洱海流域水稻主栽品种产量和稻米品质差异研究

Study on the differences in yield and quality among the main rice varieties in the Erhai basin

摘要

为筛选适合洱海流域种植的优质丰产型水稻品种，以13个云南省主栽的水稻品种为供试材料，采用随机区组设计，在云南省大理市湾桥镇古生村常规种植，以主栽品种‘云粳37号’为对照，测定各品种产量及构成因子和品质指标，并利用相关性和主成分分析方法进行综合得分评价。结果表明：有效穗数以‘云粳57号’最高，为680.7×10⁴/hm²，较‘云粳37号’高17.4%（P<0.05）；穗粒数以‘声农4号’最高，为143.3，‘凤15-53’最低，为80.3；各品种的结实率在74.8%~95.2%，其中‘云粳50号’结实率最高，‘云科粳1号’最低；千粒重以‘凤15-53’最高，为29.5 g，较‘云粳37号’高17.7%；‘云两优502’产量最高，为14.9 t/hm²，‘云科粳1号’产量最低，为10.2 t/hm²。糙米率以‘楚粳22号’最高，为82.6%，较‘云粳37号’高3.3%，‘滇禾优615’最低，为76.0%；精米率和整精米率均以‘云两优502’最高，分别为76.7%和75.5%；各品种直链淀粉含量在4.4~22.4 g/100 g、胶稠度在62.3~96.7 mm；食味值最高的是‘云粳50号’，为89.6，最低的是‘云粳48号’，为80.9；‘凤15-53’蛋白质含量最高，为9.7 g/100 g，其次是‘云粳21k-10’，为9.6 g/100 g。供试13个水稻品种的产量和品质水平均存在不同程度变异，产量变异主要在穗粒数和有效穗数上，品质性状变异主要在直链淀粉含量上。供试13个水稻品种的产量及构成因子间、品质性状间均存在相关关系，其中产量与精米率、整精米率均表现为极显著正相关，相关系数（r）分别为0.460和0.551，结实率与糙米率呈极显著正相关，r=0.528，直链淀粉含量与胶稠度呈极显著负相关，r=-0.779。综合得分‘云粳50号’最高，为1.932 7，‘滇禾优615’最低，为-0.609 9。因此，‘云粳50号’优质丰产性最好，可作为洱海流域种植水稻品种的最优选择。

Abstract

To screen high-quality and productive rice varieties suitable for cultivation in the Erhai basin， 13 main rice varieties planted in Yunnan Province were used as test materials in a randomized block design， and were planted routinely， and the main variety ‘Yungeng 37’ was used as a control in Gusheng Village， Wanqiao Town， Dali City， Yunnan Province. The yield and constitutive factors and quality indexes of the varieties were determined， and the correlation analysis and principal component analysis were conducted using the method of comprehensive score evaluation. The results showed that： The effective panicles was the highest in ‘Yungeng 57’ at 680.7 ×10⁴/hm²， and 17.4% higher than that of ‘Yungeng 37’（P<0.05）； The number of kernels per panicle was the highest in ‘Shengnong 4’ at 143.3 and the lowest in ‘Feng 15-53’ at 80.3； The seed setting rate of each variety ranged from 74.8% to 95.2%， among which the ‘Yungeng 50’ had the highest seed setting rate and ‘Yunkegeng 1’ had the lowest； The 1 000-grain weight was the highest in ‘Feng 15-53’ at 29.5 g， which was 17.7% higher than that of ‘Yungeng 37’； ‘Yunliangyou 502’ had the highest yield of 14.9 t/hm² and ‘Yunkegeng 1’ had the lowest yield of 10.2 t/hm². The brown rice rate was the highest in ‘Chugeng 22’ at 82.6%， which was 3.3% higher than that of ‘Yungeng 37’， and the lowest in ‘Dianheyou 615’ at 76.0%； Both the milled rice rate and head rice rate were the highest for ‘Yunliangyou 502’， which were 76.7% and 75.5%， respectively； The amylose content of each variety ranged from 4.4 to 22.4 g/100 g， and the gelatin consistency ranged from 62.3 to 96.7 mm； The highest taste value was ‘Yungeng 50’ at 89.6， and the lowest was ‘Yungeng 48’ at 80.9； “Feng 15-53” had the highest protein content of 9.7 g/100 g， followed by “Yungeng 21k-10” of 9.6 g/100 g. The yield and quality levels of the 13 rice varieties for testing had different degrees of variation， with yield variation mainly in the number of kernels per panicle and the number of effective panicles， while the quality trait variation primarily in the amylose content. There were correlations among the yield and constitutive factors and quality traits of the 13 rice varieties for testing， among which the yield was highly significantly positively correlated with the milled rice rate and head rice rate， with correlation coefficients （r） of 0.460 and 0.551， respectively， while the seed setting rate was highly significantly positively correlated with the brown rice rate， with r of 0.528， and the amylose content was highly considerably negatively correlated with the gelatin consistency， with r of -0.779. The composite score of ‘Yungeng 50’ was the highest at 1.932 7， while ‘Dianheyou 615’ was the lowest at -0.609 9. Therefore， ‘Yungeng 50’ has the best quality and yield， and can be used as the optimal choice of rice varieties for planting in the Erhai basin.

Graphical abstract

关键词

水稻 / 产量 / 品质 / 洱海流域 / 主成分分析

Key words

rice / yield / quality / Erhai basin / principal component analysis

水稻是世界上最重要的粮食作物之一^［1］，产量和品质是水稻生产的2个重要组成部分^［2］，“高产不优质，优质不高产”一直是我国水稻产业发展的瓶颈，且由于环境因素导致同一水稻品种的产量和品质在各地表现不尽相同^［3］，因此筛选出适宜地区种植的高产优质品种具有重要意义。

针对水稻品种的筛选已有很多研究报道。林江等^［4］对24个水稻品种进行比较分析，筛选出‘云航粳4号’ ‘云资粳25’ ‘云航籼14号’ ‘云资香1号’和‘云资红28号’等优质高产品种，适宜在云南省红河哈尼族彝族自治州弥勒市种植并打造高原特色香软米品牌。布哈丽且木·阿不力孜等^［5］对11个水稻品种进行综合评价结果表明，‘新粳伊20号’优质丰产性最好，适合在新疆稻区种植。张详^［6］对18个水稻品种进行综合评价发现，‘吨两优 900’水稻品种综合表现最好，最适宜在安徽省六安市作为主推品种推广种植。叶春萍^［7］对11个水稻品种进行筛选比较发现，‘晶两优534’ ‘丰两优华占’ ‘喜两优丝苗’在黄山市屯溪区种植的综合表现好。

洱海是云南省第二大高原湖泊，是大理市主要饮用水源地^［8］。洱海流域位于低纬度地区，且海拔较高，独特的地理位置赋予了洱海流域四季温和、光照充足，干湿季分明等气候特征^［9］。水稻是云南省大理州的主要粮食作物，2020年全州水稻种植面积50 566.7 hm²，其中洱海流域水稻种植面积7 193.3 hm^2［10］。目前洱海流域水稻面临着“种植技术参差不齐、种植经济效益低、农户种植积极性不高^［11］、优质品种品质退化^［12］、优质高产品种供给不足^［13］”等一系列问题。近年来随着品种审定制度的改革，激活了育种者的积极性，品种审定进度不断加快，丰富了品种的多样性，但是品种“井喷”态势下也造成了农户品种选择难的问题^［14］。同时，随着人们生活水平的提高，从吃饱逐渐走向吃好、吃的健康。如何协同提高水稻产量和品质已成为我国稻米生产和发展的关注点，针对稻米品质的研究逐渐成为一个热门课题^［15］，推广优质稻种植对农民增收、提高种粮积极性、优化品种布局^［16］、推动水稻产业升级^［17］和保障粮食安全具有重要意义^［18］。目前对洱海流域水稻品种产量和稻米品质性状差异的研究鲜有报道，本研究利用相关性和主成分分析方法对云南省主栽的13个水稻品种的产量及稻米品质进行综合分析，旨在筛选出适宜洱海流域种植的高产优质水稻品种，以期为洱海流域优质丰产水稻生产提供参考。

1　材料与方法

1.1　供试材料

选择云南省主栽的13个水稻品种，分别是‘云粳37号’‘云粳46号’‘云粳48号’‘云粳50号’‘云粳57号’‘云粳21k-10’‘云科粳1号’‘楚粳22号’‘楚粳53号’‘云两优502’‘声农4号’‘凤15-53’‘滇禾优615’，以‘云粳37号’作对照，品种信息见表1。

1.2　试验地概况

试验于2023年5—10月在云南省大理白族自治州大理市湾桥镇古生村大理苍洱留香农业发展有限公司3号种植基地（100°08'15'' E，25°48'54'' N，海拔1 980 m）开展，该地区属低纬高原亚热带季风气候，温暖湿润，干湿分明，年均气温15.1 °C，全年平均降水量1 000 mm，其中，85%以上的降雨集中在5—10月。试验地前茬作物为马铃薯，0~20 cm土壤基本理化性质：有机质71.9 g/kg，pH 6.3，全氮4.3 g /kg，有效磷87.6 mg/kg，速效钾101.1 mg/kg。

1.3　试验设计

试验采用随机区组排列，每个品种为1个处理，共设13个处理，3次重复，小区面积5 m×7 m，四周设宽1 m的保护行。

1.4　试验方法

2023年4月27日播种，6月1日移栽，秧龄35 d，人工插秧，每穴3~4个基本苗，株距10 cm，行距25 cm。基肥施用水稻绿色智能肥（w_N∶w_P∶w_K = 15∶11∶14）480 kg/hm²，分蘖肥施用尿素78 kg/hm²，促花肥施用尿素58 kg/hm²和硫酸钾镁肥（w_K∶w_Mg∶w_S =25∶6∶17）46 kg/hm²，保花肥施用尿素98 kg/hm²和硫酸钾镁肥46 kg/hm²，肥料均购自云南云天化股份有限公司。其他田间管理按照当地常规措施，并严格控制杂草、害虫、疾病等。

1.5　测定项目及方法

1.5.1　产量及构成因素

于水稻收获前进行考种，每小区调查20穴有效穗数，并根据平均穗数取5穴调查穗粒数、结实率和千粒重。成熟期进行小区实割测产，称稻谷鲜重，测定其含水量，最后以含水率为14.5%计算稻谷实收产量。

1.5.2　稻米品质

风干稻谷放在室温下3个月后进行稻米品质测定。稻米的糙米率、精米率、整精米率、直链淀粉含量、胶稠度、蛋白质含量等均按照中华人民共和国国家标准GB/T 17891—2017《优质稻谷》^［19］测定，用北京东孚久恒公司的大米食味计测定食味值。

1.6　数据统计

采用Microsoft Excel 2019进行统计与整理，采用IBM SPSS Statistics 26.0对所有指标进行单因素显著性分析。

2　结果与分析

2.1　不同水稻品种的产量及产量构成

由表2可知，13个水稻品种的公顷有效穗数在376.4×10⁴~680.7×10⁴，其中‘云粳57号’的有效穗数最高，较‘云粳37号’增加17.4%。‘声农4号’穗粒数最高，为143.3，‘凤15-53’穗粒数最低，为80.3，两品种均与‘云粳37号’存在显著差异。13个水稻品种的结实率在74.8%~95.2%，‘云粳50号’结实率最高，‘云科粳1号’最低。千粒重最高的品种是‘凤15-53’，为29.5 g，较‘云粳37号’高17.7%。13个水稻品种实收产量在10.2~14.9 t/hm²，产量高于‘云粳37号’的品种有‘云粳46号’‘云粳48号’‘云粳57号’‘云粳21k-10’‘楚粳53号’‘云两优502’‘声农4号’，其中‘云两优502’实收产量最高，显著高于其他品种；‘云科粳1号’实收产量最低，比‘云粳37号’减少11.9%。

2.2　不同水稻品种的加工品质

由图1可知，‘楚粳22号’糙米率最高，为82.6%，较‘云粳37号’高3.3%；‘滇禾优615’糙米率最低，为76.0%，较‘云粳37号’低5.0%。

由图2可知，‘云两优502’精米率最高，比‘云粳37号’高10.1%，但与‘云粳57号’‘楚粳53号’‘滇禾优615’差异均不显著；精米率最低的品种是‘云粳37号’，为69.7%，与‘云粳50号’ ‘云科粳1号’均无显著差异。

由图3可知，13个水稻品种的整精米率在57.8%~75.5%，除‘云科粳1号’外，各品种的整精米率都高于‘云粳37号’。‘云两优502’整精米率最高，较‘云粳37号’高22.0%；‘云科粳1号’整精米率最低，为57.8%，显著低于其他品种。

2.3　不同水稻品种的蒸煮食味品质

由图4可知，13个水稻品种的直链淀粉含量在4.4~22.4 g/100 g，最高的是‘云粳57号’，为22.4 g/100 g，较‘云粳37号’高274.5%；最低的是‘云科粳1号’，为4.4 g/100 g，较‘云粳37号’低6.0%。

由图5可知，13个水稻品种的胶稠度在62.3~96.7 mm，‘滇禾优615’胶稠度最低，为62.3 mm；‘云科粳1号’胶稠度最高，为96.7 mm，较‘云粳37号’高3.2%。

由图6可知，13个水稻品种中食味值最高的是‘云粳50号’，为89.6，与‘云粳37号’差异不显著；最低的是‘云粳48号’，为80.9，较‘云粳37号’低2.4%。

2.4　不同水稻品种的营养品质

由图7可知，‘凤15-53’的蛋白质含量最高，为9.7 g/100 g，其次是‘云粳21k-10’，为9.6 g/100 g，两品种蛋白质含量无显著差异；最低的是‘云两优502’，为6.6 g/100 g，与‘云粳57号’ ‘滇禾优615’均无显著差异，较‘云粳37号’低25.1%。

2.5　不同水稻品种的产量与品质性状指标差异

由表3可知，13个水稻品种的结实率、千粒重、糙米率、精米率、整精米率和食味值的变异系数（CV）均<10.0%，其中食味值CV最小，仅为3.1%，说明不同品种间食味值变化较小；13个水稻品种的有效穗数、穗粒数、产量、蛋白质含量、直链淀粉含量和胶稠度的CV均在10.0%以上，其中直链淀粉含量的CV最大，为59.9%，说明不同品种间直链淀粉含量差异最大。

2.6　不同水稻品种的产量与品质性状的相关性

由图8可知，供试13个水稻品种的产量与品质性状间均存在相关关系，其中有效穗数与穗粒数呈显著负相关，r=-0.365，与结实率、千粒重均呈负相关，r分别为-0.127、-0.146，与实收产量呈正相关，r=0.211，与蛋白质含量呈极显著负相关，r=-0.630。穗粒数与千粒重呈负相关，r=-0.291。结实率与糙米率、食味值均呈极显著正相关，r均为0.528。千粒重与糙米率呈极显著正相关，r=0.521。实收产量与有效穗数、结实率、千粒重和结实率均呈正相关，r分别为0.211、0.083、0.085、0.121，与精米率、整精米率均呈极显著正相关，r分别为0.460、0.551。糙米率与食味值呈极显著正相关，r=0.489。精米率与整精米率呈极显著正相关，r=0.869，精米率和整精米率均与直链淀粉含量呈极显著正相关，r分别为0.712、0.583，与蛋白质含量、食味值和胶稠度均呈极显著负相关。蛋白质含量与直链淀粉含量呈极显著负相关（r=-0.870），与胶稠度呈极显著正相关（r=0.701）。直链淀粉含量与食味值、胶稠度均呈极显著负相关，r分别为-0.444、-0.779。食味值与胶稠度呈极显著正相关，r=0.578。

2.7　不同水稻品种的产量及品质性状指标主成分分析

由表4可知，第1—4主成分的特征值分别为5.121、2.234、1.478和1.346，贡献率分别为42.678%、18.620%、12.319%和11.218%，累积贡献率为84.834%，说明前4个主成分可反映原始变量的绝大部分信息，因此可选取前4个主成分来进行主成分分析。

2.8　不同水稻品种的主成分综合得分及排序

由表5可知，13个水稻品种中有9个水稻品种综合得分>0，占比69.23%，4个水稻品种综合得分<0，占比30.77%，其中‘云粳50号’综合得分最高，为1.932 7，‘滇禾优615’最低，为-0.609 9。‘云粳50号’优质丰产性最好，其次是‘凤15-53’ ‘云粳46号’ ‘云科粳1号’和‘云粳37号’，综合得分都>1.5，‘滇禾优615’最差。

3　讨 论

水稻的产量和品质不仅受基因的影响，还与环境条件相关^［20］。由于基因和环境交互作用效应的存在，使得同一品种在不同的环境条件下表现不尽相同^［21］，因此在某一地区开展品种筛选研究至关重要。本研究结合云南省洱海流域地区实际生产环境和栽培措施，通过2个方面性状进行优良品种的筛选：一是产量性状，产量是衡量品种优劣的重要指标之一，选择高产的品种，能保证水稻在不同栽培条件下的丰产性和稳定性^［22］；二是优质稻米品种，随着生活水平的提高，人们对稻米品质的要求也愈来愈高，洱海流域拥有得天独厚的农业生态环境与资源优势^［23］，非常有利于优质稻米的生产，因此应该更加重视稻米的品质。

本研究发现，13个水稻品种中‘云两优502’产量最高，为14.9 t/hm²，较‘云粳37号’增加28.8%；‘云科粳1号’产量最低，为10.2 t/hm²。13个水稻品种的产量和品质水平均存在不同程度变异，其中有效穗数、穗粒数和产量的CV在10.0%~20.0%，不同水稻品种产量指标中穗粒数与有效穗数差异最大，与布哈丽且木·阿不力孜等^［5］研究结果一致。施继芳等^［24］研究表明，海拔对出糙率和精米率的影响较小，对整精米率的影响较大，本试验中不同水稻品种糙米率、精米率、整精米率的CV均<10.0%，整精米率CV为7.7%，而糙米率和精米率的CV分别为2.4%和3.3%。不同水稻品种品质指标中直链淀粉含量差异最大，说明主要由基因所控制，要大幅度升高或降低直链淀粉含量，还应从品种入手^［25］。

本试验中，‘云粳46号’、‘云粳48号’、‘云粳57号’、‘云粳21k-10’ 、‘楚粳53号’、‘云两优502’和‘声农4号’这7个水稻品种的产量高于‘云粳37号’，较‘云粳37号’增产2.9%~28.8%，可作为提升水稻产量的候选品种。‘云科粳1号’结实率仅为74.8%且产量最低，不适宜在本地区种植。通过增加基本苗和提高种植密度可进一步提升‘云粳50号’和‘楚粳22号’的产量，‘滇禾优615’可通过喷施镁提高结实率进而提高产量^［26］。胶稠度按米胶长度可分为硬胶（≤40 mm）、中等（41~60 mm）、软胶（≥61 mm）。本试验中所有参试品种的胶稠度都≥61 mm，属于软胶，相关分析表明，直链淀粉含量与胶稠度呈极显著负相关，r=-0.779，这与莫慧栋^［27］的研究结果一致，直链淀粉含量与胶稠度的长短有关，直链淀粉含量低则胶稠度较软，含量高则胶稠度较硬。本研究相关分析表明，胶稠度与食味值呈极显著正相关，这与魏海燕等^［28］的研究结果一致，胶稠度与食味值成正比，胶稠度长，糊化温度低，且糊化时峰值黏度大，崩解值大，最终胶黏度小，蒸煮食味品质较好。本研究中‘云粳46号’ ‘云粳50号’ ‘云粳57号’的食味值均高于‘云粳37号’，‘云科粳1号’的胶稠度高于‘云粳37号’，可作为水稻品种食味品质选择的参考。

本研究利用主成分分析法对13个水稻品种的产量和品质指标进行主成分分析得到主成分特征值，并提取前4个主成分做综合分析。‘云粳50号’综合得分最高，为1.932 7，‘滇禾优615’综合得分最低，为-0.609 9。后续试验可扩大云南省主栽水稻品种范围，以便进一步确定适合洱海流域种植的优质丰产型水稻品种。

4　结 论

在洱海地区，供试的13个水稻品种的产量和品质性状间存在不同程度变异，产量变异主要在穗粒数和有效穗数上，品质性状变异主要在直链淀粉含量上。13个水稻品种产量及构成因子间、品质性状间均存在相关关系，其中产量与精米率、整精米率存在极显著正相关，r分别为0.460和0.551，结实率与糙米率呈极显著正相关，r=0.528，直链淀粉含量与胶稠度呈极显著负相关，r=-0.779。通过主成分分析方法对13个供试品种进行综合分析，‘云粳50号’综合得分最高，为1.932 7，‘滇禾优615’综合得分最低，为-0.609 9。因此，‘云粳50号’优质丰产性最好，可作为洱海流域种植水稻品种的最优选择。

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基金资助

云南省重大科技专项(202202AE090034)