云南哈尼梯田红米地方品种品质性状分析

卢丙越，刘 帆，张 薇，孟衡玲，王田涛，雷 恩

（红河学院 生物科学与农学学院，云南省高校滇南特色生物资源研究与利用重点实验室，云南 蒙自 661199）

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全世界有一半以上的人口以大米为主食[1]。中国是世界上最大的水稻生产国，目前水稻播种面积已达3 000万公顷[2]。云南省是水稻的起源中心之一，至今仍保留有大量的地方品种，其中哈尼梯田红米是云南水稻地方品种的典型代表[3]。哈尼梯田位于云南南部，其核心区位于元阳县（东经102°27′到 103°13′，北纬 22°49′到 23°19′），该地区的年平均日照1 670 h，平均气温在15.4 ℃左右，环境条件适宜水稻种植。哈尼族人居住在海拔1 400～2 000 m的山坡上，稻作历史超过1 500年，丰富多样的水稻品种在那里繁衍[4-5]。

随着人们生活水平的提高，稻谷的品质越来越受到人们的关注。哈尼族自古以来就认为传统红米品种营养价值更高，食用红米可使身体更加健康，最近的研究表明红米在抗氧化能力和营养品质方面较白米更好[6-7]，元阳梯田红米已被列为“云南六大名米”之一。本研究对哈尼梯田36份红米地方品种的外观品质、碾米品质和蒸煮食味品质进行测定，通过主成分和聚类分析对哈尼梯田红米品质进行评价，为更好的开发和利用梯田红米提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究所用红米品种由元阳县种子管理站提供，品种来源覆盖红米种植的主要乡镇，其中新街镇10份、黄茅岭乡3份、上新城乡5份、大坪乡2份、黄草岭乡2份、胜村乡1份、俄扎乡2份、攀枝花乡1份、牛角寨镇3份，此外有7份材料采集地不详，具体信息见表1。

表1 红米品种编号、名称和采集地Table 1 Code, name and collecting place of red-grained rice landraces

1.2 试验方法

按照《水稻种质资源描述规范和数据标准》中规定的方法测定稻谷粒长、粒宽、长宽比、粒厚、千粒重、糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白大小、垩白面积、碱硝值、胶稠度和直链淀粉含量等14个品质性状[8]。

1.3 数据处理

利用 SPSS19.0软件对不同品质性状进行描述性统计、性状间相关性和主成分分析。PAST3软件用于各性状箱式图和主成分二维散点图绘制，此外该软件也用于构建基于欧式距离矩阵的品种UPGMA聚类图。

2 结果与分析

2.1 哈尼梯田红米品质性状表现及相关性分析

哈尼梯田36份红米地方品种的14个品质性状统计及分布情况见表2和图1。36个红米品种的各品质性状存在明显差异，其中长宽比、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白大小、垩白度、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量的变异系数大于10%，且 3个垩白指标的变异幅度最大，表明哈尼梯田红米品种间在外观品种上差异较大；所有品种的长宽比介于2.13至3.41之间，说明哈尼梯田红米米粒细长，以籼稻品种为主；除4号（本地红谷）和 19号（红谷糯）的为糯稻外，其余34个品种均为粘稻，且所有粘稻品种具有较高的直链淀粉含量（21.14%～33.29%）。

表2 各品质性状描述性统计Table 2 Descriptive statistics of different quality traits

图1 14个品质性状分布图Fig.1 Distribution plots of 14 quality traits

将本研究测得的糙米率、整精米率、垩白度、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量与农业部籼稻品质等级质量要求进行比较（表3，表4）。糙米率达到一级的有12号（车染）、21号（甲谷）和29号（卖抽），达到二级的有 18号（红谷）、11号（车努）、7号（车脚脚儿）、36号（月亮谷）、1号（安兴谷）、31号（坡竹谷）、3号（薄竹谷）、22号（老粳红米）和14号（大龙谷），达到三级的有15号（独苗谷）、35号（尹谷）、6号（车福）、9号（车那）、2号（白脚老粳）、16号（高山红谷）、10号（车你龙格）、20号（花谷）、17号（古填车）和26号（路面谷）；有18个品种的整精米率达到一级水平，达到二级和三级水平的各有 5个品种，表明哈尼梯田红米在碾米品质方面整体表现较好。垩白度在一级水平的有27号（罗格）和28号（绿脚谷）两个品种，达到二级水平的只有9号（车那），达到三级的有31号（坡竹谷）和3号（薄竹谷），表明哈尼梯田红米缺少外观品质优良的品种。除27号（罗格）外，所有品种的碱消值均达到优质米要求，此外胶稠度在优质米水平的也达到26个，哈尼梯田红米的直链淀粉含量普遍较高，仅有12号（车染）勉强达到三级米要求。综合分析表明垩白度和直链淀粉含量是影响哈尼梯田红米品质的关键因素，降低垩白度和直链淀粉含量将是哈尼梯田红米品质改良的重点方向。

表3 NY/T593—2013籼稻品种品质等级Table 3 NY/T593—2013 Quality grade of Indica varieties

表4 不同品种6个关键品质性状统计Table 4 Six critical quality traits statistics of different landraces

由表 5可知，粒长–长宽比、粒长–千粒重、粒宽–粒厚、糙米率–精米率、糙米率–整精米率、精米率–整精米率、垩白粒率–垩白大小、垩白粒率–垩白度、垩白大小–垩白度等9对性状间呈极显著正相关，粒宽–长宽比和长宽比–粒厚 2对性状间呈极显著负相关，粒厚–千粒重、千粒重–胶稠度、糙米率和碱消值 3对性状间呈显著正相关。此外作为外观品质评价主要指标的垩白粒率、垩白大小和垩白度与直链淀粉含量之间呈负相关关系，使哈尼梯田红米品质改良变得更加复杂。

表5 不同品种品质性状间相关性分析Table 5 Correlation analysis of quality traits between different landraces

2.2 主成分分析

由表6可知，主成分分析提取的前4个主成分累积贡献率为 77.004%，表明这 4个主成分能够解释 77.004%的群体总变异。第 1主成分（PC1）可以解释24.384%的总变异，其中垩白度和垩白大小具有较高的正系数，因此PC1可视为垩白因子，36号（月亮谷）、6号（车福）、14号（大龙谷）、13号（称科）和11号（车努）对PC1正系数的贡献最大，表现出较高的垩白度，而27号（罗格）对负系数的贡献最大，垩白度最低（图2）。PC2可解释 21.203%的总变异，荷载较高的性状为碾米品质的精米率、糙米率和整精米率，因此该因子为碾米品质因子，21号（甲谷）、10号（车你龙格）和18号（红谷）对PC2的贡献最大，表现出较好的碾米特性，而5号（厕所谷）和33号（水旱稻）的碾米品质最差（图2）。PC3荷载较高的性状有籽粒长宽比、粒宽和粒厚，这些性状与籽粒形状有关，因此PC3为粒型因子。PC4荷载较高的性状为千粒重和粒长，且两性状均为正值，说明粒长较长的品种千粒重也较高，像5号（厕所谷）和23号（老母鸡谷）的粒长分别为8.77 mm和8.41 mm，千粒重均在30 g以上。

表6 提取的前4个主成分的特征值、贡献率及其特征向量Table 6 Eigen values, accumulated variance and correlations between original variables and the first four PCs representing variability

图2 基于14个品质性状的主成分分析Fig.2 Principal scatter plot of principal component analysis based on 14 quality traits

图3 36份红米地方品种聚类分析Fig.3 Cluster analysis of 36 red-grained rice landraces

2.3 聚类分析

利用 SPSS 19.0软件将各品质性状数据标准化后计算品种间的欧氏距离，采用非加权组平均法（UPGMA）对36份哈尼梯田红米品种进行聚类分析，在欧氏距离7处，可将36份种质分为3类，第1类包含5号（厕所谷）、25号（六月谷）和33号（水旱稻），这些品种具有较差的碾米品质和较高的垩白性状，品质较差；第2类为主要类群，包含31个品种，其中17号（古填车）和26号（路面谷）、1号（安兴谷）和8号（车玛欧正）、3号（薄竹谷）和 35号（尹谷）表现的各项品质性状相接近，这些品种间可能具有相近的遗传组成[9]；第3类包括4号（本地红谷）和19号（红谷糯）两个糯稻品种。

3 结论与讨论

通过对云南哈尼梯田 36份红米品种外观品质、碾米品质和蒸煮食味品质分析得出，哈尼梯田红米品质差异明显，变异系数介于 5.08%到90.47%之间。粒型相关性状（粒长、粒宽、粒厚）变异幅度较小，这与哈尼梯田红米主要为籼稻品种，谷粒细长有关[3]；除5号（厕所谷）、33号（水旱稻）和25号（六月谷）的碾米品质表现较差外，其余品种的碾米品质变异较小，且达到优质籼稻的品种数较多（图1，表4）；本研究中垩白性状（垩白度、垩白大小、垩白粒率）的变异幅度最大，变异系数均超过45%，此外蒸煮食味品质中的胶稠度和直链淀粉含量变异系数也在 20%以上，品种间差异明显。性状间相关性分析显示粒长与千粒重呈极显著正相关关系（r=0.600），表明粒长在梯田红米产量构成中起到重要作用。按照NY/T593—2013《食用稻品种品质》中籼稻品种品质等级划分要求，糙米率、整精米率、垩白度、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量符合优质籼稻的品种数分别有 22、28、5、35、27（红谷糯的胶稠度达到优质籼糯三级要求）和1个，可见垩白度和直链淀粉含量是制约哈尼梯田红米品质的主要因素。主成分分析提取的前4个主成分可以解释总变异的 77.004%，特别是第1主成分的贡献率达到 24.384%，其中垩白度的正向荷载系数最大（0.817），而直链淀粉含量的负向荷载系数最大（-0.649），进一步说明垩白度和直链淀粉含量是影响哈尼梯田红米品质的关键因素，而垩白度和直链淀粉含量相反的作用方向增加了梯田红米品质改良的复杂性。

备注：本文的彩色图表可从本刊官网（http://lyspkj.ijournal.cn/ch/index.axpx）、中国知网、万方、维普、超星等数据库下载获取。