2005—2017年山東省審定大豆品種農(nóng)藝和品質(zhì)性狀演變分析

李偉 張彥威 林延慧 張禮鳳 王彩潔 張軍 徐冉

摘要：品種更新對大豆產(chǎn)量提升和品質(zhì)改良具有重要作用。本研究統(tǒng)計了2005—2017年山東省審定的41個大豆品種的10項(xiàng)農(nóng)藝和品質(zhì)指標(biāo)，并對其演變情況和相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：山東省近年審定品種產(chǎn)量水平呈顯著上升趨勢，平均每年提高74.73 kg·hm-2，百粒重平均每年提高0.19 g，單株粒數(shù)平均每年提高2.09粒，株高、主莖節(jié)數(shù)呈下降趨勢，生育期和有效分枝基本不變；高產(chǎn)品種單株粒數(shù)、百粒重顯著較高，增加單株粒重可能是進(jìn)一步提高產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵；山東省近年審定品種蛋白含量和蛋脂總量呈上升趨勢，油分稍有下滑。相關(guān)分析表明單株粒數(shù)與蛋白含量極顯著負(fù)相關(guān)，百粒重與蛋白含量極顯著正相關(guān)，協(xié)調(diào)產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)系將是大豆遺傳改良研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：山東省；大豆；品種；產(chǎn)量；品質(zhì)；演變

中圖分類號：S565.1文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）04-0016-06

Abstract Renovation of soybean variety plays an important role in increasing yield and improving quality. In this study， ten agronomic and quality traits of 41 soybean cultivars approved in Shandong Province during 2005-2017 were counted and their evolution and correlation were analyzed. The results showed that their yields showed a significant increasing trend， and the mean annual increment was 74.73 kg·hm-2. Their mean 100-seed weight and seed number per plant increased yearly by 0.19 g and 2.09. The plant height and nodes of main stem showed decreasing trends. Their growth period and effective branches were almost invariant. The seed number per plant and 100-seed weight were both higher in high-yield varieties， which indicated that the key to further improving the potential yield might be the increasing of seed weight per plant. Their protein content and protein plus oil content increased， but oil content decreased slightly. According to correlation analysis， it was indicated that seed number per plant had negative correlation with protein content and 100-seed weight had positive correlation with protein content. It might be the key to soybean genetic improvement to coordinate the relationship between yield and quality.

Keywords Shandong Province； Soybean； Variety； Yield； Quality； Evolution

大豆是我國重要的糧、油、飼兼用作物，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國家糧食與食品安全中具有重要的戰(zhàn)略作用。山東省曾是黃淮海大豆種植面積最大的省份，20世紀(jì)50年代曾高達(dá)225.63×104 hm2，近年維持在20×104 hm2左右，單產(chǎn)2 490.3 kg·hm-2以上，總產(chǎn)50×104 t左右[1，2]。目前山東省大豆種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)均居全國前列，研究山東省近年審定大豆品種性狀演變對山東省乃至全國大豆新品種培育及生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

品種更新對單產(chǎn)的提升具有重要作用。加拿大1934—1976年大豆產(chǎn)量平均每年提高9.3 kg·hm-2，1977—1992年平均每年提高13 kg·hm-2[3]。Wilcox[4]研究表明，美國北部和加拿大地區(qū)不同熟期組的大豆品種產(chǎn)量分別以21.6～30.6 kg·hm-2的速度增長。中國1923—1995年間大豆產(chǎn)量以每年1.5%～2.0%的速度提高[5]。20世紀(jì)50—90年代，黃淮海地區(qū)大豆產(chǎn)量的遺傳改進(jìn)幅度為1.2%～2.5%[6]，80年代、90年代和2000年以后育成品種分別比70年代育成品種產(chǎn)量增加1.42%、9.04%和23.17%[7]；2008—2010年大豆品種產(chǎn)量與產(chǎn)量組成因子的研究表明，單株粒重、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重是產(chǎn)量的主要貢獻(xiàn)性狀，其中，影響產(chǎn)量最重要的因素是單株粒重[8]。河南省1981—1996年間大豆產(chǎn)量由900 kg·hm-2增加到1 800 kg·hm-2，其中多莢是多產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性狀，百粒重多年無明顯變化[9]。黑龍江省1950—2006年間大豆產(chǎn)量平均每年提高1.27%，干物質(zhì)重、收獲指數(shù)、單株粒數(shù)、倒伏性等的改善對產(chǎn)量提高起到了重要作用，百粒重?zé)o顯著變化[10]。遼寧省20世紀(jì)90年代育成的大豆品種產(chǎn)量比70年代育成的品種高6.9%，比80年代育成品種高4.3%[11]。由此看出，遺傳改良對大豆產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)是巨大的，各種農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的變化對產(chǎn)量的提高都有不同程度的貢獻(xiàn)，分析研究一段時間內(nèi)品種性狀的演化對于指導(dǎo)未來育種方向具有重要意義。

本研究對2005—2017年山東省審定的大豆品種產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀以及品質(zhì)指標(biāo)的演變情況進(jìn)行研究分析，以期為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆新品種的培育和生產(chǎn)提供借鑒。

1 材料與方法

研究材料為2005—2017年山東省審定大豆品種，共41個（表1）。農(nóng)藝和品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)來自山東省農(nóng)作物品種審定文件，為各品種參加山東省大豆新品種（系）區(qū)域試驗(yàn)兩年多點(diǎn)及生產(chǎn)試驗(yàn)一年多點(diǎn)的平均結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析及作圖采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀演變分析

從表2中可以看出，2005—2017年山東省審定大豆品種的農(nóng)藝性狀變異幅度較大，多數(shù)性狀的變異系數(shù)在10%以上，有效分枝數(shù)的高達(dá)26.89%，說明山東省大豆品種的遺傳改良正在快速發(fā)展。這期間審定的大豆品種中儲備了一批性狀較好的材料，如安豆203平均產(chǎn)量達(dá)到3 690 kg·hm-2、濰豆7號單株粒數(shù)達(dá)到128粒、齊黃34百粒重高達(dá)25.8 g。其中，2012年審定的齊黃34多次實(shí)打單產(chǎn)超過4 500 kg·hm-2；2013年甘肅實(shí)打單產(chǎn)5 029.65 kg·hm-2，百粒重高達(dá)32.0 g，打破甘肅大豆生產(chǎn)記錄；2014年山東實(shí)打單產(chǎn)4 706.25 kg·hm-2，百粒重達(dá)到30.5 g，創(chuàng)山東夏大豆高產(chǎn)記錄。因此開展優(yōu)異性狀聚合育種，對于提高大豆產(chǎn)量、振興大豆產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

進(jìn)一步對產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀結(jié)果（圖1）進(jìn)行演變分析可以看到，山東省審定大豆品種的產(chǎn)量、百粒重、單株粒數(shù)均呈穩(wěn)步上升趨勢，產(chǎn)量平均每年提高74.73 kg·hm-2，百粒重平均每年提高0.19 g，單株粒數(shù)平均每年提高2.09粒。大豆產(chǎn)量的提高進(jìn)步巨大。株高、主莖節(jié)數(shù)呈下降趨勢，這表明育成品種正在向著提高抗倒性、降低生物量、經(jīng)濟(jì)高效的方向發(fā)展。有效分枝數(shù)和生育期變化趨勢不明顯，可能受到山東省大豆生產(chǎn)條件、區(qū)域試驗(yàn)栽培措施、品種審定制度的影響。

為進(jìn)一步探索山東大豆產(chǎn)量改良途徑，對41個審定大豆品種中產(chǎn)量前五高和產(chǎn)量后五低品種的農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計比較，可以看出二者產(chǎn)量差異極顯著，前者多33.61%；從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，高產(chǎn)品種單株粒數(shù)、百粒重顯著提高；高產(chǎn)品種的株高和主莖節(jié)數(shù)低于低產(chǎn)品種，均呈現(xiàn)出極顯著差異；生育期、有效分枝數(shù)、蛋白含量、油分含量、蛋脂總量5個性狀均無顯著差異（表3）。

2.2 品質(zhì)性狀演變分析

對41個山東省審定大豆品種的品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，結(jié)果（表4）看出，大豆品種的品質(zhì)性狀總體變異幅度非常小，三個品質(zhì)性狀的變異系數(shù)均在8%以下，說明在當(dāng)前育種條件下，大豆品質(zhì)的遺傳改良是一個非常緩慢的過程。根據(jù)國家農(nóng)作物品種審定委員會“國品審[2014] 2號”文件印發(fā)的大豆品種審定標(biāo)準(zhǔn)對2005—2017年山東省審定的大豆品種進(jìn)行分類（表5），其中高油大豆（油分含量≥21.5%，蛋脂總量≥59.0%）11個，普通大豆（蛋脂總量≥59.0%）19個，未達(dá)標(biāo)品種（蛋脂總量<59.0%）11個，高蛋白大豆（蛋白含量≥45.0%）0個，說明大豆育種對品質(zhì)指標(biāo)尚不夠重視，大豆品質(zhì)改良仍是一個任重道遠(yuǎn)的過程。進(jìn)一步的品質(zhì)演變分析發(fā)現(xiàn)，審定品種的蛋白含量和蛋脂總量呈穩(wěn)步上升的趨勢，蛋白含量平均每年提高0.13個百分點(diǎn)，蛋脂總量平均每年提高0.15個百分點(diǎn)；油分含量基本保持不變，這與山東省大豆深加工產(chǎn)業(yè)偏向蛋白加工有一定的關(guān)系，也說明山東育種家們對大豆蛋白品質(zhì)的改良取得了一定成效（圖2）。產(chǎn)量前五高和后五低品種的品質(zhì)性狀統(tǒng)計表明，高產(chǎn)品種的蛋白含量和蛋脂總量高于低產(chǎn)品種，油分含量低于低產(chǎn)品種（表3）。

2.3 農(nóng)藝和品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

對41個大豆品種的農(nóng)藝和品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表6）看出，產(chǎn)量與單株粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與百粒重呈正相關(guān)，接近顯著，說明產(chǎn)量的提高需要產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)調(diào)改良，綜合提高，但主要在于單株粒數(shù)的提高，增加單株粒重可能是提高大豆產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵。產(chǎn)量與株高、主莖節(jié)數(shù)、油分含量呈負(fù)相關(guān)；株高與主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，表明株高的降低是通過減少主莖節(jié)數(shù)實(shí)現(xiàn)的；有效分枝數(shù)與單株粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，表明有效分枝數(shù)在產(chǎn)量構(gòu)成中起著重要作用。從品質(zhì)指標(biāo)看，蛋白含量與蛋脂總量極顯著正相關(guān)，油分含量與蛋脂總量顯著正相關(guān)，說明雙高大豆品種的培育主要依賴蛋白含量的增加。蛋白含量與油分含量負(fù)相關(guān)，接近顯著，說明大豆品質(zhì)的改良需要一定程度上協(xié)調(diào)蛋白和油分的比例。

總體來看，產(chǎn)量與蛋白含量和蛋脂總量正相關(guān)，與油分含量負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大。但是產(chǎn)量因素百粒重與蛋白含量極顯著正相關(guān)，與蛋脂總量正相關(guān)，與油分含量極顯著負(fù)相關(guān)；產(chǎn)量因素單株粒數(shù)與蛋白含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與蛋脂總量呈負(fù)相關(guān)，說明產(chǎn)量和品質(zhì)在一定范圍內(nèi)可以協(xié)調(diào)發(fā)展，綜合提高。生育期與蛋白含量和蛋脂總量呈顯著、極顯著正相關(guān)，這可能與大豆品種隨著生育期的延長增加了蛋白的積累有關(guān)。

3 討論與結(jié)論

3.1 山東省大豆產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的演變

據(jù)中國海關(guān)統(tǒng)計，2016年我國大豆進(jìn)口量高達(dá)8 323×104 t [12]，預(yù)計2017年進(jìn)口量超9 000×104 t。因此提高大豆產(chǎn)量、改良大豆品質(zhì)已成為國內(nèi)大豆產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)問題。通過對美國、加拿大等國家的研究發(fā)現(xiàn)，世界大豆品種產(chǎn)量幾十年來呈增長趨勢，收獲指數(shù)和單株粒數(shù)的增加是產(chǎn)量增加的主要因素[3，4，13，14]。國內(nèi)學(xué)者對大豆產(chǎn)量的演變分析表明中國大豆產(chǎn)量逐年增長，產(chǎn)量的增長與單株粒數(shù)、百粒重、單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、干物質(zhì)重、收獲指數(shù)、株高、抗倒伏性等農(nóng)藝性狀有關(guān)，但是不同地區(qū)影響大豆產(chǎn)量的主要因素不同[5-11，15，28]。本研究發(fā)現(xiàn)，2005—2017年山東省審定品種的產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升趨勢，平均每年提高74.73 kg·hm-2，單株粒數(shù)和百粒重也均呈增加趨勢，與產(chǎn)量均呈正相關(guān)，單株粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.5334，達(dá)極顯著水平，說明山東省大豆產(chǎn)量潛力的提高雖然是產(chǎn)量因素協(xié)調(diào)改良的結(jié)果，但主要在于單株粒數(shù)的提高。百粒重與單株粒數(shù)負(fù)相關(guān)，與曹鵬鵬等[27]的研究一致。從其它農(nóng)藝性狀看，生育期基本不變，株高、主莖節(jié)數(shù)逐年降低，與以往研究一致[3，10]。產(chǎn)量前五高和后五低品種的比較結(jié)果表明，高產(chǎn)品種株高、主莖節(jié)數(shù)變小，單株粒數(shù)、百粒重顯著增加，表明育成品種向著降低生物量、經(jīng)濟(jì)高效的方向發(fā)展，增加單株粒重可能是提高大豆產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵。

3.2 山東省大豆品質(zhì)性狀的演變

葉興國等[6]分析黃淮海地區(qū)大豆品種遺傳改良發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與脂肪含量呈極顯著正相關(guān)、與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，高產(chǎn)高蛋白相矛盾。張金巍等[16]對77份大豆微核心種質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)及脂肪含量分析，發(fā)現(xiàn)蛋白含量與脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，蛋白含量與單株粒數(shù)、單株莢數(shù)呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)。萬超文等[17]對1985—1990年黃淮海夏大豆區(qū)試品種籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量在不同試點(diǎn)的變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)蛋白含量與產(chǎn)量不完全是負(fù)相關(guān)，有選擇的條件與可能性。本研究中，產(chǎn)量與蛋白含量和蛋脂總量正相關(guān)，與油分含量負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大，說明產(chǎn)量和品質(zhì)之間在一定程度上可以協(xié)調(diào)發(fā)展，高產(chǎn)高蛋白品種的選育是可能的，同時也說明高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種理論是相通的，研究大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種不僅能促進(jìn)大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對其它作物的育種也具有一定的指導(dǎo)意義。轉(zhuǎn)基因大豆對中國內(nèi)地市場的沖擊不僅體現(xiàn)在大豆的價格上，還影響了育種家對大豆品質(zhì)性狀的選擇[19，20]。2005—2017年山東省審定大豆品種的蛋白含量和蛋脂總量呈穩(wěn)步上升趨勢，蛋白含量平均每年提高0.13個百分點(diǎn)，蛋脂總量平均每年提高0.15個百分點(diǎn)，油分含量呈現(xiàn)徘徊不前，這既與山東省大豆深加工產(chǎn)業(yè)偏向蛋白加工有關(guān)，也受到高油轉(zhuǎn)基因大豆對內(nèi)地市場的沖擊。山東省大豆育種已逐步向蛋脂雙高、高蛋白品種轉(zhuǎn)變，但品質(zhì)的提高進(jìn)展較慢。

3.3 大豆超高產(chǎn)育種研究

王金陵、王連錚等[21-24]認(rèn)為，為了提高大豆產(chǎn)量，必須選育稈強(qiáng)不倒的品種，適當(dāng)降低株高。王嵐等[25]對超高產(chǎn)品種中黃13、中黃19和中黃35性狀進(jìn)行統(tǒng)計分析認(rèn)為，高光合生產(chǎn)率是超高產(chǎn)的基礎(chǔ)，育種首選單株粒重大、株高適中的品系，同時注意選擇在密植條件下不倒伏的品系，綜合考慮品質(zhì)、抗性和適應(yīng)性。杜維廣等[26]認(rèn)為，培育和推廣超級豆是繼有性雜交育種之后提高大豆綜合生產(chǎn)能力、實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)量突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑，超高產(chǎn)理想株型育種和高光效育種是大豆超高產(chǎn)育種的重要途徑和方法之一。本研究對2005—2017年山東省審定的高產(chǎn)大豆品種研究發(fā)現(xiàn)，前5個高產(chǎn)品種的百粒重、單株粒數(shù)均有突破，株高適中，品質(zhì)較好，有望實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)。

綜合山東省近年來大豆審定品種情況，大粒品種更適合山東省的氣候和生產(chǎn)條件，選育百粒重20 g以上、單株粒數(shù)接近100粒、生育期104 d左右、株高60～80 cm的大豆品種更容易實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，選擇高蛋白、蛋脂雙高品種更符合山東省生產(chǎn)實(shí)際及產(chǎn)業(yè)需求，也更有利于穩(wěn)定山東省大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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