豫南稻区机直播单季中籼杂交稻丰产优质品种筛选

张 静，詹俊辉，任 翠，杜彦修，李俊周，孙红正，彭 廷，赵全志

(河南农业大学 农学院/河南粮食作物协同创新中心/河南省水稻生物学重点实验室,河南 郑州 450002)

豫南稻区地处河南、安徽、湖北省交界处，属于北亚热带湿润季风性气候，是中国南北气候分界线，具有明显的过渡性特征及发展水稻生产的优越生态条件[1-2]。当地直播稻存在的主要问题：一是机械播种面积少，直播以人工撒播为主，且机直播配套的技术欠缺，相应的栽培管理措施跟不上；二是适宜直播的水稻品种不足，当前直播水稻多采用移栽方式选育的品种，造成直播后水稻生育期变短，产量不稳定。作物高产的重要前提是构建高质量群体[3]。因此，研究豫南稻区机直播单季中籼杂交稻群体质量特征，筛选出适宜豫南稻区机直播种植的丰产优质品种对当地水稻生产具有重要意义。关于水稻品种筛选，前人从产量结构、稻米品质、抗病性等主要农艺性状方面进行了大量的研究[4-13]。刘书通等[14]研究表明，长江中下游中籼杂交稻区试品种产量达9 t/hm2以上，其有效穗数约为255 万穗/hm2，每穗总粒数为180～200粒，结实率为80 %以上，千粒质量约为27 g。况浩池等[15]通过对四川省审定的36个中籼杂交稻的主要品质性状进行对比发现，垩白度和垩白粒率是品质提升的主要限制因素，提出遗传改良中可选择粒型偏长、近圆柱形、容量大、无裂纹的品种。秦文婧等[16]采用大田自然受害与室内人工接虫结合的方法，从344个粳稻、籼稻和糯稻品种中筛选出抗二化螟品种2个及中抗品种65个。水稻品种筛选除以农艺性状为评价指标外，氮效率高低、富硒能力强弱等也被作为重要的评价指标[17-20]。冯洋等[21]在氮高效和氮低效品种筛选中发现，广两优35为氮高效品种，秀水134为氮低效品种，低氮胁迫下氮高效品种产量较高的原因为其能够获得较多的穗数和穗粒数。目前，虽然关于中籼杂交稻品种的筛选研究较多，但有关豫南稻区机直播单季中籼杂交稻品种筛选的研究尚未见报道，且缺乏综合性的筛选指标体系。因此，以41个中籼杂交稻品种为试验材料，以水稻生育期、产量及其构成因素、稻米品质特性、抗病性等为评价指标，进行机直播丰产优质品种的筛选，明确豫南稻区机直播单季中籼杂交稻丰产优质品种的特征，旨在选出高产、优质、抗性强且适宜机直播的中籼稻品种，为豫南稻区水稻机直播高产技术体系的建立提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及试验材料

试验于2017年4—10月在河南农业大学信阳市平桥区甘岸镇二郎村试验基地进行，该地区水稻全生育期≥0 ℃积温为3 745.8 ℃，日平均气温为25.3 ℃，降水量为774.0 mm，总日照时数为807.9 h。研究区土壤为水稻土，pH值为6.41，含有机质29.29 g/kg、全氮1.00 g/kg、碱解氮36.74 mg/kg、速效磷16.51 mg/kg、速效钾139.3 mg/kg。

供试水稻为41个中籼杂交稻品种，主要来源于浙江、江苏、安徽、湖南、湖北、广东省(表1)。

表1 41个中籼杂交稻品种名称

1.2 试验设计

试验采用华南农业大学2BD-10型机械精量穴直播机播种，随机区组设计，3个重复，共计123个小区，小区面积为35 m2。4月21日直播。中等施肥水平，总施肥量为尿素330 kg/hm2、过磷酸钙450 kg/hm2、氯化钾300 kg/hm2。尿素按基肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶3∶4的比例施用，过磷酸钙全部作基肥，氯化钾按基肥∶穗肥=5∶5的比例施用。株行距为18 cm×25 cm，肥水及其他田间栽培管理同一般高产田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育期 调查水稻生育期及主要生育时期(播种期、抽穗开花期、成熟期等)。

1.3.2 产量及其构成因素 成熟期，调查每小区植株60穴计算单位面积有效穗数，根据平均穗数取样法取代表性植株5穴，考查穗粒数、结实率和千粒质量。各小区均取6 m2(2 m×3 m)实收计产。

1.3.3 稻米品质、抗病性及抗倒伏性 稻米的外观品质(垩白度、垩白粒率)、加工品质(糙米率、精米率、整精米率)按GB/T 17891—1999 方法测定[22]，重复3次，取平均值。抗病性主要调查田间水稻植株对稻瘟病、纹枯病的感病率。抗倒伏性主要调查田间水稻植株的倒伏面积占该品种种植面积的比率。

1.3.4 冠层温度 冠层温度采用BAU-1型手持式红外测温仪测定，参照樊廷录等[23]的方法进行，于抽穗开花期(7月25日—8月9日)选择晴朗无云的天气，于13:00—14:00测定每个小区的冠层温度，每小区重复测定5次，取平均值。

1.3.5 干物质积累量及叶片SPAD值 干物质的测定参照刁操铨等[24]的方法进行。于抽穗开花期、成熟期调查每小区茎蘖数，按平均茎蘖法每小区选取代表性植株3穴进行干物质积累量测定，将其地上部分分为茎鞘、叶、穗3部分，于105 ℃下杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，分别称质量，并计算茎鞘物质输出量、转运率、贡献率。茎鞘物质输出量= 抽穗开花期茎鞘干质量-成熟期茎鞘干质量，茎鞘物质转运率=(抽穗开花期茎鞘干质量-成熟期茎鞘干质量)/抽穗开花期茎鞘干质量×100%，茎鞘物质贡献率=(抽穗开花期茎鞘干质量-成熟期茎鞘干质量)/成熟期穗干质量×100%；抽穗开花期另取3穴分别测定剑叶、顶2叶、顶3叶、顶4叶SPAD值，每片叶上、中、下部位各测1次，取平均值。

1.4 数据分析

采用Excel 2007与SPSS 19.0处理数据与制图。

2 结果与分析

2.1 水稻品种农艺性状变异分析

由表2可知，41个供试中籼杂交稻的产量、有效穗数、穗粒数的变异系数均大于10.00%，生育期、结实率和千粒质量的变异系数均小于10.00%，其中，变异系数最大的为穗粒数，其次为有效穗数，分别达到23.85%、16.24%。有效穗数和穗粒数的级差值均达到同性状最小值的1倍以上，最大的为穗粒数，为1.55；产量、生育期、结实率、千粒质量的级值差虽未达到同性状最小值的1倍，但也分别达到0.83、0.27、0.23、0.41，表明41个供试中籼杂交稻间差异明显。

表2 41个中籼杂交稻主要农艺性状变异情况

2.2 水稻品种主要农艺性状聚类分析

以产量、有效穗数、穗粒数、结实率、千粒质量和生育期6个主要农艺性状作为综合指标对41个中籼杂交稻进行聚类分析，取欧氏距离为8。由图1可知，41个中籼杂交稻被聚为5类，第Ⅰ类群包括23个品种，分别为广两优476、扬两优6号、C两优396、C两优华占、徽两优858、皖稻153、珞优8号、广两优272、中浙优1号、天优华占、深两优5814、超优千号、丰两优6348、丰两优4号、两优3905、五山丝苗、中浙优8号、新两优6号、广两优香66、钱优911、丰优香占、E两优476、新优188；第Ⅱ类群包括6个品种，分别为E两优60、徽两优996、中浙优10号、新两优6380、徽两优6号、丰两优香1号；第Ⅲ类群包括6个品种，分别为钱优930、广两优5号、Y两优2号、Y两优900、荃早优丝苗、新两优611；第Ⅳ类群包括3个品种，分别为早优929、荃早优406、天两优616；第Ⅴ类群包括3个品种，分别为荃优3301、准两优608、两优培九。

图1 41个中籼杂交稻主要农艺性状聚类分析

2.3 不同类群水稻产量及其构成因素分析

由表3可知，不同类群水稻有效穗数、结实率、千粒质量间的差异均不显著；穗粒数表现为Ⅲ>Ⅰ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅴ，第Ⅲ类群达169.72粒，显著高于第Ⅱ、Ⅴ类群，但与第Ⅰ、Ⅳ类群无显著差异；第Ⅲ类群产量显著高于其他类群，达11 081.28 kg/hm2，其次为第Ⅰ类群，第Ⅴ类群最低，且各类群间差异均达到显著水平。因此，第Ⅲ类群水稻品种主要通过增加穗粒数来提高产量。

表3 不同类群水稻产量及其构成因素

注：同列数据后不同小写字母表示不同类群间差异达到显著水平(P<0.05)，下同。

2.4 不同类群水稻生育期和稻米品质分析

由图2可知，第Ⅳ类群水稻生育期显著低于其他类群，为140 d，而其他类群水稻生育期均在150～158 d，差异不显著。由图2可知，5个类群水稻的糙米率均无显著差异；第Ⅳ类群水稻的精米率显著低于其他类群，其他类群间均无显著差异；5个类群水稻的整精米率表现为Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅳ，第Ⅳ、Ⅴ类群显著低于其他类群，其中第Ⅲ类群水稻整精米率达49.70%。由图2可知，各类群水稻垩白度、垩白粒率均表现为Ⅲ=Ⅴ<Ⅳ<Ⅰ<Ⅱ，差异均不显著，其中第Ⅲ类群水稻垩白度、垩白粒率分别为5.40%、19.98%。综上可知，与其他类群相比，第Ⅲ类群水稻品种整精米率最高，垩白度和垩白粒率最低。

不同小写字母表示不同类群间差异显著(P<0.05)，下同图2 不同类群水稻生育期及稻米品质比较

2.5 不同类群水稻抗病性和抗倒伏性分析

由表4可知，第Ⅰ类群水稻稻瘟病感病情况最严重，感病品种数占总品种数的56.10%，感病率为10.00%～24.00%；第Ⅴ类群水稻稻瘟病感病最轻，感病品种数占总品种数的4.88%，感病率为9.00%～11.00%；第Ⅳ类群水稻稻瘟病感病较轻，感病品种数占总品种数的7.32%，感病率为16.00%～20.00%；第Ⅱ、Ⅲ类群水稻稻瘟病感病品种数占总品种数的比例均为9.76%，感病率分别为14.00%～22.00%、8.00%～20.00%。对于纹枯病感病情况，第Ⅳ类群水稻均没有发生纹枯病；第Ⅱ、Ⅴ类群水稻发生纹枯病情况较轻，感病品种数占总品种数的比例均为2.44%，感病率均为0～10.00%；第Ⅲ类群水稻纹枯病感病品种数占总品种数的4.88%，感病率为0～12.00%；第Ⅰ类群水稻纹枯病感病最重，感病品种数占总品种数的17.07%，感病率为6.70%～16.00%。

田间调查发现，在41个中籼杂交稻品种中，仅第Ⅰ类群中的中浙优1号、珞优8号发生倒伏，倒伏率分别为35.00%、37.00%。

表4 不同类群水稻稻瘟病、纹枯病感病情况 %

2.6 不同类群水稻抽穗开花期冠层温度、冠气温差及其与产量、产量构成因素、稻米品质的相关性分析

由图3可知， 抽穗开花期不同类群水稻冠层温度间差异均不显著；第Ⅴ类群水稻冠气温差绝对值最大，第Ⅰ、Ⅱ类群水稻冠气温差绝对值显著低于第Ⅴ类群，其他处理间差异均不显著。其中，第Ⅰ类群水稻品种冠层温度最高、冠气温差绝对值最低，其次是第Ⅱ类群水稻品种；第Ⅲ类群水稻品种冠层温度最低，但冠气温差绝对值中等。

对不同类群水稻抽穗开花期冠层温度、冠气温差与产量、产量构成因素及稻米品质进行相关性分析(表5)可知，第Ⅰ类群水稻冠层温度与有效穗数呈极显著负相关；冠气温差与有效穗数呈极显著正相关，与穗粒数呈极显著负相关。第Ⅱ类群水稻冠层温度、冠气温差与有效穗数的相关性与第Ⅰ类群一致，另外，冠层温度与整精米率呈显著负相关，冠气温差与垩白度、垩白粒率分别呈显著、极显著负相关。第Ⅲ类群冠层温度与有效穗数、穗粒数、整精米率均呈极显著负相关，与垩白粒率呈显著负相关，与千粒质量呈显著正相关；冠气温差与结实率呈极显著正相关。第Ⅳ类群水稻冠层温度、冠气温差与产量及其构成因素均无显著相关性，而与稻米品质的相关性具体表现为：冠层温度与精米率、整精米率均呈显著负相关，冠气温差与垩白度、垩白粒率均呈显著负相关。第Ⅴ类群水稻冠层温度与有效穗数、精米率均呈极显著正相关，与垩白度、垩白粒率均呈显著负相关；冠气温差与有效穗数呈极显著负相关，与产量、穗粒数均呈显著正相关，与垩白度、垩白粒率均呈极显著正相关。

图3 不同类群水稻冠层温度、冠气温差比较

类群指标产量有效穗数穗粒数结实率千粒质量糙米率精米率整精米率垩白度垩白粒率Ⅰ冠层温度0.022-0.349∗∗0.152-0.1850.018-0.013-0.108-0.1870.1320.044冠气温差-0.0120.358∗∗-0.340∗∗0.1660.127-0.040-0.1030.0350.1520.174Ⅱ冠层温度-0.005-0.687∗∗-0.0270.0750.015-0.2260.003-0.481∗0.1640.159冠气温差-0.0500.700∗∗-0.304-0.0990.286-0.144-0.1390.284-0.588∗-0.614∗∗Ⅲ冠层温度-0.217-0.660∗∗-0.742∗∗-0.4610.555∗0.161-0.188-0.620∗∗-0.442-0.506∗冠气温差0.1300.2990.4060.660∗∗-0.189-0.310-0.1710.3160.1400.233

续表5 抽穗开花期不同类群水稻冠层温度、冠气温差与产量及其构成因素和稻米品质的相关性

注：*、**分别表示相关性显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，下同。

综上可知，抽穗开花期不同类群水稻冠层温度和冠气温差对产量构成因素及品质的影响不同。冠层温度与第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类群水稻品种的有效穗数呈极显著负相关，与第Ⅴ类群水稻品种的有效穗数呈极显著正相关，与第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类群水稻品种的整精米率呈显著或极显著负相关；冠气温差与第Ⅱ、Ⅳ类群水稻品种的垩白度、垩白粒率呈显著或极显著负相关，而与第Ⅴ类群水稻品种的垩白度、垩白粒率均呈极显著正相关，与第Ⅲ类群水稻品种结实率呈显著正相关。

2.7 不同类群水稻干物质积累、运转差异及与抽穗开花期冠层温度、冠气温差的相关性分析

由表6可知，不同类群水稻收获指数表现为Ⅲ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅱ>Ⅴ，第Ⅲ类群显著高于第Ⅱ、Ⅴ类群，与第Ⅰ、Ⅳ类群无显著差异。抽穗开花期、成熟期不同类群水稻叶、茎鞘、穗干质量均无显著差异，不同类群水稻茎鞘物质输出量、茎鞘物质转运率和茎鞘物质贡献率也均无显著差异，茎鞘物质输出量表现为Ⅰ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅴ，茎鞘物质转运率表现为Ⅳ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅴ，茎鞘物质贡献率表现为Ⅳ>Ⅰ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅱ。

表6 不同类群水稻干物质积累、运转差异

由表7可知，第Ⅰ类群水稻冠层温度与抽穗开花期叶片干质量呈显著负相关；第Ⅱ类群水稻抽穗开花期冠层温度与茎鞘物质输出量、茎鞘物质贡献率均呈极显著负相关，与茎鞘物质转运率呈显著负相关，冠气温差与抽穗开花期叶片、穗干质量分别呈极显著、显著正相关；第Ⅲ类群水稻抽穗开花期冠层温度与叶片、茎鞘干质量、茎鞘物质输出量、茎鞘物质贡献率呈极显著或显著负相关；第Ⅳ类群水稻冠层温度与抽穗开花期穗干质量呈显著负相关，与茎鞘物质贡献率呈显著正相关；第Ⅴ类群水稻冠气温差与成熟期叶片干质量呈极显著负相关。

表7 不同类群水稻冠层温度、冠气温差与干物质积累、运转的相关性

2.8 不同类群水稻抽穗开花期上、下位叶片SPAD值及顶4叶和顶3叶的SPAD差值(SPADL4-L3)分析

由图4可知，第Ⅴ类群水稻剑叶SPAD值显著高于其他类群，其他类群间均无显著差异；第Ⅳ类群水稻顶3叶SPAD值显著低于其他类群，其他类群间均无显著差异；各类群水稻顶2叶、顶4叶SPAD值均无显著差异。由图4可知，不同类群水稻SPADL4-L3值表现为Ⅳ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅰ，第Ⅳ类群显著高于其他类群，其他类群间均无显著差异。

图4 抽穗开花期不同类群水稻剑叶、顶2叶、顶3叶与顶4叶SPAD及SPADL4-L3值

3 结论与讨论

水稻是主要的粮食作物，提高水稻产量对于保障国家粮食安全具有重要意义，而产量的提高主要依赖于高产材料的选育及科学先进的田间栽培管理技术，实行良种良法相互配套[25]。肖佳雷等[26]对黑龙江省273份不同水稻种质资源农艺性状进行鉴定、筛选，筛选出综合性状优异的地方品种7份、国外品种13份和选育品种13份。李培富等[27]研究表明，水稻在适宜的穗长和株高条件下，应适当增加穗粒数和千粒质量，从而提高产量。除此之外，关于不同年限间早稻品种的鉴定与筛选分析、水稻抗病性状的改良及选育等前人做了大量研究[28-30]。作物产量及其构成因素一直是品种筛选的首要指标[26-27]，本研究通过大田机直播方式对41个中籼杂交稻品种进行筛选表明，第Ⅲ类群水稻品种产量、穗粒数均高于其他类群水稻品种，说明要保证机直播中籼稻的丰产性，关键在于在有效穗数、结实率适宜的条件下提高穗粒数。这与手插秧种植的中籼稻品种表现一致[31]。

冠层温度的变化可用来判断稻株和土壤水分丰缺情况，不仅可确定合理的灌溉指标，也为快速判断植株水分状况提供了理论依据[32-33]。高继平等[33]研究表明，冠气温差与水稻产量性状(每穗饱粒数、结实率、千粒质量)、外观及碾米品质(糙米率、精米率、整精米率)大多呈显著负相关，而与垩白度、垩白粒率呈显著正相关。而黄山等[34]研究认为，不同早稻品种冠气温差与产量、结实率均呈显著正相关关系。本研究表明，抽穗开花期第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类群水稻品种冠层温度与有效穗数呈极显著负相关，而第Ⅴ类群水稻品种则与之相反；冠气温差与第Ⅱ、Ⅳ类群水稻品种垩白度、垩白粒率呈显著负相关，与第Ⅴ类群水稻品种则呈极显著正相关，这与前人研究结果[33-34]不太一致，可能是由于作物冠层温度受作物基因型、大气湿度和温度、土壤湿度、农田管理措施等诸多遗传和环境因素共同影响所致[35-37]。

通过对41个中籼杂交稻品种产量及其构成因素、生育期、稻米品质、抗病性、抗倒伏性、干物质积累及运转、冠层温度、冠气温差、叶片SPAD值等综合指标进行评价、鉴定分析，初步筛选出第Ⅲ类群水稻品种钱优930、广两优5号、Y两优2号、Y两优900、荃早优丝苗、新两优611为适宜豫南稻区机直播种植的丰产优质中籼稻品种。该类群水稻品种的特征为穗粒数多、产量高、整精米率高、垩白度和垩白粒率低、生育期中等、抗病性较好、收获指数高。