江淮杂交中籼水稻品质性状基因型与播期互作的AMMI模型分析

2017-09-03陈刚吴文革胡鹏陈楠许有尊习敏孙雪原黄义德董伟

中国稻米 2017年4期

陈刚吴文革*胡鹏陈楠许有尊习敏孙雪原黄义德董伟

（1安徽省农业科学院水稻研究所，合肥230031；2巢湖市农业技术推广中心，安徽巢湖238000；3安徽合肥丰乐种业股份有限公司，合肥230088；4江苏省现代作物生产协同创新中心，南京210095；第一作者：chenxia88.66＠163.com；*通讯作者：wuwenge＠vip.sina.com）

陈刚1吴文革1*胡鹏2陈楠3许有尊1习敏1孙雪原1黄义德4董伟2

为明确杂交中籼水稻在江淮地区种植的适宜播期，提高稻米品质，选用3个杂交中籼水稻品种（系）分5个播期，利用AMMI模型对其营养食味品质性状（糊化温度、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量）进行了稳定性和适应性分析。结果表明，糊化温度、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量4项指标在基因型间、播期间及基因型×播期互作间的方差均达到极显著水平，这4项指标的交互效应主成分值（IPCA）差异也达到显著水平；穗期（抽穗至成熟期）平均气温较高、累计日照时数长、气温日较差大，有利于杂交中籼水稻品质的提高；3个参试品种（系）营养食味品质稳定性表现为新两优6号＞两优1128＞丰两优4号，5个播期对杂交中籼水稻品质影响表现为4月20日＞5月10日＞5月20日＞4月30日＞5月30日。

杂交水稻；AMMI模型；播期；稻米品质；江淮地区

我国是稻米生产和消费大国，60%以上的人口以稻米为食，随着社会的发展，人们对优质大米的需求越来越大。稻米品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果，稻米品质改良既受到遗传因素的控制，也受到生态环境和栽培技术措施等多项因素的影响[1]。因此，研究不同环境条件下稻米品质的品种稳定性，明确适宜生育期，是加快优质水稻生产与推广应用的有效途径。

品种的基因型和环境互作效应直接影响不同品种在不同播期的产量和品质差异。前人在研究作物品种稳定性和基因型与环境互作分析方面做了大量工作，提出和分析了众多的稳定性分析统计模型和方法。其中，AMMI模型把方差分析和主成分分析结合在一起，充分利用试验所获得的信息，最大程度地反映互作变异，通过从加性模型的互作项中进一步分离出若干个乘积项之和，提高估计的准确性。相比其他方法，该方法得出的结果更可靠，已被广泛应用于不同作物品种品质评价[2－8]，但AMMI模型用于不同播期对水稻产量和品质影响的研究较少。本研究利用AMMI模型对杂交中籼水稻品种在不同播期条件下的营养食味品质进行分析，以参数Di评价参试品种的稳定性，参数Dj估计播期对品种的影响，分析品种和播期互作效应评价品种对播期的特殊适应性[9]，以期为江淮地区杂交中籼水稻优质稻米品种栽培和推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择在安徽省江淮地区产量表现较好的主推品种（系）进行不同播期的对比试验。参试品种（系）3个，播种期设置5个（表1）。

1.2 试验设计

试验于2014年在安徽省巢湖市中垾镇建华村试验田进行。试验小区面积12 m2，采用随机区组设计，3次重复，行株距30 cm×12 cm，N、P、K施肥水平和田间管理均按安徽省水稻高产创建施肥方案统一实施。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 品质

参照GB/T17891－1999《优质稻谷》测定糊化温度、胶稠度、蛋白质含量、直链淀粉含量等指标。这4个性状可以代表水稻主要的营养食味品质。

表1 试验品种（系）和不同播期气象资料

表2 同一播期不同水稻品种主要食用品质性状平均值

表3 同一品种在不同的播期主要食用品质性状平均值

1.3.2 气象资料

气象资料由安徽省气象科学研究所提供，主要包括降雨量、平均温度、平均相对湿度、累计日照时数、气温日较差。

1.4 数据统计及分析方法

主要利用在基因型与环境互作模型AMMI对品种品质稳定性和播期适应性分析[9]。采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05软件处理、分析数据。

2 结果与分析

2.1 基因型与环境互作的AMMI模型分析

从表2可见，同一播期不同品种的品质性状平均值不同，不同环境参数对水稻同一品质性状的影响不同。平均糊化温度以5月20日和5月30日播种的处理最高，达到5.9℃；4月20日播种的处理次之，达到5.8℃；5月10日和4月30日播种的最低，仅为5.6℃。胶稠度以4月20日播种的处理最高，达到65.8 mm；其次为5月10日播种的处理，为63.2 mm；最低的是5月30日播种的处理，只有53.9 mm。直链淀粉含量以5月30日播种的处理最高，达到15.6%；4月30日播种的处理最低，为14.2%。蛋白质含量以4月30日播种的处理最高，达到8.5%；5月20日播种的处理最低，为8.0%。

从表3可见，不同水稻品种间同一品质性状的稳定性不同。糊化温度以两优1128最高，为6.1℃；新两优6号最低，为5.2℃。胶稠度以新两优6号最高，为66.5 mm；最低的是丰两优4号，为57.7 mm。直链淀粉含量以新两优6号最高，为15.0%；丰两优4号和两优1128较低，均为14.6%。蛋白质含量以丰两优4号和两优1128较高，均为8.4%；新两优6号较低，为8.3%。

为进一步分析不同播期与参试品种品质性状之间的关系，对以上3个稻米食用品质指标进行联合方差分析（表4）。基因型、环境及其互作平方和占处理平方和的百分比（SS%）大小可以反映它们对不同品质性状影响的大小。从表4可以看出，环境对胶稠度和蛋白质含量的形成影响最大，SS%分别为38.54%和47.14%；基因型对糊化温度的形成影响最大，SS%达到60.22%；G×E对蛋白质含量影响较大，SS%为44.08%，其次是胶稠度，SS%为33.87%。从表5可以看出，品质指标在品种（系）间、环境间差异及G×E互作效应均达到极显著水平，故有必要利用AMMI模型对这3个营养食味品质性状进行稳定性分析。

2.2 稻米食用品质稳定性及播期影响分析

AMMI模型稳定性分析结果（表4）表明，糊化温度主成分因子IPCA1的F值达极显著水平；胶稠度IPCA1的F值达显著水平，IPCA2的F值未达显著水平。表5列出了3个品种（系）和5个播期的IPCA1、IPCA2及相应稳定性参数Di值和Dj值。3个供试品种（系）中糊化温度稳定性最好的是新两优6号，其次是两优1128，丰两优4号最差；胶稠度稳定性最好的是新两优6号，其次是两优1128，丰两优4号最差；直链淀粉含量稳定性最好的是新两优6号，其次是两优1128，丰两优4号最差；蛋白质含量稳定性最好的是新两优6号，其次是丰两优4号，两优1128最差。Dj值可以反映不同播期对品种各营养食味品质的影响，Dj值越大，说明影响越强，反之则越弱。由表5可以看出，本试验5个播期中，对糊化温度影响最强的是5月30日播种，其次是5月20日播种，最弱的是5月10日播种；对胶稠度影响最大的是4月20日播种，其次是5月10日播种，最弱的是5月30日播种；对直链淀粉含量影响最强的是5月10日播种，其次是4月30日播种，最弱的是5月30日播种；对蛋白质含量影响最强的是5月30日播种，其次是5月20日播种，影响最弱的是5月10日播种。

表4 稻米主要食用品质的基因型和环境合作效应分析

表5 品种（系）与播期水稻主要食用品质稳定性参数

2.3 品种适应性分析

以IPCA1为X轴，IPCA2为Y轴建立的AMMI双标图（图1）进一步反映了品种的稳定性和播期的影响。在AMMI双标图上越接近坐标原点品种（系）稳定性越好，越远离坐标原点的播期影响越强。品种在播期图标与原点连线二维空间的垂直投影代表其在此试点的最大交互效应，在正向连线上的最大投影代表此品种（系）在此试点表现出最佳适应性，若垂直投影在地点和原点反向延长线上则表现不适应性。糊化温度项中，丰两优4号在4月20日播种、两优1128在5月20日播种、新两优6号在5月30日播种表现出最佳适应性；胶稠度项中，丰两优4号在4月30日播种、两优1128在5月20日播种、新两优6号在5月10日播种表现出最佳适应性；直链淀粉含量项中，丰两优4号、两优1128在5月10日播种表现最佳；新两优6号在4月30日播种表现最佳；蛋白质含量项中，丰两优4号在4月30日播种，两优1128在5月20日播种，新两优6号在5月10日播种表现出最佳适应性。

2.4 G×E互作及其与环境气候因子的相关性分析

对播期的各项IPCA值与穗期的环境气候因子进行相关分析，结果（表6）表明，糊化温度项分析显示，其稳定参数Di与累计降雨量、平均温度、平均相对湿度呈负相关，与累计日照时数、气温日较差呈正相关，但未达到显著水平；胶稠度项分析显示，其稳定参数与累计降雨量和平均温度均达到显著水平，相关系数分别为0.913*和0.907*，与平均相对湿度呈正相关，与累计日照时数、气温日较差呈负相关，均未达到显著水平；直链淀粉含量项的分析结果显示，其稳定参数与平均相对湿度呈显著正相关，相关系数为0.905*，与累计降雨量、平均气温呈正相关，与累计日照时数和气温日较差呈负相关，均未达到显著水平；蛋白质含量项分析显示，其稳定参数与累计降雨量、平均气温、平均相对湿度呈负相关，与累计日照时数和气温日较差呈正相关，均未达显著水平。

图1 杂交中籼水稻营养食味品质性状的AMMI交互作用双标

表6 品质性状稳定参数与抽穗后气象因子之间的相关系数

3 讨论

3.1 AMMI模型及品种环境适应性分析

AMMI模型主要用于品种区试品种的稳定性分析。本试验引入AMMI模型分析品种播期的适应性分析发现，环境对供试的杂交中籼水稻品种胶稠度和蛋白质含量的形成影响最大，其次为基因型，G×E最小；基因型对糊化温度的形成影响最大，其次是G×E，环境最小；基因型对试验中蛋白质含量影响较大，其次是环境因素，G×E最小。

本试验中供试品种3项品质指标的综合稳定性呈新两优6号＞两优1128＞丰两优4号，播期影响为4月20日＞5月10日＞5月20日＞4月30日＞5月30日。说明杂交中籼水稻品种及营养食味品质指标在不同基因型间、播期间及互作方面均存在差异。引入AMMI模型的稳定性参数Di和Dj可定量描述品种的稳定性以及播期的适应性，但品种间稳定性差异以及地点间适应性差异是否达到显著水平，将进一步将利用AMMI模型研究水稻生长的生理生化指标与环境参数之间的关系，进一步确定不同的杂交中籼水稻品种的适宜播期。

依据AMMI分析的前两位主成分值及其相应的稳定性参数Di值，本试验对参试品种（系）营养食味品质与环境间的稳定性评价结果与现实种植中品种的稳定性表现基本一致。综合比较表明，新两优6号的营养食味品质最稳定，两优1128次之，丰两优4号营养食味品质稳定性表现较差。稻米品质受环境因素、栽培条件等方面的影响较复杂，将进一步综合多项稻米品质参数利用AMMI模型进行综合评价。

3.2 杂交中籼水稻适宜播期分析

安徽省江淮地区地处暖温带和亚热带的过渡带，光温水资源丰富，但年际间变化较大，高温干旱、低温阴雨等灾害性天气发生频繁。选择适宜的播种期，对于规避自然灾害的发生，充分合理的利用气候资源，提高稻米产量和品质、降低水稻生产风险，发挥杂交水稻高产潜力具有十分重要的作用。本试验条件下，G×E互作与气候因子相关分析表明，不同播期抽穗期到成熟期的环境因子对糊化温度、胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质有较大影响。对糊化温度影响较大的是平均气温和平均湿度，呈负相关，与气温日较差呈正相关，但未达到显著水平；对胶稠度影响较大的是累计降雨量、平均气温，呈显著正相关；对直链淀粉含量影响最大的是平均相对湿度，呈显著正相关；对蛋白质含量影响较大的气候因子是累计日照时数，呈正相关，与平均气温呈负相关，均未达显著水平。说明穗期温度高、光照充足和少雨的环境有利于稻米品质的提高。4月20日和5月10日播种，在抽穗期平均气温较高、累计日照时数长、气温日较差大有利于稻米品质提升。4月30日播种虽然介于2个时期之间，但由于抽穗期遭遇高温，影响了品质的提高。由于AMMI模型仅对部分单个性状与环境之间的关系进行分析，如何对多个性状与环境参数之间的综合分析有待于进一步深入研究。

4 结论

基因型、环境及其互作对江淮杂交中籼水稻糊化温度、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量影响不同，其中环境的影响较大；AMMI模型可以判断3个参试品种（系）营养食味品质的稳定性和5个播期的适应性。本试验条件下，新两优6号品质稳定性最好，4月20日、5月10日最适合江淮杂交中籼水稻播种，穗期温度高、光照充足和气温日较差大的环境有利于品质的提高。

[1]罗明，霍中洋，张洪程，等.稻米品质及其影响因素的分析[J].吉林农业科学，2005，30（1）：18－20.

[2]张泽，鲁城，向中怀.基于AMMI模型的品种稳定性分析[J].作物学报，1994，24（3）：290－295.

[3]常磊，柴守玺.AMMI模型在旱地春小麦稳定性分析中的应用[J].生态学学报，2006，26（11）：3 677－3 684.

[4]王军，郭二虎，袁峰，等.基于AMMI模型分析谷子基因型与环境互作效应[J].河北农业科学，2010，14（11）：107－111.

[5]余本勋，张时龙，何友勋，等.AMMI模型在水稻品种稳定性和适应性评价中的应用[J].贵州农业科学，2010，38（2）：64－66.

[6]黄元财，贾燕，刘江，等.水稻蛋白质和直链淀粉含量的稳定性及G×E互作与气候因子的关系 [J].生态学杂志，2008，27（11）：1 920－1 925.

[7]张坚勇，万向元，肖应辉，等.水稻品种食味品质性状稳定性分析[J].中国农业科学，2004，37（6）：788－794.

[8]向元，胡培松，王海莲，等.水稻品种直链淀粉含量、糊化温度和蛋白质含量的稳定性分析[J].中国农业科学，2005，38（1）：1－6.

[9]吴为人.对基于AMMI模型的品种稳定性分析方法的一点改进[J].遗传，2000，22（1）：31－32.

Interaction of Genotypes with Sowing Dates for Main Quality Traits of Hybrid Mid-indica Rice in Jianghuai Region by AMMI Model

CHEN Gang1,WU Wenge1*,HU Peng2,CHEN Nan3,XU Youzun1,XI Min1,SUN Xueyuan1,HUANG Yide4,DONG Wei2
（1Rice Research Institute，Anhui Academy of Agriculture Science,Hefei 230031,China;2Chaohu City Agriculture Popular Center,Chaohu,Anhui 2380004,China;3Hefei Fengle Seed CO.,LTD,Hefei 230088,China;4Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production,Nanjing 210095,China;1st author:chenxia88.66＠163.com;*Corresponding author:wuwenge＠vip.sina.com）

In order to explore the suitable sowing datse and improve grain quality of rice,the genetic stability and adaptability of three rice culitivars with five different sowing dates were evaluated for nutritional and eating quality traits（gelatinization temperature,glue consistency,amylose content,protein content）based on AMMI model.The results showed that the differences in nutritional and eating quality traits among genotypes,sowing date and genotype×sowing date interactions were all significant at 1%level.Gelatinization temperature,glue consistency,amylose content,protein content were also significantly different in IPCA value.The environment factors of different sowing date with high mean temperature,enough accumulated sunshine hours and large diurnal temperature range from rice heading stage to maturity stage were beneficial to produce good quality of hybrid mid－indica rice.The order of stability of nutritional and eating quality traits for the 3 cultivars was:Xinlianyou 6＞Liangyou 1128＞Fengliangyou 4.The order for identifying rice quality of five sowing date was:April 20th＞May 10th＞May 20th＞April 30th＞May 30th.

hybrid rice;AMMI model;sowing date;quality;Jianghuai region

S511

1006－8082（2017）04－0034－05

2017－06－25

国家科技支撑计划项目（2013BAD07B08）；国家水稻产业技术体系项目（CARS－01－53）；安徽省农业科学院人才发展专项资金项目（17F0102）