賈旭東, 陳虎, 王志強(qiáng), 王東元, 趙唯漢, 劉建, 趙飛*

(1.天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院,天津 300000;2.天津市寶坻區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心,天津 301800;3.天津金岸生態(tài)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司,天津 300350)

水稻在我國種植廣泛,我國有一半的人口以大米為主食。更高的產(chǎn)量與更優(yōu)的品質(zhì)一直是水稻育種家們的研究方向,但是水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)一直被認(rèn)為是一對矛盾的存在。隨著生活水平的提高,人們對稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)有著更高的要求,如何在較高水平上實(shí)現(xiàn)二者的整合,成為水稻育種中亟需解決的問題。

以往的很多研究都揭示了水稻農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀間的關(guān)系。碾磨品質(zhì)方面,有研究認(rèn)為水稻千粒重與整精米率呈顯著正相關(guān)[1-2],也有研究認(rèn)為千粒重與糙米率、精米率和整精米率呈負(fù)相關(guān)[3-5],有效穗數(shù)越多,整精米率越高[6]。除此之外,還有一些其他可以影響產(chǎn)量的農(nóng)藝性狀也與碾磨品質(zhì)有一定的相關(guān)性,一、二次枝梗結(jié)實(shí)率、穗長、生育期、著粒密度以及株高等都與碾磨品質(zhì)存在相關(guān)性[7-10]。外觀品質(zhì)方面,有研究認(rèn)為千粒重與堊白粒率呈顯著正相關(guān)[11],有人認(rèn)為二者呈顯著負(fù)相關(guān)[12],還有人認(rèn)為二者沒有相關(guān)性[13]。研究表明,單位面積有效穗數(shù)越多,堊白粒率和堊白度越小,穗粒數(shù)則相反[6,14]。徐正進(jìn)等[15]研究認(rèn)為,穗粒數(shù)越多,長寬比越小,透明度越差;有效穗數(shù)越多,粒長越長。楊建華等[16]認(rèn)為,實(shí)粒數(shù)越多、結(jié)實(shí)率越高,稻米的長寬比越大。有研究表明,產(chǎn)量與食味品質(zhì)是一對矛盾的存在[17]。但孫麗麗等[7]的研究結(jié)果卻是產(chǎn)量越高的品系其食味也越好。還有研究表明,有效穗數(shù)與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)[18-19]。

由于試材群體較小或者品種的地域不同,許多研究的結(jié)果都不完全相同,農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀之間是否存在必然聯(lián)系,它們之間又是怎么互相影響的,可否在它們之間找到一個(gè)平衡點(diǎn),獲得既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)的水稻品系,這些問題都需要深入探究。因此,本研究擬利用重組自交系F7代213個(gè)品系的11個(gè)農(nóng)藝性狀和11個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析,以期更加清晰地了解農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀之間的關(guān)系,為在高水平上實(shí)現(xiàn)粳稻產(chǎn)量與品質(zhì)的整合提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以存在差異的粳稻品種遼星1號與粳稻品系GY4為親本構(gòu)建的213份重組自交系(RIL)群體為研究材料,測定與產(chǎn)量相關(guān)的11個(gè)農(nóng)藝性狀和評價(jià)品質(zhì)的11個(gè)指標(biāo),分析產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。

1.2 試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)在天津西青區(qū)王穩(wěn)莊國家粳稻工程技術(shù)研究中心進(jìn)行,土壤屬鹽堿潮土,肥力中等。試驗(yàn)設(shè)立215個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)4行,行長1.2 m,行距0.3 m,株距0.1 m,小區(qū)面積1.44 m2,各個(gè)小區(qū)使用相同的管理方法。記錄播種期、齊穗期等生育期指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

產(chǎn)量構(gòu)成因素:水稻成熟后每個(gè)小區(qū)選擇長勢中等的5穴測量株高,連續(xù)選擇5穴進(jìn)行有效穗數(shù)的調(diào)查測定,再折算成小區(qū)有效穗數(shù)。之后剪下稻穗用于考種,測量穗長、實(shí)粒數(shù)和空癟粒數(shù),算出結(jié)實(shí)率,記錄每穗粒重,并得到千粒重?cái)?shù)據(jù)。

實(shí)際產(chǎn)量:待水稻成熟期,每個(gè)小區(qū)收獲兩行,適當(dāng)晾曬后使用脫粒機(jī)脫粒,每脫粒一個(gè)樣品,清理脫粒機(jī)。得到脫粒樣品后,去除殘留枝梗、空癟粒、沙石等,稱重,記錄數(shù)據(jù),用水分測定儀測定其含水率,折算成標(biāo)準(zhǔn)含水率計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量。

稻米品質(zhì):使用糙米機(jī)碾磨稻谷,得到糙米,稱重之后算出糙米率;使用SATAKA食味分析儀,測定糙米的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量以及脂肪酸值,各指標(biāo)以3次測定的平均值計(jì)算。使用精米機(jī)碾磨糙米,得到精米,稱重之后算出精米率;使用SATAKA食味分析儀,測定精米的蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量,各指標(biāo)以3次測定的平均值計(jì)算。使用SATAKA外觀品質(zhì)分析儀,測定精米粒型、整精米率、堊白粒率、堊白度、白度等外觀品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel和IBM SPSS Statistics 25.0分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 RIL群體農(nóng)藝及品質(zhì)性狀的表型變異

由表1和表2可知,農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀變異范圍較大,結(jié)合該研究以大群體為試材,進(jìn)行相關(guān)性分析會(huì)具有廣泛的代表性。農(nóng)藝性狀中變異系數(shù)最大的是著粒密度,其次是實(shí)粒數(shù)、穗粒數(shù)、齊穗期,結(jié)實(shí)率最小。品質(zhì)性狀中變異系數(shù)最大的是堊白度,其次是堊白粒率、整精米率,最小的的是糙米率。因此新品種的選育需要注重對穗部性狀和生育期的選擇。群體中堊白度跟堊白粒率變異較大,則說明容易選出外觀品質(zhì)較高的品系。

表1 RIL群體農(nóng)藝性狀的表型變異Table 1 Phenotypic variation of RIL population agronomic traits

表2 RIL群體品質(zhì)性狀的表型變異Table 2 Phenotypic variation of RIL population quality traits

2.2 RIL群體農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

由表3可知,RIL群體的小區(qū)產(chǎn)量和單株產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀存在著不同程度的相關(guān)性。RIL群體的單株產(chǎn)量與穗長、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、著粒密度、有效穗數(shù)和千粒重呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,下同),與結(jié)實(shí)率呈顯著正相關(guān)(P<0.05,下同)。小區(qū)產(chǎn)量與千粒重、齊穗期和單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),與穗長、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān)。

表3 RIL群體農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of RIL population agronomic traits in japonica rice

此外,各個(gè)農(nóng)藝性狀之間也存在著不同程度的相關(guān)性。株高與穗長呈極顯著正相關(guān)。穗長與穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重呈極顯著正相關(guān),與著粒密度呈極顯著負(fù)相關(guān)。穗粒數(shù)與實(shí)粒數(shù)、著粒密度呈極顯著正相關(guān),與有效穗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。實(shí)粒數(shù)與結(jié)實(shí)率、著粒密度呈極顯著正相關(guān),與有效穗數(shù)、千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)實(shí)率與著粒密度呈極顯著正相關(guān),與千粒重呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。著粒密度與有效穗數(shù)和千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)。綜上,實(shí)粒數(shù)與結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量都呈極顯著正相關(guān),與千粒重、有效穗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),可以說,實(shí)粒數(shù)起到了關(guān)鍵的作用。因此,在增產(chǎn)時(shí),必須要先把握實(shí)粒數(shù)的增加范圍,再選擇其他因素。

2.3 粳稻RIL群體品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

由表4可知,碾磨品質(zhì)性狀中,精米率與糙米率、整精米率呈極顯著正相關(guān),糙米率與整精米率呈顯著正相關(guān),小碎米率與糙米率、精米率、整精米率都呈極顯負(fù)相關(guān)。

表4 粳稻RIL群體品質(zhì)性狀相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of RIL population quality traits in japonica rice

外觀品質(zhì)性狀中,白度與堊白粒率、堊白度、長寬比呈極顯著正相關(guān);長寬比與堊白粒率、堊白度呈極顯著負(fù)相關(guān);堊白度與堊白粒率呈極顯著正相關(guān);除此之外,碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)以及其他品質(zhì)性狀之間也存在不同程度的相關(guān)性。糙米率和精米率分別與直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪酸值、白度、堊白粒率、堊白度呈極顯著負(fù)相關(guān);整精米率與堊白粒率、堊白度、白度呈極顯著負(fù)相關(guān)、與長寬比呈極顯著正相關(guān)。小碎米率與直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪酸值、堊白粒率、堊白度呈極顯著正相關(guān),與長寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)。直鏈淀粉含量與長寬比、白度呈極顯著負(fù)相關(guān),與堊白度呈顯著負(fù)相關(guān);蛋白質(zhì)含量與堊白度、長寬比、白度呈極顯著負(fù)相關(guān),與堊白粒率呈顯著負(fù)相關(guān);脂肪酸值與白度呈極顯著負(fù)相關(guān),與長寬比呈顯著負(fù)相關(guān);長寬比與堊白粒率、堊白度呈極顯著負(fù)相關(guān)。由結(jié)果可知,選擇長粒型的品系可以提高外觀品質(zhì),但是外觀品質(zhì)的提高會(huì)導(dǎo)致碾磨品質(zhì)的降低,因此需要根據(jù)商品和市場需求進(jìn)行選擇。

2.4 粳稻RIL群體農(nóng)藝與品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

由表5可以看出,糙米率與穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)、齊穗期、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(P<0.01),與株高、結(jié)實(shí)率、著粒密度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05)。精米率與實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、著粒密度、齊穗期、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。整精米率與株高、千粒重、齊穗期、單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),與小區(qū)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。選擇單株產(chǎn)量和小區(qū)產(chǎn)量高、株高較高以及生育期較長的株系,可以提高稻米的碾磨品質(zhì)。

表5 粳稻RIL群體農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between RIL population agronomic traits and quality traits in japonica rice

堊白度和堊白粒率與產(chǎn)量構(gòu)成因素之間沒有顯著的相關(guān)性,且除了穗長,與其他產(chǎn)量構(gòu)成因素都呈不顯著的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)很小。堊白度和堊白粒率是影響稻米外觀的關(guān)鍵因素,在選育時(shí)要跟稻米產(chǎn)量做到均衡。稻米長寬比與穗長呈極顯著正相關(guān),與株高、有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān),與穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和著粒密度呈極顯著負(fù)相關(guān),與結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)。長寬比與單株產(chǎn)量和小區(qū)產(chǎn)量沒有顯著的相關(guān)性,因此在選擇高產(chǎn)品系時(shí)可以不用考慮粒型因素。白度與穗長、有效穗數(shù)呈極顯著正相關(guān),與著粒密度呈極顯著負(fù)相關(guān),這說明選擇穗長較長、有效穗數(shù)較多的品系,稻米的白度會(huì)提高,外觀品質(zhì)會(huì)更好。

直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量都與株高、穗長、有效穗數(shù)、齊穗期、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān),與著粒密度呈極顯著正相關(guān)。脂肪酸值與株高、穗長、結(jié)實(shí)率、有效穗數(shù)、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān),與著粒密度呈極顯著正相關(guān)。研究表明,稻米脂肪酸值與米飯的黏度、彈性和食味值都呈負(fù)相關(guān)[20],在群體中選擇株高較高、穗長和生育期較長以及高產(chǎn)的品系,也可以滿足降低稻米中脂肪酸值的要求。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

相關(guān)研究表明,稻米蛋白質(zhì)含量越低,食味品質(zhì)越好[21-22]。相關(guān)性分析表明,小區(qū)產(chǎn)量越高,蛋白質(zhì)含量越低,因此選擇株高較高、穗長和生育期較長以及高產(chǎn)的品系,可以提高稻米的食味。但也有相關(guān)研究表明,蛋白質(zhì)含量與蒸煮和食味品質(zhì)并不能用簡單的相關(guān)性來衡量[23],需要考慮到稻米的品種以及米質(zhì)的優(yōu)劣[24]。

很長時(shí)間以來,稻米的產(chǎn)量跟品質(zhì)都是不可兼得的性狀。現(xiàn)在人們追求的不僅是好看的稻米,更是好吃的稻米,而稻米的品質(zhì)跟很多因素都有關(guān)系,主要包括稻米的遺傳特性(米飯的物理特性、淀粉糊化特性、影響食物的化學(xué)成分)、栽培地點(diǎn)以及氣候、栽培條件和后期管理(施肥量、施肥方法、水質(zhì)等)[25]。相關(guān)性分析只能幫助選擇可能兼具產(chǎn)量與品質(zhì)的粳稻品系,而具體產(chǎn)量高低與品質(zhì)優(yōu)劣還要繼續(xù)進(jìn)行選擇。使用各種儀器對高產(chǎn)品系的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測,最后進(jìn)行食味品鑒,才能準(zhǔn)確得出該高產(chǎn)品系的食味值高低,從而選擇出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品系。所研究的目標(biāo)性狀之間會(huì)存在一定程度的相關(guān)性,而且其他農(nóng)藝性狀或者品質(zhì)指標(biāo)也會(huì)對目標(biāo)性狀進(jìn)行不同程度的影響,甚至環(huán)境也可能會(huì)對其產(chǎn)生影響。因此,需要重復(fù)試驗(yàn),對所有相關(guān)性狀進(jìn)行多次測定和分析,對其相關(guān)性進(jìn)行準(zhǔn)確梳理分析,才能準(zhǔn)確找到產(chǎn)量與品質(zhì)之間的平衡點(diǎn),在高水平上對二者進(jìn)行整合。

3.2 結(jié)論

對粳稻RIL群體農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明,推遲齊穗期可提高稻米的碾磨品質(zhì),且提高產(chǎn)量;降低穗粒數(shù)可以改善稻米的蒸煮食味品質(zhì);增加穗長可以提高稻米的外觀品質(zhì)。因此,該研究認(rèn)為,適當(dāng)推遲齊穗期,適度增加穗粒數(shù)和穗長,是在保證高產(chǎn)的情況下,提升稻米品質(zhì)的有效途徑。