2种磷水平下大豆种质资源品质性状的遗传差异分析

尹元萍，董文汉，王明君，张雅琼，张 慧，魏丽萍，梁 泉*

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南农业大学科技处，云南 昆明 650201；3.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；4.云南中医学院，云南 昆明 650500；5.云南省热带作物科学研究所，云南 景洪 666100)

2种磷水平下大豆种质资源品质性状的遗传差异分析

尹元萍1，董文汉2，王明君3，张雅琼4，张 慧3，魏丽萍5，梁 泉3*

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南农业大学科技处，云南 昆明 650201；3.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；4.云南中医学院，云南 昆明 650500；5.云南省热带作物科学研究所，云南 景洪 666100)

【目的】研究了大豆蛋白质、脂肪性状的遗传变异以及部分环境因子的影响，为提高中国南方大豆的产量和品质提供种质资源和理论依据。【方法】选择中国不同来源地的335份大豆种质资源材料，于2015-2016年在云南省峨山县缺磷红壤上设置不施磷肥(LP)和表层土壤施普钙(160 kg/hm2，HP)试验，测定蛋白质和脂肪含量等关键指标。【结果】2年中大豆种质资源的蛋白质含量变异最大，其次是油分含量，而蛋白质+脂肪含量变异最小，三者的变异系数分别为5.35 %、5.21 %和2.86 %；高磷、低磷条件下蛋白质变异幅度分别为34.78 %～49.32 %和33.98 %～50.24 %，油分含量分别为17.24 %～23.43 %和14.68 %～23.22 %；年际间蛋白质性状变异较大，高磷、低磷条件下变异系数分别为5.34 %和5.07 %，而油分含量则相对较为稳定，分别为4.95 %和4.96 %；高纬度地区大豆的粗脂肪含量较高，而低纬度地区大豆品种的蛋白质含量较高；在野生种向半野生种、栽培种的演化过程，具有粗蛋白含量逐渐降低、粗脂肪含量逐渐升高，蛋白质与脂肪含量则先变高然后再降低的趋势；增施磷肥有助于大豆粗蛋白含量提高，但会显著降低粗脂肪的含量；生长期内缺水对蛋白质含量的影响较大。【结论】大豆品质性状主要受遗传因素控制，但磷养分和降水等环境因素也有重要作用。研究结果为提高南方大豆产量和蛋白质性状提供了重要理论依据。

大豆；种质；磷水平；蛋白质； 脂肪

【研究意义】大豆[Glycinemax(L.)Merr.]起源于中国，其营养丰富，一直以来都是中国粮、油、饲兼用作物，也是比较常见的保健食品和新兴的工业加工原料。大豆原料的品质对传统大豆制品的生产和销售等有较大的影响。长期以来，中国大豆育种的主攻方向是高产与多抗，品质却往往被育种者所忽略，高产、优质的专用大豆品种选育和利用不多，缺乏市场竞争力，这就造成了生产中高产品种不少，而既高产又优质的品种却不多的现象，限制了大豆产业化生产和贸易的发展。【前人研究进展】品种本身的遗传特性是大豆品质的决定性因素[1-2]。除遗传特性外，环境因子对大豆产量和品质的也具有重要的作用[3-4]。【本研究切入点】中国南方地区热量丰富，热带、亚热带气候地域较广，作物种植的复种指数很高，云南、海南、两广等一些地方大豆可以常年种植[5]。但是，南方地区缺磷土壤较普遍，限制作物的产量和品质[6-7]。此外，大豆来源地、进化程度等造成的长期环境变异对大豆品质性状的影响也非常重要[8-9]。【拟解决的关键问题】本研究利用335份大豆材料，在云南典型的缺磷红壤上系统地研究了大豆蛋白质性状的遗传变异以及磷的影响，为中国南方地区大豆生产筛选出优质高蛋白材料，从而为提高南方大豆的产量和品质提供种质资源和理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015和2016年连续2年在云南省峨山县双江镇进行，海拔1720 m。试验地为云南典型缺磷红壤，pH 5.91，有机质15.49 g/kg，全氮0.92 g/kg，全磷0.52 g/kg，全钾15.06 g/kg，碱解氮84.79 mg/kg，速效磷17.26 mg/kg，速效钾89.90 mg/kg。

1.2 试验设计

本次试验使用的材料有335份，按盖钧镒等[5]的品种生态区域划分，其中来自国内的育成品种有156份、地方品种109份；来自国内的野生品种有15份、半野生品种19份；来自国外的栽培品种有36份。所有大豆材料均由云南农业大学梁泉老师提供。

大豆品种来源地是根据大豆产区的地理分布纬度来分类的。起源于东北大豆产区相关纬度的品种统称为高纬度品种；起源于黄淮流域大豆产区相关纬度的品种统称为中纬度品种；起源于南方多作大豆产区相关纬度的品种统称为低纬度品种。

大豆品种进化程度是依据其进化类型进行分类，包括野生品种、半野生品种、栽培品种3类。

试验包括2个磷水平，即不施磷肥(低磷，LP)和表层土壤施磷(160 kg/hm2)(高磷，HP)，采用随机区组设计，每个小区面积1 m2，3次重复。

1.3 测定指标及方法

田间取样按照各试验材料的不同生育期分批进行。取样时，以各品种成熟期为收获期，在各品种中选取具有代表性的植株一株，收获籽粒，晒干后测定品质。

大豆品质测定的材料为各个品种中具有代表性的晒干的籽粒，将其置近红外谷物分析仪(Infratec 1241 Grain Analyzer，Denmark)中，然后检测籽粒中粗蛋白、粗脂肪、水分的百分含量。

1.4 数据处理

数据的处理使用近红外谷物分析仪中所测得的大豆粗蛋白和脂肪含量，其中所测量均为湿基含量，换算公式：粗蛋白(脂肪)干基含量=湿基粗蛋白(脂肪)含量/(100-水百分含量)。

使用Microsoft®Excel 2003(Microsoft Company)计算平均数和标准差，相关分析和双因素方差分析则利用SAS(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA.)统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 大豆种质资源品质性状的遗传变异

2015和2016年2年试验是在高磷(HP)、低磷(LP)处理下进行的，大豆各性状的品种间差异达到极显著水平(表1)。比较2015-2016年品质性状的变异程度，以蛋白质含量变异最大，其次是油分含量，而蛋白质+脂肪含量变异最小，三者的变异系数分别为5.35 %、5.21 %和2.86 %；磷元素和年际变化对蛋白质的影响最大，2015-2016年高磷、低磷条件下大豆种质资源的蛋白质含量分别为34.78 %～49.32 %和33.98 %～50.24 %，变异幅度分别为14.54 %和16.26 %，而油分含量分别为17.24 %～23.43 %和14.68 %～23.22 %，变异幅度分别为6.19 %和8.54 %；年际间蛋白质和脂肪性状变异较大，高磷、低磷条件下蛋白质含量变异系数分别为5.40 %和5.31 %，脂肪含量变异系数分别为5.23 %和5.19 %，而蛋白质+脂肪含量则相对较为稳定，其变异系数分别为2.91 %和2.81 %。

表1 大豆种质资源品质性状的遗传变异及方差分析

注：**0.01>P>0.001，***P<0.001。

Notes: **: 0.01>P>0.001；***:P<0.001.

通过对各性状指标进行相关分析表明，大豆粗蛋白和蛋白+脂肪含量之间存在显著正相关(R2015=0.8793***，R2016=0.8799***)；蛋白+脂肪含量与粗脂肪之间存在极显著负相关(R2015=-0.1841***，R2016=-0.1836***)，粗蛋白和粗脂肪含量呈极显著负相关(R2015=-0.7914***，R2016=-0.6668***)。

2.2 环境因子变异对大豆种质资源蛋白质性状的影响

2.2.1 磷水平对大豆种质资源品质性状的影响 李为喜等10根据大豆蛋白质和脂肪含量的划分标准，其中蛋白含量高于45 %的称为高蛋白品种；脂肪含量高于21 %的称为高油品种；蛋白含量高于40 %而脂肪含量大于20 %且蛋白质+脂肪含量均超过63 %的品种被认为是双高品种。

从表1可以看出，缺磷红壤上施磷对大豆的品质性状均有极显著的影响。2015-2016年2年中，高磷条件下群体籽粒蛋白平均含量为 40.22 %、脂肪平均含量为 19.33 %，低磷条件下则分别为39.06 %和18.85 %。高磷条件下，本试验材料中高油品种有81个，占材料总数的24.18 %；高蛋白品种有56个，占材料总数16.72 %；双高品种有36个，占材料总数的10.75 %，其它占48.36 %；低磷条件下，高油品种有53个，占材料总数的15.82 %；高蛋白品种有32个，占材料总数9.55 %；双高品种有16个，占材料总数的4.78 %，其它占69.85 %。由此可知，在南方缺磷土壤上增施磷肥能显著提高蛋白质和脂肪含量；大豆种质资源的品质性状具有丰富的遗传变异，可以从中筛选出蛋白质或脂肪含量高的品种材料；蛋白质或油分含量较高的品种(系)相对常见，而双高品种不容易获得。

降水条件对大豆品质具有显著性状影响，水分不足对大豆油分含量的影响尤其显著。在大豆生长发育期降水量为正常状态的2016年(全年降雨量1120 mm)，增施磷肥明显影响了大豆的品质性状，显著增加了粗蛋白、蛋白+脂肪含量，降低了粗脂肪含量；反之，2015年降雨较少(全年降雨量940 mm)，雨季来得迟，春夏降水不足，增施磷肥极显著降低了大豆粗脂肪的含量，对粗蛋白、蛋白+脂肪含量的影响则相对较小。

2.2.2 来源地对大豆种质资源品质性状的影响 从图1可以看出，不同来源的大豆品质呈现规律性的变化：低纬度地区的品种，大豆粗蛋白含量、蛋白+脂肪含量均较高；高纬度的品种，大豆粗脂肪含量较高，但是粗蛋白、蛋白+脂肪含量则较低。也就是说，中国南方地区，大豆的粗蛋白、蛋白+脂肪含量就会越高；而越往北方地区，大豆的粗脂肪含量就会越高。

来源地对大豆种质资源品质影响的方差分析显示，在组间水平上，不同来源地基因类型在粗蛋白(F2015=55.45***，F2016=11.15***)、粗脂肪(F2015=35.07**，F2016=21.50***)以及蛋白与脂肪百分含量(F2015=18.47**，F2016=2.40*)上都呈显著或极显著性差异；在磷水平上，不同来源地基因类型的粗蛋白、粗脂肪以及蛋白+脂肪百分含量未达显著性差异。

A) 粗蛋白含量，B)粗脂肪含量，C)蛋白+脂肪总含量。图中所有数据是3次重复的平均数，下同A) Crude protein content, B) Crude oil content, C) Total content of crude protein + oil. Each bar was the mean of three replicates with standard error. All the data in the figure was the average of three repetitions. The same as below图1 来源地对大豆种质资源品质性状的影响Fig.1 Effects of origins on soybean seed quality

图中A)粗蛋白含量，B)粗脂肪含量，C)蛋白+脂肪总含量A) crude protein content, B) crude oil content, C) the total content of crude protein + oil图2 进化程度对大豆种质资源品质性状的影响Fig.2 Effects of evolution degree on soybean seed quality

2.2.3 进化程度对大豆种质资源品质的影响 从图2可知，随着进化程度的加深，大豆品质也会呈现规律性的变化。首先，大豆籽粒粗蛋白含量随着驯化程度的提高而逐渐降低，表现为野生品种 >半野生品种 > 栽培品种，而粗脂肪含量的变化正好相反，进化程度越高，粗脂肪含量也越高，表现为栽培品种 > 半野生品种 > 野生品种；其次，大豆的蛋白+脂肪含量会随着进化程度的提高呈现出先增加后降低的趋势，半野生品种的蛋白+脂肪含量为最高。2015-2016年，比较高磷、低磷条件下蛋白质平均含量，野生种分别为43.34 %和42.38 %，相差0.96 %；半野生种分别为40.86 %和39.34 %，相差1.52 %；栽培种分别为38.97 %和37.02 %，相差1.95 %。比较高磷、低磷条件下大豆籽粒油分平均含量，野生种分别为17.64 %和17.26 %，相差0.38 %；半野生种分别为18.86 %和18.22 %，相差0.64 %；栽培种分别为20.34 %和19.38 %，相差0.96 %。可见，磷养分缺乏对蛋白质含量的影响要比脂肪的大，对栽培种的影响大于野生种，而野生种在高、低磷条件下其蛋白质和脂肪含量的变化较为稳定，说明野生种对磷养分胁迫具有较强的适应性。

进化程度对大豆磷效率种质资源品质影响的方差分析结果显示，在组间水平上，3个进化类型在粗蛋白、粗脂肪以及蛋白与脂肪百分含量上都呈现极显著性差异；在磷水平上，2015年的结果显示不同进化类型的粗蛋白、粗脂肪以及蛋白与脂肪百分含量呈现出显著性差异，但2016年的结果却未达显著性水平(表2)。

3 讨 论

3.1 大豆种质资源品质性状的遗传变异

影响大豆品质形成的内在原因是其遗传特性[9,11]。关于大豆籽粒蛋白质与脂肪含量的变异，前人研究报道较多[12-13]。田蕊等[14]利用高蛋白、低脂肪大豆品种郑 92116与高油、低蛋白大豆品种辽豆 14杂交获得F6代重组自交系为材料，发现群体籽粒蛋白平均含量为 40.34 %，变异范围为 35.06 %～47.57 %，极差达到 12.51 %。脂肪平均含量为 20.50 %，变异范围为17.88 %～23.14 %，极差达到 5.26 %。

表2 进化程度对大豆应用核心种质品质性状影响的方差分析

注：组间中，G表示基因型、P表示磷处理；组内中，G表示不同大豆进化类型，其中G1代表野生型品种、G2代表地方品种、G3代表育成品种；V表示基因型、P表示磷处理。* 0.05>P>0.01，** 0.01>P>0.001，***P<0.001，ns表示在0.05水平差异不显著。

Notes: Data in the table were F values from two-way ANOVA. Between-group analysis: G, P represented genotype, P level respectively; In-group analysis: G represented soybean genotypes with different evolutionary degrees. G1, G2 and G3 represented wild, local and breeding varieties, respectively; V, P represented genotype, P level, respectively. *0.05>P>0.01, **0.01>P>0.001, ***P<0.001, ns meant not significant at 0.05 level.

大豆蛋白质和油分含量的差异，不仅表现在上述不同品种之间，也表现在不同的来源地和进化程度不同的品种之间。郑永战等[15]从种质资源库中按不同来源地抽取各类具有代表性的材料406份，分析其品质性状的变异，结果发现大豆脂肪平均含量为17.21 %，比野生种提高6.22 %。本研究测定了来自国内外335份大豆资源材料的蛋白质和油分含量，发现群体籽粒蛋白平均含量为 40.52 %，变异范围为33.98 %～50.24 %，脂肪平均含量为20.76 %，变异范围为14.68 %～23.22 %。

双高大豆的育种目标是蛋白质含量42 %、油分含量21 %。而蛋白质和脂肪的积累会互相限制，是同化产物在大豆内积累的不同形式，因此两者的水平呈极显著负相关[16-17]。这给双高品种的选育带来一定的困难。农业部《关于促进大豆生产发展的指导意见》中指出，要大力发展优质高蛋白大豆满足国内食用消费需求。大豆的经济产量与蛋白质含量也是一对矛盾，高蛋白质含量的大豆品种往往经济产量较低。因此，根据大豆的不同用途，培育出既高产又具优质高蛋白质含量的专用型加工品种，也是未来大豆品质育种的发展方向之一。

3.2 磷养分对大豆品质的影响

大豆蛋白质、脂肪等品质性状一般都是多基因控制的数量性状，易受基因型和环境互作的影响。磷是作物生长发育“三要素”之一。合理施用氮、磷肥能提高大豆籽粒中蛋白质和脂肪的含量，增加大豆产量，蛋白质含量随磷肥用量的增加呈下降趋势，脂肪含量则反之[16]。刘波[18]发现磷肥有利于提高蛋白质和脂肪的单位面积产量，却降低籽粒中脂肪含量，有利于降低棕榈酸和亚麻酸含量，提高油酸含量。本研究测定2年335个大豆材料，发现高磷条件下群体籽粒蛋白平均含量为 40.22 %、脂肪平均含量为 19.33 %，低磷条件下则分别为39.06 %和18.85 %。

中国大豆的主要产地在东北和黄淮海地区，以生产高油大豆为主。长江以南地区大豆油脂加工和饲料加工企业密集，食品工业技术水平较高，大豆加工传统大豆制品的历史悠久，市场消费巨大。大豆原料的品质对传统大豆制品的生产和销售等有较大的影响。特别是华南和云南河谷地区地处低纬度，高温多湿，作物种植的复种指数很高，有些地方甚至可以全年进行农业生产[5]，并且大豆中蛋白质的含量也较北方大豆高[19]。但是，中国南方地区大豆生产立地条件较差，酸性红壤有效磷含量低一直是限制大豆生长的重要因素[9-20]。因此，需要对高蛋白大豆专用品种进行系统研究和利用，以增强市场竞争力和适应加工的需要。

4 结 论

大豆蛋白质、油分含量性状存在较大的的遗传变异，一般来说，从起源地高纬度至低纬度，有大豆蛋白质呈升高而油分含量降低的趋势，从野生种至栽培种的进化过程中，有蛋白质含量呈降低而油分升高的趋势。大豆品质性状除受到自身的遗传因素影响外，还受到矿质营养、降水、土壤等多种环境条件的影响。在南方红壤缺磷土壤上，增施磷肥有助于提高大豆品质和产量。生产上应根据大豆的不同用途培育专用型加工品种，使其具有更高的营养价值和经济效益。

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AnalysisofGeneticVariationofSoybeanGermplasmResourcesunderTwoPhosphorusLevels

YIN Yuan-ping1, DONG Wen-han2, WANG Ming-jun3, ZHANG Ya-qiong4, ZHANG Hui3,WEI Li-ping5, LIANG Quan3*

(1.College of Natural Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 2.Scientific and Technology Division，Yunnan Agricultural University，Yunnan Kunming, 650201, China；3.College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 4.Yunnan Traditional Chinese Medicine University, Yunnan Kunming 650500, China; 5.Yunnan Tropical Crops Institute, Yunnan Jinghong 666100, China)

【Objective】The genetic variation of soybean protein and fat traits and a part of environmental influence to genetic variation were studied. This study would provide germplasm resources and theoretical basis in improving the yield and quality of soybean in south China.【Method】335 soybean materials were choose from different source in China. And we sowed them in red soil lacking phosphorus where we did not provide phosphorus fertilizer (LP) but provide surface-soil calcium (160 kg/hm2, HP) in Eshan County, Yunnan province, in 2015-2016. Then we determined the key indicators such as the content of protein and oil. 【Results】After 2 years, protein content variation of the soybean germplasm resources was the largest, followed by oil content, protein + oil content variation, and the variation coefficient of which was 5.35 %, 5.21 % and 2.86 %, respectively. Under the condition of high phosphorus and low phosphorus, the protein variation amplitude was 34.78 %-49.32 % and 33.98 %-49.32 %, oil content was 17.24 %-23.43 % and 23.43 %-14.68 %, respectively. Protein traits between interannual variations were larger, and the variation coefficient was 5.34 % and 5.07 % respectively under the condition of high phosphorus and low phosphorus. The oil content was relatively stable, and the variation coefficient was 4.95 % and 4.96 %, respectively. Crude fat content of soybean planted in high latitudes was higher, and higher protein content of soybean varieties in low latitudes. In the evolution process from wild to half wild to cultivated, the content of crude protein gradually decreased, the crude fat content gradually increased, protein and fat content gradually increased firstly and then decreased. Phosphate could increase the crude protein content in soybean, but significantly reduce the content of crude fat. The water shortage had a relatively strong impact on the protein content in growth period.【Conclusion】Soybean quality traits were mainly controlled by genetic factors, but phosphorus nutrition and precipitation and other environmental factors also played an important role. The results of the study provided an important theoretical basis in improving the south soybean yield and grain protein traits.

Soybean; Germplasm resources; Phosphorus levels; Protein content; Fat content

1001-4829(2017)10-2185-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.005

2016-06-01

国家自然科学基金“大豆磷高效根构型近等基因系构建及相关基因克隆”(31360497)

尹元萍(1969-)，女，云南易门人，硕士，研究方向为植物营养，E-mail: yp62001@163.com，*为通讯作者，E-mail：liangquan1@163.com。

S565.1

A

(责任编辑 王家银)