北美大豆種質資源農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慣導致遺傳背景變窄，單產提升緩慢，因此拓寬我國親本遺傳背景，將是解決問題的關鍵。通過中國、烏拉圭政府間國際合作重點項目引進60份北美大豆種質資源，對其花色、結莢習性、葉型、生育期、株高、主莖節數、百粒重、小區產量等農藝性狀進行鑒定，使用主成分分析、隸屬函數法等分析方法對種質資源進行綜合評價。結果篩選出9份性狀優異的資源可以作為親本進行雜交組配，和WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份綜合性狀優良、熟期適宜、產量較高的資源。這13份優質大豆資源優化了我國大豆遺傳背景，豐富了我國種質資源類型，通過累加優異等位基因的手段，可提升我國大豆綜合性狀，為我國大豆育種提供優質的植物材料。

關鍵詞：大豆；種質資源；產量；農藝性狀；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S565.102；S565.103.7? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0069-06

收稿日期：2023-07-15

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2018YFE0116900-4、2022YFE0203300）；黑龍江省農業科學院院級課題（編號：2021YYYF035）；國家自然科學基金面上項目（編號：32072018）；黑龍江省農業科技創新跨越工程項目（編號：CX23ZD04）；黑龍江省揭榜掛帥課題（編號：2021ZXJ05B02-07）；黑龍江省農業科學院克山分院院級先導課題（編號：XDYBB2023-02）；“十四五”重點研發計劃（編號：2022YFD1200704--2）；科技創新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創新工作。E-mail：zhangyong6751@163.com。

大豆起源于中國，有5 000多年的種植歷史［1-2］，我國大豆種質資源直接或間接地被引種到世界各地，對世界大豆生產快速發展起到了重要作用［3］。大豆在長期的種植過程中，經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，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揮了重要作用。可見，引種對全球大豆發展做出了重要貢獻［6］。

種質資源是大豆育種的重要物質基礎，全面了解和分析大豆種質資源的遺傳多樣性［7］，充分發掘和篩選特異種質資源類型，拓寬種質資源遺傳基礎，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，對國外大豆資源進行鑒定和篩選，選擇優異種質為親本，配制雜交組合，可以拓寬我國大豆的遺傳基礎，提高產量、改善品質［10-12］。

本研究通過對北美大豆種質資源綜合農藝性狀進行分析，明確國外大豆資源在黑龍江高寒地區的適應范圍，并從中篩選出適宜本地區種植的優質資源，改善現有種質的農藝性狀和品質，提高產量，為我國大豆產業的新品種選育和創新提供材料基礎。

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年在黑龍江省農業科院克山分院科研基地（48.03°N，125.87°E）進行。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，有機質含量為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，采取隨機區組試驗設計，小區面積10 m2，小區播種密度為37.5萬株/hm2，3次重復。采用播種機開溝，人工播種，生長期間進行正常田間管理，記錄播種期、開花期和成熟期；成熟后取試驗小區內生長正常無缺株的連續10株為考種樣本，測定株高、底莢高度、主莖節數、有效分枝數、單株粒重、百粒重、小區產量共7個農藝性狀。

1.3? 數據分析

采用Office 2020進行原始數據整理與分析；采用SPSS 22.0數據處理軟件進行主成分分析和聚類分析。相關分析步驟如下：

（1）數據標準化處理：采用SPSS軟件進行數據標準化處理。

（2）因子分析：采用SPSS軟件進行因子分析。

（3）主成分分析：根據特征值大于1的準則提取主成分，計算每個主成分的特征向量，根據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）利用隸屬函數將各個指標性狀在所提取的主成分上的得分值進行標準化：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個主成分的權重； λp表示提取的主成分所對應的特征值。

（6） D=∑pp=1（wp×FXi） 。式中D表示綜合評價指數。

（7）以D值進行聚類統計。

2? 結果與分析

2.1? 田間調查

引進國外供試大豆品種60份，按照花色可分為45份紫花和15份白花材料；以結莢習性可分為44份無限結莢習性和16份亞有限結莢習性材料；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，變異系數為8.97%；平均倒伏級別為3.37，變異系數為17.65%（表2）。

2.2? 國外大豆產量相關性狀分析

供試大豆材料農藝性狀變異系數的變化范圍在13.46%～54.40%之間，由大到小的順序為有效分枝數>小區產量>單株粒重>子葉節高度>株高>百粒重>主莖節數。其中變異幅度最大的性狀為有效分枝數和小區產量，變異系數分別為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數，僅為13.46%（表3）。

2.3? 相關性分析

由表4可知，國外大豆種質資源的8個與產量相關的性狀間存在著顯著或極顯著的相關性。倒伏級別與株高呈極顯著正相關，相關系數為0.560；倒伏級別與小區產量呈極顯著負相關，相關系數為-0.460；株高與有效分枝數呈極顯著正相關，相關系數為0.486；倒伏級別與主莖節數呈顯著正相關，相關系數為0.336；株高與主莖節數呈顯著正相關，相關系數為0.349；株高與小區產量呈顯著負相關，相關系數為-0.338；子葉節高度與百粒重呈顯著正相關，相關系數為0.328；有效分枝數與百粒重和小區產量呈顯著負相關，相關系數分別為-0.391和-0.388；主莖節數與單株粒重呈顯著正相關，相關系數為0.369；單株粒重與小區產量呈極顯著正相關，相關系數為0.639；百粒重與小區產量呈顯著正相關，相關系數為0.368。

2.4? 國外大豆主成分及因子分析

對株高、子葉節高度、主莖節數、有效分枝數、單株粒重、百粒重及小區產量等7個產量相關性狀進行主成分分析。按照特征值大于1的準則提取主成分，共得到3個主成分因子，其累計貢獻率達到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果（表6）顯示，與第1主成分相關性較高的性狀為主莖節數（0.82）、小區產量（-0.74）、有效分枝數（0.72）和株高（0.68），與第2主成分相關性較高的性狀為百粒重（0.71）和子葉節高度（0.55），與第3主成分相關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量相關農藝性狀表現。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個指標轉化為3個新的綜合性指標，反映國外大豆在克山地區種植的綜合農藝性狀表現情況。

2.5? 國外大豆資源綜合評價

采用隸屬函數法對60份歐洲大豆資源進行綜合評價，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，綜合表現最好。

采用最遠距離法對D值進行聚類分析，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? 結論與討論

隨著大豆育種進程的推進，以及國家對大豆政策上傾斜等因素，大豆近年來在全國，尤其是東北地區的種植比重越來越重，所以對于優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、美國和日本為主［16］。多年來在育種習慣下組配雜交親本使親本的遺傳背景逐漸變小，血緣關系逐漸變近，這將不利于大豆育種的發展［17］。因此，本研究通過中烏項目，對北美地區的大豆資源進行精準鑒定，以其篩選到優異資源，改良我國大豆遺傳背景，拓寬其遺傳基礎。

本研究中，60份北美大豆資源，性狀變異系數的變化范圍在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；主莖節數變化范圍在 11.60～22.30之間，平均節數17.69；有效分枝數在 0～7.20 之間，平均分枝數為 2.75，這說明北美大豆資源具有植株高、多莢、多節和多分枝的特點。對各資源進行綜合評價得到D值后，再對D值進行聚類分析后可得，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、莢數多、節數多、生育期較長，會出現不完全成熟的情況，但是可作為優良親本材料，利用其莢數和節數性狀，改善主栽品種遺傳背景。D值在0.24～0.45之間的大豆品種產量較高，生育期適宜，株高適中，WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份綜合性狀優良、熟期適宜、產量較高的資源，可以利用累加產量性狀優異等位基因，來提高產量。經過分析，這13份優異資源可以利用，為我國大豆新品種選育提供優質新材料。

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