高產優質兩系雜交稻新品種Y兩優919的綜合評價

任代勝,王思哲,楊家來,喬保建

(安徽袁糧水稻產業有限公司,安徽蕪湖 241003)

水稻雜交是第二次綠色革命的首選技術,雜交水稻更關系到我國糧食與種業安全[1-2]。2015年新《種子法》的施行更推進雜交水稻種子產業的振興與產權保護[3]。水稻品種從選育到推廣離不開區域試驗,長江中下游地區歷來是我國水稻主要產出地,秈稻種植面積和總產量約占全國50%,安徽省是我國主要的水稻生產區域,水稻常年播種面積247萬hm2,占全國水稻種植面積的8.5%[4]。在長江中下游地區進行品種選育,從豐產性、穩產性、抗病蟲性和稻米品質等方面鑒定和評價新品種,既可為水稻品種的國家審定提供科學依據,也為新品種推廣提供理論依據[5-6]。安徽袁糧水稻產業有限公司自主選育的兩系雜交中秈水稻品種Y兩優919,其不育系Y58S廣適性水稻光溫敏[7-8];恢復系R919是2012年安徽袁糧水稻產業有限公司利用R17/R9311//R425進行雜交、復交,選擇抗倒伏、抗病、早熟、優質株系自交純和育成。Y兩優919是安徽袁糧水稻產業有限公司在2016年冬在三亞配組而成,經2016—2017年多點測試,綜合表現優良,定名為Y兩優919。鑒于此,筆者根據Y兩優919在2018—2019年長江中下游稻區多點區試產量和抗性的表現,利用相關性分析、主成分(principal component analysis,PCA)與偏最小二乘判別分析方法(partial least-squares discriminant analysis,PLS-DA)綜合評價中秈稻Y兩優919的農藝經濟性狀、主要病蟲害抗性與稻米品質,為該水稻產區品種選用與推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與區試點供試水稻品種Y兩優919(YLY919),以豐兩優4號(FLY4)為對照品種。采用2018—2019年在14個長江中下游稻區區試點鑒定結果,試驗點具體經緯度和海拔見表1。

1.2 試驗設計與方法各區試點大田試驗小區面積均為0.001 3 hm2,3次重復,各小區采用完全隨機區組設計。同時,各區試點采用與當地大田生產相同的栽培管理措施。

1.3 指標檢測

1.3.1產量與主要農藝性狀。指標測定方法參照《國家水稻品種試驗觀察記載項目、方法及標準》。

1.3.2主要病蟲害抗性鑒定。根據病蟲害抗性鑒定單位的結果報告為主要依據,即以水稻穗瘟發病率(%)與損失率(%)為依據評價稻瘟病抗性[9]。同時,白葉枯病與褐飛虱抗性的主要評價指標為最高級。

1.3.3稻米品質評價。品質評價依照農業行業標準NY/T 593—2013《食用稻品種品質》進行,具體級別分別為優質1、2與3級,未達優質級則為普通級。

表1 長江中下游區試試驗點基本情況Table 1 Basic information of the pilot sites in the middle and lower reaches of Yangtze River

1.4 數據統計利用Microsoft Excel 2010收集整理統計數據。產量及主要農藝性狀利用GraphPad Prism 8.3作T-Test差異顯著性檢驗分析并繪圖,利用變異系數(coefficient of variation,CV)評價品種穩產性和適應性。關鍵差異指標的PCA、PLS-DA分析與相關性熱圖繪制通過在線網站MetaboAnalyst 5.0進行。

2 結果與分析

2.1 區試產量與主要農藝性狀2018年國家水稻品種區試與2019年生產試驗結果顯示,與豐兩優4號相比,Y兩優919的14個試驗點的產量與主要農藝性狀(千粒重與株高除外)均顯著提高(圖1)。Y兩優919的產量分別為9 895.80和10 311.75 kg/hm2,增幅達到8.03%與8.14%(圖1b);每穗總粒數分別為193.8和201.4粒,增幅均達到5.09%(圖1c);有效穗數分別為256.5萬和250.5萬/hm2,增幅達到11.50%和8.24%(圖1d);每穗實粒數分別為193.80與180.44粒,增幅達到1.78%和11.38%(圖1f);穗長均為27.7 cm,增幅分別達到8.42%與8.03%(圖1i)。此外,Y兩優919的平均全生育期分別為137.5與139.2 d,比豐兩優4號分別遲熟4.3與4.2 d(圖1j)。

2.2 主要病蟲害抗性鑒定2018年各試點水稻稻瘟病發病率與損失率結果可知(圖2),與豐兩優4號和各試點感稻瘟病品種CK相比,Y兩優919的發病率與損失率均較低。根據綜合評價結果可知(表2),豐兩優4號的稻瘟病平均綜合指數達到6.6級,穗瘟病損失率最高級為9級,屬于高感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。此外,Y兩優919的稻瘟病平均綜合指數則為5.0級,穗瘟損失率最高級為7級,屬于感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。

2019年各試點結果可知(圖2),與豐兩優4號和各試點感稻瘟病品種CK相比,Y兩優919的發病率與損失率較低。綜合評價結果可知(表2),豐兩優4號的稻瘟病平均綜合指數7.5級,穗瘟損失率最高級9級,屬于高感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。Y兩優919的稻瘟病平均綜合指數4.6級,穗瘟損失率最高級7級,屬于感稻瘟病品種;白葉枯病5級,屬于中感白葉枯病品種;褐飛虱9級,屬于高感褐飛虱品種。

2.3 稻米品質分析2018、2019年米質檢測分析結果可知(表3),豐兩優4號的糙米率分別為81.80%和80.90%,精米率分別為73.10%和73.60%,整精米率分別為59.00%與65.20%,粒長分別為6.90和6.70 mm,長寬比均為3.10,堊白粒率分別為12%和25%,堊白度分別為1.60和2.20,透明度分別為1和2級,堿消值分別為6.2和6.5級,膠稠度分別為73與75 mm,直鏈淀粉含量分別為15.10%和15.70%,綜合評級為優質二級。Y兩優919在2018、2019年的糙米率分別為81.60%和80.30%,精米率分別為73.50%和73.40%,整精米率分別為68.80%和70.30%,粒長分別為6.60和6.30 mm,長寬比均為3.00,堊白粒率分別為5%和7%,堊白度分別為0.40%和0.60%,透明度均為2級,堿消值分別為5.3和5.0級,膠稠度分別為77和78 mm,直鏈淀粉含量分別為13.30%和13.80%,綜合評級為優質三級。

2.4 產量成因性狀分析為進一步分析2個品種的產量與主要農藝經濟性狀的關系,以測定指標為自變量進行相關性、PCA與OPLS-DA分析。產量與農藝經濟性狀的相關性熱圖可知,產量與穗長、穗總粒數、穗實粒數與有效穗數間顯著正相關(圖3a)。進一步對所有農藝經濟性狀指標進行分類排序,相關性越強與產量越靠近,其直方柱狀越長。由圖3b可知,產量相關性由強到弱依次為穗長、穗實粒數、有效穗數、穗總粒數、全生育期、千粒重、結實率和株高。

為更好地可視化豐兩優4號與Y兩優919的農藝經濟性狀差異,同時以測定指標為自變量進行PCA和PLS-DA分析,以確定2個品種的關鍵差異性狀。此外農藝性狀的VIP值(variable importance in projection)> 1.0可作為品種關鍵差異性狀。PCA分析結果(圖3c)可知,所有測定指標降維為5個主成分,其百分比分別為70.2%、25.3%、2.2%、1.2%和0.9%。同時,PLS-DA分析(圖3d)變量1和2可以很好地表征所有性狀95.5%的信息,并將2個品種的農藝經濟性狀進行分組。進一步,對PLS-DA分析中的成分1與2進行VIP得分圖可視化,以篩選區分2個品種差異的指標,同時驗證品種的差異表型。從圖3e與3f可以看出,產量是形成2品種分組的關鍵因素。

注:*表示2個品種間在0.05水平差異顯著;**表示2個品種間在0.01水平差異極顯著;ns表示2個品種間無顯著差異(P≥0.05)。Note:* indicated significant difference between two varieties (P<0.05), ** indicated highly significant difference between two varieties (P<0.01), and ns indicated no significant difference between two varieties (P≥0.05).圖1 2018和2019年2個品種各試點的產量、構成因素與農藝性狀比較Fig.1 Comparison of yield,component factors and agronomic traits for each pilot of the two varieties in 2018 and 2019

注:感稻瘟病CK在浙江、安徽均為Wh26,在湖南、湖北、福建、江西分別為湘晚秈11號、豐兩優香1號、明恢86+龍黑糯2號、恩糯。Note:As forice plague-sensitive varieties (CK),Wh26 was used in Zhejiang and Anhui; Xiangwanshan 11, Fengliangyouxiang 1, Minghui 86 + Longheinuo 2, Ennuo were used in Hunan, Hubei, Fujian and Jiangxi, respectively.圖2 2018和2019年不同品種各試點稻瘟病抗性鑒定Fig.2 Identification of rice blast resistance in different varieties for each pilot in 2018 and 2019

注:紅、綠與黑色分別表示正、負與無相關性,其顏色越深則相關性越強。Note: Red, green and black indicate positive, negative and no correlation respectively; the darker the color the stronger the correlation.圖3 不同品種各試點各指標的相關性、PCA與PLS-DAFig.3 The correlation, PCA and PLS-DA of each index for each pilot of different species

3 結論與討論

多點區試和生產試驗是選育和推廣水稻新品種的基本流程,基于此新品種在不同水稻種植區的豐產性、穩產性和適應性可以最直觀地展現[10-11]。試驗期間,各區試點地理環境與氣候條件的差異、人工統計誤差等,都會造成新品種鑒定與評價的不客觀[12]。因此,該研究對Y兩優919的2018年區域試驗和2019年生產試驗的產量與主要農藝經濟形狀、病蟲害抗性和稻米品質進行綜合分析,進一步明確該品種特性。

周健等[12]研究表明,水稻產量與其異地環境的生態適應性高度相關;李杰等[13]研究表明不同區域的栽培方式顯著影響不同類型品種水稻產量及其農藝性狀。此外,結合變異系數分析產量與農藝經濟性狀更能直接衡量新品種的穩定性與適應性[14-15]。該研究試驗材料Y兩優919的產量、每穗總粒數、每穗實粒數、有效穗數和穗長均顯著高于對照品種,同時這些形狀指標的變異系數均小于5%,表明Y兩優919具有較好的豐產與穩產潛力;此外,PCA與PLS-DA分析結果表明,產量是Y兩優919與對照品種的關鍵差異特性。然而,PCA分析結果可知,2個品種的產量與千粒重呈負相關,這是由于有效穗數、每穗實粒數和千粒重三者相互協調決定水稻產量,而Y兩優919的有效穗數和每穗實粒數顯著提高,表現其較優的品種特性[16]。此外,主要病蟲害抗性中稻瘟病抗性鑒定評價最為嚴格,其抗性強弱以苗葉瘟、穗瘟發病率和穗瘟損失率病級進行加權統計形成的綜合指數進行比較[6,9]。一般情況下,穗瘟導致水稻減產較為嚴重,穗瘟損失率與產量呈顯著正相關,因此,綜合指數和穗瘟損失率同時達標才符合國家審定標準[9,17]。Y兩優919區域試驗和生產試驗的綜合指數與穗瘟損失率均低于對照品種,說明其稻瘟病抗性基本達到國審標準。此外,稻米品質作為水稻的綜合性狀,已經成為現今水稻育種重要方向[18-19],因此現行稻米品質行業標準《食用稻品種品質》(NY/T 593—2013)要求更為嚴格[20]。該研究Y兩優919具有較好的堊白度與直鏈淀粉含量,綜合達到部頒優質三級標準。

綜上,Y兩優919具有較好的豐產性與穩產性,稻瘟病抗性和主要農藝經濟性狀等綜合表現優于對照品種,表現出較強的生態環境適應性,達到國家審定標準,具有市場推廣潛力。