水稻淀粉rva谱特征值稳定性分析

水稻淀粉rva谱特征值稳定性分析

在水稻品质方面，直接淀粉含量（ac）是决定饭后味道质量最重要的因素。然而，近年来的研究表明，ac对大米的口感没有决定性作用，ac相似品种的大米的味道存在明显差异。因此,研究比直链淀粉含量更准确反映米饭适口性的理化指标,对提高优质水稻育种效率尤为重要,而稻米淀粉黏滞性谱(又称RVA谱)即为其中之一。RVA谱是指米粉浆在加热、高温和冷却过程中黏度随温度变化而形成的曲线,其特征值在稻米食味品质评价中具有重要的应用价值,如崩解值和消减值不仅能区分不同水稻品种AC和胶稠度,而且能鉴定AC相似品种米饭适口性。另一方面,RVA谱特征值表现为数量性状,主要受遗传控制,同时也受环境条件的影响,使其在优质稻品种培育中的应用受到一定限制。因此,研究不同环境条件下RVA谱的品种稳定性,发掘环境钝感的优质水稻资源,对于培育优质食用水稻新品种具有重要意义。为此,本研究连续2年在江苏南京、金湖和东海3个地点种植了18个水稻品种,分析RVA谱特征值及其品种稳定性,旨在为优质水稻品种的选育及其推广提供参考。1材料和方法1.1引香县5号、盐县7号、苏香县3号供试材料是2000年江苏省优质米评比中居前9位的粳稻和籼稻品种。粳稻有早丰9号、盐粳5号、W002、常优1号、淮引9901、广陵香粳、93272、苏香粳2号及对照品种武育粳3号;籼稻有3004、丰优香占、R405、南京16、两优培九、扬两优6号、特优559、镇稻084-4及对照汕优63。1.2试验设计及方法2001和2002年,将18个供试品种分别种植于江苏南京(32°N)、金湖(33°N)和东海(34°N)。各试点分别采取了4种栽培方式。栽培方式Ⅰ:按有机食品生产方式,全生育期只施有机肥,不施用任何化学合成肥料和除草剂。栽培方式Ⅱ:按绿色食品生产方式,除施用有机肥外,适量追施化学肥料,N、P、K的施用比例为2∶1∶2,其中前期施氮量为37.5kg·hm-2;全程不用化学除草剂,采用生物农药防治病虫害。栽培方式Ⅲ:按常规栽培方式,N、P、K的施用比例为2∶1∶2,其中施氮量为150kg·hm-2,基施、追施比例为7∶3;全生育期采用化学方法防治病虫害。栽培方式Ⅳ:按高产栽培方式,N、P、K的施用比例为2∶1∶2,其中施氮量为300kg·hm-2,基施、追施比例为5∶5;全生育期采用化学方法防治病虫害。各试点按品种、栽培方式双因素随机区组试验设计,重复2次;每小区种植200株(20株×10行),按13.3cm×25cm规格单本移栽。成熟时分小区收种,晒干储藏3个月后测定稻米淀粉RVA谱。1.3标准操作规程测定稻米淀粉RVA谱采用Micro-Visco-Amylo-Graph黏度仪(德国Brabender公司生产),按1998年美国谷物化学协会年会上发布的标准操作规程测定。每样品测定2次,取平均值(单位:BU)。稻米淀粉RVA谱除用最高黏度(peakpasteviscosity,PKV)、热浆黏度(hotpasteviscosity,HPV)和冷胶黏度(coolpasteviscosity,CPV)描述外,还用崩解值(BDV=PKV-HPV)、回复值(consistencyviscosity,CSV=CPV-HPV)和消减值(SBV=CPV-PKV)加以表示。1.4基因型稳定性评价首先进行联合方差分析,在基因型与环境互作效应显著的基础上,利用AMMI模型进行稳定性分析,其数学模型为: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个环境的第k次重复的观察值;μ是所有环境所有基因型的平均表型值;gi是第i个基因型的主效应;ej是第j个环境的主效应;λs是第s个主成分的特征值;αis是第s个主成分的基因型得分,γjs是第s个主成分的环境得分;n是AMMI模型中基因型与环境交互作用主成分的个数;Rij为提取过n次iPCA轴后留下的残差;εijk为随机误差。式右第4项即为估算的基因型与环境交互作用的总和,其中λ0.5ss0.5αis为第i基因型与环境交互作用的第s个主成分值,记为iPCAs。本研究取主成分效应达到1%显著水平的前3个iPCA在多维空间离原点的距离作为基因型稳定性的评价指标,记为Di,其值越小则品种稳定性越高。Di=∑c=13λcα2ic−−−−−−−ue001⎷ue000ue000Di=∑c=13λcαic2以各基因型品质性状的Di值与相应的性状表型值为指标,数据标准化后采用欧氏距离法对所有基因型进行系统聚类分析,并根据聚类结果对供试基因型的RVA谱特征值进行综合评价。所有数据的方差分析和AMMI稳定性分析均在SAS软件上进行;系统聚类分析在Tang等的DPS软件上完成。2结果与分析2.1不同栽培方式对崩解值的影响在方差同质性检测的基础上,对稻米RVA谱6项特征值进行联合方差分析,结果如表1。可见,最高黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、回复值和消减值在不同基因型和环境(地点和年份)间的差异都达到显著水平(P<0.01)。同时,不同栽培方式也极显著地(1%)影响6项特征值,对最高黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值和回复值的作用方向为绿色食品栽培>有机或常规栽培>高产栽培,但对消减值的作用方向相反;图1以W002和南京16号为例,证明不同栽培方式对崩解值的影响。此外,基因型与环境之间也存在极显著的互作效应(表1),故有必要进一步分析其交互作用的特点。2.2稻米rva谱特征值稳定性由表1可见,稻米RVA谱的PKV、HPV、CPV、BDV、CSV和SBV6项特征值达到1%显著水平的主成分因子数都为5个。其中,前3个主成分累计解释相应性状的G×E交互作用的83.9%、89.0%、86.0%、92.9%、85.2%和90.2%,故由前3个主成分计算而来的Di值能较准确反映稻米RVA谱特征值的品种稳定性。表2列出了18个品种的iPCA1～3及相应的Di值,表明RVA谱特征值的稳定性随品种不同而变化较大。在供试品种中,南京16、汕优63和广陵香粳的6项特征值稳定性都高,而扬两优6号、常优1号和淮引9901相应性状稳定性都低。另一方面,RVA谱6项特征值的G×E互作效应前2个主成分之和分别解释了70%以上的G×E总变异(表1),故以iPCA1为横轴,iPCA2为纵轴建立的AMMI双标图(图2),能较准确且直观地反映品种稳定性,双标图上越接近原点的品种稳定性越好。2.3对水稻品种的综合评价AMMI模型从多维空间分解G×E的互作效应,能对品种单一性状的稳定性做出合理评价。但是对于稻米淀粉RVA谱这类包含多个因子的复杂性状,仅根据AMMI分析结果,尚不能对供试品种作出全面而合理的评价。为此,本研究以品种稳定性参数(Di)和相应性状的表型值为指标,对供试品种进行系统聚类(图3),取阈值T=10.0将18个品种分为5类,结合表2结果对每一类品种予以综合评价。第1类包括4个籼稻品种,即特优559、汕优63、扬两优6号和南京16,它们的崩解值偏低,但其余5项RVA谱特征值高(除南京16的崩解值和消减值适中外),而且南京16和汕优63的稳定性都很高,分别居第1和第2位。第2类包括1个粳稻和2个籼稻品种,即苏香粳2号、R405和两优培九,它们的6项RVA谱特征值都低,且稳定性都适中。第3类包括2个粳稻,即常优1号和淮引9901,它们各项RVA谱特征值都适中,但稳定性差。第4类包括粳、籼稻各1个,即93272和镇稻084-4,它们6项RVA特征值及稳定性都适中。第5类包括5个粳稻和2个籼稻,即早丰9号、武育粳3号、W002、广陵香粳、盐粳5号、3004和丰优香占,它们的崩解值都高,但消减值都低(除盐粳5号的适中外);广陵香粳各项RVA谱特征值的稳定性高,早丰9号、盐粳5号、W002和丰优香占的崩解值和消减值的品种稳定性高。其中,第5类属于崩解值高、消减值低、品种稳定性高类型,此类品种可用于培育食味品质优良且对环境反应钝感的优质水稻品种(杂交组合)。3水稻品种的质量指标AMMI模型集方差分析和主成分分析于一体,将G×E互作分解为p个乘积项之和,不仅能在多维空间水平上研究基因型与环境的交互作用,而且能进一步研究品种的稳定性。本研究结果表明,最高黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、回复值和消减值的前3项G×E交互作用主成分因子都达到极显著水平,分别解释互作效应总变异的83.9%、89.0%、86.0%、92.9%、85.2%和90.2%(表1),证实了AMMI模型能有效地分析稻米淀粉RVA谱的品种稳定性。在AMMI分析的基础上,利用系统聚类分析将18个供试品种分为5类。其中W002、早丰9号、广陵香粳和丰优香占等品种聚于一类,其崩解值高,消减值低,稳定性高,且这些品种米饭柔软性、黏性和综合口感亦居参试品种的前列(资料另行发表)。这与前人研究结论一致,即崩解值大而消减值小的水稻品种米饭食味较好。此外,本研究发现汕优63的消减值是所有品种中最高的,而崩解值低,说明其米饭适口性差,已不能满足目前的市场需求,故培育适口性较汕优63好,而RVA谱特征值稳定性高的水稻品种具有重要的现实意义。具有优良食味品质的W002、广陵香粳、早丰9号、丰优香占和南京16在各试点的平均产量分别达7203、7858.5、7887、8979和7788kg·hm-2,均可作为优质水稻品种在江苏乃至华东地区推广种植。本研究还表明,水稻生长环境对稻米淀粉RVA谱特征值具有较大的影响,其中稻米品质形成期的气象条件对稻米RVA谱的影响不容忽视。前人研究发现,水稻灌浆结实期的高温能降低淀粉分支酶RBE1和RBE3的活性,导致胚乳支链淀粉的长分