大豆的早熟矮化育種與應用研究

郭榮起 孫如建 張琪 胡興國 于平 孫賓成

摘? ? 要：敘述了矮化基因的挖掘及利用情況和大豆矮化育種的應用，并對矮稈大豆育種的優勢作了闡述，旨在為早熟大豆品種選育方向提供參考。

關鍵詞：大豆;早熟;矮化;育種;應用

文章編號： 1005-2690（2020）23-0034-02? ? ? ?中圖分類號： S565.1? ? ? ?文獻標志碼： A

1? ?矮稈基因在農業生產中的應用

矮稈基因很早就被育種家所關注，在農作物改良過程中被廣泛應用，并取得顯著成就。

1.1? ?小麥、水稻及果樹

矮稈基因的選育，最早始于19 世紀末日本的赤小麥和達摩小麥，其在當今世界范圍的小麥矮化育種實踐中利用范圍廣泛[1]。自1935年開始，日本在達摩地區的矮源雜交實踐中，成功培育出“農林10號”后，世界玉米、小麥研究改良中心開始利用“農林10號”培育出豐產性更高、適應性范圍更廣的矮稈品種，即現在的“墨西哥”小麥。在此之后，墨西哥在15年時間內，小麥縱生產產量增加了近2倍。此后，在亞、非、拉三大板塊上，種植面積已經超過0.3億hm2，尤其在印度及巴基斯坦等國家成功栽培后，小麥增產幅度明顯，有效緩解了其國內糧食不足的情況。在20世紀中期，對于水稻矮化育種實踐，促使水稻產量再度提高了30%，各種雜交水稻品種的大面積推廣，也需要基于矮稈品種的成功培育作為基礎才能夠順利完成，此項研究在世界上居于領先地位。

1976年，在蘋果屬中發現極抗寒的矮化種質資源，山定子矮化樹“扎矮76”是我國首次發現的顯性單基因控制的極抗寒屬性的新型矮化種質資源[2]，其能夠與來源不同的各蘋果品種進行雜交，為新品種傳遞矮化性狀，對蘋果屬果樹的矮化、密植、高產發揮了重要作用。

1.2? ?大豆

大豆矮稈基因的成功應用始于20世紀80年代期間，北美著名大豆專家R.L.Cooper博士曾經以矮稈特點、抗倒伏能力、耐密植品種為研究核心，通過窄行栽培技術促進大豆單產產量大幅度提升，通常能夠增產20%以上，在美國地區和世界范圍內產生很大的反響。因此，矮稈品種窄行密植栽培模式的大豆高產新興技術在美國土地上迅速推廣，與此同時，還將其推廣到了歐洲，巴西和阿根廷等國家也在大豆單產產量方面有了大幅度提升。因此很多國家掀起了培育矮稈作物、半矮稈作物、抗倒伏作物、耐密植新品種作物的高潮。我國于1995年正式引進這種新型窄行密植栽培生產技術，經過一段時間的證明，這項技術要比一般常規壟作物提升產量15%以上。在這樣的情況下，培育矮稈作物，并且將半矮稈品種作為樣品，然后在大面積區域內推廣這種窄行密植農作物新型栽培技術，可以大幅度提升固有大豆作物的真實生產水平，解決我國大豆生產面臨的困境。

2? ?我國大豆矮稈品質育種

我國大豆育種研究由來已久，主要由專家劉忠家牽頭，組織我國東北部地區內的大豆育種單位積極推進新型窄行密植作物栽培技術及其相對的矮稈作物和半矮稈大豆作物育種工作聯合攻關。

此前已經育成的矮稈產品及半矮稈大豆品種具有耐密植、產量較高的特點，產品自身的耐密性和產量潛力與同時期的北美國家大豆品種相對比，依舊存在差距，熟期也偏晚。可以利用現有的早熟大豆資源，在此前階段的矮稈源育種創新研究工作基礎上提高我國矮稈、半矮稈品種大豆自主創新技術，用以提升作物產量潛力[3]。

3? ?早熟矮稈、半矮稈大豆育種的意義

在東北大豆主產區， 由于“壟三栽培”和“大壟密栽培”技術的迅速擴張，新大豆栽培技術對品種提出了更高的要求，即矮稈要求、抗倒伏要求、早熟要求、豐產要求。

截至目前，生產方面應用的各種大豆品種還無法有效適應這一新型栽培模式，因此大豆最新的“窄行密植高產栽培技術”在未來階段的發展，首要工作是配套品種。因此，發掘大豆矮化基因，利用現有早熟品種創新優異矮稈或半矮稈種質，選育早熟、矮稈或半矮稈、耐密植的大豆品種具有非常重要的意義。

3.1? ?有利于提高植株抗倒性

關于大豆作物株高矮稈產品、半矮稈及高稈作物的劃分標準，缺少足夠明確的報道規定。胡喜平同志參考有關文獻資料，將株高<45 cm的所有大豆品種視作矮稈大豆;45 cm≤株高≤70 cm的為半矮稈大豆;株高≥70 cm的為高稈大豆。在大豆由中產向高產進行轉變期間，生產方面遇到的主要難題是改善生產條件造成的作物倒伏問題。此前生產方面延用的技術是中高稈品種處于高肥水環境下，會出現較嚴重的作物倒伏現象從而導致減產，并且影響機械化收割。處于高肥力生產背景下，避免作物自然倒伏，能夠增加大豆13%的產量。

3.2? ?有利于提高植物的光能利用率

產量的最終形成，不但與作物產量性狀基因有關，還取決于能夠與之互助的作物遺傳背景。實現大豆高產的成果來源，主要在于日光能方面的高效率利用。對于群體光能利用效率的高低，主要取決于植株自身的光合效率及群體結構。作物株型屬于一定生態狀態和生產條件背景相適應的，在其決定日光能有效利用的同時，還會影響作物產量的穩定性和對應的配套栽培新型技術體系。

現有大豆品種在實際產量達到一定高度以后，還需要實現高產量的再次突破，作物株型作用顯得更為重要。因此，理想株型育種實踐研究屬于實現大豆作物超高產的重要途徑。

眾多研究結果表明，通過作物矮化育種工作提高收獲指數及光能利用率屬于可行方法。同時，利用矮稈與農藝性狀二者之間存在的協調發展作用，能夠有效提高植株自身的光合效率。處于高水肥環境下能夠獲得較高產量的同時，矮化育種還能夠提升經濟系數及光合效率，獲得較高水平的籽粒產量，最終實現產量上的突破。

3.3? ?有利于密植，可提高產量

大豆栽培技術需要關注的首要因素是作物種植密度。作物群體產量最高狀態，即為品種栽培最佳密度，適宜的密度種植與科學的品種類型具有更加密切的聯系，早熟和矮稈型品種更適于密植。美國R.L.Cooper博士，針對半矮稈大豆品種提出針對性窄行密植栽培設想，同時形成了獨有的窄行栽培技術。美國大豆在20世紀70年代之前，大豆寬行距種植寬度始終保持在100 cm以上，75 cm行距已經被視為窄行栽培種植。為進一步探索大豆產量提升的有效途徑，美國俄亥俄大學在1967年開啟活動研究，校內農業研究中心的R.L.Cooper教授正式在伊利諾州大學開始研究新型大豆窄行密植栽培種植技術。相關研究結果證明：當行距從76.2 cm完全下降到38 cm、25 cm、30 cm、17.5 cm之后，大豆產量會出現明顯增長，其中，17.5 cm較50 cm與70 cm能夠增產10%～20%。在美國，大豆窄行密植播種量在55萬～75萬株/hm2，實際行距為17～30 cm，大豆栽培品種大多利用亞有限矮稈及少量無限型大豆品種。

我國在20世紀50年代便開始對大豆種植密度作出更加深入的研究。如董鉆、張瑞忠、董靈及朱道民等專家將常規大豆品種當作主要研究材料，對大豆實際種植密度及種植株型變化規律的最終研究結果表明，大豆品種的種植密度保持在18萬～30萬株/hm2為最佳。

吉林農科院以有限結莢習性分枝型矮稈大豆“吉密豆1號”為材料，探索在不同密度下的株型及產量變化時發現：在密度31萬～42萬株/hm2時，“吉密豆1號”能夠獲得較高產量;在密度39萬株/hm2時，產量最高，達5 637 kg/hm2[4]。

黑龍江省農科院合江所育成的半矮稈耐密植超高產大豆“合農60號”是利用美國矮源創新矮稈大豆種質的成功典范。此品種具有亞有限結莢習性，作物株高為55～60 cm，在應用窄行密植技術后，作物株高為65～70 cm，系統分枝能力強，作物耐密植，能夠在窄行密植背景下獲得超高產潛力。截至2011 年，黑龍江省佳木斯市農科院分院處于平作密植條滴灌的背景下，創造了小面積5 467.95 kg/hm2的新型北方春大豆產品最高產量紀錄[5]。“合農60號”是通過縮小行距、增加株距，使大豆空間分布更均勻合理，實現了小面積高產。但是，“合農60號”熟期較長、結莢部位太低，不適合機械化作業。

參考文獻：

[ 1 ] 張克厚.小麥矮化育種的意義與矮源的利用[J].麥類作物學，1995（3）：45.

[ 2 ] 孟慶炎.蘋果屬中發現極抗寒矮化種質資源[J].中國果樹，1991（3）：42.

[ 3 ] 朱道民.夏大豆合理密植的研究[J].山東農業科學，1980（2）：35-38.

[ 4 ] 元明浩，劉玉蘭，楊翠蓮.不同密度下有限結莢習性分枝型矮稈耐密大豆的株型變化規律[J].大豆科學，2009（3）：552-556.

[ 5 ] 鄭偉，杜長門，郭泰，等.利用美國矮源創新半矮稈耐密植、超高產大豆‘合農60號[J].農學學報，2013（6）：27-30.