于深州，趙一洲，王紹林，張 戰(zhàn)，倪善君，郭素華，屠 歡，劉琳琳，紀(jì)薇薇，張麗麗

(遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010)

【研究意義】水稻是世界上第二大糧食作物，也是中國(guó)最重要的糧食作物之一，在我國(guó)糧食生產(chǎn)和消費(fèi)中處于主導(dǎo)地位，是我國(guó)65 %以上人口的主食[1]。隨著生活水平的提高，人們對(duì)糧食的需求也有新的變化。香稻是栽培稻的特殊類型，因其特有的香味受到廣大消費(fèi)者的青睞，研究者針對(duì)香稻育種開展了大量的研究工作，越來越多的國(guó)家已將香米作為水稻育種的目標(biāo)之一?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】印度、巴基斯坦利用雜交方法改良香稻Basmati系統(tǒng)，先后選育出Haryana Basmati-l、Pusa Basmati-l、Basmati198、Basmati385等品種。通過誘變技術(shù)，泰國(guó)培育出的RD6和RD15等香稻品種的種植面積已占全國(guó)水稻總面積的26 %，越南培育出的VND95-20等系列香稻品種已成為越南水稻出口的重點(diǎn)品種。在中國(guó)，利用雜交育種技術(shù)、輻射誘變技術(shù)先后育成中香1號(hào) 、湘晚秈5號(hào)、天農(nóng)香103及香粳832、申香粳4號(hào)、航香18等香稻品種[2-4]。雜交育種、輻射育種已成為香稻品種選育的主要方法?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】香味是香稻最重要的品質(zhì)特性[5]，外觀品質(zhì)性狀在水稻諸多品質(zhì)性狀中占有重要地位[6]。分析雜交育種、輻射育種2種育種方法在改良香稻品種外觀品質(zhì)性狀的特點(diǎn)對(duì)提高香稻品種育種效率具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以香稻品種與非香稻品種雜交育成的早世代群體、香稻品種輻射誘變育成的早世代群體為材料，分析2種育種方法早世代群體香味、外觀品質(zhì)性狀的變化情況及性狀間的關(guān)系，以期為應(yīng)用不同育種方法改良香稻品種外觀品質(zhì)性狀提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及處理方法

供試材料為香稻品種鹽粳939。2016年用60Co-γ射線照射處理香稻鹽粳939干種子，劑量為150 Gy，劑量率為25 Gy/min。同時(shí)配置香稻和非香稻組合鹽粳939×福響，2個(gè)品種在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率、堊白度等6個(gè)外觀品質(zhì)性狀上差異均達(dá)到極顯著水平。。

1.2 田間試驗(yàn)及數(shù)據(jù)測(cè)定

雜交育種、輻射誘變育種各世代材料及親本品種均單株種植于遼寧省鹽堿地利用研究所試驗(yàn)田，行株距30.0 cm×13.3 cm。2017年將F1、M1代單株全部移栽大田，成熟后分別收獲。2018年種植F2、M2代，群體規(guī)模達(dá)2000余株，親本品種種植100余株。成熟后F2、M2代群體隨機(jī)調(diào)查掛牌并對(duì)香型株系取樣。對(duì)照品種隨機(jī)調(diào)查20株。按單株進(jìn)行外觀品質(zhì)性狀測(cè)定。

1.2.1 稻米香味性狀測(cè)定 采用氫氧化鉀(KOH)法[7]對(duì)鹽粳939×福響的F2群體、鹽粳939的M2群體單株籽粒進(jìn)行香味鑒定。在有蓋的培養(yǎng)皿中加入10粒糙米，然后加入1.7 % KOH溶液10 mL，迅速蓋上蓋子，在25～30 ℃環(huán)境中靜置10 min后，打開培養(yǎng)皿，逐一嗅樣品氣味，記作香、非香兩類。

1.2.2 稻米外觀品質(zhì)性狀測(cè)定 參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)NY147-88《米質(zhì)測(cè)定方法》[8]測(cè)定堊白粒率、堊白度。透明度由SDT-A型稻米透明度測(cè)定儀直接測(cè)出。粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚用游標(biāo)卡尺隨機(jī)測(cè)量整精米20粒，計(jì)算其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.3.1 多樣性指數(shù) 采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計(jì)算不同性狀多樣性。先計(jì)算各群體全部材料各性狀的總體平均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)差(δ)，劃分為10級(jí)，從第1級(jí)[Xi<(X-2δ)]到第10級(jí)[Xi>(X+2δ)]，每0.5δ為一級(jí)，每一級(jí)的相對(duì)頻率用于計(jì)算多樣性指數(shù)。

H′= -∑piln(pi)

式中，H′為多樣性指數(shù)，pi為某性狀第i個(gè)級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分?jǐn)?shù)，ln為自然對(duì)數(shù)[9]。

對(duì)于材料數(shù)量不同群體的多樣性比較采用Sheldon修正的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)進(jìn)行，

H′=(-∑pilnpi)/lnN

式中，N為某群體材料份數(shù)，ln為自然對(duì)數(shù)[10]。

1.3.2 主成分分析 利用Statistica6.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)F2、M2群體香型株系6個(gè)外觀品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析(principal component analysis, PCA)，并依據(jù)引起變異的第1、2、3主坐標(biāo)做出三維散點(diǎn)圖。

1.3.3 典型相關(guān)分析 利用Statica6.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)F2、M2群體香型株系進(jìn)行外觀品質(zhì)性狀的典型相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 F2、M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀變異比較

通過KOH試驗(yàn)，鹽粳939的M2群體共調(diào)查166株，其中有香味的株系為107個(gè)，占株系總數(shù)的64.5 %。鹽粳939×福響的F2群體共調(diào)查382株，其中香型98株，非香型284株。經(jīng)χ2測(cè)驗(yàn)，鹽粳939×福響的F2群體無香對(duì)有香符合3∶1的分離比例。

分離世代群體性狀頻率分布反映了后代群體性狀的表現(xiàn)趨勢(shì)[11]。由圖1可見，在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率、堊白度性狀上，F(xiàn)2香型株系變幅分別為4.62～5.45 mm、2.47～3.05 mm、1.83～2.19 mm、0.63～0.81、1.0 %～30.0 %、0.36 %～18.0 %，M2香型株系分別為4.53～5.36 mm、2.38～2.79 mm、1.54～2.16 mm、0.64～0.85、1.0 %～46.0 %、0.1 %～14.6 %。在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率、堊白度性狀上F2香型株系各有44.9 %、57.0 %、34.7 %、26.5 %、28.6 %、36.7 %株系分布在4.8～5.0 mm、2.55～2.65 mm、1.98～2.02 mm、0.71～0.73、7.8 %～11.1 %、2.0 %～4.0 %。M2香型株系各有54.2 %、48.0 %、50.0 %、38.3 %、37.4 %、30.8 %的株系分布在4.7～4.9 mm、2.69～2.84 mm、1.98～2.06 mm、0.73～0.76、5.9 %～11.4 %、1.5 %～3.2 %。

變異頻率是性狀表型多樣性的數(shù)量化體現(xiàn)，變異系數(shù)越大，性狀選擇的余地也越廣。表型多樣性指數(shù)則是一個(gè)變異分布和頻率分布的綜合指標(biāo)[12]，反映了性狀類型的豐富程度。在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率、堊白度性狀上，F(xiàn)2、M2香型株系的變異系數(shù)分別為3.45 %、4.00 %、3.48 %、5.63 %、62.28 %、90.81 %，3.28 %、2.66 %、4.06 %、5.41 %、70.04 %、81.36 %；Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分別為2.046、1.999、2.094、2.078、1.926、1.273，1.949、1.996、1.829、2.045、1.823、1.820；Sheldon修正的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分別為0.446、0.436、0.457、0.453、0.420、0.343，0.417、0.427、0.391、0.438、0.390、0.389。

可見，在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率5個(gè)性狀上M2香型株系與F2香型株系分布更為集中。在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度4個(gè)性狀上F2香型株系受雙親影響，更接近高值親本。在透明度、堊白粒率、堊白度3個(gè)性狀上，M2香型株系出現(xiàn)高透明度、低堊白的比例較高。F2和M2香型株系中堊白度、堊白粒率變異系數(shù)較大，F(xiàn)2香型株系在粒形和透明度上的類型較為豐富，M2香型株系透明度上的類型較為豐富。

2.2 F2、M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀變化趨勢(shì)

分別對(duì)鹽粳939、福響及其F2代香型株系鹽粳939及其M2代香型株系進(jìn)行多變量T2檢驗(yàn)。鹽粳939、福響與其F2代香型株系、鹽粳939與其M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀F值分別為27.54、35.87、13.90，差異達(dá)到極顯著水平。表明，F(xiàn)2、M2代香型株系與其親本在外觀品質(zhì)性狀上有極顯著差異。F2代香型株系粒長(zhǎng)、粒厚極顯著高于福響，但與鹽粳939差異不顯著；粒寬極顯著高于鹽粳939，但極顯著低于福響；透明度極顯著高于鹽粳939，但與福響差異不顯著；堊白粒率極顯著低于鹽粳939和福響；堊白度極顯著低于鹽粳939，但與福響差異不顯著(表1)。M2代香型株系粒寬、透明度極顯著高于鹽粳939，堊白粒率、堊白度極顯著低于鹽粳939(表2)。

表1 鹽粳939、福響與其F2代香型株系外觀品質(zhì)性狀差異比較

表2 鹽粳939與其M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀差異比較

2.3 F2、M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀主成分分析

水稻外觀品質(zhì)由多個(gè)性狀構(gòu)成，并且性狀間存在著相關(guān)性，因此有必要從整體上對(duì)2種育種方法獲得的香稻早世代分離群體外觀品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析。在對(duì)6個(gè)外觀品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，采用歐氏距離度量香稻后代個(gè)體及與親本間的形態(tài)差異。鹽粳939×福響的F2香型株系間歐氏距離系數(shù)在0.407～8.897，平均值為2.945。F2各株系與鹽粳939的距離系數(shù)在9.421～11.181，平均值為9.832；與福響的距離系數(shù)在4.300～7.823，平均值為5.266。鹽粳939的M2香型株系間歐氏距離系數(shù)在0.165～9.230，平均值為2.781。M2各株系與鹽粳939的距離系數(shù)在10.464～12.039，平均值為10.757。

為考察2種育種方法獲得的F2、M2代香型株系數(shù)外觀品質(zhì)性狀的類型表現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行主成分分析(表3)。以特征根在1.0左右為標(biāo)準(zhǔn)，確定3個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到80.0 %。第1主成分特征根為2.321，貢獻(xiàn)率為38.7 %，主要由堊白粒率、堊白度決定，是水稻堊白性狀的綜合反應(yīng)；第2主成分特征根為1.500，貢獻(xiàn)率為25.0 %，主要由粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚決定，是水稻粒形性狀的綜合反應(yīng)；第3主成分特征根為0.977，貢獻(xiàn)率為16.3 %，主要由粒長(zhǎng)、透明度決定，是水稻粒長(zhǎng)與透明程度的綜合反應(yīng)。依據(jù)各株系主成分值繪制三維空間散點(diǎn)圖(圖2)，F(xiàn)2、M2代香型株系分別集中分布于三維圖的下方和上方。F2、M2代香型株系在第1、2、3主成分值的變幅分別為-3.483～1.420、-3.700～2.192，-3.504～1.833、-1.637～3.197，-2.996～2.146、-2.029～2.465?？梢?，F(xiàn)2香型株系外觀品質(zhì)更易容到福響的影響。與M2代香型株系相比F2代香型株系間外觀品質(zhì)性狀差異較大，在第1、2、3主成分值上的變化更大。

表3 不同群體香型株系外觀品質(zhì)性狀主成分分析

2.4 F2、M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀典型相關(guān)

對(duì)F2、M2代香型株系外觀品質(zhì)性狀中粒長(zhǎng)(x1)、粒寬(x2)、粒厚(x3)和透明度(y1)、堊白粒率(y2)、堊白度(y3)6個(gè)性狀分別組成粒形和外觀性狀組，進(jìn)行2組間的典型相關(guān)分析(表4)。入選的典型變量特征值為0.121，貢獻(xiàn)率為77.8 %，典型相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。在典型相關(guān)變量構(gòu)成中,u1和v1中分別以粒長(zhǎng)、透明度的權(quán)重系數(shù)較大。表明，入選的典型相關(guān)變量主要是由粒長(zhǎng)、透明度所決定。

表4 品質(zhì)性狀間典型相關(guān)

在典型相關(guān)分析中，通過線性結(jié)構(gòu)變換可以構(gòu)建以多個(gè)性狀為目標(biāo)的綜合選擇指數(shù)，達(dá)到間接改良多個(gè)性狀的目的[13-14]。由于入選典型相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平，因此構(gòu)成的預(yù)測(cè)模型有效。當(dāng)選擇目標(biāo)為透明度較高、堊白較低時(shí)，其綜合選擇指數(shù)I1= 0.609x1-0.519x2-0.481x3(表5)。

表5 不同組別性狀典型線性結(jié)構(gòu)

3 討 論

香味性狀是水稻重要的食味品質(zhì)，傳統(tǒng)香稻品種多為高稈類型，豐產(chǎn)性較差[15]，不能完全滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，引入香味基因培育出集優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗、廣適于一體的香稻品種是解決該問題的主要技術(shù)路徑。水稻香味性狀受細(xì)胞核基因控制，與細(xì)胞質(zhì)遺傳無關(guān)。其遺傳機(jī)制比較復(fù)雜，由于試驗(yàn)材料和研究方法的不同得出不同的遺傳模式[16-20]。本研究以香稻品種鹽粳939和非香稻品種福響的雜交F2群體單株為試驗(yàn)材料，用KOH法鑒定籽粒香味，鹽粳939香味受1對(duì)隱性基因控制，香型株系占群體總數(shù)的25.7 %。對(duì)香稻品種鹽粳939的輻射誘變M2群體單株進(jìn)行鑒定，香型株系占群體總數(shù)的64.5 %。可見，相對(duì)雜交育種而言，通過輻射育種方式可在香稻分離后代群體中獲得較多的香型植株，這為香稻品質(zhì)改良提供了較好的群體基礎(chǔ)。

水稻育種的目的在于選育出與親本品種有明顯區(qū)別、符合育種目標(biāo)的水稻新品種。后代性狀分離幅度、表現(xiàn)趨勢(shì)是后代選擇的遺傳基礎(chǔ)。本研究表明，雖然F2香型株系群體在粒厚、透明度、堊白粒率上的變幅小于M2香型株系群體，但其在6個(gè)性狀的變異系數(shù)平均值、Sheldon修正的多樣性指數(shù)平均值上均大于M2香型株系群體。F2香型株系群體與鹽粳939相比籽粒變寬，透明度提高，堊白粒率、堊白度減少；與福響相比籽粒變長(zhǎng)、變窄、變厚，堊白粒率下降。M2代香型株系與鹽粳939相比籽粒變寬，透明度提高，堊白粒率、堊白度減少。在粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、透明度、堊白粒率5個(gè)性狀上M2香型株系與F2香型株系分布更為集中。此外，外觀品質(zhì)性狀的形態(tài)距離和主成分分析表明，F(xiàn)2香型株系間品質(zhì)性狀的形態(tài)距離大于M2香型株系間的距離，并且F2代香型株系間外觀品質(zhì)性狀差異較大。表明，通過雜交育種獲得的香型株系早世代群體遺傳多樣性更為豐富，通過輻射誘變育種獲得的香型株系早世代群體在保持原有品種特性的前提條件下改變單一性狀更有優(yōu)勢(shì)[21]。這為不同育種方法后代性狀選擇提供了不同的變異方向和選擇空間。

4 結(jié) 論

水稻新品種選育是一個(gè)綜合性的性狀選擇過程。典型相關(guān)分析表明，在雜交育種、輻射誘變育種中早世代香型群體中可通過對(duì)粒型的綜合選擇達(dá)到改善堊白和透明度目的。即選擇籽粒較長(zhǎng)、粒寬和粒厚較小的單株，可獲得透明度較高、堊白性狀較低的個(gè)體，這為香型株系選擇指明了方向。