基于不同大豆品種農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀的適應(yīng)性分析

張永芳， 高志慧， 史鵬清， 韓志平

(山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009)

大豆[Glycinemax(L.) Merr] 起源于中國(guó)[1]，是人類生活中不可缺少的油料和糧食作物，在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有重要地位[2]。山西省擁有2 282份大豆品種，是我國(guó)大豆種質(zhì)資源較豐富的一個(gè)省[3]，種植和加工歷史悠久[4]。大同地區(qū)位于山西北部，地處黃土高原，良好的自然環(huán)境條件使大豆品種具有“三高”(油脂和蛋白質(zhì)含量高、產(chǎn)量高)的特點(diǎn)，可加工成各種營(yíng)養(yǎng)豐富的豆制品。近年來(lái)，在國(guó)家“強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)”政策的引領(lǐng)下，大豆種植面積逐年增加。但受生態(tài)環(huán)境、土壤資源條件及土地資源數(shù)量限制，大豆相對(duì)產(chǎn)量較低，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的大豆總量遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)者的需求。因此，加強(qiáng)大豆新品種引進(jìn)和選育工作，拓寬現(xiàn)有大豆品種資源的利用、加強(qiáng)大豆資源在生態(tài)區(qū)適應(yīng)性研究及資源特性鑒定，尤其是農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的研究，對(duì)發(fā)展大豆生產(chǎn)、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和豐富群眾飲食種類具有重要意義。

科研人員已經(jīng)從不同角度對(duì)大豆的品質(zhì)及主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系進(jìn)行了大量的探討。周學(xué)超等[5]以11個(gè)鮮食大豆為材料，在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)通過(guò)調(diào)查它們的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀，結(jié)果表明有9個(gè)品種(系)的農(nóng)藝性狀在當(dāng)?shù)剡m應(yīng)性好，進(jìn)而對(duì)9個(gè)品種(系)的14個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析,得到毛豆6號(hào)綜合得分最高。從而綜合評(píng)價(jià)篩選出適宜赤峰地區(qū)種植的品種(系)有4個(gè)。Mebrahtu等[6]認(rèn)為鮮莢產(chǎn)量與百粒重、單株莢數(shù)和株高等性狀有關(guān)。周恩遠(yuǎn)等[7]研究黑龍江省不同地區(qū) 20 個(gè)大豆栽培品種(系)的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)籽粒蛋白質(zhì)含量與苗期、結(jié)莢期、鼓粒期的日數(shù)、生育期以及株高、主莖節(jié)數(shù)和結(jié)莢高度呈極顯著正相關(guān)，籽粒脂肪含量與百粒重呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性不顯著。武天龍等[8]認(rèn)為鮮食大豆以其高額鮮莢產(chǎn)量以及較短的生育期，在生產(chǎn)中具有廣闊的發(fā)展前景。宋江峰等[9]分析了江蘇省主栽的18個(gè)菜用大豆品種的18項(xiàng)指標(biāo)(如莢長(zhǎng)、莢寬、莢厚等)，發(fā)現(xiàn)品質(zhì)可用7個(gè)主成分來(lái)表示(累積貢獻(xiàn)率達(dá)92.332 9%)。山西大同地區(qū)是小雜糧的主要生產(chǎn)基地，大豆作為糧油兼用植物，種植歷史悠久，但尚未見(jiàn)不同品種在該地區(qū)的試種及適應(yīng)性評(píng)價(jià)研究。

本研究通過(guò)對(duì)引進(jìn)的 7個(gè)大豆品種的農(nóng)藝和品質(zhì)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析及綜合得分評(píng)價(jià)，旨在分析其在山西大同及周邊地區(qū)的適應(yīng)性，為今后大同地區(qū)的大豆引種、品種選育及農(nóng)民因地制宜種植奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在山西大同大學(xué)北區(qū)試驗(yàn)基地完成。該基地位于山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處，E 112°34′～E 114°33′，N 39°03′～N 40°44′，全年平均氣溫為5.1～7.1 ℃，10 ℃以上的有效積溫為2 774～3 011 ℃，日照時(shí)數(shù)為2 697～3 012 h，年降雨量為384～453 mm，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候干燥，晝夜溫差大。

1.2 試劑材料與主要儀器

1.2.1材料 選用綠75、浙鮮豆9號(hào)、滬寧95-1、翠扇大豆、中黃59、十勝長(zhǎng)葉、中黃35共7個(gè)大豆品種為試驗(yàn)材料。其中滬寧95-1、綠75和浙鮮豆9號(hào)為鮮食大豆，其他為普通大豆。均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2.2主要試劑 1 000和100 μg·mL-1的牛血清白蛋白(BioFroxx)、考馬斯亮藍(lán)G-250試劑，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg·mL-1)、蒽酮、體積百分比80%和90%的乙醇、質(zhì)量百分比85%的磷酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2.3儀器設(shè)備 752型紫外分光光度計(jì)(上海廣譜儀器有限公司)、H71510型離心機(jī)(上?；C(jī)械廠有限公司)、DZKW-D-1數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市國(guó)旺實(shí)驗(yàn)儀器廠)、FA1004電子天平(上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)、405型粉碎機(jī)(吉首市中城制藥機(jī)械廠)、MPA近紅外品質(zhì)分析儀(美國(guó)Bruker公司)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組排列，4次重復(fù)，行長(zhǎng)1.3 m，行距40 cm，株距35 cm。每穴3粒，行長(zhǎng)3 m，出苗后間苗，每穴留1株。播種前施用牛糞做底肥。依照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理進(jìn)行田間管理，并按時(shí)澆水鋤草。調(diào)查時(shí)每個(gè)品種除去邊株，隨機(jī)取3株進(jìn)行田間觀察和考種測(cè)量調(diào)查。參照邱麗娟等方法[10]測(cè)量和調(diào)查方法測(cè)定各項(xiàng)性狀。調(diào)查的主要農(nóng)藝性狀為出苗期、生育期、株高、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、每莢粒數(shù)和百粒重。待每個(gè)品種成熟后，取樣考種，脫粒檢測(cè)其口感品質(zhì)、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量及可溶性糖含量。

1.4 指標(biāo)測(cè)定方法

參照程艷波等[11]方法進(jìn)行口感評(píng)價(jià)。在收獲當(dāng)天，隨機(jī)編號(hào)，將清洗干凈的標(biāo)準(zhǔn)豆莢放入鍋中，倒入清水淹沒(méi)豆莢，煮10 min左右，撈取出來(lái)，待其冷卻后進(jìn)行品嘗?？诟械燃?jí)分為 A 級(jí)(柔糯香甜)、B 級(jí)(鮮脆)、C 級(jí)(微苦或硬)3 種。

采用考馬斯亮藍(lán)法[12]測(cè)定籽粒中蛋白質(zhì)含量；采用MPA近紅外品質(zhì)分析儀測(cè)定脂肪含量[13]；采用蒽酮比色法[14]測(cè)定可溶性糖含量。所有測(cè)定均3次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，應(yīng)用SPSS 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大豆品種的農(nóng)藝性狀結(jié)果

生育期的長(zhǎng)短可反映大豆品種的遺傳特性，也可反映不同品種適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境的差異情況。7個(gè)大豆品種的生育期統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)可知，參試的7個(gè)品種在大同地區(qū)均可正常成熟。7個(gè)品種的出苗期變幅為8.3～11.7 d，其中綠75出苗最早，為8.3 d，翠扇大豆出苗較晚，為11.7 d。 7個(gè)品種的生育期變幅在110.6～135.0 d，其中鮮食大豆綠75、浙鮮豆9號(hào)和滬寧95-1的生育期較短，為116～120 d，生育期最長(zhǎng)的是普通大豆品種翠扇大豆，為135 d，顯著長(zhǎng)于其他品種，表明鮮食大豆的生育期短于普通大豆。7個(gè)大豆品種的株高變幅為31.3～76.0 cm，最高的是翠扇大豆，為76.0 cm，與其他品種株高差異顯著。不同大豆品種的主莖節(jié)數(shù)變幅在8.0～17.0節(jié)，最多的是翠扇大豆，為17.0節(jié)，最少的是滬寧95-1，為8節(jié)，與其他品種主莖節(jié)數(shù)差異顯著。各個(gè)品種的分枝數(shù)相似，差異并未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。不同品種的每莢粒數(shù)變幅為2.00～4.00粒，最多的是中黃35，有4粒，與其他品種差異顯著。7個(gè)品種的百粒重變化范圍為10.6～37.7 g，最大的是綠75，為37.7 g，最小的是中黃59，為10.6 g，與其他品種差異顯著。變異系數(shù)最大的是每莢粒數(shù)(1.73)，其次為主莖節(jié)數(shù)(0.62)，說(shuō)明此7個(gè)農(nóng)藝性狀中遺傳穩(wěn)定性較差的是每莢粒數(shù)和主莖節(jié)數(shù)。株高的變異系數(shù)最小，僅0.04，表明其遺傳相對(duì)穩(wěn)定。分枝數(shù)(0.45)、出苗期(0.36)、百粒重(0.20)、生育期(0.14)的變異系數(shù)居中。

表1 不同大豆品種的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomics traits of different soybean varieties

2.2 不同大豆品種的品質(zhì)性狀結(jié)果

大豆中蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和可溶性糖含量等品質(zhì)性狀能反映其在當(dāng)?shù)氐陌l(fā)育優(yōu)劣。由表2可以看出，7個(gè)大豆品種蛋白質(zhì)含量介于38.91%～46.69%之間，其中翠扇大豆的蛋白質(zhì)含量最高，為46.69%。脂肪含量范圍為18.17%～22.57%，中黃35的脂肪含量最高，為22.57%?？扇苄蕴呛糠秶鸀?.50%～4.60%，最高的品種是綠75，為4.60%，最低的品種是浙鮮豆9號(hào)，為2.50%。萬(wàn)超文等[15]將蛋白質(zhì)和脂肪分為高、中、低三級(jí)。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，7個(gè)品種中綠75、翠扇大豆和中黃59的蛋白質(zhì)含量均達(dá)到43%以上，為高蛋白品種。浙鮮豆9號(hào)、十勝長(zhǎng)葉和中黃35的脂肪含量達(dá)到20%以上，為高脂肪品種。此外，翠扇大豆和中黃35的蛋白質(zhì)與脂肪含量總和分別為65.23%和63.58%，高達(dá)63%以上，為兼用品種?？诟衅焚|(zhì)方面，鮮食豆的口感均為A級(jí)，普通大豆中黃59和十勝長(zhǎng)葉為B級(jí)，中黃35和翠扇大豆也均為A級(jí)。可溶性糖含量的變異系數(shù)最大，為0.16，說(shuō)明這3個(gè)品質(zhì)性狀中，可溶性糖的遺傳穩(wěn)定性最差；蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)最小，為0.068，表明其遺傳相對(duì)穩(wěn)定；脂肪的變異系數(shù)也很小，為0.08，遺傳穩(wěn)定性較高。

表2 不同大豆品種的品質(zhì)性狀Table 2 Quality traits of different varieties of soybean

2.3 不同大豆品種不同性狀的綜合分析

2.3.1農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析 對(duì)大豆品種的7個(gè)農(nóng)藝性狀和3個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表3)可知，出苗期和主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.847，株高和主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.873；蛋白質(zhì)含量與可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.786，脂肪含量和分枝數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.757。 可知，不同指標(biāo)之間存在性狀重疊，為了更加客觀地評(píng)價(jià)并篩選出適宜在大同地區(qū)種植的大豆材料，對(duì)其農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析。

表3 不同大豆品種農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of agronomic characteristics and quality traits of different soybean varieties

2.3.2不同大豆品種不同性狀的主成分分析和綜合評(píng)價(jià) 對(duì)不同大豆品種的7個(gè)農(nóng)藝和3個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析，得到特征值及其貢獻(xiàn)率，結(jié)果見(jiàn)表4，可知，前4個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征值均大于1，且累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)95.162%，說(shuō)明這4個(gè)主成分基本代表10個(gè)性狀95.162%的信息，這4個(gè)主成分代表了7個(gè)大豆品種的大部分性狀特征。主成分1的貢獻(xiàn)率達(dá)到41.097%，其對(duì)應(yīng)的特征性狀中，載荷值最大的是株高為0.906，其次為出苗期、主莖節(jié)數(shù)、生育期、蛋白質(zhì)含量，載荷值均大于0.3，說(shuō)明株高、出苗期、主莖節(jié)數(shù)、生育期、蛋白質(zhì)含量均在主成分1中具有較高權(quán)重；而分枝數(shù)和脂肪含量的載荷值為負(fù)值，且載荷值絕對(duì)值小于0.3。主成分2的貢獻(xiàn)率為30.828%，其對(duì)應(yīng)的特征性狀中，可溶性糖含量載荷值最大，為0.962，其次為分枝數(shù)和蛋白質(zhì)含量，載荷值均大于0.3，其余載荷值均小于0.3。主成分3的貢獻(xiàn)率為13.239%，其對(duì)應(yīng)的特征性狀中，每莢粒數(shù)載荷值最大，為0.937，其次為脂肪含量、主莖節(jié)數(shù)、株高，載荷值均大于0.3，其余載荷值均小于0.3，其中蛋白質(zhì)、百粒重、分枝數(shù)、生育期的載荷值為負(fù)值，且除生育期絕對(duì)值大于0.3外，其余均小于0.3。主成分4的貢獻(xiàn)率為10.558，其對(duì)應(yīng)的特征性狀中，載荷值最大的為百粒重，為0.995，其余載荷值均小于0.3，而分枝數(shù)、生育期、出苗期的載荷值為負(fù)值，且只有生育期的載荷值的絕對(duì)值大于0.3。

表4 不同大豆品種主要性狀的主成分分析Table 4 Principal component analysis of main traits of different soybean varieties

根據(jù)林海明等[16]的方法，利用前4個(gè)主成分因子得分與其對(duì)應(yīng)特征值的貢獻(xiàn)率建立綜合得分的線性方程：F=(0.410 97F1+0.308 28F2+0.323 90F3+0.105 58F4)/0.951 62，通過(guò)該公式計(jì)算得到7個(gè)品種的綜合得分(表5)，并按得分大小進(jìn)行排序。綜合得分越高，說(shuō)明該品種在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)性越好?？芍?，參試的7個(gè)大豆品種中，翠扇大豆、綠75和中黃35的綜合得分較高，說(shuō)明這三個(gè)品種較適合在大同地區(qū)種植。

表5 不同大豆品種的綜合得分Table 5 Comprehensive score of main traits of different soybean varieties

3 討論

本研究對(duì)7個(gè)大豆品種在大同地區(qū)的適應(yīng)性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)7個(gè)品種均可在大同地區(qū)正常成熟，均表現(xiàn)出較好的生態(tài)適應(yīng)性。對(duì)不同品種的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行調(diào)查表明，各大豆品種性狀不同，各性狀變異系數(shù)也有差異，與周恩遠(yuǎn)等[7]、劉念析等[17]對(duì)大豆主要農(nóng)藝性狀研究分析的結(jié)果一致。這可能是因?yàn)榇蠖蛊贩N生育期若短，主莖節(jié)數(shù)就少，株高變低，成熟較早，單株生產(chǎn)力也相應(yīng)較低。本研究利用主成分分析和綜合評(píng)價(jià)分析發(fā)現(xiàn)，翠扇大豆的綜合得分最高，可能是因?yàn)樵撈贩N早熟、高產(chǎn)，屬于春夏兼用品種，如果能在大同地區(qū)合理種植將對(duì)大同地區(qū)大豆的引種及育種起到重要作用。綜合得分第二的為綠75，可能與該品種鮮食、種皮薄、籽粒大且飽滿、味道甜有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)中如果選育含糖量高、口感風(fēng)味好的品種可以將綠75作為選育品種，具有重要的市場(chǎng)價(jià)值。而綜合得分第三的為中黃35，該品種生育期適中，總體性狀表現(xiàn)優(yōu)良，與王嵐等[18]的研究結(jié)果一致。

相關(guān)性分析可以用來(lái)衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度，育種中常借助這種相關(guān)性來(lái)研究較難觀察到的目標(biāo)性狀從而選擇育種。本研究的相關(guān)性分析表明，脂肪含量與分枝數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，提高脂肪含量可以間接通過(guò)對(duì)分枝數(shù)的選擇達(dá)到選擇的效果；出苗期及株高均與主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，這與閆昊等[19]研究結(jié)果一致。出苗期和主莖節(jié)數(shù)是比較早形成、相對(duì)穩(wěn)定的性狀，因此可以通過(guò)出苗期和主莖節(jié)數(shù)間接達(dá)到選擇株高的效果。然而，該研究建立的相關(guān)性只是基于大同地區(qū)有限的品種研究所得的結(jié)論，需要后期擴(kuò)大大豆材料數(shù)量，選擇更多具有代表性的大豆品種進(jìn)行廣泛研究才可確定具有普遍意義的量化關(guān)系。

本研究所用7個(gè)大豆品種均適應(yīng)在山西晉北地區(qū)種植，綠75、中黃35和翠扇大豆綜合性狀優(yōu)良，可作為該區(qū)域推廣種植的優(yōu)選大豆品種。

致謝：誠(chéng)摯感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所邱麗娟研究員為本研究提供大豆材料。