不同生態(tài)類型粳稻品種品質(zhì)性狀的時(shí)空差異

不同生態(tài)類型粳稻品種品質(zhì)性狀的時(shí)空差異

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對水稻的品質(zhì)有了越來越高的要求。水稻品質(zhì)的改進(jìn)已成為水稻育種的重要目標(biāo)之一。稻米品質(zhì)除了受品種本身的遺傳基因控制外,環(huán)境條件對米質(zhì)有較大的影響。關(guān)于生態(tài)環(huán)境對稻米品質(zhì)的影響,前人開展了較多的研究[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16],但由于研究者采用的材料和試驗(yàn)背景不同,所得結(jié)果也不盡相同。江蘇省作為我國水稻的主產(chǎn)區(qū)之一,南北跨躍5個(gè)緯度,氣候和土壤類型差異明顯,品種類型多樣,稻米生產(chǎn)與品質(zhì)管理的要求較高。本研究以江蘇省不同生態(tài)類型的5個(gè)水稻品種為材料,在不同緯度條件下,通過分期播種試驗(yàn)調(diào)查稻米品質(zhì)性狀的差異,探討稻米加工、外觀、蒸煮食味和營養(yǎng)品質(zhì)的反應(yīng)特征及變化規(guī)律,以期為江蘇水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)及品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1水稻品種試材選用代表江蘇省4個(gè)生態(tài)類型的5個(gè)粳稻品種,包括中熟中粳連粳4號、遲熟中粳淮稻10號、早熟晚粳揚(yáng)粳4038和南粳44及中熟晚粳南粳46為試材。1.2家庭、已播期試驗(yàn)試驗(yàn)于2008年在江蘇連云港、淮安、揚(yáng)州、常熟和蘇州5個(gè)試點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行,緯度分別為北緯34.5°、33.5°、32.4°、31.7°和31.4°。每個(gè)試點(diǎn)設(shè)置5月10日、5月20日、5月30日、6月9日、6月19日、6月29日和7月9日共7個(gè)播期,各試點(diǎn)統(tǒng)一采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),播期為主區(qū),品種為裂區(qū),2次重復(fù),每小區(qū)6行×6列,共36穴,株行距為20cm×20cm。按照統(tǒng)一要求進(jìn)行田間管理。成熟后全部收割脫粒,置于尼龍絲紗袋內(nèi),風(fēng)干后按國家優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1791-1999)測定糙米率、精米率、整精米率、粒長、粒寬、長寬比、堊白率、堊白度和膠稠度等;精米直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量采用瑞典FOSS公司生產(chǎn)的1241近紅外快速品質(zhì)分析儀測定;糊化溫度參考農(nóng)業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)“NY147-88米質(zhì)測定方法”測定,食味值用日本佐竹公司生產(chǎn)的食味分析儀(RCTA11A)測定。1.3數(shù)據(jù)分析按莫惠棟介紹的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1地點(diǎn)間性狀互作效應(yīng)將5個(gè)地點(diǎn)、7個(gè)播期、5個(gè)品種的13個(gè)品質(zhì)性狀的數(shù)據(jù)按裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行方差分析,結(jié)果(表1)表明,13個(gè)品質(zhì)性狀在地點(diǎn)、播期及品種間的差異均達(dá)到極顯著水平,表明稻米品質(zhì)性狀同時(shí)受品種、地點(diǎn)和播期的影響。各性狀的互作效應(yīng)方差,除粒長的地點(diǎn)×播期互作,長寬比的地點(diǎn)×播期互作和地點(diǎn)×品種互作,蛋白質(zhì)含量的地點(diǎn)×播期互作、播期×品種互作和地點(diǎn)×播期×品種互作不顯著外,其余性狀的互作效應(yīng)均達(dá)顯著或極顯著水平。從品種、地點(diǎn)、播期及其互作各變異占總變異的百分比來看(表2),堊白度、食味值和蛋白質(zhì)含量三個(gè)性狀地點(diǎn)間的變異在54%~86%之間,說明地點(diǎn)對稻米外觀品質(zhì)、食味品質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)有較大影響。糙米率、精米率、整精米率、粒寬和堊白率地點(diǎn)間的變異在26%~43%之間,說明不同地點(diǎn)對稻米加工品質(zhì)也有較大影響。除堊白度、食味值和蛋白質(zhì)含量地點(diǎn)間變異大于品種間變異外,其他品質(zhì)性狀均以品種間變異最大。播期和3個(gè)一級互作及1個(gè)二級互作的變異絕大多數(shù)性狀雖也達(dá)顯著或極顯著水平,但與品種和地點(diǎn)間的變異相比,其變異所占比例較小?？梢娖贩N對稻米品質(zhì)的影響最大。2.2地點(diǎn)間生長的差異對不同地點(diǎn)13個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行多重比較的結(jié)果(表3)表明,稻米加工品質(zhì)中糙米率淮安和蘇州較低,其余3個(gè)地點(diǎn)沒有顯著差異。精米率和整精米率自南向北有隨緯度升高而增加的趨勢,其中整精米率在連云港、淮安、揚(yáng)州和常熟4個(gè)地點(diǎn)的差異不大,而蘇州點(diǎn)則顯著低于其他4個(gè)點(diǎn)。外觀品質(zhì)中粒長和粒寬除常熟點(diǎn)較小外,其余4個(gè)地點(diǎn)間差異不大。長寬比隨緯度的變化較小,說明粒型性狀受地點(diǎn)的影響較小。堊白率和堊白度呈現(xiàn)南高北低的趨勢,連云港和淮安點(diǎn)的堊白率和堊白度明顯低于其他3個(gè)地點(diǎn)。而食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)除了膠稠度在地點(diǎn)間的變化趨勢不明顯外,直鏈淀粉含量、糊化溫度和食味值自南向北有隨緯度的升高而提高的趨勢,蛋白質(zhì)含量則呈現(xiàn)南高北低的趨勢。連云港和淮安的直鏈淀粉含量和糊化溫度較高,蛋白質(zhì)含量較低,膠稠度中等,食味值較高,而揚(yáng)州、常熟和蘇州的直鏈淀粉含量和糊化溫度較低,蛋白質(zhì)含量較高,食味值相對較低。其中,常熟點(diǎn)雖然直鏈淀粉含量最低,但蛋白質(zhì)含量最高,最終的食味值最低。2.3播期對樣品品質(zhì)的影響不同播期的多重比較結(jié)果(表4)表明,稻米加工品質(zhì)隨播期的推遲呈提高趨勢,尤以整精米率的變化最為明顯,說明推遲播種,稻米加工品質(zhì)變優(yōu)。隨播期的推遲,粒長和長寬比呈增加趨勢,粒寬呈減小趨勢,但變幅均不大。堊白率和堊白度雖然在不同播期之間存在顯著差異,但總的來看變化不大。直鏈淀粉含量和糊化溫度隨播期的推遲呈升高趨勢,而膠稠度隨播期推遲而逐漸降低。蛋白質(zhì)含量有隨播期的推遲而增加的趨勢。食味值隨播期的推遲呈先升高后降低的趨勢,其中第Ⅶ期(7月9日)顯著降低,說明過早或過遲播種均不利于稻米食味品質(zhì)的改善。2.4南早及其他南早、中藥基因性狀表1方差分析表明,各品質(zhì)性狀在不同品種間均存在極顯著的差異。多重比較結(jié)果表明(表5),淮稻10號的加工品質(zhì)最好,3個(gè)加工品質(zhì)性狀均顯著優(yōu)于其他4個(gè)品種,但其外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)較差,堊白率和堊白度在5個(gè)品種中最高,食味值最低;南粳46的外觀品質(zhì)最優(yōu),堊白率和堊白度顯著低于其他品種,加工品質(zhì)和食味品質(zhì)也較好。南粳44的精米率和整精米率均顯著低于其他品種,但外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)較好;揚(yáng)粳4038的食味品質(zhì)較好,但其外觀品質(zhì)較差,加工品質(zhì)一般;連粳4號的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)均較差,食味品質(zhì)一般。2.5不同品種各品種基本性狀的互作方差和變異系數(shù)分析對5個(gè)品種的品質(zhì)性狀與地點(diǎn)的互作方差及變異系數(shù)分析(表6)表明,不同品種不同品質(zhì)性狀的穩(wěn)定性不同。加工品質(zhì)的互作方差和變異系數(shù)以南粳44較大,其余4個(gè)品種相對較小,說明南粳44的加工品質(zhì)不同地點(diǎn)間變化較大。5個(gè)品種粒長、粒寬和長寬比的互作方差和變異系數(shù)均較小,說明粒型性狀的穩(wěn)定性較好,不易受地點(diǎn)的影響。除連粳4號堊白率和堊白度的互作方差和變異系數(shù)較小外,其他4個(gè)品種堊白率和堊白度的互作方差和變異系數(shù)均較大,其中以南粳46的變異系數(shù)最大,說明堊白率和堊白度易受地點(diǎn)的影響。蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)性狀中,除了連粳4號糊化溫度、食味值和蛋白質(zhì)含量,南粳46直鏈淀粉含量、食味值和蛋白質(zhì)含量的互作方差和變異系數(shù)相對較大外,其余品種各性狀的互作方差和變異系數(shù)均較小。對5個(gè)品種的品質(zhì)性狀與播期的互作方差及變異系數(shù)分析(表7)表明,不同品種不同品質(zhì)性狀的穩(wěn)定性不同。南粳44和南粳46精米率和整精米率的互作方差和變異系數(shù)較大,尤其南粳44整精米率的互作方差和變異系數(shù)均為最高,其次是南粳46,說明南粳44和南粳46的整精米率受播期影響較大。5個(gè)品種的粒長、粒寬和長寬比的互作方差和變異系數(shù)均較小,穩(wěn)定性較好,不易受播期的影響。其余性狀中,除了淮稻10號直鏈淀粉含量的互作方差和變異系數(shù)最大、連粳4號直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量的互作方差和變異系數(shù)較小外,均以連粳4號和南粳46的互作方差和變異系數(shù)較大,而其他品種的互作方差和變異系數(shù)相對較小,說明連粳4號和南粳46多數(shù)品質(zhì)性狀受播期影響較大,而其他3個(gè)品種受播期的影響相對較小。2.6各品質(zhì)性狀的變異性為進(jìn)一步明確稻米品質(zhì)性狀對地點(diǎn)和播期的反應(yīng)程度,以5個(gè)品種在不同地點(diǎn)和播期下品質(zhì)性狀的變異系數(shù)平均值為基礎(chǔ),對13個(gè)性狀進(jìn)行聚類分析(圖1),結(jié)果表明13個(gè)性狀可以劃分為3類:第1類包括糙米率、粒長、粒寬、長寬比和精米率5個(gè)性狀,其變異系數(shù)均較小,平均值在2.9%~4.4%,這些性狀主要受本身遺傳因素的影響,對環(huán)境反應(yīng)較遲鈍,可稱為環(huán)境反應(yīng)鈍感型性狀;第2類包括整精米率、糊化溫度、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、膠稠度和食味值6個(gè)性狀,其變異系數(shù)平均值在8.1%~18.4%,其變異系數(shù)居各品質(zhì)性狀的中間水平,稱為環(huán)境反應(yīng)中間型性狀,其性狀表現(xiàn)既受品種遺傳因素的制約,但又在很大程度上受環(huán)境的影響;第3類包括堊白率和堊白度2個(gè)性狀,變異系數(shù)平均值分別為65.2%和82.5%,是所有稻米品質(zhì)性狀中受環(huán)境影響最大的兩個(gè)性狀,稱為環(huán)境反應(yīng)敏感型性狀。3稻米品質(zhì)隨播期的變化稻米品質(zhì)性狀受品種的遺傳特性、環(huán)境條件、栽培技術(shù)和加工條件等綜合因素的影響,其中,環(huán)境條件對稻米品質(zhì)的影響是通過影響谷粒胚乳細(xì)胞發(fā)育、內(nèi)部生理生化過程和籽粒灌漿動態(tài)等發(fā)揮作用的。關(guān)于播期和緯度等生態(tài)環(huán)境條件對稻米品質(zhì)的影響,前人已開展較多研究,但主要是單一因素的影響,綜合播期和緯度兩個(gè)因素對稻米品質(zhì)的影響研究較少,而且由于試驗(yàn)地點(diǎn)、品種、試驗(yàn)條件設(shè)置的不同,研究結(jié)果亦不甚一致。本研究對5個(gè)品種在不同地點(diǎn)和不同播期下品質(zhì)性狀的分析表明,13個(gè)品質(zhì)性狀在地點(diǎn)、播期及品種間均達(dá)到了極顯著差異,但影響大小不同,除堊白度、食味值和蛋白質(zhì)含量地點(diǎn)影響大于品種影響外,其他品質(zhì)性狀均以受品種的影響最大。播期對稻米品質(zhì)的影響雖也達(dá)極顯著,但與品種和地點(diǎn)相比,影響相對較小。關(guān)于播期對稻米品質(zhì)性狀的影響,前人已做較多的研究。秦陽等研究認(rèn)為,對于中早熟或中熟品種來說,推遲播期,米質(zhì)有了明顯改善,而中晚熟品種推遲播期則米質(zhì)下降,不適宜晚播。程方民等對不同類型品種的分期播種試驗(yàn)表明,同一品種晚播與早播相比,一般稻米的堊白度小、整精米率高、堿消值大,而直鏈淀粉含量的表現(xiàn)則與品種本身直鏈淀粉含量的高低有關(guān)。姚義等對播期對麥茬直播粳稻品質(zhì)的影響進(jìn)行研究,認(rèn)為隨播期的推遲,外觀品質(zhì)呈變優(yōu)趨勢,蒸煮與食味品質(zhì)則呈變劣趨勢;而不同類型品種加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)變化趨勢不同,推遲播期使中熟中粳和遲熟中粳類型品種的加工品質(zhì)變優(yōu)而營養(yǎng)品質(zhì)變劣,早熟晚粳類型品種的加工品質(zhì)變劣而營養(yǎng)品質(zhì)變優(yōu)。沈新平等通過對兩優(yōu)培九在江蘇4個(gè)稻作區(qū)設(shè)置5個(gè)播期處理,研究其堊白變化特征,結(jié)果表明受播期和緯度的雙重影響,堊白具明顯的緯向性遞變特征,在各稻作區(qū)稻米的堊白率(度)隨播期推遲而降低,并且在江蘇北部地區(qū)更易受播期調(diào)節(jié)。翟超群等通過播期對徐稻3號品質(zhì)的影響研究表明,隨播期的推遲,加工品質(zhì)呈先下降后上升趨勢,外觀品質(zhì)呈先變優(yōu)后變劣趨勢。綜上可見,眾多研究認(rèn)為,在各稻米品質(zhì)性狀中,不同性狀對播期的反應(yīng)不同。其中,播期對外觀品質(zhì)的影響,無論是直播稻還是移栽稻,均表現(xiàn)為隨播期的推遲,稻米外觀品質(zhì)呈變優(yōu)趨勢,這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果不同。本研究認(rèn)為外觀品質(zhì)中粒長和長寬比呈增加趨勢,粒寬呈減小趨勢,堊白率和堊白度在不同播期之間存在顯著差異,但變幅均不大,且隨播期變化的規(guī)律性不明顯。究其原因,姚義等雖利用了不同生態(tài)類型的多個(gè)品種,但研究的主要是播期單一因素的影響,而本研究中稻米品質(zhì)受播期和地點(diǎn)的協(xié)同作用,由于不同品種的適宜種植區(qū)域不同,尤其是晚粳品種,生育期較長,過遲播種不能正常充實(shí),導(dǎo)致外觀品質(zhì)性狀差異較大。沈新平等的研究雖然采用播期和緯度的雙重處理,但主要是對單一品種的影響,而不同品種稻米品質(zhì)的變化在播期間存在很大差異。本研究結(jié)果還表明,隨播期的推遲,稻米加工品質(zhì)呈提高趨勢,尤以整精米率的變化最為明顯,食味品質(zhì)中直鏈淀粉含量和糊化溫度呈升高趨勢,膠稠度呈降低趨勢,食味值呈先升高后降的趨勢,營養(yǎng)品質(zhì)中蛋白質(zhì)含量呈增加的趨勢。而姚義等研究認(rèn)為不同生態(tài)類型品種的加工品質(zhì)和食味品質(zhì)的變化趨勢不同。進(jìn)一步對不同品種在不同播期下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,結(jié)果表明連粳4號和南粳46多數(shù)品質(zhì)性狀受播期影響較大,而其他3個(gè)品種受播期的影響相對較小。這是因?yàn)樯谳^短的中粳稻品種不適合在晚粳稻地區(qū)種植,同樣,生育期較長的晚粳稻品種也不適合在中粳稻地區(qū)種植。關(guān)于不同地點(diǎn)稻米品質(zhì)性狀變化特征,前人也做了較多的研究。沈新平等以4個(gè)不同類型品種,在江蘇4個(gè)緯度地點(diǎn)分5個(gè)播期試驗(yàn),對稻米直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量的緯向變化規(guī)律研究表明,不同品種的直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量變化幅度不同,因緯度和播期的協(xié)同作用,各類型品種有各自的變化特征。沈新平等研究了稻米加工品質(zhì)性狀的地域差異性及變化特征,表明不同類型品種稻米加工品質(zhì)因地域的變化而變化,且對地域差異的敏感性有強(qiáng)弱之分,中熟中粳稻和遲熟中粳稻的加工品質(zhì)在蘇中地區(qū)表現(xiàn)為優(yōu),而雜交中秈稻加工品質(zhì)呈現(xiàn)南低北高的趨勢。吉志軍等分析了不同基因型水稻稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)在不同生態(tài)地區(qū)的差異及變化,表明不同的水稻品種對不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性存在著差異,粳稻的加工品質(zhì)與品種生態(tài)類型相關(guān),秈稻的加工品質(zhì)在江蘇中北部地區(qū)表現(xiàn)較好;粳稻品種的外觀品質(zhì)在江蘇中部里下河稻區(qū)較優(yōu),秈稻品種的外觀品質(zhì)則以緯度較高的地區(qū)較優(yōu)。本研究結(jié)果亦表明,不同稻米品質(zhì)隨緯度的變化趨勢不同,加工品質(zhì)隨緯度的升高呈增加趨勢,外觀品質(zhì)中粒長、粒寬和長寬比隨緯度的變化較小,堊白率和堊白度呈南高北低的趨勢,食味品質(zhì)隨緯度的升高呈提高趨勢,其中,連云港和淮安相比揚(yáng)州、常熟和蘇州3個(gè)地點(diǎn)直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度和食味值較高。蛋白質(zhì)含量則呈現(xiàn)南高北低的趨勢,連云港和淮安顯著低于其他3個(gè)地點(diǎn)。進(jìn)一步對不同品種在不同地點(diǎn)下的穩(wěn)定性分析表明,不同品種不同品質(zhì)性狀的穩(wěn)定性不同,其中,南粳46品質(zhì)性狀受地點(diǎn)的影響最大。表明生育期較長的中熟晚粳稻品種北移種植時(shí),要注意其安全生育期,選擇合適的種植區(qū)域。稻米品質(zhì)性狀是多個(gè)單一性狀的綜合,不同的性狀受環(huán)境影響的作用有很大的區(qū)別,不同類型品種稻米的品質(zhì)性狀因環(huán)境改變也有很大的差異。吉志軍等對不同基因型水稻稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的生態(tài)型差異分析顯示,不同的水稻品種對不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性存在著顯著差異,加工品質(zhì)以整精米率的差異最大,而外觀品質(zhì)則表現(xiàn)出堊白度的變異比堊白粒率大;秦陽等研究結(jié)果表明,在米質(zhì)性狀中,堊白粒率、堊白度是受播期影響最大的性狀。陳木蓮等采用播期調(diào)節(jié)方法對華南稻區(qū)11個(gè)主栽早秈品種的品質(zhì)性狀進(jìn)行了分析,結(jié)果表明不同品質(zhì)性狀對播期變化所表現(xiàn)的變異程度不一,堊白度、堊白粒率和堊白面積的變異最大,其次是膠稠度和整精米率,長寬比的變異度最