長三角地區54份粳稻種質食味指標的相關性分析

張麗霞，余飛宇，閆 影，王冬蘭，李瑞清，曹黎明，萬常照，吳書俊*

(1上海市農業科學院作物育種栽培研究所,上海201403；2光明種業有限公司,上海 202171)

稻米品質主要包括碾米、外觀、蒸煮食味和營養品質[1]。隨著生活水平的提高，人們日益重視稻米品質，尤其是食味品質。食味品質是稻米品質的核心，其理化指標包括直鏈淀粉含量(Amylose content，AC)、膠稠度(Gel consistency，GC)、蛋白質含量(Protein content，PC)等。AC低的稻米米飯光澤透亮，口感柔滑有彈性，冷不回生等特點。在一定范圍內，GC越大，米飯越柔軟，稻米食味品質也就越好[2-3]。PC低的大米，其米飯柔軟性和黏彈性越好[4]。此外，堿消值(Alkali spreading value，ASV)是反映稻米糊化溫度(Gelatinization temperature，GT)的重要指標，GT低，米飯軟而緊密，口感好[5]。

人們可以通過感覺器官從米飯氣味、外觀、軟硬度、黏性、嚼勁和冷飯質地等方面來衡量和判斷稻米食味，但是人工品嘗具有一定的主觀性且操作繁瑣。近年來米飯食味儀、米粒食味計等儀器已經被廣泛應用于稻米食味品質評價等研究[6]。已有研究表明食味儀測定結果與人工品嘗結果存在極顯著相關性[7]。此外，快速黏度儀(Rapid visco analyser，RVA)也已經被廣泛應用于稻米食味品質評價等研究。RVA譜特征值中，成糊溫度(Pasting temperature，PaT)、峰值黏度(Peak viscosity，PKV)、冷膠黏度(Cool paste viscosity,CPV)、最低黏度(Holding strength，HPV)、崩解值(Breakdown viscosity，BDV)、消減值(Setback viscosity，SBV)、回復值(Consistence viscosity，CSV)均是反映稻米食味品質優劣的指標，其中BDV、SBV和CSV被認為是評價食味品質重要的參考指標[8-9]。 BDV反映米飯的軟硬，SBV與米飯冷后的老化相關聯[10-11]。因此，根據綜合稻米食味的理化指標及食味測定值、RVA譜特征值來評價稻米食味品質是高效、可行的。

在稻米品質的遺傳調控方面，Wx和ALK基因被認為是目前發現影響稻米蒸煮食味品質最重要的兩個基因[12]。Wx基因編碼顆粒淀粉合成酶(Granule-bound starch synthase，GBSS)，是控制直鏈淀粉合成的主效基因，直接影響水稻胚乳中直鏈淀粉的含量，而且Wx還存在一系列復等位基因[13]。ALK基因編碼可溶性淀粉合酶Ⅱ，主要控制稻米的糊化溫度[14]。

長三角地區為我國重要的粳稻稻米產區，自古就有魚米之鄉之稱。這里的人們喜歡食用口感柔滑、有彈性的米飯。近年來該地區育成了一系列低AC(俗稱軟米)的粳稻品種，食味品質較佳[15-16]，受到了人們的青睞。

本研究通過測定長三角地區54份粳稻種質食味的理化指標、RVA譜特征值及米飯食味值，分析各指標間的相關性，并且進行主要成分分析。主要成分分析旨在利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標，可以在多變量中找出代表性的因子，將相同本質的變量歸為一類因子，簡化變量間的關系[17]。本研究旨在更全面深入了解決定長三角地區粳稻稻米食味品質性狀的主要因素，從而為優良食味粳米評價及育種工作提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選用長三角地區選育的常規粳稻種質54份，其中27份為上海市農業科學院培育，包括：‘滬軟1212’、‘寶農34’、‘金農香粳1267’、‘滬香粳106’、‘滬香粳151’、‘滬粳137’、‘滬早香軟1號’、‘松香粳1018’、‘滬旱35號’、‘銀香18’、‘銀香38’、‘滬LPR18’、WDR35、滬粳144、滬早香軟2號、滬粳13-387、滬粳373、滬早軟粳、滬香11-21、滬香12-66、滬香12-258、滬香12-268、滬香軟412、滬香軟540、滬軟12-386、滬軟12-559、滬軟2122。17份為江蘇省多家育種單位培育，包括：‘南粳46’、‘蘇香粳100’、‘武育粳3號’、‘武運粳19號’、‘武運粳29號’、‘武運粳30號’、‘武運粳31號’、‘常農粳5號’、‘揚粳50226’、軟米333、蘇12-838、蘇中粳60、武3338、武3414、武4193、武6114、武香軟米。10份為浙江省嘉興農業科學院培育，包括：‘嘉58’、‘嘉64’、‘秀水52’、‘秀水114’、‘秀水121’、‘秀水134’、‘嘉花1號’、丙05-114、丙11-121、丙11-107。

1.2 試驗設計

試驗設置年度間重復，54份常規粳稻種質分別于2015年和2016年正季種植在上海市農業科學院莊行試驗站育種基地，每份種質種植5行，每行8株，株行距為30cm×20cm。試驗田平整、土壤肥力中等均勻，前茬為大麥，水稻試驗采用人工移栽方式，水肥管理同常規大田管理，總施氮量為300kghm2。每份試驗種質一旦成熟即收獲，用單株脫粒機脫粒后曬干，在稻谷水分達到14.5%左右時用小型精米機加工成精米，再經萬能粉碎機粉碎后過100目篩后使用。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 AC的測定

1.3.2 PC的測定

稻米PC的測定使用北京東孚久恒儀器技術有限公司與日本佐竹公司合作生產的JSWL 200米粒食味計測定。

1.3.3 GC的測定

1.3.4 ASV的測定

稻米ASV是按照農業部標準米質測定方法NY 147—88(中華人民共和國農業部部頒標準1988)進行測定。

1.3.5 米飯食味值的測定

米飯食味值使用日本佐竹公司研發的STA1B型米飯食味儀測定。

1.3.6 RVA譜特征值的測定

采用澳大利亞Newport Science公司生產的RVA-EZi型淀粉黏滯性快速分析儀進行測定，用Thermocline軟件進行分析。按照ACC美國谷物化學協會操作規程(1995 61—02)標準方法[20]，米粉含水量為12%，稱樣量為3.00g，蒸餾水為25.00mL。測定過程中罐內溫度變化：50℃保持1 min，以12℃min上升到95℃(3.75 min)，95℃保持2.5 min，以12℃min下降到50℃(3.75 min)，50℃保持1.4 min。攪拌器在起始10 s內轉動速度為960 rmin，以后保持在160 rmin。稻米RVA譜特征值用PaT、PKV、HPV、CPV、BDV(PKV-HPV)、SBV(CPV-PKV)、CSV(CPV-HPV)等表示，單位為“Rapid visco units”(RVU)。

1.4 數據處理

運用Exce 2010軟件和PASW statistics 18數據處理系統進行統計分析，其中相關性分析采用配對樣本t檢驗。

表1 54份粳稻種質品質性狀指標分布

注：樣本數n為54

2 結果與分析

2.1 供試材料分析

表1為54份粳稻種質在食味品質理化及評價指標等性狀值的分布特征，2015年和2016年稻米平均AC均在13%左右；平均PC均在8%左右；2016年稻米平均GC稍大且平均ASV稍小；2016年RVA譜特征值中PKV、HPV、CPV、BDV、CSV均小于2015年對應的數值。從數據分布來看，兩年稻米ASV和PaT峰度值較大，ASV偏度值較小，PaT偏度值較大。說明ASV和PaT呈較大的偏態分布。從表1可知，各性狀最大值和最小值種質間差異較大,說明所選種質覆蓋范圍廣。兩年稻米淀粉RVA譜特征值中SBV變異系數較大。變異系數越大，說明種質間的差異越大。

2.2 粳稻稻米食味理化指標間的相關性分析

稻米AC、GC、PC、ASV均是反映稻米食味品質的重要理化指標。由表2可以看出，2015年和2016年數據表明，稻米AC與GC均呈極顯著負相關，與ASV關系均不顯著。而其他指標的相關性在兩年的趨勢不一致，甚至相反。這說明AC、GC呈穩定的負相關，這種關系可能主要受遺傳因素影響，受環境等因素影響不明顯。

表2 稻米食味理化指標間的相關系數

注：樣本數n為54；**表示在1%水平上顯著相關，*表示在5%水平上顯著相關

2.3 粳稻稻米食味理化指標與RVA譜特征值間的相關性分析

RVA譜模擬了米飯的蒸煮過程，反映了稻米在升溫-降溫過程中的黏度變化，為了理解稻米食味理化和RVA譜特征值之間的關系，本研究分析了二者之間的相關性。2015年和2016年數據分析均表明(表3)：AC與CPV、SBV、CSV均呈極顯著正相關，與BDV均呈極顯著負相關；GC與PKV、BDV均呈極顯著正相關，與CPV、SBV、CSV均呈極顯著負相關。PC與PaT關系均不顯著。ASV與PKV均呈極顯著負相關；與CSV均呈顯著正相關；與CPV關系均不顯著；2015年數據分析表明，ASV與BDV均呈顯著負相關，與SBV呈顯著正相關；2016年數據分析表明，ASV與BDV均呈極顯著負相關，與SBV呈極顯著正相關。而其他指標的相關性在兩年的趨勢不一致，甚至相反。

表3 稻米食味理化指標和評價指標的相關系數

注：樣本數n為54；**表示在1%水平上顯著相關，*表示在5%水平上顯著相關

2.4 稻米食味理化指標、RVA譜特征值與米飯食味值間的相關性分析

2015年和2016年數據分析均表明(表4)：米飯食味值與AC、HPV、CPV、SBV和CSV均呈極顯著負相關；與GC、BDV均呈極顯著正相關；與ASV關系均不顯著；2015年稻米米飯食味值與PKV呈極顯著正相關，2016年稻米米飯食味值與PKV呈顯著正相關。而其他指標的相關性在兩年的趨勢不一致。

表4 稻米食味理化指標、RVA譜特征值與米飯食味值間的相關系數

注：樣本數n為54;**表示在1%水平上顯著相關，*表示在5%水平上顯著相關

2.5 稻米食味相關性狀的主要成分分析

2015年和2016年主成分特征向量分別見表5和表6，前3個主成分特征值均大于1，而且所占的累計方差貢獻率達到82%以上，說明這3個成分可以作為主因子，可以解釋影響食味性狀變異的82%以上。2015年和2016年數據分析表明：第一主成分貢獻率均達53%以上，該成分中以AC、GC、米飯食味值、CPV、BDV、SBV、CSV載荷均較大，而AC、GC與CPV、BDV、SBV、CSV相關性均極其顯著。分析兩年第一成分表明:AC越大，GC越小，CPV、SBV和CSV越大，BDV越小，米飯食味值越小，最終米飯食味越差。第一成分影響食味的主要因素反映在稻米的AC和GC，影響稻米柔軟度。兩年第二主成分貢獻率均達15%以上，該成分中ASV載荷較大。第二成分影響食味的主要因素反映在稻米的ASV。兩年第三主成分貢獻率均達8%以上，該成分中以PC載荷較大。PC越小，米飯食味值越大。第三成分影響食味的主要因素反映在稻米的PC。

表5 2015年粳稻稻米食味品質性狀因子荷載矩陣

表6 2016年粳稻稻米食味品質性狀因子荷載矩陣

3 討論

本研究分別測定了2015年和2016年種植的54份粳稻稻米食味理化指標、RVA譜特征值及米飯食味值，分析了各指標間的相關性，比較了其在兩年間的變化趨勢，綜合分析了影響粳稻稻米食味品質的主要因素。兩年研究結果均表明：粳稻稻米AC與GC呈極顯著負相關；AC與稻米淀粉RVA譜特征值中CPV、SBV、CSV呈極顯著正相關；與BDV呈極顯著負相關；GC與CPV、SBV、CSV呈極顯著負相關；與BDV呈極顯著正相關。 AC與稻米米飯食味值呈極顯著負相關，GC與稻米米飯食味值呈極顯著正相關。前人研究表明AC、GC是評價稻米食味品質的重要指標[21]，Wx基因主要通過影響AC、GC來決定稻米食味品質[12]，稻米淀粉RVA譜特征主要受Wx基因控制[22]。本研究中2015年和2016年稻米淀粉CPV、BDV、SBV、CSV與AC、GC相關性均極顯著，這可能與其受Wx基因調控有關。2015年和2016年主成分分析進一步表明，第一主成分中均以AC、GC、米飯食味值、CPV、BDV、SBV、CSV載荷較大，它們是影響稻米食味品質的第一要素。AC越小，GC越大，CPV、SBV、CSV越小，BDV越大，米飯食味值越大，稻米食味品質越好。RVA譜特征值中，BDV、SBV和CSV被認為是評價食味品質重要的參考指標[8-9]。在第一主成分分析中，SBV載荷最大。本研究進一步表明，RVA譜特征值中，SBV最能反映稻米食味品質，而且兩年中SBV變異系數均較大，它能較好的反映不同稻米米飯在冷后老化間的差異。

兩年研究結果表明，稻米ASV與AC關系不大，與GC、PC關系不穩定；ASV與米飯食味值關系均不顯著；ASV與PKV均呈極顯著負相關。主成分分析表明，ASV在第二因子中載荷最大，但是PKV在2015年中載荷并不大。第二主成分中，兩年米飯食味值載荷均非常小，作為第二類影響食味的主要因素ASV，反映的是GT，其與稻米食味關系復雜，有待進一步研究。

兩年研究結果表明，稻米PC與AC、GC、ASV及米飯食味值關系不穩定。前人研究表明，PC與PKV、BDV呈極顯著負相關，與SBV呈極顯著正相關[23]。而本研究兩年結果分析表明，PC與PaT關系不大，與RVA譜其他特征值的關系不穩定。Martin等[24]研究表明蛋白質通過結合水及二硫鍵形成的網絡結構來影響黏度曲線。主成分分析表明稻米PC是影響食味品質的第三類要素，PC越小，米飯食味值越大，稻米食味品質越好。

綜上所述，粳米AC、ASV、PC是影響稻米食味品質最主要的三類因素。粳稻稻米AC與GC與稻米淀粉RVA譜特征值中CPV、SBV、CSV、BDV及米飯食味值相關性均極其顯著，這些指標可歸為一類，為影響粳稻稻米食味性狀的最重要的要素。RVA譜特征值中SBV是反映稻米食味品質的最重要評價指標。研究長三角地區粳稻稻米食味性狀的主要因素及相關指標對長三角地區優質食味米選育工作具有重要指導意義。