任代胜,王思哲,杨家来,乔保建

(安徽袁粮水稻产业有限公司,安徽芜湖 241003)

水稻杂交是第二次绿色革命的首选技术,杂交水稻更关系到我国粮食与种业安全[1-2]。2015年新《种子法》的施行更推进杂交水稻种子产业的振兴与产权保护[3]。水稻品种从选育到推广离不开区域试验,长江中下游地区历来是我国水稻主要产出地,籼稻种植面积和总产量约占全国50%,安徽省是我国主要的水稻生产区域,水稻常年播种面积247万hm2,占全国水稻种植面积的8.5%[4]。在长江中下游地区进行品种选育,从丰产性、稳产性、抗病虫性和稻米品质等方面鉴定和评价新品种,既可为水稻品种的国家审定提供科学依据,也为新品种推广提供理论依据[5-6]。安徽袁粮水稻产业有限公司自主选育的两系杂交中籼水稻品种Y两优919,其不育系Y58S广适性水稻光温敏[7-8];恢复系R919是2012年安徽袁粮水稻产业有限公司利用R17/R9311//R425进行杂交、复交,选择抗倒伏、抗病、早熟、优质株系自交纯和育成。Y两优919是安徽袁粮水稻产业有限公司在2016年冬在三亚配组而成,经2016—2017年多点测试,综合表现优良,定名为Y两优919。鉴于此,笔者根据Y两优919在2018—2019年长江中下游稻区多点区试产量和抗性的表现,利用相关性分析、主成分(principal component analysis,PCA)与偏最小二乘判别分析方法(partial least-squares discriminant analysis,PLS-DA)综合评价中籼稻Y两优919的农艺经济性状、主要病虫害抗性与稻米品质,为该水稻产区品种选用与推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与区试点供试水稻品种Y两优919(YLY919),以丰两优4号(FLY4)为对照品种。采用2018—2019年在14个长江中下游稻区区试点鉴定结果,试验点具体经纬度和海拔见表1。

1.2 试验设计与方法各区试点大田试验小区面积均为0.001 3 hm2,3次重复,各小区采用完全随机区组设计。同时,各区试点采用与当地大田生产相同的栽培管理措施。

1.3 指标检测

1.3.1产量与主要农艺性状。指标测定方法参照《国家水稻品种试验观察记载项目、方法及标准》。

1.3.2主要病虫害抗性鉴定。根据病虫害抗性鉴定单位的结果报告为主要依据,即以水稻穗瘟发病率(%)与损失率(%)为依据评价稻瘟病抗性[9]。同时,白叶枯病与褐飞虱抗性的主要评价指标为最高级。

1.3.3稻米品质评价。品质评价依照农业行业标准NY/T 593—2013《食用稻品种品质》进行,具体级别分别为优质1、2与3级,未达优质级则为普通级。

表1 长江中下游区试试验点基本情况Table 1 Basic information of the pilot sites in the middle and lower reaches of Yangtze River

1.4 数据统计利用Microsoft Excel 2010收集整理统计数据。产量及主要农艺性状利用GraphPad Prism 8.3作T-Test差异显著性检验分析并绘图,利用变异系数(coefficient of variation,CV)评价品种稳产性和适应性。关键差异指标的PCA、PLS-DA分析与相关性热图绘制通过在线网站MetaboAnalyst 5.0进行。

2 结果与分析

2.1 区试产量与主要农艺性状2018年国家水稻品种区试与2019年生产试验结果显示,与丰两优4号相比,Y两优919的14个试验点的产量与主要农艺性状(千粒重与株高除外)均显著提高(图1)。Y两优919的产量分别为9 895.80和10 311.75 kg/hm2,增幅达到8.03%与8.14%(图1b);每穗总粒数分别为193.8和201.4粒,增幅均达到5.09%(图1c);有效穗数分别为256.5万和250.5万/hm2,增幅达到11.50%和8.24%(图1d);每穗实粒数分别为193.80与180.44粒,增幅达到1.78%和11.38%(图1f);穗长均为27.7 cm,增幅分别达到8.42%与8.03%(图1i)。此外,Y两优919的平均全生育期分别为137.5与139.2 d,比丰两优4号分别迟熟4.3与4.2 d(图1j)。

2.2 主要病虫害抗性鉴定2018年各试点水稻稻瘟病发病率与损失率结果可知(图2),与丰两优4号和各试点感稻瘟病品种CK相比,Y两优919的发病率与损失率均较低。根据综合评价结果可知(表2),丰两优4号的稻瘟病平均综合指数达到6.6级,穗瘟病损失率最高级为9级,属于高感稻瘟病品种;白叶枯病5级,属于中感白叶枯病品种;褐飞虱9级,属于高感褐飞虱品种。此外,Y两优919的稻瘟病平均综合指数则为5.0级,穗瘟损失率最高级为7级,属于感稻瘟病品种;白叶枯病5级,属于中感白叶枯病品种;褐飞虱9级,属于高感褐飞虱品种。

2019年各试点结果可知(图2),与丰两优4号和各试点感稻瘟病品种CK相比,Y两优919的发病率与损失率较低。综合评价结果可知(表2),丰两优4号的稻瘟病平均综合指数7.5级,穗瘟损失率最高级9级,属于高感稻瘟病品种;白叶枯病5级,属于中感白叶枯病品种;褐飞虱9级,属于高感褐飞虱品种。Y两优919的稻瘟病平均综合指数4.6级,穗瘟损失率最高级7级,属于感稻瘟病品种;白叶枯病5级,属于中感白叶枯病品种;褐飞虱9级,属于高感褐飞虱品种。

2.3 稻米品质分析2018、2019年米质检测分析结果可知(表3),丰两优4号的糙米率分别为81.80%和80.90%,精米率分别为73.10%和73.60%,整精米率分别为59.00%与65.20%,粒长分别为6.90和6.70 mm,长宽比均为3.10,垩白粒率分别为12%和25%,垩白度分别为1.60和2.20,透明度分别为1和2级,碱消值分别为6.2和6.5级,胶稠度分别为73与75 mm,直链淀粉含量分别为15.10%和15.70%,综合评级为优质二级。Y两优919在2018、2019年的糙米率分别为81.60%和80.30%,精米率分别为73.50%和73.40%,整精米率分别为68.80%和70.30%,粒长分别为6.60和6.30 mm,长宽比均为3.00,垩白粒率分别为5%和7%,垩白度分别为0.40%和0.60%,透明度均为2级,碱消值分别为5.3和5.0级,胶稠度分别为77和78 mm,直链淀粉含量分别为13.30%和13.80%,综合评级为优质三级。

2.4 产量成因性状分析为进一步分析2个品种的产量与主要农艺经济性状的关系,以测定指标为自变量进行相关性、PCA与OPLS-DA分析。产量与农艺经济性状的相关性热图可知,产量与穗长、穗总粒数、穗实粒数与有效穗数间显著正相关(图3a)。进一步对所有农艺经济性状指标进行分类排序,相关性越强与产量越靠近,其直方柱状越长。由图3b可知,产量相关性由强到弱依次为穗长、穗实粒数、有效穗数、穗总粒数、全生育期、千粒重、结实率和株高。

为更好地可视化丰两优4号与Y两优919的农艺经济性状差异,同时以测定指标为自变量进行PCA和PLS-DA分析,以确定2个品种的关键差异性状。此外农艺性状的VIP值(variable importance in projection)> 1.0可作为品种关键差异性状。PCA分析结果(图3c)可知,所有测定指标降维为5个主成分,其百分比分别为70.2%、25.3%、2.2%、1.2%和0.9%。同时,PLS-DA分析(图3d)变量1和2可以很好地表征所有性状95.5%的信息,并将2个品种的农艺经济性状进行分组。进一步,对PLS-DA分析中的成分1与2进行VIP得分图可视化,以筛选区分2个品种差异的指标,同时验证品种的差异表型。从图3e与3f可以看出,产量是形成2品种分组的关键因素。

注:*表示2个品种间在0.05水平差异显著;**表示2个品种间在0.01水平差异极显著;ns表示2个品种间无显著差异(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).图1 2018和2019年2个品种各试点的产量、构成因素与农艺性状比较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、安徽均为Wh26,在湖南、湖北、福建、江西分别为湘晚籼11号、丰两优香1号、明恢86+龙黑糯2号、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.图2 2018和2019年不同品种各试点稻瘟病抗性鉴定Fig.2 Identification of rice blast resistance in different varieties for each pilot in 2018 and 2019

注:红、绿与黑色分别表示正、负与无相关性,其颜色越深则相关性越强。Note: Red, green and black indicate positive, negative and no correlation respectively; the darker the color the stronger the correlation.图3 不同品种各试点各指标的相关性、PCA与PLS-DAFig.3 The correlation, PCA and PLS-DA of each index for each pilot of different species

3 结论与讨论

多点区试和生产试验是选育和推广水稻新品种的基本流程,基于此新品种在不同水稻种植区的丰产性、稳产性和适应性可以最直观地展现[10-11]。试验期间,各区试点地理环境与气候条件的差异、人工统计误差等,都会造成新品种鉴定与评价的不客观[12]。因此,该研究对Y两优919的2018年区域试验和2019年生产试验的产量与主要农艺经济形状、病虫害抗性和稻米品质进行综合分析,进一步明确该品种特性。

周健等[12]研究表明,水稻产量与其异地环境的生态适应性高度相关;李杰等[13]研究表明不同区域的栽培方式显著影响不同类型品种水稻产量及其农艺性状。此外,结合变异系数分析产量与农艺经济性状更能直接衡量新品种的稳定性与适应性[14-15]。该研究试验材料Y两优919的产量、每穗总粒数、每穗实粒数、有效穗数和穗长均显著高于对照品种,同时这些形状指标的变异系数均小于5%,表明Y两优919具有较好的丰产与稳产潜力;此外,PCA与PLS-DA分析结果表明,产量是Y两优919与对照品种的关键差异特性。然而,PCA分析结果可知,2个品种的产量与千粒重呈负相关,这是由于有效穗数、每穗实粒数和千粒重三者相互协调决定水稻产量,而Y两优919的有效穗数和每穗实粒数显著提高,表现其较优的品种特性[16]。此外,主要病虫害抗性中稻瘟病抗性鉴定评价最为严格,其抗性强弱以苗叶瘟、穗瘟发病率和穗瘟损失率病级进行加权统计形成的综合指数进行比较[6,9]。一般情况下,穗瘟导致水稻减产较为严重,穗瘟损失率与产量呈显著正相关,因此,综合指数和穗瘟损失率同时达标才符合国家审定标准[9,17]。Y两优919区域试验和生产试验的综合指数与穗瘟损失率均低于对照品种,说明其稻瘟病抗性基本达到国审标准。此外,稻米品质作为水稻的综合性状,已经成为现今水稻育种重要方向[18-19],因此现行稻米品质行业标准《食用稻品种品质》(NY/T 593—2013)要求更为严格[20]。该研究Y两优919具有较好的垩白度与直链淀粉含量,综合达到部颁优质三级标准。

综上,Y两优919具有较好的丰产性与稳产性,稻瘟病抗性和主要农艺经济性状等综合表现优于对照品种,表现出较强的生态环境适应性,达到国家审定标准,具有市场推广潜力。