，说明这13个试点环境对品种表现区分能力较强，可以根据这13个有效环境试点的信息进一步分析。

2.2 计算各参试品种稻米镉含量秩次的平均值和秩次均方

根据表3计算各参试品种稻米镉含量秩次的平均值H2i和秩次均方Si2，分别列于表4。分析可知，稻米低镉性最好的品种是v20、v23和v04；镉含量稳定性较好的品种有v07、v02、v26、v20、v22等；综合各品种的镉含量，可以认为v20和v23属于稻米镉积累量较低且不同环境条件下稳定性较好的品种。

2.3 稻米低镉性及镉含量稳定性综合评价

根据参试品种数计算出秩次均值（H2）和秩次理想标准差（SH2）[20-22]：

表3 各参试品种秩次值H2Mi及环境区分指数YM

根据参试品种的秩次均方（Si2）计算出均方均值（S2）和均方标准差（SS2）[20-22]：

本试验中表现稻米低镉性能的品种其秩次值上限为H2-0.67 SH2=9.81，表现稻米高镉性能的品种其秩次值下限为H2+0.67 SH2=22.19，秩次值介于9.81～22.19之间的可划分为稻米镉含量一般性品种；高于平均稳定性的秩次均方值Si2上限S2-0.67 SS2=44.98，低于平均稳定性的秩次均方值Si2下限为S2+0.67 SS2=81.69，稻米镉含量具有平均稳定性的品种秩次均方在44.98～81.69之间。

借鉴金文林[21]的品种产量性能及稳定性评价模型，以H2i为横轴，Si2为纵轴做散点图，并将稻米镉含量性能的上下限和稳定性的上下限用虚线表示，如图1所示。其中5个为典型区域：（Ⅰ）低镉稳定型；（Ⅱ）低镉不稳定型；（Ⅲ）一般平均稳定型；（Ⅳ）高镉不稳定型；（Ⅴ）高镉稳定型；其余4个区域为过渡区域。

由图1可以看出，Ⅱ、Ⅳ区域没有品种分布；Ⅰ区有2个品种（v20和v23），这2个品种属于低镉稳定型品种；Ⅴ区有3个品种（v07、v24和v26），这3个品种稻米低镉性差，且稳定性高；Ⅲ区分布有17个品种，属于稻米镉含量一般，具有平均稳定性的品种；其余9个品种分布在过渡区。

3 讨论

本研究采用秩次分析法分析早稻稻米低镉性能和稻米镉含量的稳定性，在秩次分析的过程中，先去掉品种间差异未达到显著水平的试验环境，再剔除掉对品种稻米镉含量高低区分较弱的试验环境，最后结果表明，品种v20（两优早17）和v23（株两优706）属于稻米低镉性能和镉含量稳定性均较好的品种，适合一般污染区大面积种植。

表4 各参试品种平均秩次值（H2i）和秩次均方（Si2）

图1 早稻品种综合评价

品种评价是筛选试验的目的，试验评价是品种评价的基础，能否对品种镉含量及其环境稳定性做出客观评价是筛选稳定、低镉水稻品种的关键。稻米镉含量不仅受到基因型影响，也受环境影响，因此正确评价品种镉含量及其环境稳定性显得尤为重要。秩次分析法以方差分析为基础，通过计算环境区分指数YM，并赋予其一定的阀值来剔除试验误差过大，或对品种稻米镉含量高低难以区分的试验环境，从而能对各参试品种在多试点环境下低镉性和环境稳定性做出客观评价，为筛选鉴定稳定低镉水稻品种提供依据。

致谢：本文引用了2015年湖南省早稻低镉品种筛选试验部分数据，对参加品种筛选试验的工作人员的辛勤劳动，致以谢意！

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Rank Analysis Method Utilization on Screening Low Cadmium Rice Varieties

TENG Zhenning1,2,ZHANG Yuzhu1*,FANG Baohua1,LIU Yang1,2,SUN Jiaohui2,YANG Jian1,2,HE Xiaoe1,2
（1Hunan Rice Research Institute,Changsha 410125,China;2Hunan Agriculture University,Changsha 410125,China;1st author:sailingtzn@163. com;*Corresponding author:yuzhuzhang@hotmail.com）

In this research,the data of 31 early rice varieties which participated in low cadmium rice varieties screening trials in the 15 selected test environments in Hunan,using non-parametric statistical methods-rank analysis to analyze and evaluate the Cd content and stability of the tested varieties comprehensively.The results showed that Liangyouzao 17 and Zhuliangyou 706,which belong to low and stable Cd content rice varieties,could be widely planted in slight pollution soil.In screening low cadmium rice varieties test,the rank analysis method is a practical and forthright analysis method evaluating the Cd content and stability of the varieties.

rank analysis method;nonparametric;cadmium;rice;screening test

S511

A

1006-8082（2017）02-0021-06

2016－11－11

湖南省科技重大专项（2011FJ1002）；湖南省重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点项目