黃淮海地區(qū)大豆品種蛋白質(zhì)、油脂含量和百粒質(zhì)量的表型分析及籽粒蛋白質(zhì)含量的改良

楊紅燕 沈會(huì)權(quán) 胡哲 欒海業(yè) 喬海龍 臧慧 徐肖 張英虎

摘要：為保持黃淮海地區(qū)大豆高蛋白特色，對(duì)黃淮海區(qū)域選育的78份大豆品種進(jìn)行蛋白質(zhì)、油脂含量和百粒質(zhì)量的表型分析，利用高蛋白大豆品系與黃淮海育成品種配置雜交組合，研究后代蛋白質(zhì)含量表型變異。研究結(jié)果表明：黃淮海大豆育成品種蛋白質(zhì)、油脂含量、百粒質(zhì)量的平均值分別為42.3%、20.8%、21.8 g，表型變異分別為37.5%～46.7%、17.8%～23.5%、14.7～28.1 g，江蘇省和山東省的大豆育成品種蛋白質(zhì)含量和百粒質(zhì)量較高，河南省的大豆育成品種油脂含量較高;在黃淮海育成品種中蛋白質(zhì)含量與油脂含量和百粒質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.70、0.66，百粒質(zhì)量和油脂含量的相關(guān)系數(shù)為-0.39;利用高蛋白大豆種質(zhì)與育成品種配置的4個(gè)雜交組合后代中篩選出253個(gè)高蛋白家系，高蛋白家系在F2 ∶3和F3 ∶4代間的相關(guān)系數(shù)為0.64。研究表明，黃淮海高蛋白大豆品種缺乏，利用高蛋白種質(zhì)能選育出高蛋白家系，大豆籽粒蛋白質(zhì)性狀在早代選擇有效。

關(guān)鍵詞：大豆;品質(zhì);黃淮海地區(qū);高蛋白品系;蛋白質(zhì);油脂;百粒質(zhì)量

中圖分類號(hào)： S565.103? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）22-0084-04

收稿日期：2021-02-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31701452）;江蘇省六大人才高峰項(xiàng)目（編號(hào)：NY-174）;江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目[編號(hào)：JATS（2020）207]。

作者簡(jiǎn)介：楊紅燕（1983—），女，山東淄博人，博士，助理研究員，主要從事大豆和麥類遺傳育種研究。E-mail：yhy8373@163.com。

通信作者：張英虎，博士，副研究員，主要從事大豆和麥類遺傳育種研究。E-mail：zyhnjau008@163.com。

大豆原產(chǎn)于我國(guó)，是我國(guó)重要的糧食作物之一，也是我國(guó)最大的進(jìn)口作物，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)大豆占比不到20%。隨著我國(guó)大豆振興計(jì)劃的提出，國(guó)產(chǎn)大豆面積和總產(chǎn)量均有所提高。在大豆振興計(jì)劃中，提高大豆蛋白質(zhì)含量和油脂含量是大豆提質(zhì)的主要目標(biāo)。黃淮海地區(qū)是我國(guó)大豆生產(chǎn)僅次于東北的第二大主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)大豆蛋白質(zhì)含量相對(duì)較高，在我國(guó)大豆生產(chǎn)中占有非常重要的地位[1]。

成雪峰分析1974—2006年黃淮海地區(qū)大豆品種主要農(nóng)藝性狀演變特征，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)大豆品種百粒質(zhì)量逐步提高，蛋白質(zhì)含量先增加后降低，油脂含量逐步增加[2]。何鑫等分析了2006—2017年國(guó)家黃淮海夏大豆參試品種的產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)等性狀，發(fā)現(xiàn)百粒質(zhì)量整體呈上升趨勢(shì)，粗蛋白含量整體略有上升，粗脂肪含量呈下降趨勢(shì)，參試品種中達(dá)到高蛋白和高脂肪標(biāo)準(zhǔn)的品種（系）分別有20、82個(gè)，指出選育出的高蛋白及高脂肪品種較少，提高大豆品質(zhì)難度很大，高蛋白及高脂肪品種仍然短缺[3]。

利用種間雜交創(chuàng)制高蛋白大豆中間材料是提高大豆品種蛋白質(zhì)含量行之有效的育種途徑[4]，前期利用標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，選育出高蛋白大豆新種質(zhì)WX180-67[5]，利用回交方法，將野生大豆高蛋白等位變異導(dǎo)入南農(nóng)菜豆5號(hào)中，創(chuàng)制了高蛋白新種質(zhì)C015。本研究選擇黃淮海地區(qū)選育的78份大豆品種，研究其百粒質(zhì)量、蛋白質(zhì)含量和油脂含量的表型變化，配置高蛋白種質(zhì)WX180-67和C015與育成大豆品種雜交組合，研究其后代籽粒蛋白質(zhì)含量表型變化，以期為該地區(qū)高蛋白大豆品種選育和改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料包括黃淮海區(qū)域大豆育成品種78份（表1），高蛋白大豆種質(zhì)C015和WX180，以及C015與徐豆14、C015與中黃39、WX180-67與臨豆10號(hào)、WX180-67與中黃39雜交組合后代，育成品種和高蛋白種質(zhì)由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家大豆改良中心提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

育成品種于2015、2016年在江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所南洋試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。2015年種植重復(fù)1次，2016年采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，每份材料單行種植，行長(zhǎng)4 m，行距0.5 m。播種日期為6月中下旬，常規(guī)田間管理。C015和WX180-67為親本的雜交組合于2015年配置，2016年種植F1，2017年種植F2，單株收獲，2018年種成F2 ∶3株行，行長(zhǎng) 4 m，行距0.5 m，株行混收，選擇優(yōu)異株行（籽粒蛋白質(zhì)含量高于45%株行）于2019年繼續(xù)種植F3 ∶4。

1.3 性狀測(cè)定方法

用FOSS Infratec TM 1241品質(zhì)分析儀測(cè)定蛋白質(zhì)含量和油脂含量，利用電子天平測(cè)定百粒質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

描述統(tǒng)計(jì)分析采用R 3.6.1軟件，描述分析采用summary函數(shù)，相關(guān)分析利用cor函數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃淮海大豆育成品種籽粒蛋白質(zhì)含量和油脂含量的表型變異

2015、2016年分別對(duì)78份黃淮海大豆品種進(jìn)行籽粒蛋白質(zhì)含量、油脂含量、百粒質(zhì)量的測(cè)定，蛋白質(zhì)含量、油脂含量、百粒質(zhì)量年份間的相關(guān)性分別為0.74、0.77、0.71，表明大豆蛋白質(zhì)含量、油脂含量和百粒質(zhì)量年份間一致性較高。表2顯示了黃淮海大豆育成品種2年平均值的表型變異，從表2中可以發(fā)現(xiàn)黃淮海大豆育成品種蛋白質(zhì)、油脂含量和百粒質(zhì)量的表型變異分別為37.5%～46.7%、17.8%～23.5%、14.7～28.1 g，平均值分別為42.3%、20.8%、21.8 g。從來(lái)源地看，江蘇和山東的大豆育成品種蛋白含量和百粒質(zhì)量相對(duì)較高，河南的大豆育成品種油脂含量相對(duì)較高。

由表3可知，蛋白質(zhì)和油脂呈負(fù)相關(guān)，蛋白質(zhì)和百粒質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.70、0.66，百粒質(zhì)量和油脂呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為 -0.39。利用表型數(shù)據(jù)可以篩選出優(yōu)異種質(zhì)，從表4中可以看出，高蛋白品種較少，僅有5份，高油品種相對(duì)較多，有18份。

2.2 利用高蛋白材料創(chuàng)造高蛋白大豆新種質(zhì)

為提高黃淮海區(qū)域大豆種質(zhì)籽粒蛋白質(zhì)含量，利用創(chuàng)制的2個(gè)高蛋白種質(zhì)配置雜交組合（表5），C015配置的2個(gè)雜交組合后代中分別產(chǎn)生了32、35個(gè)，蛋白質(zhì)含量高于45%的家系，WX180-67的雜交組合分別產(chǎn)生了127、59個(gè)，蛋白質(zhì)含量高于45%的家系。

將蛋白質(zhì)含量高于45%家系繼續(xù)種植， 田間結(jié)合產(chǎn)量等表現(xiàn)，優(yōu)選出50份株行，測(cè)定F3 ∶4株行蛋白質(zhì)含量，結(jié)果選擇的F3 ∶4家系繼續(xù)保持高蛋白特點(diǎn)（表6），F(xiàn)2 ∶3中籽粒蛋白質(zhì)含量與F3 ∶4株行蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.64（圖1）。

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)對(duì)78份黃淮海育成大豆品種的籽粒蛋白質(zhì)、油脂和百粒質(zhì)量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)大豆品種的籽粒蛋白質(zhì)含量、油脂含量、百粒質(zhì)量平均值分別為42.3%、20.8%、21.8 g，與東北大豆種質(zhì)群體相比，表現(xiàn)出高蛋白、低油脂和高百粒質(zhì)量等特征[6]，前人研究也表明我國(guó)大豆品種蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)南高北低的趨勢(shì)，黃淮和南方地區(qū)更適宜培育高蛋白的大豆品種[7-9]。但現(xiàn)階段黃淮海地區(qū)高蛋白品種相對(duì)較少，本研究?jī)H篩選到5份蛋白質(zhì)含量高于45%的大豆品種，且最高值僅為46.7%，這主要是因?yàn)橛N品種關(guān)注產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)提高，而現(xiàn)在育成品種中蛋白質(zhì)含量和油脂含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[10]。

從野生大豆進(jìn)化到栽培大豆的過(guò)程中，大豆蛋白質(zhì)含量下降，油脂含量和百粒質(zhì)量增高，前人在15號(hào)染色體上也檢測(cè)到了1個(gè)同時(shí)控制這些性狀的基因[11-13]。在本研究中，利用黃淮海育成大豆品種，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白質(zhì)含量和百粒質(zhì)量呈正相關(guān)，該結(jié)果與野生大豆進(jìn)化到栽培大豆的性狀變化不一致，表明在現(xiàn)階段黃淮海育成品種中，關(guān)注蛋白質(zhì)含量和籽粒大小的同時(shí)提高，該結(jié)果與王大剛等的研究結(jié)果[10，14]一致。

在優(yōu)質(zhì)育種中，優(yōu)良親本是產(chǎn)生優(yōu)良組合的關(guān)鍵。利用我國(guó)大豆地方品種群體進(jìn)行高蛋白大豆種質(zhì)創(chuàng)制的組配設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選組合有1個(gè)親本為高蛋白大豆種質(zhì)[15]。本研究利用2個(gè)新創(chuàng)制的高蛋白品系配置與江淮育成品種的組合，在組合后代都篩選出了高蛋白家系， 同時(shí)家系在F2 ∶3和F3 ∶4代蛋白質(zhì)含量相關(guān)性較高，表明大豆蛋白含量早代選擇有效，該結(jié)果與前人研究結(jié)果[16]一致。

黃淮海大豆育成品種蛋白質(zhì)、油脂和百粒質(zhì)量的平均值分別為42.3%、20.8%、21.8 g，蛋白質(zhì)含量和百粒質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系，在78份育成品種中篩選到5份高蛋白品種。利用2個(gè)新創(chuàng)制的高蛋白種質(zhì)配置了4個(gè)雜交組合，雜交組合后代篩選出253個(gè)高蛋白F2 ∶3家系，從中繼續(xù)篩選出50個(gè)單株產(chǎn)量和品質(zhì)都表現(xiàn)優(yōu)異的F3 ∶4家系。

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