240份大豆種質(zhì)資源品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)

張素梅, 劉玉芹, 劉進(jìn)謙, 侯慧敏, 張 磊, 樊宏偉

(1.臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 山東 臨沂 276012; 2.山東省臨沂市氣象局, 山東 臨沂 276004;3.臨沂市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 山東 臨沂 276000)

大豆種子的主要營養(yǎng)物質(zhì)為蛋白質(zhì)和脂肪,大豆種質(zhì)資源的主要品質(zhì)分析,即蛋白質(zhì)和脂肪含量及蛋脂總含量的測定及分析。大豆種子的蛋白質(zhì)含量一般在40%左右,高的能達(dá)50%,脂肪含量約為18%,高的能達(dá)23%[1]。我國大豆蛋白質(zhì)平均含量39.32%,脂肪平均含量20.15%[2],且含量均屬微效多基因控制[3],是遺傳和環(huán)境條件等多種因素混合作用的結(jié)果[4],大豆品種間蛋白質(zhì)變異幅度為9%,脂肪為6%,環(huán)境造成的變異幅度為3%,環(huán)境能夠改變品種的品質(zhì)[5]。提高大豆蛋白質(zhì)含量和脂肪含量是國家大豆振興計(jì)劃中提質(zhì)的主要目標(biāo)。本研究在臨沂市自然生態(tài)條件下對(duì)收集的240份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行研究,在同一緯度、同一年份、同一地點(diǎn)、同一播期、同等肥水管理、同時(shí)收獲條件下,進(jìn)行蛋白質(zhì)和脂肪含量測定和分析探討,篩選高蛋白品種,并篩選高蛋白和高脂肪優(yōu)異大豆種質(zhì)資源,為高蛋白、高脂肪專用大豆品種選育提供親本材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行,位于魯南地區(qū)臨沂市西郊(118°26′E,35°09′N,海拔51 m,地勢(shì)平坦,壤土,前茬為冬小麥,2019年種植過大豆)。大豆生育期內(nèi)氣溫、降水、日照等主要?dú)庀髷?shù)據(jù)見表1。

表1 2020年臨沂市大豆生育期間氣象數(shù)據(jù)Table 1 Meteorological data during soybean growth period in Linyi City in 2020

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為近年來征集引進(jìn)的國內(nèi)外大豆新品種(系),共計(jì)240份,主要來源于山東、河南、河北、安徽、北京等地區(qū),山東省內(nèi)各地區(qū)(如菏澤、濟(jì)寧、濟(jì)南、臨沂)為主要收集地,除通過國家及省級(jí)審定的品種外,還包括新選育未審定的大豆新品系。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年6月15日。在山東省臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地內(nèi)種植。240份試驗(yàn)材料,每個(gè)種質(zhì)種植3行,行長5 m,行距40 cm,密度1.50×105株/hm2。常規(guī)夏大豆管理,10月上旬根據(jù)成熟情況,逐個(gè)人工收獲大豆植株,曬干后,人工脫粒,整理入庫。

1.4 蛋白質(zhì)含量、脂肪含量的測定

選用籽粒成熟度好、大小一致、無病斑、無蟲蝕的健康種子,紅外光譜分析法進(jìn)行粗蛋白和脂肪的測定,儀器型號(hào):法國肖邦1250型近紅外谷物品質(zhì)分析儀,每份種質(zhì)測定3次,取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel軟件及SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。蛋白質(zhì)及脂肪含量統(tǒng)計(jì)分析方法參考蓋鈞鎰[6]、蘭靜等[9]的方法,聚類及相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析參考閆春娟等[10]文獻(xiàn),蛋白質(zhì)、脂肪等級(jí)劃分參照GB 1352—2009執(zhí)行[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試種質(zhì)資源蛋白質(zhì)和脂肪品質(zhì)分析

如表2所示,240份大豆種質(zhì)資源蛋白質(zhì)含量最大值為48.0%(圣育1號(hào)),最小值為36.2%(冀豆32),平均值為42.01%,變異系數(shù)為4.87;脂肪含量最大值為24.2%(冀豆32),最小值為16.7%(淮0506),平均值為19.87%,變異系數(shù)為5.90;蛋脂總量最大值為66.2%(圣育1號(hào)),最小值為57.7%(齊黃39),平均值為61.88%,變異系數(shù)為2.59。由此可見,240份大豆種質(zhì)資源蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、蛋脂總量存在廣泛的遺傳變異。

表2 240份大豆種質(zhì)資源品質(zhì)性狀描述性統(tǒng)計(jì)Table 2 Descriptive statistics of quality traits of 240 varieties of soybean resources

2.2 種質(zhì)資源蛋白質(zhì)含量分析

對(duì)240份大豆種質(zhì)資源種子蛋白質(zhì)含量進(jìn)行描述性分析,得出征集種質(zhì)蛋白質(zhì)含量頻率正態(tài)分布圖(圖1),可以看出,蛋白質(zhì)含量在42%～42.5%之間的種質(zhì)頻率最高。進(jìn)一步對(duì)含量進(jìn)行分級(jí),35份材料的蛋白質(zhì)含量小于40%,占比14.58%;75份材料的蛋白質(zhì)含量在40%～42%之間,占比31.25%;91份材料的蛋白質(zhì)含量在42%～44%之間,占比37.92%;39份材料的蛋白質(zhì)含量大于等于44%,占比16.25%。

圖1 蛋白質(zhì)含量分布Fig.1 Distribution of protein content

2.3 種質(zhì)資源脂肪含量分析

對(duì)240份大豆種質(zhì)資源種子脂肪含量進(jìn)行描述性分析,得出征集種質(zhì)脂肪含量頻率正態(tài)分布圖,由圖2可以看出,脂肪含量在19.5%～20.0%之間的種質(zhì)頻率最高。進(jìn)一步對(duì)含量進(jìn)行分級(jí),有54.58%的種質(zhì)脂肪含量小于20%(131份);脂肪含量20%～21%之間的種質(zhì)共73份,占總份數(shù)的30.42%;脂肪含量在21%～22%之間的種質(zhì)共25份,占總份數(shù)的10.42%;脂肪含量大于等于22%的種質(zhì)11份,占比4.58%。

圖2 脂肪含量分布Fig.2 Distribution of fat content

2.4 種質(zhì)資源蛋白質(zhì)脂肪總含量分析

對(duì)240份大豆種質(zhì)資源種子蛋白質(zhì)和脂肪總含量進(jìn)行描述性分析,得到征集的種質(zhì)蛋脂總量頻率正態(tài)分布圖。由圖3可以看出,蛋脂總量在61.5%～62%之間的種質(zhì)頻率最高。進(jìn)一步對(duì)蛋脂總量進(jìn)行分級(jí),蛋脂總量小于60%的種質(zhì)27份,占總份數(shù)的11.25%;蛋脂總量在60%～65%之間的種質(zhì)206份,占總份數(shù)的85.83%;蛋脂總量大于等于65%的種質(zhì)7份,占總份數(shù)的2.92%。

圖3 蛋脂總含量分布 Fig.3 Distribution of total protein-fat content

2.5 蛋白質(zhì)和脂肪含量的聚類分析

對(duì)240份大豆種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)和脂肪含量進(jìn)行Q型聚類分析,其中變量個(gè)體距離采用平方歐式距離,類間距離采用平均組間鏈鎖距離,生成聚類分析樹,在歐式距離為15時(shí),可將240份大豆種質(zhì)資源分為三大類群,對(duì)分析樹進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果見圖4。

圖4 聚類分析分類Fig.4 Cluster analysis classification diagram

其中多數(shù)品種歸為第一類群,共165份,占總數(shù)的68.8%,為中間型;第二類群24份,占總數(shù)的10.0%,該類群屬高脂肪低蛋白型;第三類群51份,占總數(shù)的21.3%,該類群屬高蛋白低脂肪型。

2.6 蛋白質(zhì)、脂肪及蛋脂總量間的相關(guān)分析

對(duì)240份供試大豆種質(zhì)資源蛋白質(zhì)、脂肪及蛋脂總量進(jìn)行相關(guān)性分析。由表3可以看出,供試大豆種質(zhì)資源蛋白質(zhì)與脂肪含量呈負(fù)相關(guān),皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.624(0.6<|R|<0.8),強(qiáng)相關(guān);蛋白質(zhì)和蛋脂總量呈正相關(guān),皮爾遜系數(shù)為0.821(0.8<|R|<1),極強(qiáng)相關(guān);脂肪和蛋脂總量皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.066(0.8<|R|<1)極弱相關(guān)或無相關(guān)。

表3 240份大豆種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis on quality traits of 240 varieties of soybean resources

進(jìn)一步做蛋白質(zhì)和脂肪及蛋白質(zhì)和蛋脂總量簡單散點(diǎn)圖(圖5、圖6),可以看出圖中的散點(diǎn)均有線性趨勢(shì),進(jìn)一步添加擬合線,并進(jìn)行方程擬合。得到供試樣品的蛋白質(zhì)與脂肪含量的關(guān)系方程式y(tǒng)=-0.357 6x+34.886(R2=0.389 6),其中x指蛋白質(zhì)含量(36.2

圖5 蛋白質(zhì)和脂肪含量的關(guān)系Fig.5 Relationship between protein and fat content

圖6 蛋白質(zhì)和蛋脂總量的關(guān)系Fig.6 Relationship between protein and total protein-fat content

3 討 論

本試驗(yàn)中,240份大豆種質(zhì)的蛋白質(zhì)含量在36.2%～48.0%之間,平均含量42.01%,變異系數(shù)4.87;脂肪含量在16.7%～24.2%之間,平均含量19.87%,變異系數(shù)5.90。聚類分析可將240份種質(zhì)資源分為三大類,其中中間型占比68.8%,高蛋白低脂肪型占比21.3%,高脂肪低蛋白型占比10.0%。進(jìn)一步分析各含量的相關(guān)關(guān)系,蛋白質(zhì)與脂肪含量呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.624,強(qiáng)相關(guān),關(guān)系方程式為:y=-0.357 6x+34.886,R2=0.389 6;蛋白質(zhì)和蛋脂總量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.821,極強(qiáng)相關(guān),關(guān)系方程式為:y=0.642 4x+34.886,R2=0.673 2;脂肪和蛋脂總量相關(guān)系數(shù)為-0.066,極弱相關(guān)或無相關(guān)。本試驗(yàn)240份大豆種質(zhì)資源蛋白質(zhì)和脂肪含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這與栽培大豆的生態(tài)規(guī)律及王秀榮等[12]的研究結(jié)果一致。

我國擁有豐富的大豆種質(zhì)資源[13],資源的多樣性對(duì)大豆品種改良具有重要作用[14]。種質(zhì)資源綜合分析、評(píng)價(jià)是種質(zhì)創(chuàng)新的基礎(chǔ),是品種改良的關(guān)鍵。邱麗娟,王金陵[15]研究表明,選擇父母本蛋白質(zhì)含量均高的育種材料進(jìn)行雜交,在后代中可以獲得較多的高蛋白個(gè)體,高蛋白育種更多要依靠選擇高蛋白的親本[15]。后代高油個(gè)體的獲得,同樣也需要高油親本的遺傳支撐。通過此次試驗(yàn)測定篩選,得到蛋白質(zhì)含量超過44%的高蛋白材料39份,脂肪含量超過22%的高油材料11份,可作為育種專用材料使用。其中圣育1號(hào)蛋白質(zhì)含量達(dá)到48.0%,可作為蛋白專用品種,冀豆32脂肪含量達(dá)到24.2%,可作為高油專用品種。大豆脂肪和蛋白質(zhì)含量受環(huán)境影響也很大,不同品種對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)效應(yīng)能力也不同,本研究只是對(duì)涉及的240份大豆種質(zhì),在2020年臨沂生態(tài)環(huán)境下的品質(zhì)表現(xiàn)進(jìn)行測定分析研究得出的結(jié)論,有一定的局限性。

4 結(jié) 論

對(duì)收集到的240份大豆種質(zhì)資源品質(zhì)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià),得到了這些材料的蛋白質(zhì)及脂肪品質(zhì)含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,遵循蛋白質(zhì)和脂肪間呈負(fù)相關(guān),蛋脂總含量呈正相關(guān)。聚類分析可將這些材料劃分為三大類群,其中中間型占比最多,高蛋白低脂肪型其次,高脂肪低蛋白型最少。從受試材料中初篩得到高蛋白材料39份,高油材料11份,為高蛋白、高脂肪專用品種的選育提供了豐富的親本材料。