粳稻农艺性状与品质性状的相关性分析

贾旭东, 陈虎, 王志强, 王东元, 赵唯汉, 刘建, 赵飞*

(1.天津农学院 农学与资源环境学院,天津 300000;2.天津市宝坻区农业发展服务中心,天津 301800;3.天津金岸生态农业科技发展有限公司,天津 300350)

水稻在我国种植广泛,我国有一半的人口以大米为主食。更高的产量与更优的品质一直是水稻育种家们的研究方向,但是水稻的产量和品质一直被认为是一对矛盾的存在。随着生活水平的提高,人们对稻米的产量和品质有着更高的要求,如何在较高水平上实现二者的整合,成为水稻育种中亟需解决的问题。

以往的很多研究都揭示了水稻农艺性状与品质性状间的关系。碾磨品质方面,有研究认为水稻千粒重与整精米率呈显著正相关[1-2],也有研究认为千粒重与糙米率、精米率和整精米率呈负相关[3-5],有效穗数越多,整精米率越高[6]。除此之外,还有一些其他可以影响产量的农艺性状也与碾磨品质有一定的相关性,一、二次枝梗结实率、穗长、生育期、着粒密度以及株高等都与碾磨品质存在相关性[7-10]。外观品质方面,有研究认为千粒重与垩白粒率呈显著正相关[11],有人认为二者呈显著负相关[12],还有人认为二者没有相关性[13]。研究表明,单位面积有效穗数越多,垩白粒率和垩白度越小,穗粒数则相反[6,14]。徐正进等[15]研究认为,穗粒数越多,长宽比越小,透明度越差;有效穗数越多,粒长越长。杨建华等[16]认为,实粒数越多、结实率越高,稻米的长宽比越大。有研究表明,产量与食味品质是一对矛盾的存在[17]。但孙丽丽等[7]的研究结果却是产量越高的品系其食味也越好。还有研究表明,有效穗数与蛋白质含量呈显著正相关[18-19]。

由于试材群体较小或者品种的地域不同,许多研究的结果都不完全相同,农艺性状与品质性状之间是否存在必然联系,它们之间又是怎么互相影响的,可否在它们之间找到一个平衡点,获得既高产又优质的水稻品系,这些问题都需要深入探究。因此,本研究拟利用重组自交系F7代213个品系的11个农艺性状和11个品质性状进行相关性分析,以期更加清晰地了解农艺性状与品质性状之间的关系,为在高水平上实现粳稻产量与品质的整合提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以存在差异的粳稻品种辽星1号与粳稻品系GY4为亲本构建的213份重组自交系(RIL)群体为研究材料,测定与产量相关的11个农艺性状和评价品质的11个指标,分析产量及其构成因素与品质指标之间的相关性。

1.2 试验方法

该试验在天津西青区王稳庄国家粳稻工程技术研究中心进行,土壤属盐碱潮土,肥力中等。试验设立215个小区,每个小区4行,行长1.2 m,行距0.3 m,株距0.1 m,小区面积1.44 m2,各个小区使用相同的管理方法。记录播种期、齐穗期等生育期指标。

1.3 测定项目与方法

产量构成因素:水稻成熟后每个小区选择长势中等的5穴测量株高,连续选择5穴进行有效穗数的调查测定,再折算成小区有效穗数。之后剪下稻穗用于考种,测量穗长、实粒数和空瘪粒数,算出结实率,记录每穗粒重,并得到千粒重数据。

实际产量:待水稻成熟期,每个小区收获两行,适当晾晒后使用脱粒机脱粒,每脱粒一个样品,清理脱粒机。得到脱粒样品后,去除残留枝梗、空瘪粒、沙石等,称重,记录数据,用水分测定仪测定其含水率,折算成标准含水率计算小区产量。

稻米品质:使用糙米机碾磨稻谷,得到糙米,称重之后算出糙米率;使用SATAKA食味分析仪,测定糙米的蛋白质含量、直链淀粉含量以及脂肪酸值,各指标以3次测定的平均值计算。使用精米机碾磨糙米,得到精米,称重之后算出精米率;使用SATAKA食味分析仪,测定精米的蛋白质含量和直链淀粉含量,各指标以3次测定的平均值计算。使用SATAKA外观品质分析仪,测定精米粒型、整精米率、垩白粒率、垩白度、白度等外观品质。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel和IBM SPSS Statistics 25.0分析数据。

2 结果与分析

2.1 RIL群体农艺及品质性状的表型变异

由表1和表2可知,农艺性状和品质性状变异范围较大,结合该研究以大群体为试材,进行相关性分析会具有广泛的代表性。农艺性状中变异系数最大的是着粒密度,其次是实粒数、穗粒数、齐穗期,结实率最小。品质性状中变异系数最大的是垩白度,其次是垩白粒率、整精米率,最小的的是糙米率。因此新品种的选育需要注重对穗部性状和生育期的选择。群体中垩白度跟垩白粒率变异较大,则说明容易选出外观品质较高的品系。

表1 RIL群体农艺性状的表型变异Table 1 Phenotypic variation of RIL population agronomic traits

表2 RIL群体品质性状的表型变异Table 2 Phenotypic variation of RIL population quality traits

2.2 RIL群体农艺性状相关性分析

由表3可知,RIL群体的小区产量和单株产量与各农艺性状存在着不同程度的相关性。RIL群体的单株产量与穗长、穗粒数、实粒数、着粒密度、有效穗数和千粒重呈极显著正相关(P<0.01,下同),与结实率呈显著正相关(P<0.05,下同)。小区产量与千粒重、齐穗期和单株产量呈极显著正相关,与穗长、实粒数、结实率和有效穗数呈显著正相关。

表3 RIL群体农艺性状相关性分析Table 3 Correlation analysis of RIL population agronomic traits in japonica rice

此外,各个农艺性状之间也存在着不同程度的相关性。株高与穗长呈极显著正相关。穗长与穗粒数、实粒数、千粒重呈极显著正相关,与着粒密度呈极显著负相关。穗粒数与实粒数、着粒密度呈极显著正相关,与有效穗数呈极显著负相关。实粒数与结实率、着粒密度呈极显著正相关,与有效穗数、千粒重呈极显著负相关。结实率与着粒密度呈极显著正相关,与千粒重呈现极显著负相关。着粒密度与有效穗数和千粒重呈极显著负相关。综上,实粒数与结实率、单株产量都呈极显著正相关,与千粒重、有效穗数呈极显著负相关,可以说,实粒数起到了关键的作用。因此,在增产时,必须要先把握实粒数的增加范围,再选择其他因素。

2.3 粳稻RIL群体品质性状相关性分析

由表4可知,碾磨品质性状中,精米率与糙米率、整精米率呈极显著正相关,糙米率与整精米率呈显著正相关,小碎米率与糙米率、精米率、整精米率都呈极显负相关。

表4 粳稻RIL群体品质性状相关性分析Table 4 Correlation analysis of RIL population quality traits in japonica rice

外观品质性状中,白度与垩白粒率、垩白度、长宽比呈极显著正相关;长宽比与垩白粒率、垩白度呈极显著负相关;垩白度与垩白粒率呈极显著正相关;除此之外,碾磨品质、外观品质以及其他品质性状之间也存在不同程度的相关性。糙米率和精米率分别与直链淀粉含量、蛋白质含量、脂肪酸值、白度、垩白粒率、垩白度呈极显著负相关;整精米率与垩白粒率、垩白度、白度呈极显著负相关、与长宽比呈极显著正相关。小碎米率与直链淀粉含量、蛋白质含量、脂肪酸值、垩白粒率、垩白度呈极显著正相关,与长宽比呈极显著负相关。直链淀粉含量与长宽比、白度呈极显著负相关,与垩白度呈显著负相关;蛋白质含量与垩白度、长宽比、白度呈极显著负相关,与垩白粒率呈显著负相关;脂肪酸值与白度呈极显著负相关,与长宽比呈显著负相关;长宽比与垩白粒率、垩白度呈极显著负相关。由结果可知,选择长粒型的品系可以提高外观品质,但是外观品质的提高会导致碾磨品质的降低,因此需要根据商品和市场需求进行选择。

2.4 粳稻RIL群体农艺与品质性状相关性分析

由表5可以看出,糙米率与穗粒数、实粒数、有效穗数、齐穗期、单株产量、小区产量呈现极显著正相关(P<0.01),与株高、结实率、着粒密度呈现显著正相关(P<0.05)。精米率与实粒数、结实率、着粒密度、齐穗期、单株产量、小区产量呈极显著正相关。整精米率与株高、千粒重、齐穗期、单株产量呈极显著正相关,与小区产量呈显著正相关。选择单株产量和小区产量高、株高较高以及生育期较长的株系,可以提高稻米的碾磨品质。

表5 粳稻RIL群体农艺性状与品质性状的相关性分析Table 5 Correlation analysis between RIL population agronomic traits and quality traits in japonica rice

垩白度和垩白粒率与产量构成因素之间没有显著的相关性,且除了穗长,与其他产量构成因素都呈不显著的负相关,相关系数很小。垩白度和垩白粒率是影响稻米外观的关键因素,在选育时要跟稻米产量做到均衡。稻米长宽比与穗长呈极显著正相关,与株高、有效穗数呈显著正相关,与穗粒数、实粒数和着粒密度呈极显著负相关,与结实率呈显著负相关。长宽比与单株产量和小区产量没有显著的相关性,因此在选择高产品系时可以不用考虑粒型因素。白度与穗长、有效穗数呈极显著正相关,与着粒密度呈极显著负相关,这说明选择穗长较长、有效穗数较多的品系,稻米的白度会提高,外观品质会更好。

直链淀粉含量、蛋白质含量都与株高、穗长、有效穗数、齐穗期、单株产量、小区产量呈现极显著负相关,与着粒密度呈极显著正相关。脂肪酸值与株高、穗长、结实率、有效穗数、单株产量、小区产量呈现极显著负相关,与着粒密度呈极显著正相关。研究表明,稻米脂肪酸值与米饭的黏度、弹性和食味值都呈负相关[20],在群体中选择株高较高、穗长和生育期较长以及高产的品系,也可以满足降低稻米中脂肪酸值的要求。

3 讨论与结论

3.1 讨论

相关研究表明,稻米蛋白质含量越低,食味品质越好[21-22]。相关性分析表明,小区产量越高,蛋白质含量越低,因此选择株高较高、穗长和生育期较长以及高产的品系,可以提高稻米的食味。但也有相关研究表明,蛋白质含量与蒸煮和食味品质并不能用简单的相关性来衡量[23],需要考虑到稻米的品种以及米质的优劣[24]。

很长时间以来,稻米的产量跟品质都是不可兼得的性状。现在人们追求的不仅是好看的稻米,更是好吃的稻米,而稻米的品质跟很多因素都有关系,主要包括稻米的遗传特性(米饭的物理特性、淀粉糊化特性、影响食物的化学成分)、栽培地点以及气候、栽培条件和后期管理(施肥量、施肥方法、水质等)[25]。相关性分析只能帮助选择可能兼具产量与品质的粳稻品系,而具体产量高低与品质优劣还要继续进行选择。使用各种仪器对高产品系的品质指标进行检测,最后进行食味品鉴,才能准确得出该高产品系的食味值高低,从而选择出高产优质的品系。所研究的目标性状之间会存在一定程度的相关性,而且其他农艺性状或者品质指标也会对目标性状进行不同程度的影响,甚至环境也可能会对其产生影响。因此,需要重复试验,对所有相关性状进行多次测定和分析,对其相关性进行准确梳理分析,才能准确找到产量与品质之间的平衡点,在高水平上对二者进行整合。

3.2 结论

对粳稻RIL群体农艺性状与品质性状进行相关性分析,结果表明,推迟齐穗期可提高稻米的碾磨品质,且提高产量;降低穗粒数可以改善稻米的蒸煮食味品质;增加穗长可以提高稻米的外观品质。因此,该研究认为,适当推迟齐穗期,适度增加穗粒数和穗长,是在保证高产的情况下,提升稻米品质的有效途径。