浙江省秈粳雜交稻新品系表現(xiàn)型性狀綜合分析及評(píng)價(jià)

張世璽 楊海龍 王劍功 姚堅(jiān)

摘要：為篩選良好的秈粳雜交稻評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而對(duì)秈粳交組合的特性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，明確秈粳交高產(chǎn)配組的方向。通過變異系數(shù)及變異范圍、表型多樣性指數(shù)、主成分分析（二維排序分析和隸屬函數(shù)分析）和逐步回歸方程分析等方法對(duì)24份單季秈粳雜交稻試驗(yàn)品種9個(gè)主要表型性狀的多樣性水平進(jìn)行綜合分析及評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，浙江省秈粳雜交稻在株型性狀方面表現(xiàn)出有效穗數(shù)少（176.31～227.44個(gè)/m2）、高稈（113.8～132.2 cm）、產(chǎn)量高（6 941.85～12 015.15 kg/hm2）的特點(diǎn)，小粒、多穗、多粒對(duì)秈粳雜交稻的產(chǎn)量影響較大；9個(gè)表型性狀的變異系數(shù)在2.91%（生育期）～14.78% （每穗實(shí)粒數(shù)）之間，多樣性指數(shù)在4.568 3（每穗實(shí)粒數(shù)）～4.584 4（基本苗數(shù)）之間；基于二維排序結(jié)果，Y優(yōu)9367、春優(yōu)137和甬優(yōu)1540是在二維排序重疊材料中重疊次數(shù)最多的秈粳雜交稻組合，具有優(yōu)良的產(chǎn)量性狀。根據(jù)主成分隸屬函數(shù)分析，綜合性狀排名前5的材料是浙粳優(yōu)2111、甬優(yōu)1540、華中優(yōu)469、浙粳優(yōu)34和Y優(yōu)9367；篩選到生育期、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量等6個(gè)表型性狀作為秈粳雜交稻綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。綜合評(píng)價(jià)分析得出，在秈粳雜交稻組配過程中，除去注意平衡產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系外，多穗的秈粳雜交稻相較于大粒少穗株型更有高產(chǎn)潛力。

關(guān)鍵詞：秈粳雜交稻；表型多樣性；性狀分析；綜合評(píng)價(jià)；浙江省

中圖分類號(hào)：S511.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）24-0032-06

水稻是我國(guó)最主要的糧食作物，同時(shí)也是浙江省第一大糧食作物［1-2］。2021年浙江省水稻種植面積和產(chǎn)量分別為63.36萬hm2和469.12萬t，占全省糧食的62.91%和75.67%［3］。由于地理格局約束，浙江省耕地面積僅為208.17萬hm2，約占陸地面積19.72%，農(nóng)村人口1 755萬，約占總?cè)丝诘?0%［4］。但隨著社會(huì)化的發(fā)展，耕地資源的限制日益擴(kuò)大，因此要保證糧食生產(chǎn)的安全穩(wěn)定，關(guān)鍵需要提高水稻產(chǎn)量水平。浙江省自“8812”計(jì)劃開展以來，水稻亞種間雜交優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)展、利用和突破［5］。目前，浙江省選育的以甬優(yōu)系列為代表的秈粳雜交稻在植株形態(tài)、氮吸收、光合利用、干物質(zhì)積累和分配及產(chǎn)量構(gòu)成因素上得到了很大的改善，產(chǎn)量有了較大的突破［6-9］。

隨著各科研單位及種子公司對(duì)秈粳雜交稻新品種選育的不斷深入研究，近幾年涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的品種（甬優(yōu)、浙優(yōu)、春優(yōu)、浙粳優(yōu)、嘉禾優(yōu)、江兩優(yōu)和嘉優(yōu)中科系列）［10］，但秈粳交組合的整體表型性狀評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。為篩選出良好的秈粳雜交稻表型評(píng)價(jià)指標(biāo)，本研究通過變異系數(shù)及變異范圍、表型多樣性指數(shù)、主成分分析（二維排序分析和隸屬函數(shù)分析）和逐步回歸方程分析等方法對(duì)24份單季秈粳雜交稻試驗(yàn)品種9個(gè)主要表型性狀的多樣性水平進(jìn)行綜合分析及評(píng)價(jià)，從而對(duì)秈粳交組合的特性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，明確秈粳交高產(chǎn)配組的方向。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試的24份秈粳雜交稻由嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院水稻育種研究所收集和提供（表1），分別為甬優(yōu)33、浙杭優(yōu)K332、春誠(chéng)優(yōu)117、嘉禾優(yōu)916、浙粳優(yōu)34、甬優(yōu)110、浙粳優(yōu)910、Y優(yōu)9367、浙禾優(yōu)127、申豐優(yōu)63、浙谷優(yōu)99、浙優(yōu)301、春誠(chéng)優(yōu)887、春優(yōu)17、嘉豐優(yōu)22、嘉優(yōu)9366、春優(yōu)137、甬優(yōu)101、華中優(yōu)469、浙科優(yōu)918、浙粳優(yōu)2111、甬優(yōu)107、春優(yōu)157和甬優(yōu)1540（CK）。

1.2 試驗(yàn)方法

供試材料種植于嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地，于2022年5月21日播種，6月27日移栽，小區(qū)面積13.2 m2，小區(qū)長(zhǎng)6.6 m，寬2 m。雙本種植，移栽規(guī)格25 cm×20 cm，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，所有供試材料移栽于同一塊田地中，肥水管理和病蟲害防治與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田一致。性狀鑒定和記錄指標(biāo)按照《浙江省水稻區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)技術(shù)操作規(guī)程（試行）》進(jìn)行，主要調(diào)查株高、有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、生育期、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒質(zhì)量、基本苗數(shù)、每穗粒數(shù)和產(chǎn)量等9個(gè)數(shù)量性狀。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2007對(duì)農(nóng)藝性狀進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并計(jì)算其變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差及平均值，同時(shí)進(jìn)行Shannon-Winner指數(shù)分析。使用Origin 2021進(jìn)行表型多樣性主成分分析，通過計(jì)算各主成分的得分來評(píng)估秈粳雜交稻新組合優(yōu)劣的綜合評(píng)價(jià)D值。

2 結(jié)果與分析

2.1 秈粳雜交稻新品系表型性狀分析

浙江省秈粳雜交稻在株型性狀方面表現(xiàn)出有效穗數(shù)少、高稈大穗、產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)顯著的共同特性，有效穗數(shù)176.31～227.44個(gè)/m2，每穗粒數(shù)258～361粒，最高產(chǎn)量達(dá)到12 015.15 kg/hm2（表2）。由于拔節(jié)后至孕穗期遇極端高溫（8月1—23日的日最高氣溫達(dá)37～40 ℃），造成部分早熟品種花粉敗育，嚴(yán)重影響結(jié)實(shí)率，最低的申豐優(yōu)63只有41.21%，敏感期避過高溫的品種結(jié)實(shí)率明顯增加。所以，合適的生育期也是雜交稻組配過程中的重要指標(biāo)之一。產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上，浙江省秈粳雜交稻千粒質(zhì)量普遍不高，產(chǎn)量排名第1、第4位的浙粳優(yōu)2111和春優(yōu)17以及對(duì)照甬優(yōu)1540均為小粒、多穗、多粒類型；產(chǎn)量排第2、第3位的春優(yōu)137和華中優(yōu)469的千粒質(zhì)量、每穗粒數(shù)和分蘗數(shù)則較為均衡，所以，在秈粳雜交稻組配過程中應(yīng)注意平衡產(chǎn)量各構(gòu)成因素之間的關(guān)系，且多穗類型的秈粳雜交稻更有高產(chǎn)潛力。

2.2 秈粳雜交稻新品種表型性狀變異性分析

秈粳雜交稻表型性狀的變異性分析結(jié)果如表3所示，24份秈粳雜交稻的表型性狀變異系數(shù)表現(xiàn)為生育期（2.91%）＜基本苗數(shù)（2.92%）＜株高（4.26%）＜千粒質(zhì)量（5.14%）＜有效穗數(shù)（7.17%）＜每穗粒數(shù)（9.13%）＜產(chǎn)量（12.08%）＜結(jié)實(shí)率（12.44%）＜每穗實(shí)粒數(shù)（14.78%）。每穗實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率具有最小值1倍以上的極差值，最大的是每穗實(shí)粒數(shù)（1.26倍），最小的是基本苗數(shù)（0.12倍）。在上述秈粳雜交稻材料中，每穗實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率變異最為豐富，選擇空間較大，在秈粳雜交稻親本選育過程中要盡量規(guī)避結(jié)實(shí)率低、每穗實(shí)粒數(shù)小的親本材料，降低配組后的組合產(chǎn)量過低的可能性。

2.3 秈粳雜交稻新組合表型性狀多樣性分析結(jié)果

9個(gè)表型性狀多樣性指數(shù)在4.568 3（每穗實(shí)粒數(shù)）～4.584 4（基本苗數(shù)）之間，變幅較小；24份秈粳雜交稻組合的多樣性指數(shù)由大到小依次為單位面積基本苗數(shù)、生育期、株高、千粒質(zhì)量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率和每穗實(shí)粒數(shù)。結(jié)果（圖1）表明，24份秈粳雜交稻組合存在一定的多樣性和形態(tài)變異，基本苗數(shù)與生育期的遺傳多樣性指數(shù)數(shù)值最大，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力最強(qiáng)［11］。

2.4 秈粳雜交稻新品種表型性狀主成分分析結(jié)果

表4為秈粳雜交稻的9個(gè)表型性狀主成分分析結(jié)果，前5個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.21%，將其命名為PC1、PC2、PC3、PC4和PC5，表明這5個(gè)主成分可以反映24份秈粳雜交稻表型性狀的90.21%的遺傳內(nèi)容，是秈粳雜交稻表型特征的重要成分，可以用來對(duì)秈粳雜交稻的材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中，PC1的特征值為3.17，貢獻(xiàn)率為35.20%；PC2的特征值為1.93，貢獻(xiàn)率為21.46%；PC3的特征值為1.32，貢獻(xiàn)率為14.63%；PC4的特征值為1.09，貢獻(xiàn)率為12.09%；PC5的特征值為0.61，貢獻(xiàn)率為6.82%。

表4的特征向量關(guān)系表明，主成分1～5的最高載荷為分別每穗粒數(shù)（0.51）、有效穗數(shù)（0.57）、每穗粒數(shù)（0.51）、基本苗數(shù)（0.74）和千粒質(zhì)量（0.54）。[JP3]最大負(fù)載荷為基本苗數(shù)（-0.15）、千粒質(zhì)量（-0.55）、生育期（-0.34）、株高（-0.51）、每穗粒數(shù)（-0.43），每個(gè)主成分中的最高載荷和最大負(fù)載荷均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.5 基于主成分的二維排序分析

對(duì)每穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、基本苗數(shù)和千粒質(zhì)量進(jìn)行二維排序分析，以每穗實(shí)粒數(shù)為x軸，其余為y軸制圖。第1主成分每穗實(shí)粒數(shù)的增加對(duì)產(chǎn)量的提高有正效應(yīng)影響［12］；在一定范圍內(nèi)，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、基本苗數(shù)和千粒質(zhì)量與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系［13］，所以二維排序圖中，分布在第1象限的材料對(duì)秈粳雜交稻產(chǎn)量具有正效應(yīng)影響，圖2-A的第1象限材料包括3、5、8、12、14、16、21和24，其共同特征是每穗實(shí)粒數(shù)多且有效穗數(shù)多。圖2-B的第1象限材料包括1、5、8、17、19、21、23和24，其共同特征是每穗實(shí)粒數(shù)和總粒數(shù)多。圖2-C的第1象限材料包括1、3、8、13、17、22和24，其共同特征是每穗實(shí)粒數(shù)多且基本苗數(shù)多。圖2-D的第1象限材料包括12、13、14、17、19和23，其共同特征是每穗實(shí)粒數(shù)多且有效穗數(shù)多。

2.6 秈粳雜交稻新品種表型性狀綜合評(píng)價(jià)

計(jì)算主成分每穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、基本苗數(shù)和千粒質(zhì)量的隸屬函數(shù)值［14］，其貢獻(xiàn)率權(quán)重分為0.390 3、0.237 9、1 622、0.133 9和0.075 6，由權(quán)重進(jìn)一步算出24份秈粳雜交稻組合的綜合評(píng)價(jià)D值。綜合性狀排名前10的秈粳雜交稻為21、24、19、5、8、12、2、17、7、3（表5）。

相關(guān)性分析結(jié)果（表6）表明，D值與生育期、有效穗、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），說明秈粳交組合的生育期、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量極顯著影響其綜合評(píng)價(jià)。

2.7 秈粳雜交稻表型性狀評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選

通過對(duì)秈粳雜交稻相關(guān)表型性狀的數(shù)值與綜合評(píng)價(jià)D值的逐步回歸分析，完成最優(yōu)回歸方程：

Y=-16.638 3+0.111 6×X2+0.103 1×X3+0.026 4×X4+0.046 5×X7+0.000 3×X9。其中：Y表示綜合評(píng)價(jià)D值，X2、X3、X4、X7和X9分別表示基本苗數(shù)、有效穗數(shù)、株高、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量，其系數(shù)分別為0.168 8、0.230 4、0.173 1、0.570 2和0.363 7。相關(guān)系數(shù)r=0.975 8，當(dāng)D值為1.681時(shí)，方程呈極顯著水平，說明基本苗數(shù)、有效穗數(shù)、株高、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量可以作為評(píng)價(jià)秈粳雜交稻組合的關(guān)鍵表型性狀指標(biāo)。

3 討論與結(jié)論

3.1 秈粳雜交稻表型性狀綜合評(píng)價(jià)

在平衡千粒質(zhì)量、每穗粒數(shù)和分蘗數(shù)之間的關(guān)系提高水稻產(chǎn)量的同時(shí)，也應(yīng)注意水稻的農(nóng)藝性狀。研究表明，千粒質(zhì)量、每穗粒數(shù)和分蘗數(shù)受多個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）調(diào)控，三者相輔相成，共同影響水稻的最終產(chǎn)量［15］。田蓉蓉等對(duì)2個(gè)回交群體的單株產(chǎn)量、劍葉寬、穗長(zhǎng)、莖基粗、單株有效穗數(shù)、劍葉長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、單株分蘗數(shù)和株高9個(gè)農(nóng)藝和產(chǎn)量相關(guān)性狀分析發(fā)現(xiàn)，單株產(chǎn)量和單穗質(zhì)量的變異系數(shù)較高，株高、穗長(zhǎng)則表現(xiàn)出較低的遺傳變異［16］。趙璐等開展了遺傳多樣性分析與綜合評(píng)價(jià)，獲得了株高、穗長(zhǎng)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、一次枝梗數(shù)、粒長(zhǎng)寬比、單株產(chǎn)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量9個(gè)關(guān)鍵表型性狀指標(biāo)［17］。而本研究通過計(jì)算各農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)進(jìn)行表型多樣性分析，對(duì)浙江省秈粳雜交稻進(jìn)行主成分分析及綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生育期、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量等6個(gè)表型及產(chǎn)量性狀可以作為浙江省秈粳雜交稻綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。

3.2 秈粳雜交稻產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)性狀分析

秈粳雜交稻產(chǎn)量性狀為復(fù)雜的綜合性狀，組合間品種特性的差異會(huì)影響不同組合的產(chǎn)量構(gòu)成因素［18-21］。劉偉明和練進(jìn)旺分別對(duì)秈粳雜交稻甬優(yōu)12和浙優(yōu)21的產(chǎn)量性狀進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，在超高產(chǎn)育種中具有突出作用的是產(chǎn)量構(gòu)成因素中的穗數(shù)及每穗粒數(shù)［22-23］。而本研究在秈粳雜交稻分析中得出，相對(duì)于每穗粒數(shù)和分蘗數(shù)，千粒質(zhì)量對(duì)秈粳交綜合評(píng)價(jià)的影響小，且千粒質(zhì)量與每穗總粒數(shù)、有效穗數(shù)成反比。所以，在秈粳雜交稻組配過程中，除去注意平衡產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系外，多穗的秈粳雜交稻相較于大粒少穗株型更有高產(chǎn)潛力，個(gè)別品種理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量的誤差較大，推測(cè)主要是考種時(shí)的取樣誤差引起。本研究基于主成分分析和隸屬函數(shù)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)D值對(duì)24份浙江省秈粳雜交稻組合進(jìn)行優(yōu)劣的綜合評(píng)價(jià)，D值得分前10名的秈粳雜交稻依次為浙粳優(yōu)211、甬優(yōu)1540（CK）、華中優(yōu)469、浙粳優(yōu)910、Y優(yōu)9367、浙優(yōu)301、浙杭優(yōu)K332、春優(yōu)231、春誠(chéng)優(yōu)117和甬優(yōu)39。

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