240份大豆种质资源品质分析与评价

张素梅, 刘玉芹, 刘进谦, 侯慧敏, 张 磊, 樊宏伟

(1.临沂市农业科学院, 山东 临沂 276012; 2.山东省临沂市气象局, 山东 临沂 276004;3.临沂市农业技术推广中心, 山东 临沂 276000)

大豆种子的主要营养物质为蛋白质和脂肪,大豆种质资源的主要品质分析,即蛋白质和脂肪含量及蛋脂总含量的测定及分析。大豆种子的蛋白质含量一般在40%左右,高的能达50%,脂肪含量约为18%,高的能达23%[1]。我国大豆蛋白质平均含量39.32%,脂肪平均含量20.15%[2],且含量均属微效多基因控制[3],是遗传和环境条件等多种因素混合作用的结果[4],大豆品种间蛋白质变异幅度为9%,脂肪为6%,环境造成的变异幅度为3%,环境能够改变品种的品质[5]。提高大豆蛋白质含量和脂肪含量是国家大豆振兴计划中提质的主要目标。本研究在临沂市自然生态条件下对收集的240份大豆种质资源进行研究,在同一纬度、同一年份、同一地点、同一播期、同等肥水管理、同时收获条件下,进行蛋白质和脂肪含量测定和分析探讨,筛选高蛋白品种,并筛选高蛋白和高脂肪优异大豆种质资源,为高蛋白、高脂肪专用大豆品种选育提供亲本材料。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在临沂市农业科学院试验地进行,位于鲁南地区临沂市西郊(118°26′E,35°09′N,海拔51 m,地势平坦,壤土,前茬为冬小麦,2019年种植过大豆)。大豆生育期内气温、降水、日照等主要气象数据见表1。

表1 2020年临沂市大豆生育期间气象数据Table 1 Meteorological data during soybean growth period in Linyi City in 2020

1.2 试验材料

供试材料为近年来征集引进的国内外大豆新品种(系),共计240份,主要来源于山东、河南、河北、安徽、北京等地区,山东省内各地区(如菏泽、济宁、济南、临沂)为主要收集地,除通过国家及省级审定的品种外,还包括新选育未审定的大豆新品系。

1.3 试验设计

2020年6月15日。在山东省临沂市农业科学院试验地内种植。240份试验材料,每个种质种植3行,行长5 m,行距40 cm,密度1.50×105株/hm2。常规夏大豆管理,10月上旬根据成熟情况,逐个人工收获大豆植株,晒干后,人工脱粒,整理入库。

1.4 蛋白质含量、脂肪含量的测定

选用籽粒成熟度好、大小一致、无病斑、无虫蚀的健康种子,红外光谱分析法进行粗蛋白和脂肪的测定,仪器型号:法国肖邦1250型近红外谷物品质分析仪,每份种质测定3次,取平均值。

1.5 数据分析

应用Excel软件及SPSS 24.0软件进行数据统计分析。蛋白质及脂肪含量统计分析方法参考盖钧镒[6]、兰静等[9]的方法,聚类及相关性统计分析参考闫春娟等[10]文献,蛋白质、脂肪等级划分参照GB 1352—2009执行[11]。

2 结果与分析

2.1 供试种质资源蛋白质和脂肪品质分析

如表2所示,240份大豆种质资源蛋白质含量最大值为48.0%(圣育1号),最小值为36.2%(冀豆32),平均值为42.01%,变异系数为4.87;脂肪含量最大值为24.2%(冀豆32),最小值为16.7%(淮0506),平均值为19.87%,变异系数为5.90;蛋脂总量最大值为66.2%(圣育1号),最小值为57.7%(齐黄39),平均值为61.88%,变异系数为2.59。由此可见,240份大豆种质资源蛋白质含量、脂肪含量、蛋脂总量存在广泛的遗传变异。

表2 240份大豆种质资源品质性状描述性统计Table 2 Descriptive statistics of quality traits of 240 varieties of soybean resources

2.2 种质资源蛋白质含量分析

对240份大豆种质资源种子蛋白质含量进行描述性分析,得出征集种质蛋白质含量频率正态分布图(图1),可以看出,蛋白质含量在42%～42.5%之间的种质频率最高。进一步对含量进行分级,35份材料的蛋白质含量小于40%,占比14.58%;75份材料的蛋白质含量在40%～42%之间,占比31.25%;91份材料的蛋白质含量在42%～44%之间,占比37.92%;39份材料的蛋白质含量大于等于44%,占比16.25%。

图1 蛋白质含量分布Fig.1 Distribution of protein content

2.3 种质资源脂肪含量分析

对240份大豆种质资源种子脂肪含量进行描述性分析,得出征集种质脂肪含量频率正态分布图,由图2可以看出,脂肪含量在19.5%～20.0%之间的种质频率最高。进一步对含量进行分级,有54.58%的种质脂肪含量小于20%(131份);脂肪含量20%～21%之间的种质共73份,占总份数的30.42%;脂肪含量在21%～22%之间的种质共25份,占总份数的10.42%;脂肪含量大于等于22%的种质11份,占比4.58%。

图2 脂肪含量分布Fig.2 Distribution of fat content

2.4 种质资源蛋白质脂肪总含量分析

对240份大豆种质资源种子蛋白质和脂肪总含量进行描述性分析,得到征集的种质蛋脂总量频率正态分布图。由图3可以看出,蛋脂总量在61.5%～62%之间的种质频率最高。进一步对蛋脂总量进行分级,蛋脂总量小于60%的种质27份,占总份数的11.25%;蛋脂总量在60%～65%之间的种质206份,占总份数的85.83%;蛋脂总量大于等于65%的种质7份,占总份数的2.92%。

图3 蛋脂总含量分布 Fig.3 Distribution of total protein-fat content

2.5 蛋白质和脂肪含量的聚类分析

对240份大豆种质资源的蛋白质和脂肪含量进行Q型聚类分析,其中变量个体距离采用平方欧式距离,类间距离采用平均组间链锁距离,生成聚类分析树,在欧式距离为15时,可将240份大豆种质资源分为三大类群,对分析树进行进一步统计分析,结果见图4。

图4 聚类分析分类Fig.4 Cluster analysis classification diagram

其中多数品种归为第一类群,共165份,占总数的68.8%,为中间型;第二类群24份,占总数的10.0%,该类群属高脂肪低蛋白型;第三类群51份,占总数的21.3%,该类群属高蛋白低脂肪型。

2.6 蛋白质、脂肪及蛋脂总量间的相关分析

对240份供试大豆种质资源蛋白质、脂肪及蛋脂总量进行相关性分析。由表3可以看出,供试大豆种质资源蛋白质与脂肪含量呈负相关,皮尔逊相关系数为-0.624(0.6<|R|<0.8),强相关;蛋白质和蛋脂总量呈正相关,皮尔逊系数为0.821(0.8<|R|<1),极强相关;脂肪和蛋脂总量皮尔逊相关系数为-0.066(0.8<|R|<1)极弱相关或无相关。

表3 240份大豆种质资源品质性状的相关性分析Table 3 Correlation analysis on quality traits of 240 varieties of soybean resources

进一步做蛋白质和脂肪及蛋白质和蛋脂总量简单散点图(图5、图6),可以看出图中的散点均有线性趋势,进一步添加拟合线,并进行方程拟合。得到供试样品的蛋白质与脂肪含量的关系方程式y=-0.357 6x+34.886(R2=0.389 6),其中x指蛋白质含量(36.2

图5 蛋白质和脂肪含量的关系Fig.5 Relationship between protein and fat content

图6 蛋白质和蛋脂总量的关系Fig.6 Relationship between protein and total protein-fat content

3 讨 论

本试验中,240份大豆种质的蛋白质含量在36.2%～48.0%之间,平均含量42.01%,变异系数4.87;脂肪含量在16.7%～24.2%之间,平均含量19.87%,变异系数5.90。聚类分析可将240份种质资源分为三大类,其中中间型占比68.8%,高蛋白低脂肪型占比21.3%,高脂肪低蛋白型占比10.0%。进一步分析各含量的相关关系,蛋白质与脂肪含量呈负相关,相关系数为-0.624,强相关,关系方程式为:y=-0.357 6x+34.886,R2=0.389 6;蛋白质和蛋脂总量呈正相关,相关系数为0.821,极强相关,关系方程式为:y=0.642 4x+34.886,R2=0.673 2;脂肪和蛋脂总量相关系数为-0.066,极弱相关或无相关。本试验240份大豆种质资源蛋白质和脂肪含量呈负相关关系,这与栽培大豆的生态规律及王秀荣等[12]的研究结果一致。

我国拥有丰富的大豆种质资源[13],资源的多样性对大豆品种改良具有重要作用[14]。种质资源综合分析、评价是种质创新的基础,是品种改良的关键。邱丽娟,王金陵[15]研究表明,选择父母本蛋白质含量均高的育种材料进行杂交,在后代中可以获得较多的高蛋白个体,高蛋白育种更多要依靠选择高蛋白的亲本[15]。后代高油个体的获得,同样也需要高油亲本的遗传支撑。通过此次试验测定筛选,得到蛋白质含量超过44%的高蛋白材料39份,脂肪含量超过22%的高油材料11份,可作为育种专用材料使用。其中圣育1号蛋白质含量达到48.0%,可作为蛋白专用品种,冀豆32脂肪含量达到24.2%,可作为高油专用品种。大豆脂肪和蛋白质含量受环境影响也很大,不同品种对环境变化的响应效应能力也不同,本研究只是对涉及的240份大豆种质,在2020年临沂生态环境下的品质表现进行测定分析研究得出的结论,有一定的局限性。

4 结 论

对收集到的240份大豆种质资源品质进行了分析和评价,得到了这些材料的蛋白质及脂肪品质含量的描述性统计分析结果,遵循蛋白质和脂肪间呈负相关,蛋脂总含量呈正相关。聚类分析可将这些材料划分为三大类群,其中中间型占比最多,高蛋白低脂肪型其次,高脂肪低蛋白型最少。从受试材料中初筛得到高蛋白材料39份,高油材料11份,为高蛋白、高脂肪专用品种的选育提供了丰富的亲本材料。