菜用大豆資源收集與粒型性狀的多樣性研究

萬何平，鄭 琳，廖 洋，劉 帥，樂 帥，何冰冰，郭 瑞，陳禪友

（江漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院；湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430056）

大豆，又名黃豆，原產(chǎn)于中國，現(xiàn)于世界各地廣泛栽培。大豆具有豐富的蛋白質(zhì)［1-2］，蛋白質(zhì)含量在40% ～ 50%［3］，其富含各類氨基酸，極具營養(yǎng)價值［4-5］。

菜用大豆（Glycine max（L.）Merr.），俗稱毛豆，是雙子葉植物綱蝶形花科大豆屬的一年生草本植物，是鼓粒末期籽粒青綠飽滿而尚未老熟轉(zhuǎn)黃、莢色翠綠時采集以供食用的大豆，是大豆栽培種的一個專用品種［6］。我國自明代開始對毛豆就有記載，其口感好、營養(yǎng)價值高，深受廣大消費者喜愛［7-8］。菜用大豆的品質(zhì)性狀主要包括外觀、食用、營養(yǎng)和衛(wèi)生品質(zhì)4個方面。其中外觀品質(zhì)是人們?nèi)庋壑苯佑^察到的豆莢（豆粒）大小和色澤，它是菜用大豆商品最重要的品質(zhì)之一，且其直接受到農(nóng)藝性狀整齊度的影響。種子的粒型性狀主要指種子豆莢長寬度、種子長寬度、粒重等可以代表作物品種規(guī)格特點的相關(guān)性狀，而與育種相關(guān)的性狀有粒重、豆莢大小、種子大小、莢色、每莢粒數(shù)、種皮色等［9］。有證據(jù)表明：種子的百粒重、豆莢長寬度等性狀與菜用大豆后代的單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，可以利用種子的性狀推測后代產(chǎn)量和其他品質(zhì)性狀［10］。因此，及時去除各品種不合格種子并研究分析種子性狀間的關(guān)系，比較種子性狀的優(yōu)劣，是觀察比較其后代品質(zhì)性狀是否優(yōu)良的基礎(chǔ)。此外，種子的大小也會影響播種的土層深度和病蟲害程度。因此，開展對菜用大豆遺傳資源的廣泛收集與鑒定評價具有重要意義。

本研究從湖北、廣東、河南等地區(qū)收集到了78個菜用大豆遺傳資源，對其種子粒型性狀進(jìn)行考察，測定其百粒重、種子長、寬以及種皮顏色等表型性狀，旨在研究比較各品種種子粒型性狀的多樣性，以挑選出大粒的菜用大豆遺傳資源。本研究的開展為菜用大豆遺傳資源的鑒定和評價提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)，同時也為進(jìn)一步對其粒型性狀進(jìn)行遺傳改良提供材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料收集

78份菜用大豆種質(zhì)資源由江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術(shù)研究中心收集。主要從湖北的黃岡、恩施、荊州、潛江等地區(qū)收集，此外從廣東、山東、遼寧、河南、廣西等地區(qū)均有收集（見表1）。

1.2 田間種植試驗方法

2018年4月，在位于武漢市漢南區(qū)的湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術(shù)研究中心基地種植78個菜用大豆品種，土質(zhì)為壤土，肥力中等，排灌通暢。試驗材料順序排列，采用穴播，每穴播種2粒，株距25 cm。中耕除草、病蟲防治等田間操作方案參照常規(guī)栽培。于同年10月下旬收獲大豆種子。種子曬干、整理完畢后進(jìn)行粒型性狀的測定。

1.3 表型測定項目和方法

1.3.1 測定百粒重 百粒重指自然狀態(tài)下通過氣體干燥途徑完成的百粒純凈干燥種子的質(zhì)量，單位為g。其在大豆的種群劃分和生態(tài)型劃分中具有一定的意義［11-12］。測定步驟如下：將不同品種的種子倒入大的篩網(wǎng)中進(jìn)行初步除雜，將混在種子中的泥土、葉片等雜質(zhì)濾掉后進(jìn)行試驗。從每份樣品中隨機(jī)取100粒為1組，共抽取3個重復(fù)。將計數(shù)后的測定樣品分別使用電子天平稱取讀數(shù)，記入種子百粒重記錄表。

1.3.2 測量長寬度 由于菜用大豆種子個體較小，因此測量長寬度時按10個種子的長寬度總和計數(shù)。以種子縱軸方向為長度，以垂直于縱軸的方向為寬度。取品種中3組可代表本品種大小的種子各10粒分別按長和寬擺成一列，共取3組，分別測量其長度與寬度，取平均值代表該品種種子長寬度水平，并記錄。

1.3.3 觀察種皮顏色 種皮顏色主要為黃、青、黑3種顏色，進(jìn)一步細(xì)分為黃、青、黑、青黃、青綠、黃綠和棕褐7種顏色。分別觀察78個品種中超過90%的種子種皮顏色作為試驗結(jié)果，并做記錄。

表1 試驗菜用大豆資源信息表Tab.1 Resource information of trial vegetable soybean

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均由Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計分析，主要計算了平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，其中變異系數(shù)=（標(biāo)準(zhǔn)差/平均值）× 100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種菜用大豆種子性狀統(tǒng)計分析

圖1 78份菜用大豆種子展示圖Fig.1 Seed characters of 78 vegetable soybeans

從圖1和表2中的數(shù)據(jù)可以看出，不同菜用大豆品種的種子粒型相關(guān)性狀存在廣泛的遺傳變異。對78份菜用大豆資源的百粒重、粒長、粒寬以及長寬比性狀進(jìn)行了描述性統(tǒng)計分析，結(jié)果如表3所示。對百粒重性狀來說，百粒重最大值為37.10 g，最小值為4.95 g，均值為19.46 g，其變異系數(shù)達(dá)到32.84%；對粒長性狀而言，最大值達(dá)到了12.17 cm，最小值為6.77 cm，均值為8.71 cm，變異系數(shù)為12.88%；粒寬最大值達(dá)到了9.00 cm，最小值為4.67 cm，均值為7.03 cm，變異系數(shù)為11.53%；長寬比顯示的是種子的形態(tài)，各品種的長寬比最大值為1.50，最小值為1.05，均值為1.24，變異系數(shù)8.00%。以上結(jié)果說明本研究收集的菜用大豆資源在粒型性狀上具有較豐富的遺傳多樣性。

表2 78份菜用大豆的種子粒型性狀Tab.2 Seed type characters of 78 vegetable soybeans

續(xù)表2

續(xù)表2

表3 78份菜用大豆粒型性狀描述性統(tǒng)計Tab.3 Descriptive statistics of grain type characters of 78 vegetable soybeans

2.2 不同品種的菜用大豆種子粒型性狀分布

由圖2和表2可知，78個品種中有24個百粒重位于15.00～19.99 g之間，占總數(shù)的比例最高；有21個位于10.00～14.99 g之間，17個位于20.00～24.99 g之間，分別占總?cè)后w的26.92%、21.79%；群體中MD237品種種子百粒重最小，為4.95 g，處于區(qū)間0～ 4.99 g之間，占總數(shù)的1.28%，其余各品種中有9個百粒重處于25.00～29.99 g區(qū)間內(nèi)，6個百粒重大于30 g，4個在30.00～34.99 g之間，2個在35.00～ 39.99 g之間；百粒重最大的品種是MD212，為37.1 g；MD214種子百粒重也較大，為35.58 g。群體內(nèi)種子粒型性狀的分布基本呈現(xiàn)正態(tài)分布趨勢。

圖2 百粒重性狀分布圖Fig.2 Distribution of 100-grain weight characters

由圖3和表2可知，有27個品種的種子長度在8.00～8.99 cm之間，占總?cè)后w的34.62%；長度在7.00～7.99 cm、9.00～9.99 cm、10.00～10.99 cm區(qū)間的種子品種數(shù)各占總?cè)后w的24.36%、20.51%、15.38%，分別有19、16、12個品種數(shù)；總?cè)后w中有2個品種的種子長度在6.00～6.99 cm之間，是MD221和MD237，長度分別為6.77、6.97 cm；種子長度超過11.00 cm的材料為MD043和MD214，為11.37、12.17 cm，分別屬于11.00～ 11.99 cm區(qū)間和12.00～ 12.99 cm區(qū)間，各自占比1.28%。

圖3 種子粒長性狀分布圖Fig.3 Distribution of grain length characters

由圖4和表2可知，78個品種粒寬在4.00～9.00 cm之間。其中粒寬最小的品種是MD237，為4.67 cm，最大的是MD212，為9.00 cm；將群體內(nèi)種子寬度分為5個區(qū)間：4.01～5.00、5.01～6.00、6.01 ～ 7.00、7.01 ～ 8.00、8.01 ～ 9.00 cm，各個區(qū)間包含的品種個數(shù)分別為 1、6、33、27、11，各自占比 1.28% 、8.97% 、42.30% 、33.33% 、14.10% 。

圖4 種子粒寬性狀分布圖Fig.4 Distribution of grain width characters

在78個菜用大豆品種中，黃色種皮的品種數(shù)占比48.72%，包括36個不同的品種，幾乎為總數(shù)的一半；黑色種皮品種數(shù)有16個，占總?cè)后w的20.51%；青綠色種皮的品種有10個，黃綠色（種皮基本為黃色，但整體顏色偏淡）有8個，青黃色（種皮色基本為青綠色，但整體顏色偏淡泛白）有2個；MD062、MD096品種的種皮為黃色，但帶有紫色的斑點；還有2個品種的種皮顏色偏暗，分別是棕黃色的MD222和棕褐色的MD224。

2.3 78份菜用大豆資源的分級

根據(jù)王素等［13］的研究，菜用種子的百粒重可分為6個等級，分別是：百粒重30 g以上為極大粒；百粒重在24.01～30.00 g之間為特大粒；百粒重在18.01～24.00 g之間為大粒；中粒百粒重在12.01～18.00 g之間；百粒重在6.01～12.00 g之間為小粒；百粒重在6 g以下為極小粒。按此等級對群體內(nèi)種子進(jìn)行分類，分類結(jié)果如下：群體內(nèi)種子為極小粒的品種只有1個，占比1.28%，為MD237；小粒品種數(shù)也較少，共有4個，占總數(shù)的5.13%；極大粒的品種數(shù)有6個，占總?cè)后w的 7.70% ，分別為 MD229、MD136、MD234、MD043、MD214、MD212；其余各品種中，中粒的比例最大，共有25個品種，特大粒和大粒各占16.67%、24.36%，品種數(shù)目分別為13個、19個。超過85%的品種數(shù)百粒重處于中粒到大粒之間。

3 討論

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對菜用大豆的需求量逐漸增加。菜用大豆生產(chǎn)作為一項新興的大豆產(chǎn)業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，中國一些省市已培育出了一批菜用大豆品種，如浙江的蕭矮早、蕭農(nóng)［14］、麗秋 6號［15］，江蘇的寧青豆一號、綠寶珠、楚秀、烏皮青仁、南農(nóng)系列品種，福建的金山大粒豆，上海的香水毛豆、上農(nóng)香毛豆，山東的魯青豆1號、山寧8號，山西的晉品1號、晉特1號等［16］。作為重要的蔬菜品種，外觀品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到菜用大豆的商品價值。根據(jù)市場的要求，菜用大豆一般需要達(dá)到以下幾個特性：茸毛為灰白色且稀少，莢皮薄且翠綠，二、三粒莢居多，無病斑，籽粒大，臍色淺，其中，尤其以籽粒大最為關(guān)鍵。研究［17］表明，大豆種子粒型性狀受到遺傳因素和環(huán)境因素的共同調(diào)控作用，且群體內(nèi)種子間存在明顯的表型差異，這與筆者從不同地區(qū)收集到的菜用大豆資源群體內(nèi)的表現(xiàn)相一致，究其原因可能是由于各品種自身的遺傳特性及長期以來對產(chǎn)地環(huán)境的適應(yīng)性共同導(dǎo)致的。這些性狀就育種和栽培角度而言還具有一定程度的改進(jìn)空間，可以通過遺傳改良、栽培措施優(yōu)化、采收手段改良等方法，使菜用大豆外觀品質(zhì)獲得較大程度的提升。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果可知，菜用大豆的種子粒型性狀與其栽培產(chǎn)生的后代的產(chǎn)量、有效結(jié)莢數(shù)量以及后代每莢粒數(shù)具有明顯的相關(guān)性，可以用來大致預(yù)測后代的產(chǎn)量［18-21］。因此，開展菜用大豆種子粒型性狀的遺傳改良不僅能夠提升品種的商品價值，同時也能進(jìn)一步提升產(chǎn)量。

目前關(guān)于菜用大豆遺傳資源的收集與資源鑒定的研究已有相關(guān)報道，如李清華［22］對34份菜用大豆種質(zhì)資源的16個主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)進(jìn)行遺傳變異分析、相關(guān)性分析和主成分分析、遺傳距離測定。汪桂鳳等［23］通過對121份來自全國各地種質(zhì)資源的大豆生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及菜用大豆相關(guān)品質(zhì)性狀進(jìn)行評價，篩選出適宜浙江地區(qū)種植的菜用大豆品種資源。本研究從湖北、河南、山東、廣東等地區(qū)收集了具有代表性的農(nóng)家菜用大豆品種，經(jīng)過初步鑒定發(fā)現(xiàn)這些品種具有豐富的遺傳多樣性，在種子粒型性狀方面也體現(xiàn)出了豐富的遺傳變異。從本研究的結(jié)果來看，篩選得到6個極大粒的種質(zhì)，最大的百粒重達(dá)37.10 g，對于這些材料，后期還將對其產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀等進(jìn)行進(jìn)一步的定向改良。此外，筆者還篩選獲得了1份極小粒的種質(zhì)，其百粒重僅有4.95 g，這類極小粒的遺傳材料很難直接作為菜用大豆的生產(chǎn)資源來使用，但卻非常適合作為研究菜用大豆籽粒性狀遺傳機(jī)制的優(yōu)異材料。筆者后期將利用該極小粒資源與極大粒品種進(jìn)行雜交配組構(gòu)建遺傳群體，結(jié)合分子標(biāo)記技術(shù)對菜用大豆種子大小性狀進(jìn)行QTL定位。

盡管本研究收集的菜用大豆資源產(chǎn)地來源比較豐富，涉及湖北、廣東、廣西、河南、山東、遼寧等地區(qū)，但品種數(shù)量規(guī)模還十分不足。因此，后期將會繼續(xù)擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)菜用大豆資源的收集規(guī)模，并從產(chǎn)量性狀、營養(yǎng)品質(zhì)性狀等方面對其進(jìn)行全面深入的鑒定評價。