根据品种类型、试验组划分和试验地点, 将北方稻区国家水稻新品种试验划分为黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻5种类型, 每种类型包括若干试验组, 每个试验组试验点数、参试品种数、地区分布见图1和表1。

按中华人民共和国农业行业标准(NY/T 1300- 2007)《农作物品种区域试验技术规程: 水稻》。

1.2.1 田间试验设计与管理 采用随机区组设计, 育苗移栽, 3次重复, 小区面积13.2 m²。按当地大田生产习惯, 设秧田播量, 本田行株距、每穴苗数、施肥种类数量和方法, 以及病虫草害防治等田间管理, 地力和施肥水平中等偏上。

1.2.2 测定项目与方法 记载各生育时期, 成熟期每小区调查10穴穗数, 取中等5穴测定株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重。按小区收割脱粒, 测定含水量, 并按14.5%的标准含水量折算小区产量, 按中华人民共和国国家标准(GB/T17891-1999)《优质稻谷》和农业行业标准(NY147-88)《稻米品质的测定》, 统一由农业部食品质量监督检验测试中心(武汉)检测品质性状。

稻瘟病综合指数=苗叶瘟病级× 25%+穗瘟发病率病级× 25%+穗瘟损失指数病级× 50%。

图1

Fig. 1

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	图1 北方稻区国家水稻新品种试验点分布●HJR: 黄淮粳稻; ●JJR: 京津唐粳稻; ●LMJR: 晚熟中早粳稻; ●MMJR: 中熟中早粳稻; ●EMJR: 早熟中早粳稻。Fig. 1 Test sites of rice new varieties in north China●HJR: Huanghuai japonica rice; ●JJR: Jingjintang japonica rice; ●LMJR: Late-maturity mid-early japonica rice; ●MMJR: Medium-maturity mid-early japonica rice; ● EMJR: Early-maturity mid-early japonica rice.

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 试材类型与数量 Table 1 Types and quantity of tested materials 类型 Type 区试点数 Test site 品系(组合)数 Strain (combination) 2011 2012 2013 黄淮粳稻 HJR 11 26 26 26 京津唐粳稻 JJR 7 13 11 12 晚熟中早粳稻 LMJR 7 12 12 12 中熟中早粳稻 MMJR 10 9 12 11 早熟中早粳稻 EMJR 9 10 13 12 合计 Total 44 70 74 73 Huanghuaijaponica rice includes A and B groups. HJR: Huanghuai japonica rice; JJR: Jingjintangjaponica rice; LMJR: late-maturity mid-earlyjaponica rice; MMJR: medium-maturity mid-early japonica rice; EMJR: early-maturity mid-early japonica rice. 黄淮粳稻包括黄淮粳稻A、B组。

表1 试材类型与数量 Table 1 Types and quantity of tested materials

采用Microsoft Excel 2007软件处理数据和绘制图表, DPS和SPSS软件进行统计分析。经分析3年结果趋势基本一致, 本文产量及其构成因素、品质性状类型间差异等用3年平均值。

从表2可以看出, 产量表现为中熟中早粳稻> 早熟中早粳稻、京津唐粳稻、黄淮粳稻> 晚熟中早粳稻, 5种类型产量水平均较高, 平均达到9.46 t hm^-2; 穗数以早熟中早粳稻显著高于其他4种类型, 中熟中早粳稻又显著高于黄淮粳稻; 每穗粒数为晚熟中早粳稻> 中熟中早粳稻、早熟中早粳稻, 结实率和千粒重均表现为京津唐粳稻> 晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻。

相关分析(表3)表明, 总体产量与穗数和结实率呈显著正相关, 不同类型中黄淮粳稻产量与穗数、结实率和千粒重呈显著正相关, 晚熟中早粳稻和早熟中早粳稻产量分别只与千粒重和穗数的正相关达到显著水平。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 产量及其构成因素比较 Table 2 Comparison of yield and yield components 类型 Type 产量 Yield (t hm-2) 穗数 Panicles per hill (× 104 hm-2) 每穗粒数 Grains per panicle 结实率 Seed setting rate (%) 千粒重 1000-kernel weight (g) 生育期 Growth Period (d) 黄淮粳稻 HJR 9.38 Bb 20.65 Cc 141.94 ABa 85.93 ABbc 25.82 ABab 155.73 京津唐粳稻 JJR 9.50 Bb 22.24 BCbc 140.01 ABa 89.49 Aa 26.07 Aa 174.97 晚熟中早粳稻 LMJR 8.74 Cc 21.92 BCbc 143.81 Aa 83.00 BCc 24.84 BCc 161.03 中熟中早粳稻 MMJR 10.12 Aa 23.38 Bb 129.66 BCb 79.93 Cd 24.35 Cc 157.27 早熟中早粳稻 EMJR 9.57 Bb 28.21 Aa 121.17 Cb 87.89 Aab 25.08 ABCbc 148.45 平均 Average 9.46 23.28 135.32 85.25 25.23 Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 (lowercase) and the 0.01 (capital) probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1. 标以不同大、小写字母的值分别在0.01和0.05水平上差异显著。缩写同表1。

表2 产量及其构成因素比较 Table 2 Comparison of yield and yield components

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 产量及其构成因素的相关系数 Table 3 Correlation coefficients between yield and yield components 类型 Type 有效穗数 Panicle number 每穗粒数 Grains per panicle 结实率 Seed setting rate 千粒重 1000-kernel weight 黄淮粳稻 HJR 0.313* * -0.053 0.552* * * 0.341* * 京津唐粳稻 JJR 0.210 -0.189 0.247 0.078 晚熟中早粳稻 LMJR -0.174 0.230 0.312 0.541* * * 中熟中早粳稻 MMJR -0.271 0.139 0.250 0.049 早熟中早粳稻 EMJR 0.478* * 0.124 0.108 -0.197 总体Total 0.171* -0.055 0.175* 0.119 * , * * , and * * * mean significant correlation at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1. * 、* * 、* * * 表示在0.05、0.01、0.001水平上显著相关。缩写同表1。

表3 产量及其构成因素的相关系数 Table 3 Correlation coefficients between yield and yield components

总体上不同类型品质性状都比较好, 但是类型间差异比较复杂(表4)。糙米率以黄淮粳稻显著高于晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻和早熟中早粳稻, 京津唐粳稻显著高于晚熟中早粳稻和中熟中早粳稻; 精米率只有中熟中早粳稻显著高于晚熟中早粳稻, 其他类型间差异没有达到显著水平; 长宽比以早熟中早粳稻略高于晚熟中早粳稻, 显著高于其他3种类型; 垩白粒率和垩白度均表现为中熟中早粳稻显著高于早熟中早粳稻, 而与其他3种类型差异不显著; 整精米率和直链淀粉含量类型间有一定差异, 但是均未达到显著水平。

表5表明, 产量与糙米率、精米率和整精米率均显著正相关, 穗数与精米率和整精米率显著正相关而与垩白粒率显著负相关, 每穗粒数只与精米率的负相关达到显著水平, 结实率和产量一样与糙米率、精米率和整精米率均显著正相关, 但与垩白粒率显著负相关, 千粒重与糙米率和垩白粒率均呈显著正相关。

黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻株高依次为102.12、110.57、107.18、105.67、109.92 cm, 产量与株高基本表现为负相关, 但均未达显著水平; 5种类型稻瘟病综合指数依次为4.25、4.34、4.17、2.46、2.83级, 产量与稻瘟病综合指数总体呈显著负相关, 不同类型中只有黄淮粳稻同样表现显著负相关, 其他类型的相关有正有负且均未达显著水平(图2)。5种类型生育期依次为155.73、174.97、161.03、157.27、148.45 d (表2), 从图2还可以看出, 生育期与产量的关系因类型而异: 京津唐粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻生育期较大而产量差异较小, 散点大多分布在圆形范围内; 黄淮粳稻、晚熟中早粳稻生育期相近但是产量差异显著, 散点大多分布在椭圆形范围内。除晚熟中早粳稻生育期与产量显著负相关外, 总体和其他类型的相关有正有负, 且均未达到显著水平。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 品质性状比较 Table 4 Comparison of quality traits 类型 Type 糙米率 Brown rice rate (%) 精米率 Milled rice rate (%) 整精米率 Head milled rice rate (%) 籽粒长宽比 Length-width ratio 垩白粒率 Chalky rice rate (%) 垩白度 Chalkiness degree (%) 直链淀粉含量 Amylose content (%) 黄淮粳稻 HJR 84.65 Aa 72.77 ABb 66.84 Aa 1.83 Bb 33.20 ABab 3.20 ABabc 16.73 Aa 京津唐粳稻 JJR 84.05 ABb 74.18 ABa 68.13 Aa 1.85 Bb 27.66 ABbc 2.69 ABbc 16.04 Aab 晚熟中早粳稻 LMJR 82.69 Dc 72.64 Bb 65.80 Aa 1.93 ABab 31.33 ABab 3.49 ABab 15.94 Ab 中熟中早粳稻 MMJR 83.20 CDc 73.71 ABab 65.82 Aa 1.84 Bb 35.29 Aa 3.64 Aa 16.13 Aab 早熟中早粳稻 EMJR 83.73 BCb 74.34 Aa 68.17 Aa 1.99 Aa 23.80 Bc 2.37 Bc 15.88 Ab 平均Average 83.66 73.53 66.95 1.89 30.26 3.08 16.14 Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 (lowercase) and 0.01 (capital) probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1. 标以不同大小写字母的值分别在0.01和0.05水平上差异显著。

表4 品质性状比较 Table 4 Comparison of quality traits

表5

Table 5

表5(Table 5)

表5 产量与品质性状的相关系数 Table 5 Correlation coefficients between yield and quality traits 类型 Type 糙米率 Brown rice rate 精米率 Milled rice rate 整精米率 Head milled rice rate 垩白粒率 Chalky rice rate 产量 Yield 0.201* * 0.399* * * 0.202* * 0.031 穗数 Panicle number -0.103 0.242* * * 0.177* -0.210* * 每穗粒数 Grains per panicle -0.112 -0.296* * * -0.135 0.128 结实率 Seed setting rate 0.368* * * 0.415* * * 0.332* * * -0.249* * * 千粒重 1000-kernel weight 0.183* * 0.130 0.056 0.229* * * , * * , and * * * mean significant correlation at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. * 、* * 、* * * 表示在0.05、0.01、0.001水平上显著相关。

表5 产量与品质性状的相关系数 Table 5 Correlation coefficients between yield and quality traits

图2

Fig. 2

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	图2 产量与生育期、抗病性和株高的关系●HJR: 黄淮粳稻; ●JJR: 京津塘粳稻; ●LMJR: 晚熟中早粳稻; ●MMJR: 中熟中早粳稻; ●EMJR: 早熟中早粳稻。Fig. 2 Relationship between yield and growth period, disease resistance, and plant height●HJR: Huanghuai japonica rice; ●JJR: Jingjintang japonica rice; ●LMJR: Late-maturity mid-early japonica rice; ●MMJR: Medium-maturity mid-early japonica rice; ● EMJR: Early-maturity mid-early japonica rice.

黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻籽粒长宽比平均值依次为1.83、1.85、1.93、1.84、1.99。相关分析表明, 除黄淮粳稻籽粒长宽比与产量显著负相关外, 其他类型及总体相关性均未达到显著水平(表6); 不同类型和总体籽粒长宽比与加工品质均表现为负相关, 其密切程度随糙米率、精米率、整精米率依次递减, 除中熟中早粳稻外与糙米率的相关均达到显著水平, 而与整精米率的相关均未达到显著水平; 总体籽粒长宽比与垩白率显著负相关, 不同类型亦表现相同趋势, 但是只有黄淮粳稻和早熟中早粳稻达到显著水平。

黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻着粒密度平均值依次为8.53、7.70、8.03、7.57、6.54粒 cm^-1。从表7可以看到, 无论总体还是不同类型水稻品种, 着粒密度与产量都表现为正相关, 但是只有黄淮粳稻达到显著水平; 与穗数均表现为显著负相关(早熟中早粳稻不显著), 与每穗粒数均表现为显著正相关; 与千粒重均表现为负相关, 其中只有早熟中早粳稻达到显著水平; 只有中熟中早粳稻着粒密度与结实率呈显著负相关, 总体和不同类型着粒密度与糙米率的相关均未达到显著水平; 与整精米率京津唐粳稻表现为显著负相关, 相反早熟中早粳稻却表现为显著正相关; 与垩白粒率总体和京津唐粳稻呈显著正相关而早熟中早粳稻显著负相关。

表6

Table 6

表6(Table 6)

表6 籽粒长宽比与主要品质性状的关系 Table 6 Relationship between length-width ratio and major quality traits 类型 Type 产量 Yield 糙米率 Brown rice rate 精米率 Milled rice rate 整精米率 Head milled rice rate 垩白粒率 Chalky rice rate 黄淮粳稻 HJR -0.274* -0.364* * -0.295* * -0.045 -0.293* * 京津唐粳稻 JJR -0.093 -0.482* * -0.188 -0.073 -0.279 晚熟中早粳稻 LMJR 0.125 -0.373* -0.060 -0.051 -0.064 中熟中早粳稻 MMJR 0.220 -0.297 -0.388* -0.096 -0.080 早熟中早粳稻 EMJR 0.036 -0.581* * * -0.614* * * -0.114 -0.337* 总体Total -0.039 -0.407* * * -0.226* * -0.069 -0.241* * * * , * * , and * * * mean significant correlation at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1. * 、* * 、* * * 表示在0.05、0.01、0.001水平上显著相关。缩写同表1。

表6 籽粒长宽比与主要品质性状的关系 Table 6 Relationship between length-width ratio and major quality traits

表7

Table 7

表7(Table 7)

表7 着粒密度与产量和品质性状的关系 Table 7 Relationship of grains density with yield and quality traits 类型 Type 产量 Yield 穗数 Panicles per hill 每穗粒数 Grains per panicle 结实率 Seed setting rate 千粒重 1000-kernel weight 糙米率 Brown rice rate 精米率 Milled rice rate 整精率 Head milled rice rate 垩白粒率 Chalky rice rate 黄淮粳稻 HJR 0.225* -0.325* * 0.565* * * -0.140 -0.137 0.079 0.222 0.178 -0.028 京津唐粳稻 JJR 0.015 -0.543* * * 0.738* * * 0.130 -0.233 0.005 -0.342* -0.452* * 0.394* 晚熟中早粳稻 LMJR 0.135 -0.628* * * 0.853* * * -0.295 -0.142 -0.131 -0.286 -0.192 0.238 中熟中早粳稻 MMJR 0.313 -0.470* * 0.884* * * -0.416* -0.227 -0.219 -0.452* -0.331 0.123 早熟中早粳稻 EMJR 0.258 -0.095 0.894* * * 0.287 -0.668* * * 0.048 0.204 0.538* * * -0.368* 总体Total 0.083 -0.212* * 0.811* * * -0.068 -0.114 0.119 -0.208* * -0.111 0.168* * , * * , and * * * mean significant correlation at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1. * 、* * 、* * * 表示在0.05、0.01、0.001水平上显著相关。缩写同表1。

表7 着粒密度与产量和品质性状的关系 Table 7 Relationship of grains density with yield and quality traits

就大豆、玉米等作物而言, 品质与脂肪、蛋白

质等成分含量有直接关系, 不同成分生物合成需要的能量不同, 因而产量与品质通常表现为负相关。水稻品质主要受淀粉种类、含量及分子结构影响, 精米脂肪含量很低, 蛋白质含量高食味品质反而降低, 因而可以认为水稻产量与品质的关系相对比较容易协调。

糙米率是重要品质性状之一, 相对整精米率和垩白性状而言, 糙米率受品种特性即遗传因素影响较大^[9]。根据中华人民共和国国家标准(GB/T17891- 1999)《优质稻谷》^[10], 本研究糙米率最低的晚熟中早粳稻也达到82.69%, 5种类型平均为83.66%, 显著高于81.00%的国家一级优质稻谷标准; 5种类型整精米率平均为66.95%, 接近或超过66.00%的国家一级优质稻谷标准; 垩白粒率早熟中早粳稻和京津唐粳稻小于30%达到三级标准, 其他类型略高于30%; 垩白度早熟中早粳稻和京津唐粳稻小于3%, 为二级, 其他类型在3%~4%之间, 为三级; 5种类型垩白粒率平均值30.26%, 接近三级优质稻谷标准, 垩白度平均值3.08%, 接近二级优质稻谷标准。中熟中早粳稻的铁9928-3和京津唐粳稻的金粳28单产超过9750 kg hm^-2, 而且品质达到一级优质粳米标准; 中熟中早粳稻的L309和粮粳10号单产超过10 500 kg hm^-2, 品质也达到三级优质粳米标准。与以往文献数据^{[11, 12, 13]}比较可以发现, 总体上近年来我国北方粳稻继续保持较高的加工品质, 同时以垩白性状为代表的外观品质有明显提高。

本研究2011— 2013年北方稻区国家水稻新品种试验平均产量9459 kg hm^-2, 比2013年全国平均的6662 kg hm^-2高41.98%, 也显著高于约7692 kg hm^-2的粳稻平均单产水平^{[3, 4]}。总体上产量、穗数和结实率与糙米率和整精米率、垩白粒率和垩白度, 不但不矛盾而且相辅相成, 千粒重的增加有利于提高糙米率但是同时增加垩白粒率, 每穗粒数增加对精米率有不利影响。综合分析本文结果可以认为, 至少在9 t hm^-2之前我国北方粳稻产量与主要品质性状的矛盾并不突出, 可以在保持产量的基础上改进品质, 或者在保持品质的基础上提高产量, 使产量和品质在更高水平上达成新的平衡。

株高、生育期和抗病性是育种家最关注的3个性状。株高与生物产量正相关, 而生物产量是高产的基础, 株高又是影响抗倒伏性的首要因素^[14], 可以说株高是协调抗倒伏性、生物产量与经济系数的平衡点。在区域试验等小区试验中, 株高高于相邻小区在群体生态环境特别是光能利用上占有优势。生育期决定水稻种植区域, 在能正常成熟的范围内生育期一般与产量正相关, 过早不能充分利用光温资源而过晚不能正常抽穗成熟, 都严重影响产量和品质。抗病性与水稻稳产性有直接关系, 稻瘟病是我国水稻三大病害之一, 在很多地区是影响水稻产量和品种更替的重要原因。

本研究产量与株高基本表现为负相关, 但是都没有达到显著水平, 与过去相关研究结果^[14]不尽一致。本研究不同类型株高平均值基本在100~110 cm之间, 由于没有生物产量和经济系数数据, 只能推测育种家将株高控制在接近最佳范围, 较好协调了株高、生物产量与经济系数的关系。产量与稻瘟病综合指数总体呈显著的负相关, 不同类型中只有黄淮粳稻的负相关达到显著水平。晚熟中早粳稻产量与生育期显著负相关, 总体和其他类型产量与生育期的相关有正有负, 且均未达到显著水平, 尤其黄淮粳稻、晚熟中早粳稻生育期相近而产量差异显著。因此就北方粳稻区域试验而言, 通过延长生育期提高产量是不足取的, 通过增加株高来提高产量也是行不通的, 提高稻瘟病抗性是北方粳稻的重要育种目标。

株型是重要的农艺性状, 与产量和品质性状都有密切关系, 在茎秆和叶片性状得到深入研究和不断改良之后, 穗部性状^{[15, 16]}和根系性状^[17]成为水稻株型遗传育种研究的热点领域。一般认为, 着粒密度大是一种高产性状, 但是通常对结实性和品质性状表现负效应^[18]。直立穗型品种的育成和推广, 被认为是继矮化育种和理想株型后水稻适应高产要求的又一重要形态改良, 着粒密度高是直立穗型品种的一个突出特点^{[15, 19]}。在粳稻中, 直立穗型通常与密穗型和紧穗型一致, 着粒密度是紧穗型或密穗型的主要指标^[20]。然而, 着粒密度与结实性和品质性状的关系并不是一成不变的, 20世纪80年代初北方粳稻第一个直立穗型品种辽粳5号育成推广后, 结实性差和品质不佳一度成为生产上的主要问题^[14]。然而90年代后期以来育成的直立穗型品种, 在保持较高产量潜力的基础上外观品质和碾磨品质以及结实性都有很大改善, 赶上甚至超过一般弯曲穗型(散穗型或稀穗型)品种^[21]。

本研究中我国粳稻除早熟中早粳稻外不同类型着粒密度都在7.0粒 cm^-1以上, 属于偏密穗型(偏紧穗型)或密穗型(紧穗型)^[20]。尽管着粒密度与产量有正相关的趋势, 但是只有黄淮粳稻达到显著水平。同时, 着粒密度与每穗粒数显著正相关而与穗数显著负相关。总体上着粒密度对其他产量构成因素和主要品质性状的负面影响相对较小。据此可以认为, 经过育种家不断改良, 北方粳稻着粒密度可能处于比较合适范围, 在此基础上增加一次枝梗数、相对减少二次枝梗数并适当控制着粒密度以保持较高结实率, 有利于促进我国粳稻在保持良好品质的基础上进一步提高单产。