菜用大豆资源收集与粒型性状的多样性研究

万何平，郑 琳，廖 洋，刘 帅，乐 帅，何冰冰，郭 瑞，陈禅友

（江汉大学 生命科学学院；湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心，湖北 武汉 430056）

大豆，又名黄豆，原产于中国，现于世界各地广泛栽培。大豆具有丰富的蛋白质［1-2］，蛋白质含量在40% ～ 50%［3］，其富含各类氨基酸，极具营养价值［4-5］。

菜用大豆（Glycine max（L.）Merr.），俗称毛豆，是双子叶植物纲蝶形花科大豆属的一年生草本植物，是鼓粒末期籽粒青绿饱满而尚未老熟转黄、荚色翠绿时采集以供食用的大豆，是大豆栽培种的一个专用品种［6］。我国自明代开始对毛豆就有记载，其口感好、营养价值高，深受广大消费者喜爱［7-8］。菜用大豆的品质性状主要包括外观、食用、营养和卫生品质4个方面。其中外观品质是人们肉眼直接观察到的豆荚（豆粒）大小和色泽，它是菜用大豆商品最重要的品质之一，且其直接受到农艺性状整齐度的影响。种子的粒型性状主要指种子豆荚长宽度、种子长宽度、粒重等可以代表作物品种规格特点的相关性状，而与育种相关的性状有粒重、豆荚大小、种子大小、荚色、每荚粒数、种皮色等［9］。有证据表明：种子的百粒重、豆荚长宽度等性状与菜用大豆后代的单株产量呈显著正相关，可以利用种子的性状推测后代产量和其他品质性状［10］。因此，及时去除各品种不合格种子并研究分析种子性状间的关系，比较种子性状的优劣，是观察比较其后代品质性状是否优良的基础。此外，种子的大小也会影响播种的土层深度和病虫害程度。因此，开展对菜用大豆遗传资源的广泛收集与鉴定评价具有重要意义。

本研究从湖北、广东、河南等地区收集到了78个菜用大豆遗传资源，对其种子粒型性状进行考察，测定其百粒重、种子长、宽以及种皮颜色等表型性状，旨在研究比较各品种种子粒型性状的多样性，以挑选出大粒的菜用大豆遗传资源。本研究的开展为菜用大豆遗传资源的鉴定和评价提供了遗传学基础，同时也为进一步对其粒型性状进行遗传改良提供材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料收集

78份菜用大豆种质资源由江汉大学生命科学学院、湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心收集。主要从湖北的黄冈、恩施、荆州、潜江等地区收集，此外从广东、山东、辽宁、河南、广西等地区均有收集（见表1）。

1.2 田间种植试验方法

2018年4月，在位于武汉市汉南区的湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心基地种植78个菜用大豆品种，土质为壤土，肥力中等，排灌通畅。试验材料顺序排列，采用穴播，每穴播种2粒，株距25 cm。中耕除草、病虫防治等田间操作方案参照常规栽培。于同年10月下旬收获大豆种子。种子晒干、整理完毕后进行粒型性状的测定。

1.3 表型测定项目和方法

1.3.1 测定百粒重 百粒重指自然状态下通过气体干燥途径完成的百粒纯净干燥种子的质量，单位为g。其在大豆的种群划分和生态型划分中具有一定的意义［11-12］。测定步骤如下：将不同品种的种子倒入大的筛网中进行初步除杂，将混在种子中的泥土、叶片等杂质滤掉后进行试验。从每份样品中随机取100粒为1组，共抽取3个重复。将计数后的测定样品分别使用电子天平称取读数，记入种子百粒重记录表。

1.3.2 测量长宽度 由于菜用大豆种子个体较小，因此测量长宽度时按10个种子的长宽度总和计数。以种子纵轴方向为长度，以垂直于纵轴的方向为宽度。取品种中3组可代表本品种大小的种子各10粒分别按长和宽摆成一列，共取3组，分别测量其长度与宽度，取平均值代表该品种种子长宽度水平，并记录。

1.3.3 观察种皮颜色 种皮颜色主要为黄、青、黑3种颜色，进一步细分为黄、青、黑、青黄、青绿、黄绿和棕褐7种颜色。分别观察78个品种中超过90%的种子种皮颜色作为试验结果，并做记录。

表1 试验菜用大豆资源信息表Tab.1 Resource information of trial vegetable soybean

1.4 数据分析

所有数据均由Excel 2010进行统计分析，主要计算了平均值、最大值、最小值、标准差和变异系数，其中变异系数=（标准差/平均值）× 100%。

2 结果与分析

2.1 不同品种菜用大豆种子性状统计分析

图1 78份菜用大豆种子展示图Fig.1 Seed characters of 78 vegetable soybeans

从图1和表2中的数据可以看出，不同菜用大豆品种的种子粒型相关性状存在广泛的遗传变异。对78份菜用大豆资源的百粒重、粒长、粒宽以及长宽比性状进行了描述性统计分析，结果如表3所示。对百粒重性状来说，百粒重最大值为37.10 g，最小值为4.95 g，均值为19.46 g，其变异系数达到32.84%；对粒长性状而言，最大值达到了12.17 cm，最小值为6.77 cm，均值为8.71 cm，变异系数为12.88%；粒宽最大值达到了9.00 cm，最小值为4.67 cm，均值为7.03 cm，变异系数为11.53%；长宽比显示的是种子的形态，各品种的长宽比最大值为1.50，最小值为1.05，均值为1.24，变异系数8.00%。以上结果说明本研究收集的菜用大豆资源在粒型性状上具有较丰富的遗传多样性。

表2 78份菜用大豆的种子粒型性状Tab.2 Seed type characters of 78 vegetable soybeans

续表2

续表2

表3 78份菜用大豆粒型性状描述性统计Tab.3 Descriptive statistics of grain type characters of 78 vegetable soybeans

2.2 不同品种的菜用大豆种子粒型性状分布

由图2和表2可知，78个品种中有24个百粒重位于15.00～19.99 g之间，占总数的比例最高；有21个位于10.00～14.99 g之间，17个位于20.00～24.99 g之间，分别占总群体的26.92%、21.79%；群体中MD237品种种子百粒重最小，为4.95 g，处于区间0～ 4.99 g之间，占总数的1.28%，其余各品种中有9个百粒重处于25.00～29.99 g区间内，6个百粒重大于30 g，4个在30.00～34.99 g之间，2个在35.00～ 39.99 g之间；百粒重最大的品种是MD212，为37.1 g；MD214种子百粒重也较大，为35.58 g。群体内种子粒型性状的分布基本呈现正态分布趋势。

图2 百粒重性状分布图Fig.2 Distribution of 100-grain weight characters

由图3和表2可知，有27个品种的种子长度在8.00～8.99 cm之间，占总群体的34.62%；长度在7.00～7.99 cm、9.00～9.99 cm、10.00～10.99 cm区间的种子品种数各占总群体的24.36%、20.51%、15.38%，分别有19、16、12个品种数；总群体中有2个品种的种子长度在6.00～6.99 cm之间，是MD221和MD237，长度分别为6.77、6.97 cm；种子长度超过11.00 cm的材料为MD043和MD214，为11.37、12.17 cm，分别属于11.00～ 11.99 cm区间和12.00～ 12.99 cm区间，各自占比1.28%。

图3 种子粒长性状分布图Fig.3 Distribution of grain length characters

由图4和表2可知，78个品种粒宽在4.00～9.00 cm之间。其中粒宽最小的品种是MD237，为4.67 cm，最大的是MD212，为9.00 cm；将群体内种子宽度分为5个区间：4.01～5.00、5.01～6.00、6.01 ～ 7.00、7.01 ～ 8.00、8.01 ～ 9.00 cm，各个区间包含的品种个数分别为 1、6、33、27、11，各自占比 1.28% 、8.97% 、42.30% 、33.33% 、14.10% 。

图4 种子粒宽性状分布图Fig.4 Distribution of grain width characters

在78个菜用大豆品种中，黄色种皮的品种数占比48.72%，包括36个不同的品种，几乎为总数的一半；黑色种皮品种数有16个，占总群体的20.51%；青绿色种皮的品种有10个，黄绿色（种皮基本为黄色，但整体颜色偏淡）有8个，青黄色（种皮色基本为青绿色，但整体颜色偏淡泛白）有2个；MD062、MD096品种的种皮为黄色，但带有紫色的斑点；还有2个品种的种皮颜色偏暗，分别是棕黄色的MD222和棕褐色的MD224。

2.3 78份菜用大豆资源的分级

根据王素等［13］的研究，菜用种子的百粒重可分为6个等级，分别是：百粒重30 g以上为极大粒；百粒重在24.01～30.00 g之间为特大粒；百粒重在18.01～24.00 g之间为大粒；中粒百粒重在12.01～18.00 g之间；百粒重在6.01～12.00 g之间为小粒；百粒重在6 g以下为极小粒。按此等级对群体内种子进行分类，分类结果如下：群体内种子为极小粒的品种只有1个，占比1.28%，为MD237；小粒品种数也较少，共有4个，占总数的5.13%；极大粒的品种数有6个，占总群体的 7.70% ，分别为 MD229、MD136、MD234、MD043、MD214、MD212；其余各品种中，中粒的比例最大，共有25个品种，特大粒和大粒各占16.67%、24.36%，品种数目分别为13个、19个。超过85%的品种数百粒重处于中粒到大粒之间。

3 讨论

近年来随着经济的高速发展，对菜用大豆的需求量逐渐增加。菜用大豆生产作为一项新兴的大豆产业具有巨大的发展潜力。目前，中国一些省市已培育出了一批菜用大豆品种，如浙江的萧矮早、萧农［14］、丽秋 6号［15］，江苏的宁青豆一号、绿宝珠、楚秀、乌皮青仁、南农系列品种，福建的金山大粒豆，上海的香水毛豆、上农香毛豆，山东的鲁青豆1号、山宁8号，山西的晋品1号、晋特1号等［16］。作为重要的蔬菜品种，外观品质的好坏直接关系到菜用大豆的商品价值。根据市场的要求，菜用大豆一般需要达到以下几个特性：茸毛为灰白色且稀少，荚皮薄且翠绿，二、三粒荚居多，无病斑，籽粒大，脐色浅，其中，尤其以籽粒大最为关键。研究［17］表明，大豆种子粒型性状受到遗传因素和环境因素的共同调控作用，且群体内种子间存在明显的表型差异，这与笔者从不同地区收集到的菜用大豆资源群体内的表现相一致，究其原因可能是由于各品种自身的遗传特性及长期以来对产地环境的适应性共同导致的。这些性状就育种和栽培角度而言还具有一定程度的改进空间，可以通过遗传改良、栽培措施优化、采收手段改良等方法，使菜用大豆外观品质获得较大程度的提升。根据相关研究结果可知，菜用大豆的种子粒型性状与其栽培产生的后代的产量、有效结荚数量以及后代每荚粒数具有明显的相关性，可以用来大致预测后代的产量［18-21］。因此，开展菜用大豆种子粒型性状的遗传改良不仅能够提升品种的商品价值，同时也能进一步提升产量。

目前关于菜用大豆遗传资源的收集与资源鉴定的研究已有相关报道，如李清华［22］对34份菜用大豆种质资源的16个主要农艺性状表现进行遗传变异分析、相关性分析和主成分分析、遗传距离测定。汪桂凤等［23］通过对121份来自全国各地种质资源的大豆生育期、农艺性状、产量性状及菜用大豆相关品质性状进行评价，筛选出适宜浙江地区种植的菜用大豆品种资源。本研究从湖北、河南、山东、广东等地区收集了具有代表性的农家菜用大豆品种，经过初步鉴定发现这些品种具有丰富的遗传多样性，在种子粒型性状方面也体现出了丰富的遗传变异。从本研究的结果来看，筛选得到6个极大粒的种质，最大的百粒重达37.10 g，对于这些材料，后期还将对其产量性状、品质性状等进行进一步的定向改良。此外，笔者还筛选获得了1份极小粒的种质，其百粒重仅有4.95 g，这类极小粒的遗传材料很难直接作为菜用大豆的生产资源来使用，但却非常适合作为研究菜用大豆籽粒性状遗传机制的优异材料。笔者后期将利用该极小粒资源与极大粒品种进行杂交配组构建遗传群体，结合分子标记技术对菜用大豆种子大小性状进行QTL定位。

尽管本研究收集的菜用大豆资源产地来源比较丰富，涉及湖北、广东、广西、河南、山东、辽宁等地区，但品种数量规模还十分不足。因此，后期将会继续扩大优质菜用大豆资源的收集规模，并从产量性状、营养品质性状等方面对其进行全面深入的鉴定评价。