利用大豆雄性核不育基因ms1创制春大豆新种质及其在育种中的应用*

姬月梅，罗瑞萍，连金番，赵志刚

（宁夏农林科学院农作物研究所，银川 750002）

大豆是中国乃至世界的主要粮油作物之一，其是所有豆科植物中栽培与应用范围最广的物种，也是人类优质蛋白质和食用油脂的重要来源[1-2]。大豆是自花授粉作物，有利于保持优良基因型的个体，而不利于基因的重组，相反异花授粉作物，有利于基因的广泛重组，但不利于保持具有优良基因型的个体。大豆育种的主要方法是杂交育种，可以实现近期育种目标，但常规杂交育种对日益多样化和高标准的育种目标显得力所不及。由于大豆花器官小，人工杂交成活率较低，再加上宁夏气候干燥杂交成活率较低，故在育种过程当中，所配置亲本杂交组合的数量受到人力、物力以及环境、气候因素的限制，致使亲本的来源受到限制、遗传基础也较为狭窄。大豆雄性核不育系的出现改进了大豆的杂交方式，使轮回选择在大豆育种中得到广泛应用。宋启建等[3]构建了我国第一个大豆ms1雄性不育轮回群体。

大豆ms1轮回群体是根据多个表型性状信息和分子信息通过多种取样策略的比较研究，最终得到一个具有广泛地理来源、遗传变异丰富并且能为今后生产服务的核心种质群体[4-5]。赵双进等[6]经多年采用大豆ms1轮回群体育种的方法成功培育出高蛋白大豆新品种冀豆20，该品种2008年通过河北省审定。冀豆20是我国首次用大豆ms1轮回群体方法培育并审定的新品种。

为了加速大豆育种进程，以宁夏自主研发及国内外核心大豆种质为优良亲本材料，引进大豆ms1轮回群体基础材料（2009年从河北省农林科学院粮油作物研究所引进），通过多年在宁夏引黄灌区的适应性筛选，逐步构建了适宜宁夏引黄灌区生态类型区域的春大豆ms1高产基础群体，2020年该方法获得国家授权发明专利证书。为加快宁夏春大豆新种质、新品种（系）的选育奠定了丰富的种质基础。

1 材料来源

2009年从河北省农林科学院粮油作物研究所引进含有东北、黄淮、南方不同生态类型区的多个优良亲本的ms1雄性不育轮回选择群体[3]，该群体比较晚熟，在宁夏不能正常成熟。因此，首先在宁夏进行了2 a（2009—2010年）的适宜本区生态特性选择。2011—2014年连续4 a选用适应本地区的核心种质：主要来源于宁夏主栽春大豆品种承豆6号、晋豆19、中黄30等、近年选育优良品系宁黄48、宁黄83等品种（系）及国家春大豆北方区域试验及生产示范、宁夏春大豆品种区域试验及生产示范、黄淮海大豆适应性评价试验研究及黄淮海大豆新品种（系）多点产量鉴定等试验参试优良品种等，共70个中晚熟、高产、优质品种（系）进行生态适应性改良。

2 试验方法

试验于2018—2021年，4 a均在宁夏农林科学院农作物研究所试验基地进行（E 106°12′36，N 38°13′1）。土质为粉（砂）壤土，种植行距50 cm，株距10～13 cm，保苗12 000株/667m2左右。

3 基础群体的构建

利用大豆ms1雄性核不育基因丰富了群体的遗传多样性。每个亲本材料取400粒等量混合为混合亲本，按ms1材料不育株籽粒与混合亲本以5∶1的行比进行种植，通过天然杂交，摘荚混合收获群体不育株籽粒，同年在海南进行加代繁殖，收获种植进入下一年的改良。通过2～4轮的基因导入不断进行选择和改良，2014年形成了适宜宁夏春播生态类型区的ms1轮回选择基础群体（LD）。宁夏春大豆种质基因库基础群体构建技术路线见附图。

附图 宁夏春大豆种质基因库基础群体构建技术路线

4 利用大豆雄性核不育基因ms1创制春大豆新种质

4.1 新种质选育过程及产量表现

大豆ms1轮回群体选择育种是在大豆轮回群体优化的前提下进行的大豆新种质、新品系的选育[7]。2014年根据宁夏春大豆的育种目标选择生育期在 135～140 d，株高 90～110 cm，直立、抗倒伏、抗病、适应性强、籽粒外观商品性好、品质优良、目标产量300 kg/667m2以上的中晚熟春大豆中品661、冀豆17、承豆6号、中黄30、宁黄48、宁黄29和晋豆197个混合亲本材料，按照LD群体籽粒与混合亲本以5∶1的行比种植，进行天然杂交，收获不育株籽粒520粒；2015年用同样方法进行回交改良1次，收获不育株籽粒；同时进行常规人工回交，收获人工回交籽粒。2016年将2015年收获的不育株籽粒与人工杂交粒混合种植，一般经过2轮以上选择使群体得到改良，收获后形成高产基础群体，结合常规育种程序创制优良新品种或新种质资源。对选择的优良单株进行田间综合鉴定，表现突出的优良品系可以进入产量试验。步骤一般为（1）株行→（2）株系→（3）产量鉴定→（4）品系比较试验。培育形成一批高产品系，2018年至今累计选择优良单株1 588份，累计开展产量鉴定154份，累计参加产量比较试验42份，利用大豆ms1雄性不育轮回技术创制出高产优质的大豆新种质11份，其中参加宁夏区域试验的高产品系有8个，连续4 a产量较对照增产的新种质3个（见表1）。

表1 利用大豆雄性核不育基因ms1创制春大豆新种质产量情况

从表1可以看出，2018—2021年利用大豆ms1雄性不育轮回技术4 a选育筛选出较对照承豆6号增产的新种质有9份，增幅在0.84%～34.02%；2018年选育了13份大豆新种质，增幅在0.61%～11.23%，13LD222品系产量最高为4 373.16 kg/hm2；2019年继续种植2018年增产的新种质，其中有10份种质增产，增幅在0.90%～24.50%，宁黄LD75品系产量最高为3 906.80 kg/hm2，3份种质减产且减产幅度较大，2020年不再进行田间鉴定种植；2020年继续种植选育了10份大豆新种质，增幅在1.90%～34.02%，其中宁黄LD75品系产量最高为5 100.00 kg/hm2；2021年继续种植选育出了9份大豆新种质，其中13LD222已完成宁夏区域试验程序准备审定，宁黄61和宁黑1号2份材料正在参加宁夏区试中生产试验环节，12LD89、宁黄LD75、宁黄LD8和宁黄LD219正在参加区域试验，9份种质增幅在0.84%～19.37%，17LD46品系产量最高为4 904.35kg/hm2，明年推荐准备参加区域试验。

4.2 新种质的品质分析

从表2品质分析结果可以看出，9个参加区试品系（新种质）粗蛋白质含量在30.20%～40.47%，其中宁黄LD75粗蛋白质含量最高，粗脂肪也达到21.21%；9个新种质的粗脂肪含量在17.40%～24.07%，其中宁黄LD8脂肪含量最高为24.07%，并且该品系生育期较对照早熟一周左右。

表2 大豆新种质品质分析

从表3大豆新种质抗性鉴定可以看出，宁黄LD61对MSV表现高抗，宁黑1号对MSV表现中抗，其他种质正在检测中。

表3 大豆新种质抗性鉴定

5 结论与讨论

育成的大豆品种亲本来源比较狭窄，由于骨干品种间缺乏遗传多样性，这样就限制了大豆产量水平的提升、降低了大豆对发生逆境危害的抵御能力，而轮回选择对大豆产量、熟期、油分含量、蛋白含量等性状改良有效[8-11]，利用ms1轮回选择群体培育成一批优良的大豆品种，例如冀豆19、冀豆20、冀豆21、冀豆22。课题组利用ms1轮回群体建成了适于当地的选择群体[9]。课题组将该群体利用在宁夏大豆育种中经多年轮回选择，运用该发明ms1群体育种的方法创制出11份春大豆中晚熟优异新种质，其中选育出了13LD222、12LD89等新种质（高产品系），其中13LD222参加2018—2019年宁夏春大豆区域试验，2 a平均产量4 455.60 kg/hm2，较对照增产9.90%，产量位居试验第一，2019年品质分析籽粒粗蛋白含量39.23%，粗脂肪含量21.12%；12LD89参加2020年宁夏春大豆区域试验，平均产量4 350.00 kg/hm2，较对照增产6.30%。最终筛选出适合宁夏引黄灌区以及南北山区单种和宁夏间套作种植的优良品系13LD222和12LD89[12]。宁黄LD8、宁黑1号等6份品种（系）正在参加宁夏区域试验，其中宁黄LD8粗脂肪含量达到24.07%。17LD46等4份品种（系）准备提升参加下一年的宁夏区试。

希望今后根据宁夏不同育种需求目标性状来构建群体，比如利用这些群体可以创制早熟、耐盐和耐荫新种质，尽可能把有利基因聚合到一个基因库中不断挖掘大豆资源中有利基因满足于不同生态区的育种需求。能初步解决常规育种带来的难题，对缩短育种年限，提高育种效率，加快大豆新种质、新品种（系）的选育奠定了丰富的种质基础。