遼寧省水稻品種品質性狀多樣性及核心樣本構建

黃 河

（遼寧省鹽堿地利用研究所， 遼寧 盤錦 124010）

水稻是中國一半以上人口的主糧，世界人均四分之一的食物熱量來源，也是全球最主要的糧食作物之一［1］。 隨著人民生活水平的提高，膳食結構和食用習慣發生了重大改變，對稻米品質的要求越來越高［2］。 種質資源是水稻品種選育的基礎。 但隨著育種時間的推移，水稻親本應用愈加向少數骨干親本集中。 而僅利用少數骨干親本，勢必帶來育成品種遺傳單一性的問題。 同時，水稻品種推廣的單一化，導致大量優良基因喪失和遺傳基礎狹窄，進而造成產量水平難以突破和抗性的遺傳脆弱性［3］。 因此，廣泛收集水稻種質資源并進行深入評價與鑒定對水稻育種及稻作發展具有重要的現實意義。 Frankel［4］于1984 年首先提出“核心樣品”的概念，并與Brown［5］將其進一步發展。 即從整個種質遺傳資源中選擇一部分樣本，以最小的資源數量和遺傳重復，盡可能最大限度代表整個資源的多樣性。 核心種質的提出為遺傳資源的研究和利用提供了嶄新的解決途徑。本研究旨在對遼寧省部分育成水稻品種品質性狀多樣性進行分析，并初步構建可利用的核心樣品，為今后水稻品質育種中親本選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選用170 份1981～2015 年遼寧省審定的部分水稻品種。 2020 年將全部品種種植于遼寧省鹽堿地利用研究所試驗田，順序排列，行株距30.0 cm×13.3 cm，每小區面積7.2 m2，田間管理與大田相同。

1.2 分析方法

1.2.1 品質性狀測定 依據農業部部頒標準NY147－88［6］方法對供試品種的糙米率、精米率、整精米率、粒長、籽粒長寬比、堊白粒率、堊白度、堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量、 蛋白質含量等11 項品質性狀進行測定。 透明度由SDT－A 型稻米透明度測定儀直接測出。

1.2.2 多樣性指數 采用Shannon－Wiener 多樣性指數計算不同性狀多樣性。先計算各群體全部材料各性狀的總體平均值（X）和標準差（δ），劃分為10 級，從第1 級［Xi＜（X－2δ）］到第10 級［Xi＞（X＋2δ）］，每0.5δ 為一級，每一級的相對頻率用于計算多樣性指數。

式中，H′為多樣性指數，pi為某性狀第i 個級別內材料份數占總份數的百分數，ln 為自然對數［7］。

1.2.3 主坐標分析 將全部品種12 個品質性狀值在NTSYS2.10e 軟件上進行主坐標分析（PCO），并依據引起變異的第1、2、3 主坐標作出全部品種的3D 散點分布圖。1.2.4 核心樣本選擇 在品質性狀主坐標分析的基礎上，對170 份水稻品種進行分類。 取樣比例設為25%。 每個類群內品種在所有性狀值標準化后根據歐氏距離大小，采用類平均法進行系統聚類；聚類后用優先取樣法找出最大值和最小值的試材，并作為核心材料保留，其余核心材料則用隨機取樣法抽取。 采用平均性狀極差符合率（CR）、變異系數變化率（VR）、多樣性指數率（H）3 個參數作為核心親本種質群體優劣的評價指標［8］。

式中：n 為性狀個數，RiC、RiI分別為核心樣本群體和初始群體對應各性狀極差，CViC、CViI分別為核心樣本群體和初始群體對應各性狀變異系數，H＇iC、H＇iI分別為核心樣本群體和初始群體對應各性狀多樣性指數。

2 結果與分析

2.1 水稻品種品質性狀變異及多樣性

由表1 可見， 所分析的170 份水稻品種12 個品質性狀變異系數在1.18%～100%。其中堊白度、堊白粒率變異最大，變異系數分別為100%和63.69%，變幅分別為0.1%～16.8%、2%～57%；其次為膠稠度變異系數為13.32%，變幅為52～100；糙米率、精米率、粒長、整精米率、籽粒長寬比、堿消值、直鏈淀粉含量、透明度、蛋白質含量變異系數在1.18%～9.05%， 變 幅 分 別 為80.5%～85.8%、70.3%～80%、4.4mm～5.7mm、54.5%～76%、1.6～2.2、4.8 級～7.0 級、13.9%～22.2%、0.51～0.82、5.9%～10.4%。從Shannon－Wiener 多樣性指數上看，直鏈淀粉含量、精米率、蛋白質含量、糙米率、膠稠度多樣性指數大于2.0；粒長、整精米率、堊白粒率、透明度多樣性指數在1.809～1.952；籽粒長寬比、堊白度多樣性指 數 分 別 為1.435、1.514， 而 堿 消 值 多 樣 性 指 數 只 有0.693。 表明，170 份水稻品種品質性狀具有一定的形態變異和多樣性水平，可為優質育種親本選擇提供豐富的親本來源。

表1 170 份水稻品種品質性狀表現

2.2 核心樣本品種品質性狀變異及多樣性

由圖1 可見，170 份水稻品種對品質性狀進行主坐標分析，可劃分為5 個類群。 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類群包括品種數分別占品種總數的8.81%、24.71%、24.71%、34.12%、7.65%。 對不同類群品種進行核心樣本構建，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類群品種中核心樣本品種分別4 份、10 份、10 份、15份、3 份，共42 份水稻品種。

圖1 核心樣本用非核心樣本品質性狀主坐標排序

由表2 可見，42 份水稻核心樣本品種12 個品質性狀變異系數在1.40%～81.11%。 其中堊白度、堊白粒率變異最大，變異系數分別為81.11%和62.56%，變幅分別為0.2%～10.7%和2%～55%； 其次為膠稠度變異系數為15.81%，變幅為52～100；糙米率、精米率、整精米率、粒長、堿消值、籽粒長寬比、直鏈淀粉含量、透明度、蛋白質含量變異系數在1.40%～9.04%， 變幅分別為80.5%～85.8%、70.3%～78.4%、59.6% ～73.3% 、4.4mm ～5.7mm、5.3 級～7.0 級、1.6 ～2.2、13.9%～21.4%、0.55～0.80、5.9%～9.4%。 從Shannon－Wiener多樣性指數上看， 只有糙米率多樣性指數大于2.0； 堊白度、堊白粒率、蛋白質含量、直鏈淀粉含量、精米率、透明度、膠稠度多樣性指數在1.834～1.987；籽粒長寬比、粒長、整精米率多樣性指數分別為1.505、1.741、1.796，堿消值多樣性指數也只有0.739。

表2 42 份水稻核心樣本品種品質性狀表現

由表3 可見，極差符合率（CR）在62.87%～100%，其中糙米率、粒長、籽粒長寬比、膠稠度最大均為100%，透明度、精米率、直鏈淀粉含量、堊白粒率在80.65%～96.36%，堊白度、 整精米率、 堿消值、 蛋白質含量在62.87%～77.78%， 平均值為86.04%。 變異系數變化率 （VR）在81.11%～128.44%，其中透明度、堿消值、籽粒長寬比、糙米率、 膠稠度、 精米率、 直鏈淀粉含量、 粒長在100%～128.44%， 堊白度、 整精米率、 堊白粒率、 蛋白質含量在81.11%～99.89%，平均值為109.31%。 多樣性指數率（H）在94.41%～121.14%，其中透明度、籽粒長寬比、堿消值、堊白度在101.64%～121.14%，蛋白質含量、膠稠度、整精米率、粒長、糙米率、精米率、直鏈淀粉含量、堊白粒率在94.41%～99.27%，平均值為100.75%。

表3 42 份水稻核心樣本群體評價參數

2.3 核心樣本品種不同類群品質性狀特點

由表4 可見，核心樣本品種不同類群在糙米率、精米率、粒長、籽粒長寬比、堊白度、堿消值共6 個性狀上的差異達到顯著或極顯著水平。 其中，第Ⅰ類群糙米率、精米率、堿消值較高，粒長較短，籽粒長寬比較小，堊白度較低；第Ⅱ類群糙米率、精米率較低，籽粒長寬比較小，堿消值較高；第Ⅲ類群粒長較長，籽粒長寬比較大，堿消值較高；第Ⅳ類群粒長較長，籽粒長寬比較大；第Ⅴ類群粒長較短，籽粒長寬比較大，堊白度較高，堿消值較低。 表明，不同類群水稻核心樣本品種在部分品質性狀上區別明顯，并形成具有不同特點的類型組合。

表4 水稻核心樣本不同類群品種品質性狀比較

3 結論與討論

林世成等［9］對212 個早粳品種原始親本進行追溯，發現97.2%的選育品種都具有日本品種的親緣。 劉傳光等［10］分析了95 個華南地區不同年代常規秈稻主栽品種的親緣關系，結果顯示華南地區秈稻品種的遺傳多樣性狹窄且隨年代而變化，20 世紀70 年代以后呈下降趨勢，并且華南地區各時期的常規稻品種遺傳改良都是圍繞少數骨干親本進行。 因此，廣泛收集各種優異稻種資源和拓寬水稻品種遺傳基礎，提高品種遺傳多樣性是水稻育種的現實性問題。

核心樣本為育種者提供一個規模相對較小、遺傳多樣性相對較大的遺傳育種資源群體。在此基礎上利用核心種質的代表性，發展新的種質評價方法，篩選需要的性狀，可提高育種效率［11－12］。 李自超等［13］對國家作種質庫編目入庫的50 526 份中國地方稻種資源研究， 以計算機提取6%，加上人工定向取樣增加優異種質和極值材料約2%， 使初級核心種質總數達4 000 份。 孫強等［14］等構建了包括477份稻種的吉林省稻種資源核心種質庫。 黎毛毛等［15］等以3 187 份江西地方稻種資源為材料， 利用SSR 標記對進行遺傳多樣性和聚類分析，建立了包括296 份種質的江西地方稻種資源核心種質庫。 為種質資源利用提供了必要條件。

本研究中170 份水稻品種12 個品質性狀變異系數在1.18%～100%，平均值為18.87%。 多樣性指數在在1.809～1.952，平均值為1.786。具有較好的表型多樣性。而構建的核心樣本群體12 個品質性狀變異系數在1.40%～81.11%，平均值為17.81%。多樣性指數在在0.739～2.036，平均值為1.783。 平均性狀極差符合率（CR）、變異系數變化率（VR）、多 樣 性 指 數 率 （H）3 個 參 數 分 別 為86.04%、109.31%、100.75%。 表明，本研究中構建的42 個水稻品質核心樣本群體可代表原始群體80%以上表型多樣性，這對核心樣本的利用程度具有現實的指示作用。 同時，主坐標及方差分析表明，42 個核心樣本所形成品質性狀有明顯差異的5個品質性狀類群，為具體親本選擇指明了方向。