豫南粳稻稻米品質的主成分聚類分析

劉秋員+宋曉華+段斌+何世界+李慧龍+甄才紅+宋世枝

摘要：為了解豫南地區不同粳稻品種稻米品質特點，利用主成分聚類分析方法統計分析了豫南地區12個粳稻品種的稻米品質。結果表明：堊白度、堊白粒率、堊白大小、膠稠度、直鏈淀粉含量在品種間的變異系數較大，分別為8866%、80.43%、22.76%、26.46%、18.42%。主成分分析結果表明，堊白度、堊白粒率、精米率、糙米率、粒長、粒寬、膠稠度以及直鏈淀粉含量是粳稻品質性狀的關鍵指標。同時通過主成分得分聚類分析，12個粳稻品種基本分為6類，其中第Ⅰ類、第Ⅱ類以及第Ⅳ類表現出了高堊白的特征，第Ⅲ類、第Ⅴ類以及第Ⅵ類的堊白性狀雖然與優質稻米要求差距相對較小，但其整精米率較差。

關鍵詞：豫南；粳稻；品質；主成分聚類分析

中圖分類號： S511.2+20.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0129-03

收稿日期：2015-04-27

基金項目：河南省重大科技專項（編號：121100110200）；國家水稻產業技術體系項目；信陽農林學院校內青年基金（編號：201401021）。

作者簡介：劉秋員（1985—），男，江西高安人，碩士研究生，助教，主要從事作物高產優質栽培技術研究。E-mail：joss85@163.com。

通信作者：宋世枝，研究員，主要從事水稻栽培技術研究。E-mail：ssz669@163.com。水稻為我國最主要的糧食作物之一，隨著人們生活水平的提高，人們對稻米的品質要求也越來越高，因此，如何提高稻米品質，已成為廣大水稻科技工作者極為關注的問題。豫南地區水稻種植歷史悠久，常年水稻生產面積 53.33萬hm2，占河南省水稻種植總面積的83%，是河南省水稻的主產區[1]。粳稻作為豫南地區近年來大力推廣種植的水稻類型，目前對其研究主要集中在粳稻品種篩選和相關栽培技術措施上，而對其稻米品質的關注比較少[2-6]。據此，筆者以豫南地區目前正在試種的12個粳稻品種為研究對象，利用相關統計方法對其稻米品質進行相關分析，以期明確各品種的品質特點，為下一步品種篩選和栽培技術改進提供參考。

1材料與方法

1.1供試品種

選取豫南地區粳稻試種品種共12個，分別為秀水134、浙粳88、武運粳23、南粳9108、鹽豐47、遼星一號、龍粳31、龍粳21、新稻18、新豐3號、隆優1875、鄭稻18。

1.2檢測指標

所檢測的指標包括糙米率（X1）、整精米率（X2）、精米率（X3）、堊白度 （X4）、堊白率（X5）、堊白大小（X6）、粒長（X7）、粒寬（X8）、膠稠度（X9）、直鏈淀粉含量（X10）、 食味得分（X11）。相關檢測檢測方法嚴格按照農業行業標準NY/T 83—1988《米質測定方法》進行。

1.3數據分析

利用SPSS 19.0 軟件進行主成分和聚類分析。

2結果與分析

2.1豫南粳稻稻米品質指標描述性統計分析

豫南地區12個粳稻品種的品質指標性狀及其相關描述性統計分析見表1。從表1可知，11項品質指標中，糙米率、整精米率、精米率、粒長、粒寬以及食味得分變異系數較小，表明這些指標在品種間差異較小；而堊白度、堊白粒率、堊白大小、膠稠度以及直鏈淀粉含量的變異系數較大，說明品種可能對這些指標有較大的影響。

2.2粳稻稻米品質指標的主成分分析

把12個粳稻的11項品質指標合在一起進行主成分分析，計算出相關矩陣的特征根和相應的特征向量，其結果見表2和表3。由表2可知，根據提取特征值大于1的原則，一共提取到了4個主成分，它們對稻米品質的累計方差貢獻率達到了84.702%，說明可以用該4項主成分來描述稻米品質信息。

某一主成分相應的特征向量表示各性狀對主成分貢獻的大小，其絕對值和符號分別反映了各指標對該主成分作用的大小和性質。結合表2可知，第1主成分的方差貢獻率為32.84%，其中堊白度、堊白粒率的載荷系數較大，表明這2個指標在第1主成分中起主要作用，命名為堊白因子；第2主成分的方差貢獻率為20.035%，其中精米率、糙米率的載荷系數較大，由于這2項指標均屬于碾磨品質指標，因此命名為碾磨因子；第3主成分的方差貢獻率為16.801%，其中膠稠度和粒寬的載荷系數較大，因此該主成分是粒寬和膠稠度的一個綜合反映；第4主成分的方差貢獻率為15.026%，其中直鏈淀粉含量和粒長的載荷系數較大，因此該主成分是粒長和直鏈淀粉含量的一個綜合反映。

2.3基于主成分得分的各粳稻品種聚類分析

由表3提供的主成分得分系數，可以得到4個主成分的線性組合分別為：F1=-0.072X1+0.11X2-0.093X3+…-0193X11；F2=0.26X1+0.223X2+0.404X3+…+0041X11；F3=0.323X1-0.322X2+0.053X3+…+0.094X11；F4=-0.26X1+0.109X2+0.074X3+…+0.223X11。由這4個線性方程計算出來的各主成分得分見表4。

根據表4各主成分得分，采用平方歐式距離和類平均組間聯結系統聚類法對12個粳稻品種進行聚類分析，結果如圖1所示。12個粳稻品種大致可以分為6類：武運粳23、鹽豐47、浙粳88分別各自成1類；新豐3號、隆優1875、龍粳21成1類；南粳9108、龍粳31、新稻18、鄭稻18成1類；秀水134、遼星一號成1類。

對各類別所屬品種的品質性狀指標的平均值進行對比，并結合優質粳稻米的品質要求，由表5分析發現：碾磨品質方面，各類品種在糙米率方面表現較好，均達到了一級粳稻米的要求，但整精米率除第Ⅱ類和第Ⅲ類達標外，其他類品種與要求均存在一定差距；外觀品質方面，各類型的堊白度和堊白粒率均與優質粳稻米要求存在一定差距，其中第Ⅰ類、第Ⅱ類、第Ⅳ類差距較大，第Ⅵ類差距相對較小；蒸煮食味品質方面，第Ⅰ類、第Ⅲ類以及第Ⅴ類的膠稠度未達標，而第Ⅱ類、第Ⅳ類以及第Ⅴ類的直鏈淀粉含量未達標，從食味得分上來看，以第Ⅵ類的得分最高，為74.37分，第Ⅱ類最低，只有65.81分。

3結論與討論

本研究結果表明，豫南地區的12個粳稻品種稻米品質差異較大，特別是在堊白度、堊白粒率方面，變異系數均在80%以上。此外，通過主成分分析也發現，堊白度、堊白粒率在第一主成分上擁有較大載荷，說明堊白度、堊白粒率可能是豫南地區粳稻稻米品質的主要限制因子。從聚類分析結果看，12個品種大致分為6類，除在糙米率方面均滿足優質米要求外，6個類型的粳稻品種在其他品質指標上表現出了不同的特征，第Ⅰ類、第Ⅱ類以及第Ⅳ表現出了高堊白的特征，而第Ⅲ類、第Ⅴ類以及第Ⅵ類的堊白性狀與優質稻米要求差距相對較小，但其整精米率相對較小，這可能與整精米率和堊白度之間存在極顯著負相關關系有關[7]。

稻米品質影響因素復雜，不僅受遺傳性狀控制，同時還受到環境因子的影響，而且稻米品質性狀間還存在難以調和的遺傳相關性[8-9]，而評價稻米品質的優劣，需要綜合考慮碾米品質、外觀品質、蒸煮食味品質、營養品質以及安全性等多方面的指標狀況[10]。因此，結合本研究結果來看，建議把降低堊白度和堊白粒率作為豫南地區今后粳稻品質改良的重點方向，并同時協調好堊白與其他品質性狀間的關系。

參考文獻：

[1]宋世枝，段斌，何世界，等. 從粳稻的比較優勢看豫南“秈改粳”[J]. 中國稻米，2014，20（1）：48-50，56.

[2]宋世枝，段斌，何世界. 豫南粳稻高產優質障礙因子與栽培對策[J]. 中國農學通報，2005，21（5）：206-208.

[3]方玲，宋世枝，段斌，等. 豫南粳稻播期調整后抽穗灌漿期間溫度變化及對產量和品質的影響[J]. 中國農學通報，2006，22（4）：218-220.

[4]宋世枝，方玲，段斌，等. 調整播期對豫南粳稻稻瘟病及紋枯病發病條件的影響[J]. 中國農學通報，2005，21（4）：276-277，288.

[5]段斌，宋世枝，何世界，等. 豫南粳稻安全齊穗期和最佳播種期研究[J]. 中國稻米，2015，21（1）：45-47，51.

[6]張凱，孫君艷. 豫南地區粳稻栽培最佳施氮水平試驗[J]. 湖北農業科學，2010，49（6）：1300-1301.

[7]馬靜，孫建昌，安永平，等. 寧夏稻米品質性狀的主成分及聚類分析[J]. 種子，2009，28（12）：35-38，43.

[8]林靜，張所兵，張云輝，等. 利用染色體片段置換系定位水稻米糠油含量的QTL[J]. 江蘇農業學報，2015，31（2）：231-235.

[9]周龍祥，唐搖設，劉正輝，等. 開花期剪葉和疏花對寧粳1號和鎮稻88稻米直鏈淀粉含量和膠稠度的影響[J]. 江蘇農業學報，2014，30（5）：943-949.

[10]朱智偉. 當前我國稻米品質狀況分析[J]. 中國稻米，2006（1）：1-4.