大豆種質(zhì)資源的收集與鑒定

郭亞寧,張盼盼, 杜吉到, 李世如,張 雄

(1.榆林學(xué)院, 陜西 榆林 719000；2. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué), 黑龍江 大慶 163000)

1 引言

大豆(Glycinemax)俗稱黃豆，因其富含各類氨基酸和脂肪酸，成為我國食用油和植物性蛋白的主要來源[1]。大豆在我國的種植歷史悠久，除新疆、青海和海南這三個省市，其余各省均有分布[2]。近幾年來，我國大豆年進(jìn)口量高達(dá)8 000萬t[3]，通過優(yōu)化大豆品種和栽培措施，提高大豆產(chǎn)量，實現(xiàn)自給自足，對于保障我國糧食安全具有重要意義[4]。

榆林市地處毛烏素沙漠與黃土高原的過度地帶，屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候，該地區(qū)光照充足，氣候干燥，土層深厚，晝夜溫差大，有助于谷物積累。大豆生育期短，耐旱性強(qiáng)，在榆林市12個縣區(qū)都有種植大豆，因此榆林是春大豆種植的優(yōu)良產(chǎn)區(qū)[5]。當(dāng)?shù)卮蠖棺蚜ｏ枬M，蛋白含量高，但多以農(nóng)家種為主，產(chǎn)量較低，且未形成主栽品種，導(dǎo)致大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)不能滿足市場的需求[6, 7]。因此在榆林大豆生產(chǎn)中，亟待穩(wěn)定、高產(chǎn)、高品質(zhì)的大豆品種。

研究基于榆林大豆的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以50份大豆種質(zhì)資源為研究對象，調(diào)查50份大豆種質(zhì)資源的9個農(nóng)藝性狀，基于因子分析，從9個農(nóng)藝性狀中篩選評價50份大豆綜合性狀的主效因子，通過聚類分析，將50份大豆資源劃分為不同的類群，為提高大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)奠定資源基礎(chǔ)。

2 材料與方法

2.1 供試材料

50份供試大豆資源由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國家雜糧工程技術(shù)研究中心提供，分別編號YY01—YY50，對照為當(dāng)?shù)卮蠖怪髟苑N雞腰白，具體見表1。

2.2 試驗地概況

2019年試驗設(shè)在“陜西省榆林市榆陽區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園”進(jìn)行，示范園5-8月平均日照時數(shù)>230 h，年有效積溫>3 000℃，年降雨量>300 mm。土壤疏松、平坦，透氣性好，前茬作物為谷子。

2.3 試驗方法

試驗采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為10 m2(5 m*4 m)，行長5 m，行距0.5 m，株距0.3 m，重復(fù)數(shù)為3。人工開溝、點(diǎn)播，每穴保證種子2～3粒，出苗后定苗至4 000株/667 m2。收獲前選取具有代表性的連續(xù)10株大豆用于考種。

2.4 調(diào)查指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

田間調(diào)查性狀及物候期包括：播種期、出苗期、開花期、成熟期、收獲期、生育日數(shù)、花色、葉型、抗倒伏性和抗病性等；室內(nèi)考種指標(biāo)包括：株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重、百粒重等，各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)參照大豆品種試驗技術(shù)規(guī)程(NY/T1299-2014)。

2.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，計算各指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差及變異系數(shù)?；贒PS分析進(jìn)行因子分析和回歸分析[8]，計算9個農(nóng)藝性狀的歐式遺傳距離，基于UPGMA進(jìn)行聚類分析[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同大豆資源各農(nóng)藝性狀的遺傳變異分析

50份大豆種質(zhì)資源的9個農(nóng)藝性狀分析結(jié)果如表2所示。各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分布范圍在6.11%～42.05%之間，其中全生育期的變異系數(shù)最小，百粒重、主莖節(jié)數(shù)、節(jié)間距、株高、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、分枝數(shù)的變異系數(shù)依次升高，單株粒重變異系數(shù)最大，達(dá)到44.85%。結(jié)果表明，50份大豆資源的遺傳變異基礎(chǔ)豐富，可作為育種材料使用，同時在育種過程中，選擇單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、分枝數(shù)和單株粒重較其他農(nóng)藝性狀具有較好的效果。以當(dāng)?shù)刂髟苑N為對照可知，50份資源的平均生育期、株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均小于對照，但百粒重和主莖節(jié)數(shù)大于對照，說明50份大豆資源的籽粒大小和抗倒伏性優(yōu)于對照，具有一定的生產(chǎn)潛力。

表2 50份大豆資源的農(nóng)藝性狀統(tǒng)計分析

3.2 農(nóng)藝性狀的因子分析

基于DPS7.05對大豆的9個農(nóng)藝性狀進(jìn)行因子分析，結(jié)果見表3。5個主效因子的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到90.95%，能夠代表反應(yīng)大豆農(nóng)藝性狀的綜合特征。為了使載荷因子更為集中，對因子進(jìn)行合理解釋，通過方差對矩陣進(jìn)行最大旋轉(zhuǎn)，得到表4。從表4可知，第一主效因子由單株莢數(shù)和單株粒數(shù)2個因子構(gòu)成，載荷因子值為0.912和0.884，主要為莢粒數(shù)因子；第二主效因子包括百粒重，載荷因子值為0.944，可歸納為產(chǎn)量因子；第三主效因子包含分枝數(shù)，反應(yīng)大豆的分枝數(shù)量，為密度因子；第四主效因子涉及全生育期，為生育期因子；第五主效因子為節(jié)間長度，反應(yīng)大豆的株高及抗倒伏能力。根據(jù)對大豆綜合性狀的貢獻(xiàn)率可知：莢粒數(shù)因子>產(chǎn)量因子>密度因子>生育期因子>株高因子，因此在利用該50種大豆資源時，應(yīng)重視各類因子的排列順序，擇優(yōu)選擇貢獻(xiàn)值較大的農(nóng)藝性狀。

表3 9個農(nóng)藝性狀的因子分析

表4 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

3.3 50份大豆資源的綜合評價

根據(jù)反轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣中5個主效因子的特征值及貢獻(xiàn)率，建立50份大豆資源綜合評價的數(shù)學(xué)模型(1)[10]。

F=(F1*0.3626+F2*0.1412+F3*0.1214+

F4*0.1271+F5*0.1572)/0.9095

(1)

基于(1)模型計算各資源的綜合得分，結(jié)果見表5。從表5可知：對照的綜合得分為-0.80，除Y01和YY40分別得分-0.89和-1.04，均小于對照外，其他資源的綜合得分均大于對照，其中YY03得分最高，綜合得分1.69，YY03的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均顯著性高于平均值，百粒重偏低；YY11和YY49次之，綜合得分分別為1.07和0.93，其主要優(yōu)勢為百粒重較高。綜上可知，50份大豆資源在榆林地區(qū)的適應(yīng)性較好。

表5 50份資源的綜合打分統(tǒng)計

3.4 50份大豆資源的聚類分析

基于DPS的歐氏距離和離差平方算法，對50份大豆資源進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖1。50份大豆資源被劃分為4類：第一類包含28份大豆資源，其中YY01和YY40處于同一分枝，親緣關(guān)系最近，且綜合得分低于對照，說明該類群在當(dāng)?shù)氐倪m宜性一般；第二類群由17份大豆資源組成，各資源的綜合得分較第一類群次之；第三類群具有YY12、YY20和YY40共3份大豆資源，其中YY12綜合得分-0.08，其他兩份資源的綜合分別為0.69和0.21；第四類群較其他三個類群的關(guān)系較遠(yuǎn)，由YY03和YY35組成，2份資源的單株莢粒數(shù)均顯著性性高于平均水平，在榆林地區(qū)的灌區(qū)種植具有較大的優(yōu)勢。

圖1 50份大豆資源的聚類分析

4 結(jié)論與討論

大豆富含脂肪酸及蛋白，是食用油及植物蛋白的重要來源，其豆粕是營養(yǎng)含量豐富的飼料，且豆制品制作方式多樣，因此廣受大眾喜愛[11, 12]。筆者研究對50份大豆資源的9個農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，通過計算各資源的變異系數(shù)可知，50份資源的9個農(nóng)藝指標(biāo)的變異系數(shù)在6.11%～42.05%之間，幅度較大，說明各大豆資源間具有較大的差異，遺傳背景豐富，可拓寬榆林的大豆遺傳背景[13]。單株粒重由單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒重構(gòu)成[14]，9個農(nóng)藝性狀中，單株粒數(shù)和單株莢數(shù)的變異系數(shù)最大，百粒重變異系數(shù)相對較小，說明50份大豆資源中，單株莢粒數(shù)多樣性好，對篩選資源具有較好的效果，相反，各資源的籽粒大小差異不大。基于因子分析，將9個農(nóng)藝指標(biāo)歸納為5個主效因子，其累計貢獻(xiàn)率>90%，通過5個主效因子對不同的大豆資源進(jìn)行綜合評價，能夠有效評價資源的優(yōu)劣[15]。從各資源的綜合得分可知，除Y01和YY40得分小于對照外，其他大豆資源得分均高于對照，黑龍江地處中國北部，氣候條件與榆林相似[16, 17]，說明黑龍江豆類引入榆林具有較好的適應(yīng)性。