北美大豆種質(zhì)資源農(nóng)藝綜合性狀鑒定與分析

李明雪 孫旭紅 張勇 王磊 楊興勇 龐澤 宋繼玲

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.009

摘要：大豆是我國重要的飼料和油脂來源，提升大豆產(chǎn)量滿足市場需求是我國保證糧食安全的重要途徑。由于多年來雜交親本利用主栽品種等傾向性習(xí)慣導(dǎo)致遺傳背景變窄，單產(chǎn)提升緩慢，因此拓寬我國親本遺傳背景，將是解決問題的關(guān)鍵。通過中國、烏拉圭政府間國際合作重點項目引進(jìn)60份北美大豆種質(zhì)資源，對其花色、結(jié)莢習(xí)性、葉型、生育期、株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒重、小區(qū)產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀進(jìn)行鑒定，使用主成分分析、隸屬函數(shù)法等分析方法對種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評價。結(jié)果篩選出9份性狀優(yōu)異的資源可以作為親本進(jìn)行雜交組配，和WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份綜合性狀優(yōu)良、熟期適宜、產(chǎn)量較高的資源。這13份優(yōu)質(zhì)大豆資源優(yōu)化了我國大豆遺傳背景，豐富了我國種質(zhì)資源類型，通過累加優(yōu)異等位基因的手段，可提升我國大豆綜合性狀，為我國大豆育種提供優(yōu)質(zhì)的植物材料。

關(guān)鍵詞：大豆；種質(zhì)資源；產(chǎn)量；農(nóng)藝性狀；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S565.102；S565.103.7? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0069-06

收稿日期：2023-07-15

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2018YFE0116900-4、2022YFE0203300）；黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院級課題（編號：2021YYYF035）；國家自然科學(xué)基金面上項目（編號：32072018）；黑龍江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新跨越工程項目（編號：CX23ZD04）；黑龍江省揭榜掛帥課題（編號：2021ZXJ05B02-07）；黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院院級先導(dǎo)課題（編號：XDYBB2023-02）；“十四五”重點研發(fā)計劃（編號：2022YFD1200704--2）；科技創(chuàng)新2030—重大項目（編號：2022ZD0400702-2）。

作者簡介：李明雪（1996—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，研究實習(xí)員，從事大豆育種及栽培工作。E-mail：2297352379@qq.com。

通信作者：張? 勇，碩士，副研究員，從事大豆遺傳育種及種質(zhì)創(chuàng)新工作。E-mail：zhangyong6751@163.com。

大豆起源于中國，有5 000多年的種植歷史［1-2］，我國大豆種質(zhì)資源直接或間接地被引種到世界各地，對世界大豆生產(chǎn)快速發(fā)展起到了重要作用［3］。大豆在長期的種植過程中，經(jīng)過自然選擇和人工選擇，形成了豐富多彩、類型各異的品種資源［4-5］。美國北方大豆品種含有我國的 Man-darin等祖先親本50%以上的遺傳物質(zhì)，而美國南方品種含有我國南方的CNS的血緣。我國大豆對日本、歐洲品種遺傳改良也發(fā)揮了重要作用。可見，引種對全球大豆發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)［6］。

種質(zhì)資源是大豆育種的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，全面了解和分析大豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性［7］，充分發(fā)掘和篩選特異種質(zhì)資源類型，拓寬種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)，是破解我國大豆育種困境、提高大豆育種實效的重要手段［8-9］。因此，對國外大豆資源進(jìn)行鑒定和篩選，選擇優(yōu)異種質(zhì)為親本，配制雜交組合，可以拓寬我國大豆的遺傳基礎(chǔ)，提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)［10-12］。

本研究通過對北美大豆種質(zhì)資源綜合農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，明確國外大豆資源在黑龍江高寒地區(qū)的適應(yīng)范圍，并從中篩選出適宜本地區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)資源，改善現(xiàn)有種質(zhì)的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)，提高產(chǎn)量，為我國大豆產(chǎn)業(yè)的新品種選育和創(chuàng)新提供材料基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

60份大豆材料，均來自北美，編號及名稱見表1。

1.2? 方法

試驗于2022年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科院克山分院科研基地（48.03°N，125.87°E）進(jìn)行。試驗地塊地勢平坦，肥力均勻，前茬作物為馬鈴薯。底肥為混肥（尿素 ∶磷酸二銨=1 ∶3），用量為225 kg/hm2。土壤類型為淋溶黑鈣土，土壤pH值為6.38，有機(jī)質(zhì)含量為34.16 g/kg，全氮含量為1.70 g/kg，全磷含量為0.15 g/kg，速效氮含量為120.62 mg/kg，速效磷含量為49.46 mg/kg，速效鉀含量為237.24 mg/kg。

于2022年5月15日播種，采取隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，小區(qū)面積10 m2，小區(qū)播種密度為37.5萬株/hm2，3次重復(fù)。采用播種機(jī)開溝，人工播種，生長期間進(jìn)行正常田間管理，記錄播種期、開花期和成熟期；成熟后取試驗小區(qū)內(nèi)生長正常無缺株的連續(xù)10株為考種樣本，測定株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株粒重、百粒重、小區(qū)產(chǎn)量共7個農(nóng)藝性狀。

1.3? 數(shù)據(jù)分析

采用Office 2020進(jìn)行原始數(shù)據(jù)整理與分析；采用SPSS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行主成分分析和聚類分析。相關(guān)分析步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）因子分析：采用SPSS軟件進(jìn)行因子分析。

（3）主成分分析：根據(jù)特征值大于1的準(zhǔn)則提取主成分，計算每個主成分的特征向量，根據(jù)特征向量計算主成分得分矩陣，以及每份材料的綜合主成分值。

（4）利用隸屬函數(shù)將各個指標(biāo)性狀在所提取的主成分上的得分值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：FXi=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；i=1，2，3，…，n。其中Xmin和Xmax分別表示每個主成分上各性狀指標(biāo)得分值的最小值和最大值。

（5） wp=λp/∑pp=1λp。 式中wp表示提取的第p個主成分的權(quán)重； λp表示提取的主成分所對應(yīng)的特征值。

（6） D=∑pp=1（wp×FXi） 。式中D表示綜合評價指數(shù)。

（7）以D值進(jìn)行聚類統(tǒng)計。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 田間調(diào)查

引進(jìn)國外供試大豆品種60份，按照花色可分為45份紫花和15份白花材料；以結(jié)莢習(xí)性可分為44份無限結(jié)莢習(xí)性和16份亞有限結(jié)莢習(xí)性材料；以葉型可分為57份圓葉和3份披針葉材料；以茸毛色可分為38份灰色和22份棕色材料。平均生育期為113.61 d，變異系數(shù)為8.97%；平均倒伏級別為3.37，變異系數(shù)為17.65%（表2）。

2.2? 國外大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀分析

供試大豆材料農(nóng)藝性狀變異系數(shù)的變化范圍在13.46%～54.40%之間，由大到小的順序為有效分枝數(shù)>小區(qū)產(chǎn)量>單株粒重>子葉節(jié)高度>株高>百粒重>主莖節(jié)數(shù)。其中變異幅度最大的性狀為有效分枝數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量，變異系數(shù)分別為54.40%和37.96%，變異范圍更加廣泛；變異幅度最小的性狀為主莖節(jié)數(shù)，僅為13.46%（表3）。

2.3? 相關(guān)性分析

由表4可知，國外大豆種質(zhì)資源的8個與產(chǎn)量相關(guān)的性狀間存在著顯著或極顯著的相關(guān)性。倒伏級別與株高呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.560；倒伏級別與小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.460；株高與有效分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.486；倒伏級別與主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.336；株高與主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.349；株高與小區(qū)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.338；子葉節(jié)高度與百粒重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.328；有效分枝數(shù)與百粒重和小區(qū)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.391和-0.388；主莖節(jié)數(shù)與單株粒重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.369；單株粒重與小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.639；百粒重與小區(qū)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.368。

2.4? 國外大豆主成分及因子分析

對株高、子葉節(jié)高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株粒重、百粒重及小區(qū)產(chǎn)量等7個產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行主成分分析。按照特征值大于1的準(zhǔn)則提取主成分，共得到3個主成分因子，其累計貢獻(xiàn)率達(dá)到77.10%（表5），具有相對較大的信息代表性。各性狀的成分矩陣分析結(jié)果（表6）顯示，與第1主成分相關(guān)性較高的性狀為主莖節(jié)數(shù)（0.82）、小區(qū)產(chǎn)量（-0.74）、有效分枝數(shù)（0.72）和株高（0.68），與第2主成分相關(guān)性較高的性狀為百粒重（0.71）和子葉節(jié)高度（0.55），與第3主成分相關(guān)性較高的性狀為單株粒重（0.62），以上3個主成分反映了主要產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)。因此，提取這3個主成分可以綜合反映出7個性狀的信息，可以將這9個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個新的綜合性指標(biāo)，反映國外大豆在克山地區(qū)種植的綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)情況。

2.5? 國外大豆資源綜合評價

采用隸屬函數(shù)法對60份歐洲大豆資源進(jìn)行綜合評價，計算出各資源的綜合評價D值。D值越大，表明該資源的綜合農(nóng)藝性狀越好。由表7可知，D值大于0.6的共有9份資源，分別為WDD00408（Bavender Special B），WDD00583（Wayne），WDD01573（Chapman），WDD01465（Logan），WDD00361（Elton），WDD01609（Hamilton），WDD00536（Corsoy），WDD00512（Hardin），WDD00564（Adelphia）。其中Bavender Special B的D值最大，為0.74，綜合表現(xiàn)最好。

采用最遠(yuǎn)距離法對D值進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離為5處將國外大豆資源分為4類。第1類D值的變化范圍在 0.61～0.74之間，共9份材料；第2類D值變化范圍在0.48～0.59之間，共25份材料；第3類D值變化范圍在0.24～0.45之間，共25份材料；第4類D值為0.11，共1份材料（表8）。

3? 結(jié)論與討論

隨著大豆育種進(jìn)程的推進(jìn)，以及國家對大豆政策上傾斜等因素，大豆近年來在全國，尤其是東北地區(qū)的種植比重越來越重，所以對于優(yōu)良品種的需求也越來越高［13-15］。目前我國大豆育種親本的選擇多以國內(nèi)、美國和日本為主［16］。多年來在育種習(xí)慣下組配雜交親本使親本的遺傳背景逐漸變小，血緣關(guān)系逐漸變近，這將不利于大豆育種的發(fā)展［17］。因此，本研究通過中烏項目，對北美地區(qū)的大豆資源進(jìn)行精準(zhǔn)鑒定，以其篩選到優(yōu)異資源，改良我國大豆遺傳背景，拓寬其遺傳基礎(chǔ)。

本研究中，60份北美大豆資源，性狀變異系數(shù)的變化范圍在13.46%～54.40%之間，反映了這些大豆資源的類型豐富。株高的變化范圍在81.28～188.60 cm 之間，平均株高 137.92 cm；主莖節(jié)數(shù)變化范圍在 11.60～22.30之間，平均節(jié)數(shù)17.69；有效分枝數(shù)在 0～7.20 之間，平均分枝數(shù)為 2.75，這說明北美大豆資源具有植株高、多莢、多節(jié)和多分枝的特點。對各資源進(jìn)行綜合評價得到D值后，再對D值進(jìn)行聚類分析后可得，WDD00408、WDD00583、WDD01573、WDD01465、WDD00361、WDD01609、WDD00536、WDD00512、WDD00564的D值在 0.61～0.74之間，整體來看，株高較高、莢數(shù)多、節(jié)數(shù)多、生育期較長，會出現(xiàn)不完全成熟的情況，但是可作為優(yōu)良親本材料，利用其莢數(shù)和節(jié)數(shù)性狀，改善主栽品種遺傳背景。D值在0.24～0.45之間的大豆品種產(chǎn)量較高，生育期適宜，株高適中，WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份綜合性狀優(yōu)良、熟期適宜、產(chǎn)量較高的資源，可以利用累加產(chǎn)量性狀優(yōu)異等位基因，來提高產(chǎn)量。經(jīng)過分析，這13份優(yōu)異資源可以利用，為我國大豆新品種選育提供優(yōu)質(zhì)新材料。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱鳳舉，沈海燕. 大豆高產(chǎn)栽培的具體實施技術(shù) ［J］. 中國科技投資，2013（27）：304.

［2］張? 平. 大豆優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)技術(shù)措施探究 ［J］. 新農(nóng)民，2021（2）：70.

［3］常汝鎮(zhèn). 關(guān)于栽培大豆起源的研究［J］. 中國油料，1989，11（1）：7.

［4］趙朝森，王瑞珍，李英慧，等. 江西大豆種質(zhì)資源表型及品質(zhì)性狀綜合分析與評價［J］. 大豆科學(xué)，2019，38（5）：686-693.

［5］常汝鎮(zhèn)，孫建英，邱麗娟. 中國大豆種質(zhì)資源研究進(jìn)展［J］. 作物雜志，1998（3）：7-9.

［6］邱麗娟，常汝鎮(zhèn)，袁翠平，等. 國外大豆種質(zhì)資源的基因挖掘利用現(xiàn)狀與展望［J］. 植物遺傳資源學(xué)報，2006，7（1）：1-6.

［7］孫旭剛，李盛有，曹永強(qiáng)，等. 基于隸屬函數(shù)值法評價大豆種質(zhì)資源耐蔭性［J］. 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021（4）：42-44.

［8］高玉芳，張彥軍，趙振寧，等. 引進(jìn)大豆種質(zhì)資源的適應(yīng)性和遺傳多樣性分析［J］. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，58（6）：1029-1041.

［9］姚振純，林? 紅. 大豆優(yōu)異種間雜交新種質(zhì)選育新進(jìn)展［J］. 大豆科學(xué)，1993，12（3）：196.

［10］劉? 歆，楊? 芳，鄧軍波，等. 江漢平原大豆品系表型分析及綜合評價［J］. 作物雜志，2021（5）：57-63.

［11］牛小霞，柳小寧，潘永東，等. 97份大麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀分析與評價［J］. 種子，2021，40（8）：68-72，77.

［12］黎松松，許文靜，張? 威，等. 大豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的評價與分析［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（19）：35-38.

［13］張? 笛，韓冬偉，王淑榮，等. 歐洲大豆種質(zhì)資源農(nóng)藝綜合性狀鑒定與分析［J/OL］. 分子植物育種：1-13.［2024-04-03］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20220331.1013.002.html.

［14］畢影東，李? 煒，肖佳雷，等. 大豆分子的育種現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望［J］. 中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（6）：33-39.

［15］楊紅燕，沈會權(quán)，胡? 哲，等. 黃淮海地區(qū)大豆品種蛋白質(zhì)、油脂含量和百粒質(zhì)量的表型分析及籽粒蛋白質(zhì)含量的改良［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（22）：84-87.

［16］彭? 寶，項淑華，牛建光. 我國大豆育種問題淺析及對策［J］. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，27（4）：19-20，25.

［17］張瑞軍，衛(wèi)保國，衛(wèi)一超. 我國雜交大豆育種的現(xiàn)狀與發(fā)展對策 ［J］. 山西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，33（1）：126-129.