東北優(yōu)質(zhì)大豆品種的遺傳多樣性分析

張振宇　韓旭東　郭泰　王志新　鄭偉　李燦東　郭美玲　吳秀紅　劉忠堂

摘要：為了解決目前大豆品種的遺傳基礎(chǔ)狹窄、亟待拓寬的問題，利用540份大豆品種資源，進(jìn)行種植和重要農(nóng)藝性狀調(diào)查，對(duì)品種間的遺傳相似系數(shù)進(jìn)行分析，通過相關(guān)性分析挖掘出影響產(chǎn)量和品質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀。結(jié)果表明：大豆品種資源間的遺傳相似系數(shù)為0.526～13.347，平均相似系數(shù)為3.761，品種的平均相似系數(shù)大于平均值有211個(gè)品種。此結(jié)果表明東北大豆品種遺傳基礎(chǔ)較窄，相似程度較高，大豆品種選育需要拓寬。對(duì)大豆8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分析，單株粒重和單株莢數(shù)相關(guān)性最大（相關(guān)系數(shù)為0.758），其次蛋白質(zhì)含量與單株粒重（0.274）>蛋白質(zhì)含量與百粒重（0.218）>有效分枝數(shù)與單株莢數(shù)（0.198）>油分含量和百粒重（0.18）>蛋白質(zhì)含量與單株莢數(shù)（0.142）=百粒重與單株粒重（0.142）>有效分枝數(shù)與株高（0.103）>有效分枝數(shù)與油分含量（0.1）>有效分枝數(shù)與單株粒重（0.083）>單株莢數(shù)與株高（0.077），其他性狀之間呈負(fù)相關(guān)。由此可見，東北三省的主要大豆品種單位面積產(chǎn)量主要由單株莢數(shù)、百粒重蛋白質(zhì)含量以及有效分枝數(shù)等重要農(nóng)藝性狀所決定。對(duì)供試540個(gè)品種6個(gè)重要性狀進(jìn)行通徑分析，通徑分析的結(jié)果表明：對(duì)大豆單位面積產(chǎn)量直接貢獻(xiàn)最大的有單株莢數(shù)和百粒重2個(gè)性狀，單株莢數(shù)主要通過蛋白質(zhì)含量和有效分枝數(shù)增加而提高，而百粒重的增加，則是通過株高的減少實(shí)現(xiàn)的。通徑系數(shù)大小順序依次是：?jiǎn)沃昵v數(shù)（0.814）>百粒重（0.367）>油分含量（-0.117）>株高（0.032）>有效分枝數(shù)（一0.022）>蛋白質(zhì)含量（0.008）。根據(jù)對(duì)照品種表現(xiàn)，對(duì)540份大豆品種資源的育種價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。產(chǎn)量性狀較突出的種質(zhì)：‘黑農(nóng)19、‘龍黑大豆2號(hào)和‘龍品黑09-518；百粒重較大的種質(zhì)：‘九農(nóng)14號(hào)、‘長(zhǎng)農(nóng)15號(hào)、‘嶺引2號(hào)和‘嫩良6號(hào)；油分含量較高的種質(zhì)：‘墾農(nóng)18、‘長(zhǎng)農(nóng)17、‘墾豐6號(hào)、‘九豐10號(hào)和‘墾鑒豆15；蛋白質(zhì)含量較高的種質(zhì)：‘永吉紫花豬眼豆、‘白秣食豆、‘小粒秣食豆、‘綠瓤黑豆、‘賓縣黑豆和‘吉林27號(hào)。

關(guān)鍵詞：東北大豆；優(yōu)質(zhì)品種；品種遺傳多樣性

中圖分類號(hào)：S506.406 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014—0785

0 引言

大豆作為中國(guó)主要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，得到了廣泛的培育，尤其在中國(guó)東北地區(qū)大豆作物具有適宜生長(zhǎng)的環(huán)境，并成為東北地區(qū)為主要的經(jīng)濟(jì)輸出作物。東北地區(qū)所培植的大豆品種就占中國(guó)所種植的品種總數(shù)的50%以上。大豆既是糧食作物，也是重要的油料作物“。大豆的品質(zhì)狀況也因此受到越來(lái)越高的重視，很多學(xué)者曾經(jīng)先后對(duì)中國(guó)部分省市或地區(qū)的大豆主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行過研究。東北是中國(guó)大豆的主產(chǎn)區(qū)，其播種面積和總產(chǎn)量都約占全國(guó)的一半，在中國(guó)大豆商品生產(chǎn)中占有非常重要的地位。研究東北大豆育成品種遺傳變異，對(duì)揭示該地區(qū)大豆群體遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)具有重要意義。

中國(guó)栽培大豆起源中心為由西南向東偏北方向延伸的帶狀區(qū)域，包括河北（含北京）、山東、山西、河南、陜西、四川等?。ㄊ校?；北方春大豆起源中心可能在中國(guó)黃河流域中下游地區(qū)，以后向東北和西北擴(kuò)散，南方地區(qū)春大豆和南方夏大豆的起源地可能在四川，以后向南、東南方向傳播。

筆者以540份東北大豆品種作為試驗(yàn)材料，從表型性狀入手對(duì)影響產(chǎn)量及品質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析。從分析結(jié)果中篩選出優(yōu)良性狀品種，用于品種選育之中，以此緩解東北春大豆品種的遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄的趨勢(shì)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地前茬作物為玉米，秋翻地，秋起壟，一次整地達(dá)到播種狀態(tài)。公頃施二銨150kg，尿素50kg，鉀肥50 kg。試驗(yàn)材料為來(lái)自中國(guó)農(nóng)科院540份大豆資源，在公頃均株數(shù)270000株的密度下進(jìn)行種植試驗(yàn)，設(shè)‘合豐50和‘綏農(nóng)142個(gè)對(duì)照品種，每個(gè)品種種在每一個(gè)條帶分別插入隨機(jī)設(shè)置2次，利用當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘合豐55為保護(hù)行，在試驗(yàn)地的四周分別設(shè)置3行保護(hù)區(qū)。

1.2 方法

1.2.1 相關(guān)性分析相關(guān)系數(shù)是用以反映變量之間相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)是按積差方法計(jì)算，同樣以2個(gè)變量與各自平均值的離差為基礎(chǔ)，通過2個(gè)離差相乘來(lái)反映2個(gè)變量之間相關(guān)程度。應(yīng)用Minitab將每個(gè)變量都轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)單位，乘積的平均數(shù)，依據(jù)簡(jiǎn)單相關(guān)的公式，進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分析。

簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，又叫相關(guān)系數(shù)或線性相關(guān)系數(shù)，是用來(lái)度量變量間的線性關(guān)系的量；復(fù)相關(guān)系數(shù)：又叫多重相關(guān)系數(shù)。簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)將每個(gè)變量都轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)單位，乘積的平均數(shù)即為相關(guān)系數(shù)，2個(gè)變量的關(guān)系可以直觀地用散點(diǎn)圖表示。

1.2. 2通徑分析 通徑分析是通徑系數(shù)分析的簡(jiǎn)稱。它是在1921年由賴特首先提出的，之后不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善。這一分析方法已廣泛應(yīng)用于動(dòng)植物遺傳育種和作物栽培的研究工作中，也用于其他領(lǐng)域。通徑系數(shù)是變量標(biāo)準(zhǔn)化后的偏回歸系數(shù)，是用來(lái)表示相關(guān)變量因果關(guān)系的統(tǒng)計(jì)量。利用其他性狀對(duì)大豆產(chǎn)量，通過SPSS軟件對(duì)品質(zhì)性狀進(jìn)行通徑分析。

1.2.3 品質(zhì)測(cè)定 蛋白質(zhì)和油分含量的測(cè)定采用Perton8620近紅外品質(zhì)分析儀進(jìn)行。蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法校正，油分含量采用殘余法矯正。

2 結(jié)果與分析

2.1 資源農(nóng)藝性狀的基本統(tǒng)計(jì)分析

株高變異幅度為40.2～137.2 cm；平均值為88.54 cm。分枝數(shù)變異幅度為0～9個(gè)；平均值為3.61個(gè)。單株莢數(shù)變異幅度為11.2～220個(gè)；平均值為76.64個(gè)。單株粒重變異幅度為1.03～86.1 g；平均值為29.01 g。百粒重變異幅度為4.87～30.31 g；平均值為18.87 g。倒伏性變異幅度為0～3級(jí)；平均值為0.51級(jí)。蛋白質(zhì)含量變異幅度為13.28%～23.47%平均值為20.56%。油分含量變異幅度為34.41%～49.94%；平均值為40.71%。公頃產(chǎn)變異幅度為1250.07～4910.95 kg。平均值為2915.4 kg。由于群體較大，各個(gè)性狀變異幅度較大，詳見表1。

2.2 品種的遺傳相似系數(shù)分析

利用MVSPVersion 3.21軟件計(jì)算540份大豆材料間的遺傳相似系數(shù)（表2），發(fā)現(xiàn)這些材料相互間的遺傳相似系數(shù)為0.526～13.347，平均相似系數(shù)為3.761，品種的平均相似系數(shù)大于平均值有‘延農(nóng)9號(hào)、‘白農(nóng)6號(hào)、‘吉林小粒7號(hào)、‘綏小粒豆1號(hào)、‘蒙豆6號(hào)、‘吉林小粒4號(hào)等211個(gè)品種。此結(jié)果表明東北大豆品種遺傳同源性較大，差異性較小，其中‘黑河12和‘嫩良4號(hào)之間的相似性最低（遺傳相似系數(shù)為0.526），‘墾鑒豆27和‘小粒秣食豆之間的相似性均為最高（遺傳相似系數(shù)為13.347）。

2.3 各個(gè)性狀的簡(jiǎn)單相關(guān)性分析

應(yīng)用Mmitab對(duì)大豆8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分析，通過表3可以看各個(gè)性狀之間的相關(guān)性，其中表征顯著水平的有：有效分枝數(shù)與株高、有效分枝數(shù)與蛋白質(zhì)含量、有效分枝數(shù)與油分；表征極顯著水平的有：?jiǎn)沃炅Ｖ嘏c株高、單株粒重與單株莢數(shù)、單株粒重與百粒重、單株粒重與蛋白質(zhì)含量、單株粒重與油分含量、株高和百粒重、株高和蛋白質(zhì)含量、株高和油分含量、單株莢數(shù)與百粒重、單株莢數(shù)與蛋白質(zhì)含量、單株莢數(shù)與油分含量、單株莢數(shù)與有效分枝數(shù)、百粒重和蛋白質(zhì)含量、百粒重和油分含量、百粒重和有效分枝數(shù)、蛋白質(zhì)含量和油分含量。

其中單株粒重和單株莢數(shù)相關(guān)性最大（相關(guān)系數(shù)為0.758），其次蛋白質(zhì)含量與單株粒重>蛋白質(zhì)含量與百粒重>有效分枝數(shù)與單株莢數(shù)>油分含量和百粒重>蛋白質(zhì)含量與單株莢數(shù)=百粒重與單株粒重>有效分枝數(shù)與株高>有效分枝數(shù)與油分含量>有效分枝數(shù)與單株粒重>單株莢數(shù)與株高，其他性狀之間呈負(fù)相關(guān)。由此可見，東北三省的主要大豆品種單位面積產(chǎn)量主要由單株莢數(shù)、百粒重蛋白質(zhì)含量以及有效分枝數(shù)等重要農(nóng)藝性狀所決定。其中單株莢數(shù)呈最大正相關(guān)，由于單株莢數(shù)越多，單株粒數(shù)也越多，從而單株粒重隨之增多。這與大豆遺傳資源農(nóng)藝性狀的鑒定和篩選，東北春大豆品種主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)遺傳力分析等文獻(xiàn)資料結(jié)果基本一致。

2.4 農(nóng)藝性狀的通徑分析

應(yīng)用SPSS軟件對(duì)大豆材料主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行通徑分析，由表4可知，供試540個(gè)品種6個(gè)性狀中對(duì)單位面積產(chǎn)量有正向效應(yīng)的主要性狀有4個(gè)，通徑系數(shù)大小順序依次是：?jiǎn)沃昵v數(shù)>百粒重>油分含量>株高>有效分枝數(shù)>蛋白質(zhì)含量，其中單株莢數(shù)和百粒重兩個(gè)性狀，對(duì)單位面積產(chǎn)量有較大影響。通徑分析的結(jié)果表明：對(duì)大豆單位面積產(chǎn)量直接貢獻(xiàn)最大的有單株莢數(shù)和百粒重2個(gè)性狀，單株莢數(shù)主要通過蛋白質(zhì)含量和有效分枝數(shù)增加而提高，而百粒重的增加，則是通過株高的減少實(shí)現(xiàn)的。因此，大豆在以單位面積產(chǎn)量作為選擇目標(biāo)時(shí)，選擇有效分枝數(shù)較多，株高適中的品種的高產(chǎn)的關(guān)鍵。

3 討論

東北是中國(guó)大豆的主產(chǎn)區(qū)，其播種面積和總產(chǎn)量都約占全國(guó)的一半，在中國(guó)大豆商品生產(chǎn)中占有非常重要的地位。1923—2005年中國(guó)育成大豆品種1300個(gè)，其中東北育成682個(gè)。研究東北大豆育成品種遺傳變異，對(duì)揭示該地區(qū)大豆群體遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)具有重要意義。

本研究采用東北三省540個(gè)大豆品種，并結(jié)合東北三省的主栽品種的品質(zhì)指標(biāo)，研究了大豆品種遺傳變異的差異，旨在為大豆的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和品種選育提供理論依據(jù)。以東北三省不同的大豆品種作為實(shí)驗(yàn)材料，從性狀入手對(duì)影響產(chǎn)量及品質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析，找到了影響產(chǎn)量及品質(zhì)的幾個(gè)直接和間接的農(nóng)藝性狀。從分析結(jié)果中篩選出優(yōu)良性狀品種，用于品種選育之中，為合理利用現(xiàn)有資源提供理論依據(jù)，為解決目前生產(chǎn)上栽培品種遺傳基礎(chǔ)狹窄提供理論的基礎(chǔ)。

本研究利用簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)對(duì)540份大豆品種的8個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析，相關(guān)系數(shù)是用以反映變量之間相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，能夠最直接反應(yīng)每2個(gè)性狀間的關(guān)系大小，但簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)只是孤立考慮單個(gè)X與Y間的相關(guān)，沒有考慮X、Y變量組內(nèi)部各變量間的相關(guān)；兩組間的眾多簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，使問題顯得復(fù)雜，難以從整體描述。因此在后續(xù)研究中我們將應(yīng)用不同分析方法對(duì)性狀間的關(guān)系進(jìn)行分析。

概述生育期間氣象條件（含災(zāi)害性天氣）及其對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響：試驗(yàn)當(dāng)年春季氣溫回升慢，雨水較多，大豆播種較正常年份晚5～7天，進(jìn)入9月雨水偏少，氣溫較高，部分品系熟期提前，大豆百粒重偏低，產(chǎn)量較常年偏低，無(wú)明顯災(zāi)害性天氣。

4 結(jié)論

計(jì)算540份大豆材料（不包括未成熟品種）間的遺傳相似系數(shù)，結(jié)果表明：東北大豆品種遺傳同源性較大，差異性較小，其中‘黑河12和‘嫩良4號(hào)之間的相似性最低（遺傳相似系數(shù)為0.526），‘墾鑒豆27和‘小粒秣食豆之間的相似性均為最高（遺傳相似系數(shù)為13.347）。同時(shí)對(duì)大豆材料進(jìn)行遺傳聚類分析，可將所有品種分為7大類，其中第3類可分為2個(gè)亞類，第5類分為5個(gè)亞類。

通過對(duì)大豆8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分析，結(jié)果表明：東北三省的主要大豆品種單位面積產(chǎn)量主要由單株莢數(shù)、百粒重蛋白質(zhì)含量以及有效分枝數(shù)等重要農(nóng)藝性狀所決定。

對(duì)大豆材料重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行通徑分析，結(jié)果表明：本研究在公頃均株數(shù)270000株的密度下進(jìn)行種植試驗(yàn)，對(duì)大豆單位面積產(chǎn)量直接貢獻(xiàn)最大的有單株莢數(shù)和百粒重2個(gè)性狀，單株莢數(shù)主要通過蛋白質(zhì)含量和有效分枝數(shù)增加而提高，而百粒重的增加，則是通過株高的減少實(shí)現(xiàn)的。因此，大豆在以單位面積產(chǎn)量作為選擇目標(biāo)時(shí)，選擇有效分枝數(shù)較多，株高適中的品種的高產(chǎn)的關(guān)鍵。

與對(duì)照品種‘合豐50號(hào)和‘綏農(nóng)14號(hào)進(jìn)行性狀比較分析，產(chǎn)量性狀較突出的種質(zhì)：‘黑農(nóng)19、‘龍黑大豆2號(hào)、‘龍品黑09-518；品質(zhì)突出的種質(zhì)：‘九農(nóng)14號(hào)、‘長(zhǎng)農(nóng)15號(hào)、‘嶺引2號(hào)、‘嫩良6號(hào)等百粒重較高大粒品種20份（>25 g）；‘墾農(nóng)18、‘長(zhǎng)農(nóng)17、‘墾豐6號(hào)、‘九豐10號(hào)、‘鑒豆15油分含量較高的高油品種5份（>23%）；‘白秣食豆、‘小粒秣食豆、‘綠瓤黑豆、‘賓縣黑豆、‘吉林27號(hào)等蛋白質(zhì)含量較高的高蛋白品種19份（>45%）。