蠶豆有限生長習性的遺傳分析與種質篩選

龍玨臣，張繼君，王 萍，武云霞，杜成章

（重慶市農業科學院，重慶 401329）

無限生長習性是豆科作物的主要特點，這可以延長作物生殖生長的持續時間，在部分生殖器官受損的情況下重新獲得營養和生殖器官，并形成產量[1]，但無限生長習性也導致了營養生長和生殖生長對同化產物的過度競爭，使產量和收獲指數變得不穩定[2]。有限生長習性作物的特征是頂端花序完成分化后莖的生長也隨之停止[3]，這使得株高和倒伏率顯著降低，促進同化產物在營養生長和生殖生長之間更好地分配，從而獲得更穩定的收獲指數[1]。此外，莢果在時間和空間上更加集中，便于田間管理和機械化收獲[4]。目前生產中常用的控制作物株高的方法，仍以噴施植物生長調節劑為主，但生長調節劑殘留對農產品質量安全造成了巨大的隱患，還會影響后茬作物的正常生長，不利于土地周年生產。通過育種手段控制作物株高，加快農業機械化生產進程勢在必行。

蠶豆（Vica fabea.L）是重要的冷季豆類作物之一，是主要的糧食和飼用作物，多年以來，育種家在蠶豆新品種選育特別是高產、高品質、短生育期品種等方面開展了大量工作，但目前生產上主推的蠶豆品種仍以無限生長習性品種為主，成熟期易發生倒伏，不適宜機械化收獲；同時隨著城鎮化進程的加快，我國農村勞動力短缺現象日漸顯現，并逐漸成為限制蠶豆產業發展的關鍵因素。為應對目前出現的蠶豆機械化收獲難題，筆者通過大量工作創制了一批有限生長習性的蠶豆品系，為打破生長習性的制約提供了物質基礎。目前關于蠶豆有限生長習性的遺傳規律研究較少，因此本研究通過課題組現有材料構建了F1、F2和BC1群體，對蠶豆生長習性的遺傳規律進行探究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究采用的是課題組自有的穩定親本材料：GS-40（有限生長習性）和2016-327（無限生長習性）。通過GS-40×2016-327 的正、反交構建F1、F2群體和BC1群體。GS-40 為有限生長習性，結莢位靠植株上部，集中在頂端，株型緊湊直立。2016-327為無限生長習性材料，結莢位在中上部，株高較高。

1.2 試驗方法

親本材料于2018年秋季種植在隔離大棚中，2019年春季配置GS-40×2016-327 正、反交組合，并于當年獲得正、反交F1群體。2019年秋季將獲得的F1群體種植于隔離大棚令其自交，于2020 年春季開展回交，當年獲得F2群體及BC1群體。在各世代成熟期前，對頂端分化情況進行觀察判定其生長習性，應用遺傳學方法記錄各群體生長習性的分離比，并應用χ2測驗進行分析。

1.3 遺傳數據分析

本研究中χ2值的計算公式：

式（1）中，Ai為F2代第i個分離性狀觀測值，npi為預測F2代第i個分離性狀預期值，k為分離性狀總個數。采集的分離性狀數據在EXCEL 中進行統計，χ2測驗采用SPSS軟件進行。

1.4 種質篩選

2021年將課題組現有的76個有限生長習性蠶豆材料按單株種植于重慶市農業科學院渝西作物實驗基地，每個單株形成株行種植，行距50 cm，穴距25 cm，每穴2 苗。參考《蠶豆種質資源描述規范和數據標準》進行記載，于成熟期對各株行的莢質、莢姿、株高、分枝數、主莖節數、單株莢數、單莢粒數、百粒重及株行產量進行考察（見表1）。從中篩選高產、軟莢的有限生長習性的優質種質材料。

2 結果與分析

2.1 親本穩定性檢驗

本研究中的2 個親本材料（GS-40 和2016-327）在2017 年分別通過隔離自交獲得自交F1群體，2018年考察F1群體表現生長習性。結果表明，GS-40 自交F1群體共計107 個，均表現為有限生長習性；2016-327 自交F1群體共計143 個，均表現為無限生長習性。通過穩定性測驗，表明本研究中的親本遺傳穩定性良好，可用于后期遺傳分析配置雜交組合。

2.2 雜交F1群體生長習性表現

通過對GS-40×2016-327 正反交F1群體的生長習性表現進行觀察統計發現，正反交獲得的所有F1個體均表現為無限生長習性，正反交結果一致。這表明蠶豆生長習性受核基因調控，與細胞質遺傳無關，且無限生長習性相對有限生長習性為顯性（表2）。

表2 F1群體生長習性表現

2.3 雜交F2群體生長習性表現

于始莢期對F2群體的生長習性進行統計，其中GS-40×2016-327 組合共獲得292 個單株，有限生長習性的有64 個，無限生長習性的有228 個，分離比為1∶1.36。2016-327×GS-40 組合共獲得217 個單株，有限生長習性的為58 個，無限生長習性的為159 個，分離比為1∶2.7。χ2檢驗結果表明，兩個組合群體的分離比均小于，因此通過χ2檢驗可確定兩個組合的分離比符合1∶3。這表明，生長習性的性狀受1 對基因調控，且無限生長習性相對有限生長習性為顯性（見表3）。

表3 F2群體生長習性分離表現

2.4 BC1群體生長習性表現

利用有限親本和無限親本分別與正反交F1群體展開回交獲得BC1群體，其中（GS-40×2016-327）×GS-40 獲得54 個單株，其分離比為1∶1.25；（GS-40×2016-327）×2016-327 獲得62 個單株，均為無限生長習性。（2016-327×GS-40）×GS-40 獲得69 個單株，分離比為1∶1.16；（2016-327×GS-40）×2016-327 獲得57 個單株，均為無限生長習性。通過χ2檢驗對BC1分離群體的分離比進行測驗，結果顯示均小于=3.84，分離比符合1∶1。這表明有限生長習性不受細胞質基因調控，而受1 對核基因調控，且無限生長習性為顯性，也進一步證明了F2群體中得到的結果（見表4）。

表4 BC1群體生長習性分離表現

2.5 種質篩選

于成熟期對76 個株系進行了室內考種，結果表明，單株產量在30 g 以上的有17 個材料，百粒重在90 g 以上的材料有23 個，適宜機械化收獲的軟莢材料共23個，底莢高度大于15 cm 的材料26個；其中同時滿足以上條件的材料有3 個，分別為YS-1、YS-13 和YS-56，這3 個種質材料產量高，又適宜機械化收獲（見表5）。

3 小結與討論

有學者認為生長習性是受少數基因控制的質量性狀[5-6]，關于大豆的研究中，有限生長習性的材料與無限生長習性的材料雜交后，F1代表現為無限生長習性，這表明在大豆中無限生長習性相對于有限生長習性表現為顯性，這一點與本研究結果是一致的[7]。筆者猜想，這一現象是否在豆科作物中普遍存在，還需要進一步試驗驗證。本研究結果表明蠶豆有限生長習性受單基因調控，這與大豆的相關研究結果一致[7]。有的作物生長習性還會受光周期影響，在光照不足或光周期明顯縮短的情況下，表現出明顯的無限生長特性；而光周期適宜時，表現為有限生長習性[8-10]。本課題組在長期實踐中并未發現蠶豆的生長習性受光周期調控的案例，在對不同緯度的適應性鑒定中，僅表現為株高和節間長度的差異。針對這一差異，課題組將持續關注并開展相關研究。

蠶豆生長習性的相關研究目前還處于起步階段，生產中的大部分蠶豆品種為無限生長習性，機械化收獲難題亟待解決。隨著農業現代化發展加快，農村勞動力短缺嚴重，機械化生產必然是農作物收獲的主要方式。目前，缺乏適宜機械化收獲的品種是限制蠶豆產業高質量發展的一個主要問題。本研究通過構建遺傳群體對蠶豆生長習性進行了遺傳分析，厘清了有限生長習性的遺傳規律。同時本研究中的有限生長習性親本材料可以作為穩定的品系改良成為適宜機械化收獲的品種，為蠶豆機械化收獲打下物質基礎。此外，篩選創制了一批有限生長習性的材料，從中篩選得到3 個具有重大開發價值的種質材料，將在今后的蠶豆產業宜機化發展進程中扮演重要角色。

本研究采用的親本材料（GS-40 和2016-327）系穩定材料，可用于后續研究。雜交F1群體生長習性均表現為無限生長習性，這表明蠶豆生長習性受核基因調控，與細胞質遺傳無關，且無限生長習性相對有限生長習性為顯性。雜交F2生長習性的分離比符合1∶3，表明蠶豆生長習性的性狀受1 對基因調控，且無限生長習性相對有限生長習性為顯性。2 個BC1群體的生長習性分離比均符合1∶1，這表明有限生長習性不受細胞質基因調控，而受1 對核基因調控，且無限生長習性為顯性，F2群體的分離結果和BC1群體的分離結果相互印證。綜上所述，蠶豆有限生長習性受1 對核基因調控，而不受細胞質基因調控，且無限生長習性為顯性。篩選得到3 個適宜機械化收獲的優良材料，分別為YS-1、YS-13和YS-56。