大豆不育系及其同型保持系生殖生長期生理特性比較研究

遲曉雪 鄭根昌 李志剛 張冬梅 劉 鵬

（內蒙古民族大學農學院，通遼 028000）

大豆起源于中國，中國是世界上種植和利用大豆歷史最悠久的國家。孫寰等[1-3]，趙麗梅等[4]于1985年在地方品種“汝南天鵝蛋”中發現不育細胞質，在1993年育成雄性不育系及其同型保持系，并于1995年實現三系配套。至此，中國在雜交大豆育種領域又跨上了一個新的階梯。之后，李磊等[5]、趙麗梅等[6]、彭寶等[7-9]、蓋鈞鎰等[10]也陸續發現了不育細胞質并育成了雄性不育系，實現了三系配套。所以，我國大豆雜種優勢的利用在世界雜交大豆育種中占有絕對的優勢。本研究選用3種異交率的不育系及其同型保持系作為材料，對不同材料生殖生長期的生理特性進行比較分析，揭示不育系與其同型保持系的生理特性差異，探討生理特性差異產生的原因，并為雜交大豆育種工作提供試驗數據和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 選用由吉林省農業科學院大豆研究所提供的高、中、低異交率的大豆不育系及其同型保持系各1對，不育系分別以A-1（高異交率）、A-2（中異交率）、A-3（低異交率）代之，與其相對應的同型保持系分別以B-1、B-2、B-3代之。

1.2 試驗設計 試驗于2017年在內蒙古自治區通遼市內蒙古民族大學平安堡試驗地的網室內進行。3對大豆不育系及其同型保持系分別種植于小區面積為20m2的3個獨立的網室內，以各不育系為母本，與其相應的保持系為父本，即A-1與 B-1、A-2與B-2、A-3與B-3。精量點播，行距60cm，株距10cm。自初花期開始放蜂授粉，其他管理與大田田間管理相同。

1.3 生理指標的測定 試驗共設定7個生育時期，分別用R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示。于6月28日（初花期，R1期）開始采樣，每隔10d采取1次樣本，共采7次樣本，即R1～R7期。各時期對各品種主莖上第6節位的三出復葉分別采樣，每次采取5g樣本，并分別測量各項生理指標。

超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）法測定?？扇苄缘鞍踪|含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，可溶性糖及淀粉含量采用蒽酮比色法測定[11]。

1.4 數據分析 采用Excel 2007進行數據整理，并用DPS 16.05進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不育系及其同型保持系不同生長時期的SOD活性比較 在初花期后，各不育系、保持系的SOD活性呈現的變化趨勢相同，不育系呈現下降-上升-下降趨勢，保持系呈現下降-上升-持平趨勢（圖1）。R2期，各不育系下降的幅度比其同型保持系小，不育系平均下降100個單位，保持系平均下降112個單位。R5期，3個不育系SOD活性均大于其同型保持系，且均達到了顯著差異水平。R6、R7期，各不育系的SOD活性均低于其同型保持系，除R6期的A-1和B-1外其他均達到了顯著差異水平。由此可知，R5期后，不育系的SOD活性與其同型保持系產生了差異，最終不育系的SOD活性低于其同型保持系。

圖1 不同時期不育系及其同型保持系的SOD活性

2.2 不育系及其同型保持系不同生長時期的可溶性蛋白含量比較 在R5期前，各不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量變化趨勢相同，均呈下降-上升-下降趨勢（圖2），且在R3期的下降幅度較大。R1、R2時期各品種的可溶性蛋白含量顯著高于其他時期。R6期，A-3呈上升趨勢，而其他品種呈下降趨勢。R7期，A-1、A-2呈上升趨勢，A-3及各保持系呈下降趨勢。各不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系，且達到了顯著差異水平。說明R6期后，不育系的可溶性蛋白含量與其同型保持系產生了差異，最終不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系。

圖2 不同時期不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量

圖3 不同時期不育系及其同型保持系的可溶性糖含量

2.3 不育系及其同型保持系不同生長時期的可溶性糖含量比較 各不育系及其同型保持系的可溶性糖含量變化趨勢大致相同，均呈上升-下降-上升趨勢（圖3）。但不育系上升趨勢出現的時期卻不同，A-1的上升趨勢出現在R4期，A-2的上升趨勢出現在R5期，A-3的上升趨勢出現在R3期。R3期，各保持系的可溶性糖含量均高于相對應的不育系，且A-1、A-2的可溶性糖含量與其同型保持系B-1、B-2間達到了顯著差異水平。R7期，各品種可溶性糖含量均呈現上升趨勢，且A-2、A-3的上升幅度較大，并與其同型保持系達到了顯著差異水平。說明R7期后，不育系的可溶性糖含量與其同型保持系產生了差異，最終不育系A-2、A-3可溶性糖含量顯著高于A-1和3個保持系，即 A-2＞A-3＞ B-1＞B-2＞B-3＞A-1。

2.4 不育系及其同型保持系不同生長時期的淀粉含量比較 由圖4可知，各不育系及其同型保持系的淀粉含量變化趨勢大致相同，均呈上升-下降-上升趨勢。R6期，A-1、A-2和各保持系呈現下降趨勢，而A-3則呈現上升趨勢。R7期，各品種均呈上升趨勢，且A-2、A-3的上升趨勢顯著高于其他品種，大約高于其他品種50mg/g，并達到了顯著差異水平。說明R6期后不育系的淀粉含量與其同型保持系產生了差異，最終不育系的A-2、A-3淀粉含量顯著高于A-1和3個保持系。

3 結論與討論

比較大豆不育系及其同型保持系生殖生長期各生理指標變化規律可知：不育系SOD活性呈現下降-上升-下降趨勢，保持系呈現下降-上升-持平趨勢。各不育系及其同型保持系的可溶性糖以及淀粉含量均呈上升-下降-上升趨勢。R5期前，各不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量均呈下降-上升-下降趨勢；R5期后，不育系的SOD活性與其同型保持系產生差異。R6期后，不育系的可溶性蛋白含量、淀粉含量與其同型保持系產生了差異。R7期，不育系的可溶性糖含量與其同型保持系產生了差異。

R7時期，不育系的SOD活性低于其同型保持系，不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系，且不育系SOD活性以及可溶性蛋白含量與其同型保持系間的差異均達到了顯著差異水平。A-1與B-1的可溶性糖和淀粉含量差異不明顯，但不育系A-2、A-3可溶性糖含量以及淀粉含量顯著高于A-1和保持系。也就是在大豆生殖生長后期，不育系的各生理指標與其同型保持系產生差異，且在R7期各生理指標品種間的差異更大。

圖4 不同時期不育系及其同型保持系的淀粉含量

大豆生殖生長后期包括鼓粒期、子粒成熟期以及葉片衰老期。趙鑫等[12]研究表明，大豆不育系生殖生長后期存在源大庫小、子粒皺縮以及葉片持綠的現象。SOD是植物體內氧代謝途徑中極為重要的酶，它的主要功能是歧化O2-從而生成H2O2和O2，進而減少O2-對植物細胞的損傷，控制植物體內O2-和H2O2的濃度[13-14]。各不育系SOD活性低于其同型保持系，可能是由于葉片的持綠現象引起的。不育系在此時期，由于葉片保持綠色，植物體內并沒有產生過多的自由基，從而使SOD的活性降低。蛋白質含量的降低是葉片衰老過程中顯著的標志之一，細胞質內蛋白質的水解是葉片進入衰老的第一階段[15]。大豆不育系存在持綠現象，此時期的葉片并未進入衰老階段，蛋白質并未水解。同時王光華等[16]研究表明，源大庫小不利于子粒中蛋白質的積累，也就是說，葉片中的蛋白質并不能完全轉移到子粒中去。由此推測，不育系葉片可溶性蛋白含量高于其同型保持系，是由大豆不育系源大庫小的關系以及持綠現象引起的。李正德等[17]、 C.Y.Tsai等[18]和C.L.Hedley等[19]的研究表明，皺粒的產生與淀粉和可溶性糖有關，且趙鑫等[12]研究表明，異交率越高，單株皺粒率越高。因此，不育系的皺?，F象可能是A-2、A-3可溶性糖含量以及淀粉含量顯著高于A-1和各保持系的原因。但具體的作用機理及生理機制還需進一步研究說明。