水稻淀粉rva譜特征值穩(wěn)定性分析

水稻淀粉rva譜特征值穩(wěn)定性分析

在水稻品質(zhì)方面，直接淀粉含量（ac）是決定飯后味道質(zhì)量最重要的因素。然而，近年來的研究表明，ac對大米的口感沒有決定性作用，ac相似品種的大米的味道存在明顯差異。因此,研究比直鏈淀粉含量更準確反映米飯適口性的理化指標,對提高優(yōu)質(zhì)水稻育種效率尤為重要,而稻米淀粉黏滯性譜(又稱RVA譜)即為其中之一。RVA譜是指米粉漿在加熱、高溫和冷卻過程中黏度隨溫度變化而形成的曲線,其特征值在稻米食味品質(zhì)評價中具有重要的應用價值,如崩解值和消減值不僅能區(qū)分不同水稻品種AC和膠稠度,而且能鑒定AC相似品種米飯適口性。另一方面,RVA譜特征值表現(xiàn)為數(shù)量性狀,主要受遺傳控制,同時也受環(huán)境條件的影響,使其在優(yōu)質(zhì)稻品種培育中的應用受到一定限制。因此,研究不同環(huán)境條件下RVA譜的品種穩(wěn)定性,發(fā)掘環(huán)境鈍感的優(yōu)質(zhì)水稻資源,對于培育優(yōu)質(zhì)食用水稻新品種具有重要意義。為此,本研究連續(xù)2年在江蘇南京、金湖和東海3個地點種植了18個水稻品種,分析RVA譜特征值及其品種穩(wěn)定性,旨在為優(yōu)質(zhì)水稻品種的選育及其推廣提供參考。1材料和方法1.1引香縣5號、鹽縣7號、蘇香縣3號供試材料是2000年江蘇省優(yōu)質(zhì)米評比中居前9位的粳稻和秈稻品種。粳稻有早豐9號、鹽粳5號、W002、常優(yōu)1號、淮引9901、廣陵香粳、93272、蘇香粳2號及對照品種武育粳3號;秈稻有3004、豐優(yōu)香占、R405、南京16、兩優(yōu)培九、揚兩優(yōu)6號、特優(yōu)559、鎮(zhèn)稻084-4及對照汕優(yōu)63。1.2試驗設(shè)計及方法2001和2002年,將18個供試品種分別種植于江蘇南京(32°N)、金湖(33°N)和東海(34°N)。各試點分別采取了4種栽培方式。栽培方式Ⅰ:按有機食品生產(chǎn)方式,全生育期只施有機肥,不施用任何化學合成肥料和除草劑。栽培方式Ⅱ:按綠色食品生產(chǎn)方式,除施用有機肥外,適量追施化學肥料,N、P、K的施用比例為2∶1∶2,其中前期施氮量為37.5kg·hm-2;全程不用化學除草劑,采用生物農(nóng)藥防治病蟲害。栽培方式Ⅲ:按常規(guī)栽培方式,N、P、K的施用比例為2∶1∶2,其中施氮量為150kg·hm-2,基施、追施比例為7∶3;全生育期采用化學方法防治病蟲害。栽培方式Ⅳ:按高產(chǎn)栽培方式,N、P、K的施用比例為2∶1∶2,其中施氮量為300kg·hm-2,基施、追施比例為5∶5;全生育期采用化學方法防治病蟲害。各試點按品種、栽培方式雙因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計,重復2次;每小區(qū)種植200株(20株×10行),按13.3cm×25cm規(guī)格單本移栽。成熟時分小區(qū)收種,曬干儲藏3個月后測定稻米淀粉RVA譜。1.3標準操作規(guī)程測定稻米淀粉RVA譜采用Micro-Visco-Amylo-Graph黏度儀(德國Brabender公司生產(chǎn)),按1998年美國谷物化學協(xié)會年會上發(fā)布的標準操作規(guī)程測定。每樣品測定2次,取平均值(單位:BU)。稻米淀粉RVA譜除用最高黏度(peakpasteviscosity,PKV)、熱漿黏度(hotpasteviscosity,HPV)和冷膠黏度(coolpasteviscosity,CPV)描述外,還用崩解值(BDV=PKV-HPV)、回復值(consistencyviscosity,CSV=CPV-HPV)和消減值(SBV=CPV-PKV)加以表示。1.4基因型穩(wěn)定性評價首先進行聯(lián)合方差分析,在基因型與環(huán)境互作效應顯著的基礎(chǔ)上,利用AMMI模型進行穩(wěn)定性分析,其數(shù)學模型為:yijk=μ+gi+ej+∑s=1nλsαisγjs+Rij+εijkyijk=μ+gi+ej+∑s=1nλsαisγjs+Rij+εijk其中,yijk是第i基因型在第j個環(huán)境的第k次重復的觀察值;μ是所有環(huán)境所有基因型的平均表型值;gi是第i個基因型的主效應;ej是第j個環(huán)境的主效應;λs是第s個主成分的特征值;αis是第s個主成分的基因型得分,γjs是第s個主成分的環(huán)境得分;n是AMMI模型中基因型與環(huán)境交互作用主成分的個數(shù);Rij為提取過n次iPCA軸后留下的殘差;εijk為隨機誤差。式右第4項即為估算的基因型與環(huán)境交互作用的總和,其中λ0.5ss0.5αis為第i基因型與環(huán)境交互作用的第s個主成分值,記為iPCAs。本研究取主成分效應達到1%顯著水平的前3個iPCA在多維空間離原點的距離作為基因型穩(wěn)定性的評價指標,記為Di,其值越小則品種穩(wěn)定性越高。Di=∑c=13λcα2ic???????ue001?ue000ue000Di=∑c=13λcαic2以各基因型品質(zhì)性狀的Di值與相應的性狀表型值為指標,數(shù)據(jù)標準化后采用歐氏距離法對所有基因型進行系統(tǒng)聚類分析,并根據(jù)聚類結(jié)果對供試基因型的RVA譜特征值進行綜合評價。所有數(shù)據(jù)的方差分析和AMMI穩(wěn)定性分析均在SAS軟件上進行;系統(tǒng)聚類分析在Tang等的DPS軟件上完成。2結(jié)果與分析2.1不同栽培方式對崩解值的影響在方差同質(zhì)性檢測的基礎(chǔ)上,對稻米RVA譜6項特征值進行聯(lián)合方差分析,結(jié)果如表1?？梢?最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值、回復值和消減值在不同基因型和環(huán)境(地點和年份)間的差異都達到顯著水平(P<0.01)。同時,不同栽培方式也極顯著地(1%)影響6項特征值,對最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值和回復值的作用方向為綠色食品栽培>有機或常規(guī)栽培>高產(chǎn)栽培,但對消減值的作用方向相反;圖1以W002和南京16號為例,證明不同栽培方式對崩解值的影響。此外,基因型與環(huán)境之間也存在極顯著的互作效應(表1),故有必要進一步分析其交互作用的特點。2.2稻米rva譜特征值穩(wěn)定性由表1可見,稻米RVA譜的PKV、HPV、CPV、BDV、CSV和SBV6項特征值達到1%顯著水平的主成分因子數(shù)都為5個。其中,前3個主成分累計解釋相應性狀的G×E交互作用的83.9%、89.0%、86.0%、92.9%、85.2%和90.2%,故由前3個主成分計算而來的Di值能較準確反映稻米RVA譜特征值的品種穩(wěn)定性。表2列出了18個品種的iPCA1～3及相應的Di值,表明RVA譜特征值的穩(wěn)定性隨品種不同而變化較大。在供試品種中,南京16、汕優(yōu)63和廣陵香粳的6項特征值穩(wěn)定性都高,而揚兩優(yōu)6號、常優(yōu)1號和淮引9901相應性狀穩(wěn)定性都低。另一方面,RVA譜6項特征值的G×E互作效應前2個主成分之和分別解釋了70%以上的G×E總變異(表1),故以iPCA1為橫軸,iPCA2為縱軸建立的AMMI雙標圖(圖2),能較準確且直觀地反映品種穩(wěn)定性,雙標圖上越接近原點的品種穩(wěn)定性越好。2.3對水稻品種的綜合評價AMMI模型從多維空間分解G×E的互作效應,能對品種單一性狀的穩(wěn)定性做出合理評價。但是對于稻米淀粉RVA譜這類包含多個因子的復雜性狀,僅根據(jù)AMMI分析結(jié)果,尚不能對供試品種作出全面而合理的評價。為此,本研究以品種穩(wěn)定性參數(shù)(Di)和相應性狀的表型值為指標,對供試品種進行系統(tǒng)聚類(圖3),取閾值T=10.0將18個品種分為5類,結(jié)合表2結(jié)果對每一類品種予以綜合評價。第1類包括4個秈稻品種,即特優(yōu)559、汕優(yōu)63、揚兩優(yōu)6號和南京16,它們的崩解值偏低,但其余5項RVA譜特征值高(除南京16的崩解值和消減值適中外),而且南京16和汕優(yōu)63的穩(wěn)定性都很高,分別居第1和第2位。第2類包括1個粳稻和2個秈稻品種,即蘇香粳2號、R405和兩優(yōu)培九,它們的6項RVA譜特征值都低,且穩(wěn)定性都適中。第3類包括2個粳稻,即常優(yōu)1號和淮引9901,它們各項RVA譜特征值都適中,但穩(wěn)定性差。第4類包括粳、秈稻各1個,即93272和鎮(zhèn)稻084-4,它們6項RVA特征值及穩(wěn)定性都適中。第5類包括5個粳稻和2個秈稻,即早豐9號、武育粳3號、W002、廣陵香粳、鹽粳5號、3004和豐優(yōu)香占,它們的崩解值都高,但消減值都低(除鹽粳5號的適中外);廣陵香粳各項RVA譜特征值的穩(wěn)定性高,早豐9號、鹽粳5號、W002和豐優(yōu)香占的崩解值和消減值的品種穩(wěn)定性高。其中,第5類屬于崩解值高、消減值低、品種穩(wěn)定性高類型,此類品種可用于培育食味品質(zhì)優(yōu)良且對環(huán)境反應鈍感的優(yōu)質(zhì)水稻品種(雜交組合)。3水稻品種的質(zhì)量指標AMMI模型集方差分析和主成分分析于一體,將G×E互作分解為p個乘積項之和,不僅能在多維空間水平上研究基因型與環(huán)境的交互作用,而且能進一步研究品種的穩(wěn)定性。本研究結(jié)果表明,最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值、回復值和消減值的前3項G×E交互作用主成分因子都達到極顯著水平,分別解釋互作效應總變異的83.9%、89.0%、86.0%、92.9%、85.2%和90.2%(表1),證實了AMMI模型能有效地分析稻米淀粉RVA譜的品種穩(wěn)定性。在AMMI分析的基礎(chǔ)上,利用系統(tǒng)聚類分析將18個供試品種分為5類。其中W002、早豐9號、廣陵香粳和豐優(yōu)香占等品種聚于一類,其崩解值高,消減值低,穩(wěn)定性高,且這些品種米飯柔軟性、黏性和綜合口感亦居參試品種的前列(資料另行發(fā)表)。這與前人研究結(jié)論一致,即崩解值大而消減值小的水稻品種米飯食味較好。此外,本研究發(fā)現(xiàn)汕優(yōu)63的消減值是所有品種中最高的,而崩解值低,說明其米飯適口性差,已不能滿足目前的市場需求,故培育適口性較汕優(yōu)63好,而RVA譜特征值穩(wěn)定性高的水稻品種具有重要的現(xiàn)實意義。具有優(yōu)良食味品質(zhì)的W002、廣陵香粳、早豐9號、豐優(yōu)香占和南京16在各試點的平均產(chǎn)量分別達7203、7858.5、7887、8979和7788kg·hm-2,均可作為優(yōu)質(zhì)水稻品種在江蘇乃至華東地區(qū)推廣種植。本研究還表明,水稻生長環(huán)境對稻米淀粉RVA譜特征值具有較大的影響,其中稻米品質(zhì)形成期的氣象條件對稻米RVA譜的影響不容忽視。前人研究發(fā)現(xiàn),水稻灌漿結(jié)實期的高溫能降低淀粉分支酶RBE1和RBE3的活性,導致胚乳支鏈淀粉的長分