吉林省野生大豆考察收集與評價

陳愛國 李月婷 崔曉光 吳 禹

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所 遼寧 沈陽 110161）

野生大豆 （Glycine soja） 是栽培大豆（Glycine max）的野生近緣種，屬于豆科（Leguminosae）、蝶形花亞科（Papilionoideane）、大豆屬（Glycine willd）、黃豆亞屬（Soja）[1]，在復(fù)雜多變的野生環(huán)境中進化演變?yōu)槎喾N多樣的類型，具有極其豐富的遺傳多樣性，是研究大豆起源、進化、分類的寶貴資源，并且野生大豆攜帶抗病蟲、抗旱、耐冷、耐鹽、耐瘠薄、高蛋白、結(jié)莢多等優(yōu)異基因，是大豆品種選育的重要基因來源，也是進行大豆起源、演化、生態(tài)、分類、生理等研究不可多得的重要資源。

野生大豆在世界上的分布范圍非常狹窄， 僅限于東亞非干旱的溫帶地區(qū)，包括中國、朝鮮半島、日本、俄羅斯的遠東地區(qū)、庫頁島、千島等。 很早以前曾經(jīng)有學(xué)者對我國野生大豆進行一些零星的搜集。 孫醒東曾在南京、重慶和保定種植觀察野生大豆[2]；王金陵等在20 世紀60 年代考察了黑龍江省撫遠縣、湖南省衡陽并收集部分野生大豆，利用收集到的野生大豆進行了光照生態(tài)類型的研究[3]。直到1979-1985 年間我國才第一次進行了全國范圍的野生大豆考察，在考察的全國1 245 個縣市中，有823 個縣市發(fā)現(xiàn)有野生大豆的分布，占比66.1%，收集到野生大豆資源5 939 份的同時初步查清了我國野生大豆的地理分布和原生環(huán)境，在我國除新疆、青海、海南3 省（區(qū)）沒有發(fā)現(xiàn)野生大豆外，其余各省都有分布[4]。 此次全國野生大豆的收集工作為我國野生大豆資源的收集和利用工作奠定了堅實基礎(chǔ)， 收集到的種質(zhì)資源陸續(xù)為全國各地科研單位提供了大量的親本材料，使野生大豆在大豆資源創(chuàng)新及育種利用上發(fā)揮了重要作用[5-8]。 然而，國家種質(zhì)庫保存的野生大豆資源地理覆蓋度和資源豐富度有待擴充， 雖然吉林省來源的野生大豆數(shù)量在總量中占比較高， 但是地理分布不夠均勻，原生環(huán)境類型不夠豐富，況且自然條件下的原位保護能夠不斷積累遺傳變異，30 多年間，野生大豆群落已經(jīng)發(fā)生了較大的變化， 也出現(xiàn)了很多新類型。 李向華等[9]利用SSR 分子標(biāo)記技術(shù)對20 年前收集的38 份資源與27 份新收集的資源進行了多態(tài)性比較， 發(fā)現(xiàn)62 個新電泳帶型， 約占總體帶型的10.9%。 由此可見，繼續(xù)對野生大豆進行考察與補充收集對野生大豆資源保護與利用具有重要意義。 本研究對吉林省野生大豆資源進行全面考察和收集，旨在加強吉林省野生大豆資源搶救性收集和原生境保護工作，為進一步挖掘野生大豆優(yōu)異資源、改善大豆品質(zhì)、提高大豆產(chǎn)量提供可靠依據(jù)。

1 考察范圍與性狀鑒定

1.1 考察范圍

第一次全國野生大豆資源考察結(jié)果表明， 東北三省野生大豆資源分布極為廣泛， 尤其是吉林省的8 個地級市、1 個自治州均發(fā)現(xiàn)有野生大豆分布，但是部分縣區(qū)未發(fā)現(xiàn)野生大豆分布。本次考察于2019-2020 年在吉林省全境范圍開展，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進行地毯式考察收集， 范圍覆蓋東經(jīng)122.814 65°（通榆縣）~131.037 86°（琿春市）、 北緯46.214 29°（鎮(zhèn)賚縣）~41.092 23°（集安市）。 根據(jù)以前的考察記錄記載，吉林省東部鴨綠江沿岸的集安市、臨江市、長白朝鮮族自治縣、和龍市、龍井市、圖們市以及琿春市等地均有野生大豆分布，種類也較為豐富，因此對這些地區(qū)進行不同遺傳類型的補充收集。 白城市位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科爾沁草原東部，以往的考察收集中此區(qū)域分布野生大豆較少， 此次重點對該區(qū)域進行詳細考察與收集。 通過查詢以前的考察記錄、咨詢曾經(jīng)參加過野生大豆考察的專家，并參考已報道的野生大豆原生境特點制定詳細的野生大豆考察路線和收集點。 考察地點多選擇在水庫壩下、田邊地頭、高山峽谷、河流池塘邊沿和林場邊等陽光充足的溫暖潮濕之地。

1.2 種質(zhì)收集

參考李向華等[10]的野生大豆野外收集方式，以天然居群為取樣單位，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為一個考察點（收集點），收集2～3 份混合材料，根據(jù)野生大豆的葉形、茸毛色、莢色、莢形等性狀表現(xiàn)進行收集。 對每份材料（居群）的采集地點、采集時間、地形地貌、土壤類型、環(huán)境類型、伴生植物、分布方式及面積、危害因素及危害程度等進行詳細記錄， 同時用相機拍攝采集點的原生環(huán)境和野生大豆分布狀態(tài)， 并用GPS 定位儀精確定位采集點的經(jīng)緯度。

1.3 田間性狀鑒定

對收集到的野生大豆進行歸類整理，于2020 年進行田間種植，對其葉形、葉色、花色、花期、茸毛色、種皮色、臍色、結(jié)莢習(xí)性、成熟期、莢熟色、百粒重、泥膜、粒形等農(nóng)藝性狀進行準確鑒定，然后進行分類保存和利用。

2 考察結(jié)果

2.1 分布概況及生長環(huán)境

本次共考察了吉林省8 個地級市和一個自治州、50 個縣級市或縣（區(qū)）、105 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分布范圍見表1。 其中44 個縣區(qū)發(fā)現(xiàn)有野生大豆分布， 占比88%，87 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)有野生大豆分布，占比82.9%，共收集到野生大豆資源212 份，具體分布見圖1。其中，對白城市的通榆縣、洮南市、大安市和松源市的乾安縣、長嶺縣以每縣3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行考察，均未發(fā)現(xiàn)野生大豆分布， 這與它的地理位置和氣候條件有一定關(guān)系，在全省范圍其他地區(qū)均收集到野生大豆資源，尤其是吉林省東北部和東南部的延邊朝鮮族自治州、白山市及通化市等地位于鴨綠江沿岸， 地勢平坦低洼，氣候適宜且土壤肥沃，是比較適宜野生大豆繁衍生息的環(huán)境，因此有較多的野生大豆分布，且有著非常豐富的資源類型， 這3 個地區(qū)共收集到的野生大豆為97 份，占全省的45.8%。而位于吉林省西部的松源市西南和白城市屬于半干旱大陸性氣候， 且有部分鹽漬土壤區(qū)域，氣候條件比較惡劣，零星分布有野生大豆資源，共收集到24 份，僅占全省的11.3%。

圖1 吉林省野生大豆采樣點分布

表1 吉林省野生大豆收集樣本的分布

分析全省范圍野生大豆考察結(jié)果， 其大多分布在河流兩岸、公路旁、田地邊、橋頭、村落附近、林地、池塘邊、水庫周邊、坡地等潮濕向陽的地方，常與雜草、樹木、灌叢植物等伴生，對自然環(huán)境的適應(yīng)能力較強，生態(tài)適應(yīng)性主要表現(xiàn)在耐濕、耐蔭、抗病蟲等方面。

2.2 野生大豆主要形態(tài)特征

2021 年田間種植， 觀察整理及鑒定其表型性狀結(jié)果見表2。 本次考察并收集的野生大豆種子中，有半野生大豆7 份、披針葉野生大豆11 份、白花野生大豆1 份。 野生大豆為一年生草本植物，葉片為三片復(fù)葉，小葉多為長橢圓形和橢圓形、卵圓形次之、少數(shù)披針形。 多為紫色花且不同樣本有深淺之分，極少數(shù)為白色花。 花序特性主要為短狀花序，極少數(shù)存在長花序。與栽培大豆相比，野生大豆豆莢較小且以3 粒莢為主，個別樣本為1 粒莢或2 粒莢。 豆莢在鼓粒前和鼓粒前期一般為綠色，鼓粒后期到成熟為黑色、褐色、深褐色、棕色或灰色。 茸毛多為棕色，少數(shù)為灰色，茸毛的長短及疏密在個體間存在較大差異。 種皮多為黑色，少數(shù)樣本為黃色或綠色。 大多數(shù)野生大豆種子存在泥膜， 少數(shù)大粒樣本無泥膜且種皮較為光亮，百粒重以1.5～2.0 g 之間為主。

表2 野生大豆主要形態(tài)性狀

2.3 進化類型及其性狀對比

考察結(jié)果表明，吉林省野生大豆存在2 種進化類型，分別為典型野生大豆（百粒重3.0 g 以下，含3.0 g）和半野生大豆（百粒重3.0 g 以上）。 其中，半野生型在延邊自治州和龍市和安圖縣、白山市撫松縣發(fā)現(xiàn)。半野生型花色分為紫花和白花2 種， 葉形有橢圓形和長橢圓形2 種，種皮色有黑色、褐色、黃色3 種。 收集到的半野生大豆共分為6 個形態(tài)類型（表3），主莖較為粗壯且分枝繁多，生育習(xí)性有纏繞、半纏繞、蔓生、半蔓生、半直立和接近于栽培種的直立類型。

表3 半野生大豆形態(tài)類型

在形態(tài)上， 半野生大豆與典型野生大豆具有明顯差異，半野生大豆在自然狀態(tài)下分布極少，其性狀介于栽培和野生之間且過渡類型極為豐富。 對收集到的野生大豆資源， 比較了群內(nèi)典型野生和性狀穩(wěn)定的半野生大豆數(shù)量形態(tài)性狀的差異（表4），與典型的野生大豆相比，半野生大豆一般生育期較短，這是明顯的生態(tài)型差異，實質(zhì)上是一種遺傳上的差異，由此可見，典型野生大豆在進化過程中，生育期有縮短的趨勢。 另外，半野生型較典型野生型雖然株高上普遍較矮， 但是半野生型植株更加茂盛， 莖稈更加粗壯，單株產(chǎn)量也比典型野生型高出很多，這主要得益于半野生型野生大豆有著發(fā)達的根系及較大的葉片，能更好的吸收土壤養(yǎng)分及提高光合效率。 半野生型的豆莢、籽粒均顯著比典型野生大豆的大，本次收集到的半野生型材料百粒重在3.45~5.49 g 之間，平均為4.27 g。 根據(jù)各性狀比較可以看出，野生大豆向栽培大豆進化過程中性狀發(fā)生了明顯變化， 而半野生大豆則是中間過渡類型。

表4 典型野生型和半野生型主要形態(tài)表型差異比較

2.4 考察新發(fā)現(xiàn)

在全國第一次野生大豆考察與收集過程中，由于人力、財力等因素制約，考察地點不夠密集，考察方式不夠科學(xué)合理， 本次考察通過合理的安排與計劃和密集的考察采集點分布， 在全省8 個地級市和一個自治州均發(fā)現(xiàn)了野生大豆的分布， 尤其在白城市等特殊氣候條件地區(qū)也收集到少量野生大豆，這對抗旱、 耐鹽野生大豆資源的篩選提供了重要的材料基礎(chǔ)。 在汪清縣、琿春市、靖宇縣、永吉縣、農(nóng)安縣及公主嶺市等地均發(fā)現(xiàn)了新的野生大豆分布地點。

本次新收集的野生大豆具有豐富的變異類型，與以往收集的資源差異較大， 主要表現(xiàn)在葉形、莢色、莢形、茸毛色、種皮色等表型性狀上，如發(fā)現(xiàn)特大型葉片資源； 莢形除了鐮刀形還發(fā)現(xiàn)了直筒形和半圓形；莢色除褐色和黑色外，還有棕色和灰色；種皮色新發(fā)現(xiàn)了黑黃、黃綠相間的花色資源；新發(fā)現(xiàn)了臍色為棕色的稀有資源；收集到茸毛為直立型的較珍稀的野生大豆。 此外，第一次全國野生大豆資源考察時收集到不同生態(tài)區(qū)、不同進化類型野生大豆5 281 份，其中廣東、廣西、云南、貴州、西藏、內(nèi)蒙、吉林等?。ㄊ?、區(qū)）沒有發(fā)現(xiàn)半野生大豆，其他?。ㄊ小^(qū)）共收集到百粒重在3.0 g 以上的半野生大豆873 份[11]，而在本次考察中收集到7 份珍貴的半野生大豆， 且這些半野生大豆形態(tài)各異，有蔓生的、直立的，根系均較為發(fā)達且根瘤多，蔓生的也有葉片和籽粒均較大的。由此可見，吉林省野生大豆遺傳多樣性非常豐富。

3 結(jié)論與建議

3.1 野生大豆資源分布特點

吉林省幅員遼闊，位于中緯度歐亞大陸的東側(cè)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，生態(tài)環(huán)境類型非常豐富， 野生大豆資源分布也非常廣泛。 本次考察對吉林省全境范圍內(nèi)的8 個地級市和1 個自治州的野生大豆分布情況做了深入了解，除白城市、松原市的部分縣區(qū)未發(fā)現(xiàn)野生大豆外，其他各個縣區(qū)均有豐富的野生大豆資源分布。 白城市和松原市西南部為半干旱大陸性氣候區(qū)， 土地沙化和鹽堿化嚴重，而相對而言，中部和西部地區(qū)雨量充沛，土壤肥沃， 氣候宜人， 野生大豆的分布較為豐富多樣。 由此可見，干旱和鹽堿性土壤造成野生大豆分布減少，但仍有零星分布，這些資源對于抗旱、耐鹽堿野生大豆資源篩選具有重要意義， 下一步應(yīng)該對類似極端地區(qū)進行更加詳細的考察與補充收集。

3.2 野生大豆資源考察與收集的必要性

野生大豆是國家二級保護植物， 同時也是大豆育種過程中重要的優(yōu)異基因來源。 野外自然環(huán)境中生長的野生大豆在遺傳背景上沒有受到長期人為選擇的影響， 具有較為豐富的遺傳多樣性及大量的優(yōu)異功能基因， 這些基因可應(yīng)用在大豆新品種培育過程中， 將很有可能解決大豆生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題，因此，野生大豆資源的收集與利用將為大豆育種研究提供新的遺傳背景。 然而，和全國第一次野生大豆資源考察時期相比， 伴隨著經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)進程的不斷推進及人類不合理的開發(fā)活動的日漸頻繁， 現(xiàn)在的野生大豆生存環(huán)境已經(jīng)遭到嚴重破壞， 一些極具價值的野生大豆特異資源正在丟失甚至瀕臨絕跡， 生物遺傳多樣性已經(jīng)受到嚴重威脅。 吉林省作為我國野生大豆的主要分布區(qū)域，具有較為豐富的遺傳多樣性，因此，野生大豆考察、收集與保護工作已刻不容緩。

野生大豆資源的考察與收集除了針對以前未曾考察過的地區(qū)之外， 對以前考察收集過的地區(qū)進行補充收集也是很有必要的。 陳輝等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著野生大豆資源的原生環(huán)境的變化， 出現(xiàn)了很多新類型， 說明對已經(jīng)考察收集過的地區(qū)進行補充收集是有價值的。 因此，本研究對吉林省各個地區(qū)不論以前是否收集過野生大豆， 都重新進行了詳細的考察與收集， 在曾經(jīng)考察過的地方收集到了很多新類型的野生大豆資源， 很好的擴充了吉林省野生大豆遺傳多樣性。 此外，通過對曾經(jīng)未考察過或者未收集到野生大豆的區(qū)域進行更加仔細的考察， 新增了很多野生大豆分布區(qū)域， 同時收集到部分極具研究價值的特殊材料。 由此可見，自然條件下居群遺傳變異會隨著時間和生境的變化而不斷發(fā)生變化， 進而會形成很多新的類型。

3.3 野生大豆資源保護與利用的建議

野生大豆資源保護應(yīng)由異位保護逐步向原位保護轉(zhuǎn)變。 目前，野生大豆資源的保護僅僅限于科研單位已收集到的材料進行保存， 缺乏原生態(tài)條件下的保護措施。 野生大豆的形態(tài)、性狀與其本身所處的植物群落結(jié)構(gòu)、物種組成和周圍的生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，不同的微環(huán)境所表現(xiàn)出的植物群落有很大區(qū)別，甚至不同的伴生植物都會對野生大豆的生長發(fā)育產(chǎn)生一定影響，促使野生大豆進化成多種多樣的類型。 因此，原生環(huán)境對野生大豆居群來說非常重要，能夠有效保留野生大豆居群的遺傳多樣性， 在野生大豆大面積分布且多樣性豐富的區(qū)域建立原位保護區(qū)是保護野生大豆資源的最有效的措施。

保護野生大豆的最終目的是利用其豐富的遺傳背景給栽培大豆提供更多的優(yōu)異基因來源。 因此，在進行野生大豆保護與收集的同時， 應(yīng)加大力度進行野生大豆資源精細評價， 通過篩選一批特異資源來進一步挖掘有利基因，如多花多莢、多粒、高蛋白、抗大豆胞囊線蟲（SCN）、抗大豆花葉病毒（SMV）、抗蚜蟲、耐旱、耐澇、耐鹽等優(yōu)異基因挖掘，并應(yīng)用于大豆育種中， 從而獲得在基礎(chǔ)研究和大豆育種上有價值的中間材料。 此外，野生大豆還是遺傳研究的重要材料，目前已被廣泛應(yīng)用在原生質(zhì)體培養(yǎng)、遺傳轉(zhuǎn)化及大豆基因組圖譜的構(gòu)建等方面[13]。野生大豆資源的有效利用，將為拓寬大豆育種遺傳背景開辟新途徑。