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

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 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 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 通讯作者 wuwenge 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 摘要 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 关键词 杂交水稻 AMMI 模型 播期 稻米品质 江淮地区 中图分类号 S511文献标识码 A文章编号 1006 8082 2017 04 0034 05 专论与研究 收稿日期 2017 06 25 基金项目 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 2017 23 4 34 38DOI 10 3969 j issn 1006 8082 2017 04 006 34 表 3 同一品种在不同的播期主要食用品质性状平均值 代码 g1 g2 g3 品种 丰两优 4 号 新两优 6 号 两优 1128 糊化温度 6 0 5 2 6 1 胶稠度 mm 57 7 66 5 58 9 直链淀粉含量 14 6 15 0 14 6 蛋白质含量 8 4 8 3 8 4 表 2 同一播期不同水稻品种主要食用品质性状平均值 代码 e1 e2 e3 e4 e5 播期 月 日 04 20 04 30 05 10 05 20 05 30 糊化温度 5 8 5 6 5 6 5 9 5 9 胶稠度 mm 65 8 62 4 63 2 59 9 53 9 直链淀粉含量 14 4 14 2 14 4 15 1 15 6 蛋白质含量 8 4 8 5 8 4 8 0 8 4 表 1 试验品种 系 和不同播期气象资料 代码 g1 g2 g3 名称 丰两优 4 号 两优 1128 新两优 6 号 代码 e1 e2 e3 e4 e5 月 日 04 20 04 30 05 10 05 20 05 30 降雨量 mm 542 5 566 0 557 3 556 8 464 0 平均温度 26 9 26 8 27 0 26 8 26 2 平均相对湿度 77 3 77 8 78 2 79 0 77 6 累计日照时数 h 564 0 580 1 562 1 535 8 552 8 气温日较差 7 39 7 08 7 36 7 25 7 64 陈刚等 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 23 4 34 38 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 移栽至成熟期气候因子参试品种播期 35 表 4 稻米主要食用品质的基因型和环境合作效应分析 变异来源 处 理 基 因 环 境 G E PCA1 PCA2 自由度 df 14 2 4 8 5 3 平方和 SS 15 02 9 05 1 62 4 35 4 18 0 18 SS 60 22 10 80 28 98 95 98 4 02 F 39 11 3 51 4 71 2 21 0 15 df 15 2 4 8 5 3 SS 3 292 30 855 22 1 268 82 1 115 19 987 87 120 64 SS 25 98 38 54 33 87 89 12 10 88 F 7 32 4 89 2 34 0 74 0 15 df 15 2 4 9 5 3 SS 41 22 12 79 14 28 13 00 8 05 5 50 SS 31 03 34 65 31 54 59 41 40 59 F 9 60 5 35 2 62 0 59 0 67 df 15 2 4 8 5 3 SS 6 3022 1 0939 1 8858 3 6172 2 4086 1 1165 SS 52 27 47 14 44 08 48 64 36 87 F 3 69 3 19 3 09 1 20 0 92 和 分别表示在 0 01 和 0 05 水平显著 IPCA1 和 IPCA2 的 SS 表示各主成分值占交互效应的百分比 糊化温度胶稠度直链淀粉含量蛋白质含量 表 5 品种 系 与播期水稻主要食用品质稳定性参数 代码 g1 g2 g3 e1 e2 e3 e4 e5 品种 系 和播期 丰两优 4 号 两优 1128 新两优 6 号 4 月 20 日 4 月 30 日 5 月 10 日 5 月 20 日 5 月 30 日 IPCA1 0 7428 0 6832 0 0597 0 3919 0 3998 0 3119 0 5165 0 5871 IPCA2 0 1629 0 2097 0 3726 0 1877 0 1043 0 1126 0 2885 0 2594 Di 0 7605 0 7147 0 3774 0 4345 0 4132 0 3316 0 5916 0 6419 IPCA1 3 2376 1 9187 1 5005 2 9155 1 0587 2 5026 1 3786 0 0134 IPCA2 0 1165 1 6547 1 8047 1 3338 1 4759 0 3249 0 9644 1 0650 Di 3 2397 2 5337 2 3470 Dj 3 2061 1 8163 2 5236 1 6824 1 0651 IPCA1 0 8641 0 8111 0 0569 0 4384 0 5813 0 8279 0 4617 0 2347 IPCA2 0 4253 0 5051 0 8759 0 6104 0 5839 0 3211 0 6086 0 2880 Di 0 9631 0 9555 0 8777 0 7515 0 8239 0 888 0 7639 0 3715 IPCA1 0 6139 0 6657 0 0608 0 1784 0 1858 0 0911 0 5633 0 6636 IPCA2 0 3441 0 2586 0 6052 0 0651 0 1817 0 6269 0 2902 0 2305 Di 0 7038 0 7142 0 6082 0 1899 0 2599 0 6335 0 6337 0 7025 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 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 4G 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 糊化温度胶稠度直链淀粉含量蛋白质含量 陈刚等 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 23 4 34 38 IPCA1 和 IPCA2 下的数值表示 4 个水稻品质性状的主成分值 36 图 1 杂交中籼水稻营养食味品质性状的 AMMI 交互作用双标 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 00 20 40 6 0 8 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 00 20 40 60 8 0 8 0 6 0 4 0 2 0 00 20 40 60 8 4 3 2 101234 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 糊化温度胶稠度 直链淀粉含量蛋白质含量 e1 气象因子 累计降雨量 平均气温 平均相对湿度 累计日照时数 气温日较差 糊化温度 0 598 0 707 0 756 0 506 0 733 胶稠度 0 913 0 907 0 815 0 861 0 810 直链淀粉含量 0 709 0 750 0 905 0 302 0 828 蛋白质含量 0 756 0 824 0 706 0 845 0 827 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 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 3讨论 3 1AMMI 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 Di 陈刚等 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 23 4 34 38 37 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 2 Chaohu City Agriculture Popular Center Chaohu Anhui 238000 China 3 Hefei Fengle Seed CO LTD Hefei 230088 China 4 Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production Nanjing 210095 China 1st author chenxia88 66 Corresponding author wuwenge Abstract 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 tem perature 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 Key words hybrid rice AMMI model sowing date quality Jianghuai region 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