大豆抗旱种质资源筛选及利用

张彦军，王兴荣，张金福，李 玥，苟作旺，祁旭升，何正奎

（1.甘肃省农业科学院作物研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业广播电视学校，甘肃 兰州730030；3.永靖县农业技术推广中心，甘肃 永靖 731600）

干旱是全球农业生产面临的主要问题之一，干旱对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位，每年因干旱造成巨大的农业损失[1-2]。近年来，由于社会经济的迅速发展，用水量大幅度增加，以及气候的异常，水资源供需矛盾已由干旱地区向湿润地区扩展[3]，将使这一矛盾更加尖锐化。甘肃省是我国水资源严重短缺的省份之一，在全球变暖背景下，甘肃省气候也趋于变暖，旱灾程度和频次呈增加趋势，仅2016年下半年，兰州市及周边地区出现了持续100多天无有效降水的干旱天气，干旱一直是限制甘肃农业生产的重要灾害之一。

大豆（Glycine max）是重要的粮、油、饲兼用作物，需求量日益增大，在我国农业生产中起着重要的作用。据我国大豆产业技术体系研究中心调查，在遗传育种领域，除高产品种需求占39%以外，耐逆和抗旱品种的需求占调查总样本的近50%，说明提高对非生物逆境的抗性是大豆育种的重要任务。由于作物抗旱性的可遗传性，对其进行选择是有效的[4]，因此，筛选大豆抗旱种质资源及应用于育种当中是必然选择。前人关于大豆抗旱性的研究报道较多，从抗旱性评价指标及方法的研究[5-6]、大豆种质资源抗旱性综合评价[7-8]、生理生化[9-10]，到抗旱功能基因、转录因子等许多方面进行了研究[11-13]。但随着育种进程加快、遗传基础匮乏的问题日渐明显，大豆新品种选育需要更加优良的亲本材料。我们选取246份国内大豆种质资源，在年降水量不足40 mm的甘肃省敦煌市绿洲灌区对其进行了田间自然抗旱鉴定，综合评价抗旱性，筛选抗旱种质资源，以期为干旱、半干旱地区大豆新品种的选育提供材料和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为我国不同省份育成的品种（系），共计246份，由国家农作物种质资源共享服务平台—甘肃子平台和中国农业科学院作物科学研究所提供。

1.2 试验方法

为了准确判定大豆种质资源的抗旱性，根据大豆种植生态区的不同将246份材料划分为早熟、中熟和晚熟组3个组别。

2016年将246份大豆种质资源种植在甘肃省农业科学院敦煌试验站，设干旱胁迫和正常灌水2个处理，每处理小区按随机区组排列，重复3次。按行长2.0 m、行宽0.5 m、株距0.1 m种植2行区。试验地前茬为玉米，播种前结合整地基施磷酸二铵225 kg/hm2、尿素75 kg/hm2。干旱胁迫处理播前灌1次水（灌水量900 m3/hm2）以保证出苗，出苗至成熟期不再灌水，使其充分受旱；对照处理按当地大田生产管理，全生育期灌水4次，每次灌水量为900 m3/hm2。

1.3 形态指标测定

成熟后每小区取样10株，参照《大豆种质资源描述规范和数据标准》分别对株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、单株生物量等6个形态指标进行测定[14]，以平均值代表考察性状值。

1.4 抗旱性评价

参照祁旭升等[15]的方法对246份参试材料的抗旱性进行评价，抗旱级别划分参照路贵和等[16]的逐级分类法，将246份材料的抗旱性划分为极强、强、中等、弱、极弱5个级别。具体评价方法如下：

式中：

TR——性状相对值；

Xd——干旱胁迫处理性状测定值；

Xw——正常灌水处理性状测定值；

ADC——平均抗旱系数；

WDC——加权抗旱系数；

ri——入选性状相对值与平均抗旱系数的相关系数；

n——x、y两变量的等级对子数，即样本容量。

1.5 数据分析

采用Excel 2007进行数据处理，利用DPS 9.50软件进行描述性统计、相关分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同大豆品种形态指标的影响

从表1可以看出，在不同处理下，6个形态指标的变异系数介于12.64%～58.40%，其中单株粒重变异系数最大，单株生物量、单株粒数、单株荚数、株高和主茎节数次之，说明246份材料之间遗传差异比较大，具有代表性。与正常灌水相比，干旱胁迫严重影响了大豆的生长发育，6个形态指标均降低，其中株高降低最为明显，比对照降低了60.86%；单株粒重降低幅度最小，较对照降低6.79%。

表1 246份大豆种质资源6个指标统计分析

2.2 大豆抗旱评价指标与抗旱性评价值间的相关性分析

抗旱指标的选择直接关系到抗旱鉴定结果的准确性。根据前期的研究结果[6，17-18]，最终筛选出株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、单株生物量等6个形态指标为评价大豆抗旱性最佳的抗旱指标。从表2可以看出，株高与单株荚数、单株粒数和单株粒重不相关，说明大豆株高越高并不代表其荚数越多，相应的荚粒数和粒重越大。6个抗旱指标与平均抗旱系数、加权抗旱系数间均呈极显著正相关，说明所选指标可以准确、真实地评价大豆抗旱性。

2.3 大豆种质资源抗旱性综合评价

作物抗旱性受本身基因和所在环境的双重影响，是一个极其复杂的过程。为更加准确评价大豆种质资源的抗旱性，根据大豆种植生态区的不同将246份材料划分为早熟、中熟和晚熟组3个组别。利用加权抗旱系数法对其抗旱性进行综合评价，其加权抗旱系数值越大表示抗旱性越强。参照路贵和等[16]的逐级分类法，将246份大豆种质资源划分为极强、强、中等、弱、极弱5个级别（表3）。

2.3.1 早熟组种质资源抗旱性分析 早熟组材料共计75份，全部由黑龙江材料组成。田间记载早熟组材料的生育期在90 d左右，干旱胁迫使得大豆生育期较灌水对照缩短2～5 d，说明干旱胁迫加快了大豆的成熟，不利于大豆生育后期的灌浆，导致籽粒不饱满，影响产量。

根据表3抗旱性分级标准，将75份材料分为5级，其中，11份属1级、8份属2级、34份属3级、9份属4级、13份属5级（表4）。从表4可以看出，每个品种系列在成株期表现出了不同程度的抗旱性，如合农系列在5个抗旱级别中均有分布，这可能与每个品种所选亲本有一定的关系。通过田间自然抗旱鉴定筛选出绥小粒豆2号、绥无腥豆2号、合农75、黑农71、绥农36等19份强抗旱大豆种质资源，这些抗旱种质资源可为大豆早熟品种选育提供优良亲本材料。

2.3.2 中熟组种质资源抗旱性分析 中熟组材料由51份辽宁种质和52份吉林种质组成，共计103份。该组材料的生育期为120 d左右，干旱胁迫处理较对照提前2～6 d成熟。

表2 大豆抗旱指标与抗旱性评价值的相关性分析①

表3 抗旱性分级标准

根据表3抗旱性分级标准，将103份材料分为5级，其中，16份属1级、12份属2级、47份属3级、14份属4级、14份属5级（表5）。从表5看出，强抗旱种质中辽宁种质有13份、吉林种质为15份，说明辽宁和吉林材料的抗旱性差别不大，与早熟组种质相似，每个品种系列在5个抗旱级别中均有分布，如辽宁的辽豆系列和吉林的吉育系列。筛选出的辽豆42、抚豆21、开育12、吉农36、辽豆39等28份强抗旱大豆种质资源可为大豆中熟品种的选育提供优良亲本材料。

2.3.3 晚熟组种质资源抗旱性分析 晚熟组材料主要由黄淮生态区的材料和甘肃省的2个新育成品种及3个品系组成，共计68份。该组材料的生育期为140 d左右，干旱胁迫处理较对照提前2～8 d成熟。

根据表3抗旱性分级标准，将103份材料分为5级，其中，11份属1级、11份属2级、22份属3级、10份属4级、14份属5级（表6）。从表6看出，强抗旱种质中包括来自山西、陕西、北京、宁夏、山东、甘肃、河北的22份种质，而内蒙古和新疆的种质抗旱性相对较差。甘肃省参试的5个品种（系）均属于抗旱类型，其中新育成品种陇中黄601和陇中黄602的亲本是前期抗旱性鉴定表现为抗旱的种质，进一步说明大豆抗旱性是可遗传的，以抗旱性强的种质做亲本，可选育出强抗旱的大豆新品种。通过抗旱性综合评价，筛选出晋豆21、秦豆11、中黄75、宁豆5号、晋豆44等22份强抗旱大豆种质资源，可为大豆晚熟品种的选育提供遗传资源。

表4 早熟组大豆种质资源抗旱性评价

表5 中熟组大豆种质资源抗旱性评价

表6 晚熟组大豆种质资源抗旱性评价

3 小结与讨论

为与大田生产相结合，田间自然条件下进行作物抗旱性研究十分必要。有学者认为符合条件的田间自然抗旱鉴定是最理想的方法[19]，但我国大部分地区年降水量高，不能够达到自然干旱胁迫的程度。甘肃省农业科学院敦煌试验站位于东经 92°13′～95°30′、北纬 39°53′～41°35′，年平均降水量仅为39.9 mm，蒸发量高达2 486 mm，属典型的暖温带干旱性气候[20]，同时具有充足的光热资源和良好的灌溉条件，相当于一个巨大的“天然抗旱棚”。因此，本试验设置在甘肃省敦煌市，提高了大豆种质资源抗旱鉴定评价的准确性。干旱胁迫处理后，大豆种质资源的生长发育受到极大影响，其农艺性状等指标大幅度降低，不同熟期组的生育期较对照缩短2～8 d，这与前人的研究结果相一致[6，18，21-22]。

在前期研究中我们得出，株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、单株生物量等6个形态指标与大豆抗旱性相关性最为密切。通过相关性分析，发现上述6个抗旱指标与平均抗旱系数和加权抗旱系数间呈极显著正相关。利用加权抗旱系数法对246份大豆种质资源进行抗旱性综合评价，筛选出69份强抗旱大豆种质资源。来自甘肃省的2个品种和3个品系均属于抗旱类型，通过对前期抗旱鉴定结果分析发现，新育成品种陇中黄601和陇中黄602的亲本是均属于强抗旱材料，进一步说明作物抗旱性是可遗传的[23]。因此，本研究所筛选出的强抗旱大豆种质资源可为干旱、半干旱地区大豆抗旱育种提供遗传基础材料。