基于RIL群體大豆花期共生固氮效率和根部性狀的相關(guān)分析*

高淑芹，邱紅梅，侯云龍，王躍強，馬曉萍，姚麗穎，陳 健，王 洋

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所//大豆國家工程研究中心，長春 130033）

基于RIL群體大豆花期共生固氮效率和根部性狀的相關(guān)分析*

高淑芹，邱紅梅，侯云龍，王躍強*，馬曉萍，姚麗穎，陳 健，王 洋

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所//大豆國家工程研究中心，長春 130033）

為明確大豆固氮效率和根部性狀在雜交后代的分離分布規(guī)律，以一千粒（母本）和長嶺野生豆（父本）構(gòu)建的重組自交系（RIL）群體為材料，采用接種鑒定法測定了花期共生固氮效率、根瘤數(shù)、根重、根表面積等性狀，分析了各性狀在RIL群體中的分布規(guī)律，并對各性狀進行了相關(guān)及主成分分析。結(jié)果表明，上述性狀在RIL群體中呈連續(xù)變異，各性狀正態(tài)性檢驗的偏度和峰度均符合正態(tài)分布，同時存在超親分離現(xiàn)象，表現(xiàn)為數(shù)量性狀遺傳。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)。

大豆；共生固氮效率；根部性狀；相關(guān)分析

大豆是蛋白和油分雙高作物，具有大豆-根瘤菌共生固氮重要性狀。研究表明，大豆根瘤共生固氮對大豆生物量和籽粒中總氮的貢獻高達68%和88%[1]。因此，提高大豆共生固氮效率才是提高大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵。培育高效固氮大豆新品種，篩選和大豆品種高度匹配的根瘤菌及配套的栽培技術(shù)等可提高大豆固氮效率[2-4]。其中，培育高效固氮的大豆新品種是關(guān)鍵[5]。因此，了解大豆品種或資源共生固氮效率的遺傳差異顯得尤為必要。前人已開展了很多這方面的研究，李新民等在40份黑龍江大豆品種中篩選出7份有效結(jié)瘤指數(shù)高的品種[6]。陳成榕等研究表明[7]，不同基因型半野生大豆的固氮活性也存在顯著差異，根系愈發(fā)達、莖葉生長愈繁茂，根瘤數(shù)、根瘤鮮重和根瘤固氮活性愈高，葉片含氮量也愈高。徐巧珍等研究還表明，春、夏、秋不同大豆類型和同一類型不同品種間的結(jié)瘤、固氮作用均存在顯著差異，并在我國22省份590份栽培大豆品種中，篩選到固氮效率高達85%的資源，為選育高結(jié)瘤固氮品種是奠定了材料基礎(chǔ)[8-9]。

綜上可知，大豆共生固氮效率存在顯著的基因型差異，但在雜交后代中的遺傳規(guī)律、相關(guān)性狀的分析還未見報道。研究以此為切入點，利用RIL群體對固氮效率及根部性狀進行統(tǒng)計分析，明確性狀的分離和變異情況及其相互間的相關(guān)性，篩選固氮效率輔助選擇指標(biāo)，以期為大豆高固氮效率育種提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與接種方法

固氮效率鑒定試驗于2016年1月至5月在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院安普智能溫室進行了兩批次，以固氮效率較高的地方品種一千粒（母本）和固氮效率較低的長嶺野生豆（父本）構(gòu)建的重組自交系（RIL，F(xiàn)5∶8）群體184個家系及 2個親本為試驗材料，接種的大豆根瘤菌HD001，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)陳慶山教授提供。以河沙作為栽培介質(zhì)，栽培桶高30 cm、直徑25 cm，每份材料6個桶，設(shè)不接種和接種處理兩組，每組3桶，每桶4株。同期播種，出苗后，每隔10 d澆1 L無氮營養(yǎng)液，待大豆對生真葉初步展開時，處理組于每株大豆子葉節(jié)下的根部接種2 mL/107·mL活化的根瘤菌HD001，參照王宏光等方法[10]。接種后35 d，進行各指標(biāo)測定。

1.2 指標(biāo)測定方法

在花期分別測定不接種和接種植株的根瘤數(shù)、利用LA-S植物根系分析儀/根系分析系統(tǒng)獲得根長、表面積、平均直徑、根體積數(shù)據(jù)，然后將根瘤、地上部分、根分別置于105℃的烘箱內(nèi)殺青，90℃下烘至恒重，稱量干重后，參照徐巧珍等利用凱氏定氮測定植株全氮[8]，并以下列公式計算：

根冠比=根重/地上部分重

固氮量（mg/株）=接種植株全氮-不接種植株全氮固氮效率（%）=固氮量/接種植株全氮×100

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗共測定10個指標(biāo)，根瘤數(shù)、根瘤重、根重、根冠比、總根長、表面積、平均直徑、根體積、固氮量、固氮效率分別用X1～X10指代，采用Microsoft Excel 2007計算試驗數(shù)據(jù)平均值，采用兩批次試驗平均值進行數(shù)據(jù)分析。用DPS v7.05進行各性狀相關(guān)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 RIL群體中固氮效率和根部性狀的變異和分布規(guī)律

從雙親和RIL群體的根瘤數(shù)（X1）、根瘤重（X2）、根重（X3）等測得的結(jié)果（見表1）可知，雙親間有較大的差異，且分別為栽培種與野生種，親緣關(guān)系較遠，導(dǎo)致性狀在群體內(nèi)變異較大。其中根瘤重（X2）的變異系數(shù)最大，固氮效率（X10）的次之，固氮量（X9）的位居第三，而根部平均直徑（X7）的最小。相同的遺傳來源，性狀間的變異主要是由遺傳力不同導(dǎo)致的，變異系數(shù)越大，表明遺傳力越小，反之亦然。因此，研究中平均直徑（X7）的遺傳力最大、根重（X3）次之，根冠比（X4）的位居第三，而根瘤重（X2）、固氮效率（X10）、固氮量（X9）的遺傳力均較低。在低世代選擇大生物量材料是行之有效的，在高世代選擇固氮效率高的材料才是合理的。

表1 RIL群體中固氮效率及根部性狀變異與分布

10個測定指標(biāo)在RIL群體中呈連續(xù)的數(shù)量變異，次數(shù)分布均呈單峰偏態(tài)分布，正態(tài)性檢驗的偏度和峰度絕對值都小于1（見表1），符合正態(tài)分布的特點，表明這些性狀均為數(shù)量性狀遺傳，具有主基因-多基因的遺傳特征。除固氮效率（X10）外其余9個性狀的偏度值均＞0，此時數(shù)據(jù)位于均值右邊的比位于左邊的少，表明這9個性狀的父本遺傳效應(yīng)更大。其中根瘤重（X2）的偏度很小接近于零，表明父母本遺傳效應(yīng)相當(dāng)。固氮效率的母本遺傳效應(yīng)更大，這可能與栽培大豆在馴化過程中固氮能力不斷增強有更豐富基因源有關(guān)[11]。

2.2 固氮效率和其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

對RIL群體184個家系的根瘤數(shù)、根瘤重、根重、固氮效率等10個性狀進行相關(guān)和偏相關(guān)分析（見表2）。結(jié)果表明，各性狀之間存在不同程度的相關(guān)，而通過偏相關(guān)分析，大大減少了性狀間的相關(guān)性。通過相關(guān)分析可知，固氮效率與根瘤數(shù)、根瘤重、根重、根冠比、根長、根表面積、根體積、固氮量呈極顯著正相關(guān)，而與平均直徑呈極顯著負(fù)相關(guān)。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)，根瘤數(shù)又與根瘤重呈極顯著偏正相關(guān)。由于固氮效率與固氮量不易測得，因此在育種中可通過根瘤數(shù)、根重、根瘤重來篩選高固氮效率材料。

表2 RIL群體中固氮效率和其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)性矩陣

3 討 論

重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）群體，是由兩個親本雜交，后代不施加任何選擇而構(gòu)建的，遺傳背景一致，利用其進行遺傳效應(yīng)分析有利于避免雜合位點的顯性效應(yīng)，消除遺傳背景的干擾，能準(zhǔn)確地反映目標(biāo)性狀間的相關(guān)關(guān)系[12-14]。研究中的親本材料間遺傳差異大，因此固氮效率及根部性狀在群體中存在豐富的變異。固氮效率和根部性狀的分布頻次接近正態(tài)分布，同時存在雙向超親分離現(xiàn)象，這與石培春等[15]、李衛(wèi)華等在小麥上的研究結(jié)果一致[16]，也與馬政等在黃瓜上的研究結(jié)果一致[17]。

固氮效率鑒定試驗在智能溫室進行，環(huán)境因素基本一致，因此表型變異主要來源于遺傳變異。固氮效率、固氮量、根瘤數(shù)的變異系數(shù)大，表明后代群體中固氮相關(guān)基因重組類型多樣。表明遠緣雜交可創(chuàng)造更豐富的遺傳變異，有利于目標(biāo)性狀的改良，但還需要回交改良引入的不利性狀。通過相關(guān)分析，篩選到花期共生固氮效率輔助選擇指標(biāo)根瘤數(shù)、根重和根瘤重，可為高固氮大豆品種選育提供參考。

4 結(jié) 論

在RIL群體中固氮效率和根部性狀均為數(shù)量性狀遺傳，存在著豐富的遺傳變異，其中根瘤重的變異系數(shù)最大，固氮效率的次之。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)。

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Correlation Analysis Between Symbiotic Nitrogen Fixation Efficiency and Root Traits at Soybean Flower Stage Based on RIL Population

Gao Shuqin,Qiu Hongmei,Hou Yunlong,Wang Yueqiang,Ma Xiaoping,Yao Liying,Chen Jian,Wang Yang

(Soybean Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,China)

In order to understand the segregation and distribution of symbiotic nitrogen fixation efficiency and root traits in the hybrids progeny population of soybean,symbiotic nitrogen fixation efficiency,nodule number,root weight and root surface area were measured by inoculation assay method using RIL population as materials,and traits correlation and principal component were analysed.The results showed that all traits measured varied consecutively.The skewness and kurtosis of normality test fitted normal distribution,and appeared transgressive segregation,which indicates a quantitative inheritance.Nitrogen fixation efficiency and amount appeared significant partial correlation,nitrogen fixation amount and nodule number,root weight appeared highly significant.

Soybean;Symbiotic nitrogen fixation efficiency;Root traits;Correlation analysis

S565.1

：A

：1674-3547(2017)03-0013-05

2017-03-29；

2017-04-26

高淑芹，女，副研究員，研究方向為大豆種質(zhì)資源研究，E-mail:qhm2001-2005@163.com

國家重點研發(fā)計劃“主要經(jīng)濟作物種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與創(chuàng)新利用”項目（2016YFD0100201-19）

*通訊作者：王躍強，研究員，研究方向為大豆種質(zhì)資源研究，E-mail:825164942@qq.com