大豆炸荚表型精准检测方法的研究

韩德志

（黑龙江省农业科学院黑河分院/农业农村部国家农业科学土壤质量爱辉观测实验站，164300，黑龙江黑河）

大豆炸荚是大豆机械化生产中的主要损失之一。因此，为减少收获损失，许多学者对大豆炸荚性状进行相关研究。大豆炸荚发生在完熟期，植株成熟后荚部自然脱水，在环境条件下诱发炸荚。东北秋季多以干旱气候为主，干燥使大豆发生炸荚现象较多，遇到降雨多的年份，大豆极少发生炸荚[1]。彭玉华等[2]和李启干等[3]对黄淮流域主栽大豆材料的炸荚性进行研究，表明不同品种从完熟到开始炸荚的时间差异较大，多数品种集中在6～10d炸荚，少数品种收获时仍不炸荚。目前普遍认为大豆炸荚是遗传与环境共同作用的结果，其中遗传是内因，环境是外因。环境因素对大豆炸荚的发生具有双重影响[4]。1957年，Metcalfe等[5]提出，相对湿度是影响豆科炸荚的重要环境因素，1965年，Caviness[6]的研究结果也证实了此观点。研究[7-8]发现，低湿、高温以及快速变化的环境因素是影响炸荚的主要因素。2006年，张跃进等[9]研究表明，空气湿度与炸荚率呈负相关，同时提出炸荚率与日照长短和日平均温度无明显相关性。目前，大豆炸荚表型的鉴定方法主要有田间调查法、干燥法以及随机碰撞测验法（random impact test，RIT）。3种方法各有优缺点，田间调查法具有简单直观和易于操作的优点，不足之处在于鉴定的环境条件很难保持一致，易受气候条件的影响。而干燥法及随机碰撞法具有鉴定条件一致的优点，随机碰撞法受检测装置及人为因素影响较大，所以烘箱干燥法是大豆炸荚表型检测的理想方法之一[1]。

本研究应用炸荚表型差异较大的2个栽培大豆品种，利用烘箱设置不同温度和时间处理，对完熟期豆荚进行炸荚率检测，建立了准确检测大豆炸荚表型的方法，为今后大豆抗炸荚的相关研究获取精准表型奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以大豆品种黑河18和黑河43为材料，其农艺性状如表1。

表1 材料农艺性状综合比较Table 1 Comprehensive comparison of agronomic traits of materials

对黑河18和黑河43自然炸荚性进行了2年的多点比较试验。黑河43自然炸荚率为0%，黑河18 炸荚率为50%；按照AVRDC的评价标准，黑河43为炸荚高抗型（high resistence，HR）材料，而黑河18则为炸荚敏感型（sensitive，S）材料[10-11]。

1.2 试验方法

1.2.1 取样方法 在大豆完熟期（R8）5d后用剪刀剪下豆荚，采用自封袋封样（防止水分蒸发）冷藏于4℃冰箱。为保证数据可靠性，采摘样品时，避免碰触豆荚，尽量保持待测材料一致性。选取大豆底部、中部和顶部各10个3或4粒豆荚，共计30粒豆荚（其中底荚为下2节、顶部荚为上2节，其他为中部）。

1.2.2 试验设计 利用烘箱进行炸荚率的检测，烘干温度设置30℃、40℃、60℃、80℃和100℃ 5个梯度，烘干时间设置5、7、9、11和13h 5个梯度，共25个处理。重复3次，记录炸荚率，炸荚率（%）=炸荚数/总荚数×100[12]。为保证试验安全性，采用耐高温广口玻璃杯盛放试验材料。试验开始前，提前将烘箱预热到处理温度。

1.3 数据处理

采用WPS Office和SPSS 23.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同部位炸荚率的比较

将不同部位的炸荚率检测结果进行描述性统计，结果（表2）表明，参试材料的各部位炸荚率差异较小（除黑河43底荚外），且变异系数相近，初步判断大豆各部位炸荚率无差异，需进一步进行相关性分析。

表2 参试材料不同部位炸荚率比较Table 2 Comparison of fried pod rate in different parts of the tested materials

由图1可得，不同处理下黑河18和黑河43各部位炸荚率无明显规律。同时得出，黑河18起始炸荚的条件是40℃持续13h，而黑河43起始炸荚的条件是60℃持续9h。从起始炸荚的条件来看，2个品种炸荚表型遗传差异较大。随着温度提高，炸荚率均随之升高；在相同温度条件下，随持续时间延长，炸荚率升高。因此，炸荚率与烘干温度及持续时间呈显著正相关。当温度达100℃时，黑河43炸荚率与黑河 18差距减小，初步将最佳烘干温度确定在60℃～80℃。对2个品种各部位炸荚率进一步做相关性分析（表3）。2个品种的各部位炸荚率相关系数极高，进一步通过相关显著性测验得出，不同部位炸荚率呈极显著相关，说明品种不同部位的炸荚率无差异，这一点与杨德旭等[13]豆荚的静压炸荚试验结果一致。因此，在今后抗炸荚相关研究时，检测取样部位无需严格划分，品种遗传差异是决定炸荚率差异的主要因素。

表3 不同部位炸荚率相关性分析Table 3 Correlation analysis of fried pod rate in different parts

图1 不同部位处理炸荚率比较Fig.1 Comparison of fried pod rate in different parts

2.2 炸荚检测方法的建立

在初步确定烘箱温度60℃和80℃基础上，对持续时间进一步分析。通过方差分析得出，P=0.0001，远小于0.05，所以不同处理之间炸荚率差异呈极显著水平。进一步对不同处理炸荚率差异进行显著性分析（图2），发现品种间炸荚率在60℃、11h后的处理均存在显著性差异，综合炸荚检测的便利、安全及高温对种子发芽率的影响，以烘干温度越低、时间最短为最佳原则，确定烘干温度60℃、持续时间11～13h为最佳检测条件。

图2 不同处理亲本炸荚率的差异性Fig.2 Difference of fried pod rate among parents with different treatments

3 讨论

本研究中黑河 43底荚炸荚率与中荚和顶荚出现较大差异，主要原因是试验取样时，底荚含水量受土壤含水量影响较大，影响检测结果，因此，在进行炸荚表型检测时，建议取中荚和顶荚，避免样品含水量不一致导致试验误差。

Tsuchiya[8]最早利用烘箱干燥法进行大豆炸荚表型检测，测定炸荚率来评价参试材料炸荚性，Philbrook等[14]在前人研究的基础上，对烘箱干燥法的温度和持续时间进行了优化，确定烘箱干燥法60℃持续烘干 7h的方法有效，本研究进一步优化了该方法，得出的最优持续时间与前人不同，可能与研究材料的来源差异有关。Tukamuhabwa等[15-16]对烘箱干燥法进一步优化，将取样时期修正为生理成熟期（R8期），首先将样品在室内放置10d，然后放入80℃烘箱，持续12h，与本研究温度条件差异较大，80℃损伤种子发芽率，需要保留种子的不建议应用该温度条件。本研究明确烘箱检测法可真实反映大豆炸荚的遗传表型，能够很好地控制环境对表型的干扰。相关研究[17]表明，当温度超过60℃，大豆种子发芽率会降低，综合考虑检测安全性、快速性及种子发芽率等因素，最终将烘箱检测条件确定为 60℃，持续时间为 11～13h。因该条件下不同材料的炸荚率均存在极显著差异，具体检测时间可根据炸荚研究目的而定。

本研究在前人研究基础上，进一步优化取样的时间、取样方法及样品存储方法，将检测前的条件进行标准化，在检测温度上考虑不损伤种子发芽率。

4 结论

通过相关性分析证明，大豆不同部位的炸荚率无显著差异。明确抗炸荚相关研究取样部位无需严格划分，品种遗传差异是决定炸荚率差异的主要因素；明确炸荚率与烘干温度及持续时间呈显著正相关。同时，总结了一套烘箱检测炸荚的标准操作规程。

烘箱检测大豆炸荚标准规程，在大豆完熟期（R8期）5d后，用剪刀剪下大豆中上部豆荚，为保证数据可靠性，取样时，避免豆荚炸荚。尽量保持待测材料一致性。采用自封袋封样（防止水分蒸发）冷藏于4℃冰箱或及时检测。检测前提前将烘箱温度预热到60℃，烘箱检测持续时间11～13h，根据检测效果调整时间。检测材料置于耐高温广口玻璃烧杯中，盖上细铁丝网，防止炸荚时散落，造成误差。检测完毕后，统计炸荚率。