水稻在全球广泛种植，是全世界50%以上人口的主食^[1-2]。水稻也是中国最重要的粮食作物之一，播种面积占全国粮食作物播种面积的30%，产量占粮食作物总产量的40%，在我国粮食生产中具有举足轻重的作用，关乎国家粮食安全^[3⇓-5]。粮食安全问题是中国国计民生之本，稳定粮食作物种植面积和产量，深入实施优质粮食工程是稳定农业基本盘的必要战略措施，同时也是“三农”工作的主要目标之一^[6]。

吉林省位于我国东北部，与辽宁、黑龙江、内蒙古相连，地处东北亚几何中心地带，是国家粮食主产区，也是我国主要的优质粳稻生产基地^[7]。吉林省水稻种植面积常年稳定在80万hm²（1200万亩）左右，产量占东北“三省一区”水稻总产量的25%，在东北乃至全国水稻生产中都具有重要地位^[8]。水稻产量的大幅度提高主要源于高产品种的出现，但随着人口增加和耕地面积减少，粮食问题依旧存在。因此，在稳产的基础上增加水稻产量的重要性不言而喻^[9]。

我国稻种资源极其丰富，目前保存的稻种资源已逾10万份，这些资源含有大量的优异基因及丰富的遗传变异，是实现水稻种质创新及品种改良的基础^[10⇓-12]。自20世纪50年代开始，水稻选育品种的单一化现象逐年加重，遗传多样性一直呈下降趋势。为解决水稻育种遗传基础狭窄、优异种质匮乏、资源利用效率低下等问题，众多学者对水稻种质遗传多样性开展了大量研究^{[13⇓⇓⇓-17]}，但有关吉林省审定水稻品种的遗传多样性研究还鲜见报道。本研究通过分析近几年吉林省审定的73份水稻品种的39个表型性状的多样性，揭示了吉林省水稻品种选育现状，以期为今后水稻种质创新和新品种选育提供理论依据。

73份供试材料均为吉林省2021-2023年审定品种，由吉林省农业科学院水稻研究所提供，供试材料详细信息见表1。

试验于2018-2020年在吉林省公主岭市吉林省农业科学院水稻研究所试验基地（124°18′ E，43°11′ N）进行。该地最高海拔374.9 m。根据当地气温情况，每年4月初播种，最早收获日期为9月25日。据公主岭市气象局观测，水稻生育期间年均日照时数253.9 h，年均降水量92.6 mm，年均气温17.4 ℃。2018-2020年水稻生育期间气温未发生异常现象（图1）。

试验田选择当地有代表性的土壤，肥力水平中等偏上，排灌方便，肥力均匀。所有品种均采用完全随机区组设计，3次重复。小区为长方形，面积13.86 m²，行株距30 cm×20 cm。每穴插3~5苗，所有品种同期播种和移栽，四周均设保护行，栽培管理措施同当地大田生产。

根据NY/T 2646-2014《水稻品种试验稻瘟病抗性鉴定与评价技术规程》^[18]及《水稻种质资源描述规范和数据标准》^[19]对16个描述性状进行观察及测量，包括植株生长习性、倒二叶绿色程度、倒二叶姿态、剑叶姿态、穗姿态、二次枝梗类型、穗抽出度、颖壳颜色、谷粒形状、糙米形状、苗瘟抗性、叶瘟抗性、穗瘟抗性、纹枯病抗性、白叶枯病抗性、孕穗期耐冷性。为方便统计，将16个描述性状分别赋值（表2）。

参照《水稻种质资源描述规范和数据标准》^[19]对23个数量性状进行观察及测量，其中稻米品质指标由农业农村部食品质量监督检验测试中心（武汉）检测，并按照NY/T 593-2013《食用稻品种品质》^[20]分析。数量性状包括剑叶长、剑叶宽、株高、茎秆直径（主径直径）、穗长、单株穗数、谷粒长、谷粒宽、糙米长、糙米长宽比、穗粒数、结实率、产量、稳产性、千粒重、生育天数、糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量和胶稠度。每品种选取小区有代表性的植株10株进行测量，重复3次。由于品种间生育期差异较大，适期收获，考察穗粒数、结实率、谷粒长、谷粒宽和千粒重，测量全小区产量，最后折合成单位面积产量，所有数量性状均采用3年所得数据的平均值进行计算。

采用Microsoft Excel 2010软件计算变异系数及遗传多样性指数，对描述性状进行分级描述并分析不同性状类型的频率分布和遗传多样性指数；采用平均数（$\bar{X} $）和标准差（S）将材料数量性状划分为10级，从第1级$X_{i}{\leqslant}(\overline{X}{-}2\mathrm{S})$到第10级，$X_i{\geqslant}(\overline{X}{+}2\mathrm{S})$，每0.5S为1级，每组的相对频率用来计算多样性指数^[21]。Shannon-wiener遗传多样性指数（H′）^[22]$=-\sum P_{i}\times\mathrm{ln}P_{i}$，式中，P_i为某一性状第i级别时的频率。采用Origin 2021进行聚类分析；采用IBM SPSS 25进行主成分分析并计算各主成分得分。

对73份水稻品种的16个描述性状进行统计分析（图2）发现，16个性状H′变化范围为0.284~1.295。其中孕穗期抗冷性的H′最大，为1.295；颖壳色的H′最小，为0.284；其他性状的H′排序依次为白叶枯病抗性>倒二叶绿色程度>倒二叶姿态>剑叶姿态>苗瘟抗性>叶瘟抗性>植株生长习性>糙米形状>谷粒形状>二次枝梗类型>穗姿态>穗瘟抗性>纹枯病抗性>穗抽出度。描述性状各级别的频率（图3）可知，植株生长习性以半直立为主，倒二叶绿色程度多为浅到中及中，倒二叶及剑叶姿态以直立到半直立的居多；穗部性状多为穗抽出良好，姿态轻度下弯，二次枝梗类型少；谷粒性状多为阔卵形、颖壳浅黄色、糙米椭圆形；大多数品种的抗病表现为穗瘟感病、苗瘟中感、叶瘟中抗，纹枯病中感；中抗白叶枯病的品种占41.10%，中感的品种占34.25%；孕穗期耐冷性强的品种极少，多数品种孕穗期耐冷性弱。

对73份水稻品种的23个数量性状进行统计分析（表3）发现，23个数量性状均存在不同程度的变异，变异系数（CV）范围在1.57%~42.93%，其中糙米率的CV最小，为1.57%；垩白度的CV最大，为42.93%。其余21个性状CV排序为精米率<结实率<生育天数<整精米率<产量<株高<千粒重<穗长<谷粒宽<胶稠度<直链淀粉含量<糙米长<茎秆直径<剑叶宽<剑叶长<穗粒数<谷粒长<糙米长宽比<稳产性<单株穗数<垩白粒率。H′变化范围为1.550~2.032，其中株高最大，为2.032，表明该性状的遗传多样性最丰富，其次为生育天数、千粒重，糙米长宽比的H′最小。不同性状的CV和H′表现并不一致，如垩白度的CV最大但H′不是最高的，糙米长宽比的H′最小但CV不是最低的。

参试材料数量性状的相关性分析（图4）表明，23个数量性状的74个相关系数达到显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）水平，其中剑叶长与株高呈极显著正相关；剑叶宽与茎秆直径呈极显著正相关；穗长与剑叶长、株高、糙米长、千粒重均呈极显著正相关，与结实率、整精米率呈极显著负相关；穗粒数与稳产性呈极显著正相关，与千粒重、结实率呈极显著负相关。谷粒长与谷粒宽、糙米长、糙米长宽比、单株穗数、千粒重均呈极显著正相关，与精米率、整精米率呈极显著负相关；谷粒宽与剑叶长、单株穗数呈极显著正相关，与糙米长宽比、稳产性呈极显著负相关；糙米长、糙米长宽比及千粒重3个性状之间互相呈极显著正相关，糙米长及糙米长宽比均与结实率、糙米率、精米率、整精米率呈极显著负相关；结实率与精米率、整精米率呈极显著正相关，与稳产性和千粒重呈极显著负相关；千粒重与株高呈极显著正相关，与精米率、整精米率呈极显著负相关。糙米率、精米率、整精米率3个性状之间互相呈极显著正相关；整精米率与垩白度、垩白粒率呈极显著负相关；垩白粒率与垩白度、稳产性呈极显著正相关。

对23个数量性状进行聚类分析（图5），73份水稻品种被划分为4类，同时对4个类群水稻品种的23个数量性状进行统计（表4）。类群Ⅰ包含13个品种，占所有品种的17.8%，主要特征是高秆大穗、粒型偏长，株高、穗长、谷粒长、糙米长、糙米长宽比、千粒重平均值在4个类群中最大；剑叶长、剑叶宽、茎秆直径、穗长、单株穗数、谷粒长、谷粒宽、糙粒长、糙米长宽比、结实率、产量、糙米率及整精米率的CV在4个类群中最大，品种类型丰富。类群Ⅱ包含4个品种，占所有品种的5.5%，主要特征是茎秆粗壮、分蘖力强、稳产性好，剑叶长、剑叶宽、茎秆直径、单株穗数、穗粒数、稳产性、整精米率、直链淀粉含量的平均值在4个类群中最大，株高、千粒重、生育天数、垩白粒率及垩白度的CV在4个类群中最大。类群Ⅲ包含19个品种，占所有品种的26.0%，主要特征是产量高但稻米外观品质一般，产量、生育天数、垩白粒率、垩白度的平均值在4个类群中最大，胶稠度和精米率的CV最大。类群Ⅳ包含37个品种，占所有品种的50.7%，主要特征是产量一般、穗小，但稻米外观品质好，剑叶长、穗长、单株穗数、穗粒数、稳产性、千粒重、生育天数、垩白粒率、垩白度及直链淀粉含量的平均值最小，穗粒数及稳产性的CV最大。

对73份水稻品种23个数量性状进行主成分分析（表5），前9个主成分累计贡献率达79.170%，表明这9个主成分代表了参试材料数量性状大部分的遗传信息。第1主成分贡献率最大，为23.211%，其中糙米长和糙米长宽比的特征值最高，说明第1主成分是糙米相关性状；第2主成分贡献率是10.659%，稳产性和穗粒数具有最高正向载荷，谷粒长和谷粒宽具有最高负向载荷，说明第2主成分是产量方面的综合反映；第3主成分贡献率是9.661%，其中垩白度和垩白粒率特征值最大，说明第3主成分是关于稻米外观品质方面的性状；第4主成分贡献率是7.500%，其中株高和单株穗数特征值最大，说明第4主成分是株高与产量相关的主要性状；第5主成分贡献率是6.925%，其中直链淀粉含量正向特征值最大，垩白粒率负向特征值最大，说明第5主成分也是稻米品质相关性状；第6主成分贡献率是6.238%，其中茎秆直径正向特征值最大，胶稠度负向特征值最大，说明第6主成分是株型与稻米食味品质的综合反映；第7主成分的贡献率是5.576%，其中产量与胶稠度的特征值最大，说明第7主成分是产量与稻米食味品质的综合反映；第8主成分的贡献率是5.357%，其中糙米率、精米率的特征值最大，说明第8主成分是关于籽粒产量方面的性状；第9主成分的贡献率是5.021%，其中直链淀粉含量具有最高的正向载荷，生育天数具有最高的负向载荷，说明生育天数对直链淀粉含量起着一定的负影响。

根据主成分分析结果，将23个数量性状的标准化值代入上述9个主成分中，求得各品种的9个主成分得分，计算方法参考胡标林等^[23]方法，其中第1主成分线性方程如下，

y_1j = 0.059X_1j - 0.014X_2j + 0.070X_3j - 0.009X_4j + 0.098X_5j - 0.009X_6j + 0.091X_7j - 0.059X_8j + 0.157X_9j + 0.155X_10j + 0.004X_11j - 0.107X_12j - 0.022X_13j + 0.069X_14j + 0.115X_15j - 0.005X_16j - 0.130X_17j - 0.136X_18j - 0.155X_19j + 0.081X_20j + 0.090X_21j + 0.022X_22j - 0.061X_23j，式中，X₁~ X₂₃分别代表剑叶长、剑叶宽、株高、茎秆直径、穗长、单株穗数、谷粒长、谷粒宽、糙米长、糙米长宽比、穗粒数、结实率、产量、稳产性、千粒重、生育天数、糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量、胶稠度。

利用模糊隶属函数将9个主成分得分归一化处理，计算9个主成分权重系数（0.294、0.136、0.121、0.094、0.088、0.078、0.067、0.065、0.057），而后计算各品种的综合得分F值（F=0.294y₁+0.136y₂+ 0.121y₃+0.094y₄+0.088y₅+0.078y₆+0.067y₇+0.065y₈+0.057y₉）。利用F值对73份水稻品种的23个数量性状进行综合评价（表6），F值越大，表明表型综合性状越好。计算得出F值位于前5位的品种有珍粳1949（0.764）、九稻606（0.722）、九稻941（0.643）、吉大186（0.628）和吉粳322（0.626）。表型综合F值与23个数量性状的相关分析（表7）所示，F值与23个数量性状呈显著正相关或显著负相关，呈显著正相关的为剑叶长（0.246）、株高（0.242）、穗长（0.253）和千粒重（0.298）呈显著负相关的为糙米率（-0.247）。

我国地域辽阔，种质资源丰富多样，但大多数种质资源未被充分利用，大量优异基因丧失和遗传基础狭窄，导致突破性品种难以实现。因此，创新水稻种质资源库对水稻生产具有极其重要的意义。表型性状的研究可以为复杂性状的机理解析提供重要依据，而遗传多样性分析可以辅助了解其遗传信息及变异概率，为育种及遗传改良奠定基础。

本研究针对吉林省近年审定的73份水稻品种的39个表型性状分析发现，近年审定的水稻品种抗病性较弱，多数品种的抗病表现为穗瘟感病、苗瘟中感、纹枯病中感、孕穗期耐冷性弱；白叶枯病中抗的品种仅占41.10%，叶瘟中抗的品种不足50.00%。23个数量性状的CV变化范围在1.57%~ 42.93%，其中糙米率的CV最小，为1.57%；垩白度的CV最大，为42.93%，其次为垩白粒率、单株穗数及稳产性，可见审定品种的品质性状及与产量相关的性状变异较大。表型性状的H′变化范围为0.284~2.032，其中16个描述性状的H′为0.284~ 1.295，平均值0.860，共有10个描述性状的H′大于平均值；23个数量性状的H′为1.550~2.032，平均值为1.868，15个数量性状的H′大于平均值，且与产量有关的性状如株高、穗粒数、千粒重及生育天数等的H′均较大，说明与产量相关的性状遗传多样性丰富。描述性状的H′均小于数量性状的，这与前人在谷子^[24-25]、苦荞^[26]、高粱^[27-28]、玉米^[29]中的研究结果一致。不同性状的变异系数和遗传多样性指数表现并不一致，如垩白度的CV最大，但H′不是最高的，主要原因是它们反映遗传变异的内涵不同，CV反映的是某一性状的变异范围，而H′则指该性状的不同表现等级和数量分布^[30]。由23个数量性状的变异系数可知，73份审定水稻品种之间存在一定的遗传相似性及遗传差异性，可为育种者提供足够的亲本选择范围。

通过对23个数量性状的相关性分析结果表明，23个数量性状之间存在着复杂的相互关系，74个相关系数达到显著或极显著正相关及负相关。通过聚类分析，可将73份水稻品种划分为4个类群，每个类群分别代表不同类型的品种，如类群Ⅰ代表高秆大穗、偏长粒型品种，综合值排名前4的有3个品种珍粳1949（0.764）、九稻606（0.722）、吉大186（0.628）都位于此群，此群品种可作为长粒型品种选育的亲本材料；类群Ⅱ代表叶片宽大、茎秆粗壮、分蘖力强及稳产性好的品种，本群仅包含4个品种（臻福源228、吉大819、吉大798、吉大188），这4个品种稳产性均为100%；类群Ⅲ代表产量高但稻米外观品质一般的品种，类群Ⅱ和Ⅲ可作为高产稳产品种选育的亲本材料；类群Ⅳ代表产量一般、穗小，但稻米外观品质好的品种，可为吉林省水稻品质育种提供优异亲本。观察73份品种的亲本来源可知，近一半品种有吉粳88血缘，更为严重的是个别品种的父母本均有吉粳88血缘，这也间接导致了吉林省近年审定的水稻品种亲缘关系较近，遗传相似度较高，多样性不够丰富的情况。

吉林省水稻品种面临抗病性较弱、亲本单一化严重、优异水稻种质资源利用率低等问题，急需对水稻种质资源进行创新。如何高效、精准且规模化地鉴定种质资源是当前急需解决的问题。本研究利用主成分分析方法对73份水稻品种的23个数量性状进行了全面的综合评价，提取了特征值大于1.049的前9个主成分，其累计贡献率达79.170%，表明这9个主成分包含了73份水稻品种23个数量性状的79.170%的遗传信息，同时根据F值综合评价排名，可以更为直观地了解各品种表型性状的综合得分，综合得分>0.500的水稻品种共有17个，可以作为优异资源及育种的亲本材料。

由于水稻表型性状偏多，性状彼此间具有不同程度的相关性，为更好地发挥水稻表型性状在资源创新及品种选育中的作用，如何筛选出极具代表性的表型性状尤为迫切。本研究针对23个数量性状与综合评价F值进行显著性检验发现，剑叶长、株高、穗长、千粒重、糙米率等6个性状对F值产生了显著影响，说明在水稻优异种质资源筛选时应优先考虑这6个性状。