我国大豆属多年生种遗传资源研究

王克晶 张郑伟 李向华

（中国农业科学院作物科学研究所，北京100081）

大 豆[Glycine max（L.）Merr.] 起 源 于 我 国，我国的野生大豆（Glycine sojaSieb.et Zucc）是大豆的直接祖先。大豆种质资源，除了包括大豆亚属（SubgenusSoja）所有植物，即正在推广和使用的品种、淘汰的老品种、长期传承的农家品种（地方品种）、野生大豆（含半野生大豆），还包括大豆属（GlycineWilld.）的多年生亚属（SubgenusGlycine）全部野生种，因为它们包含大豆亚属的部分遗传基础。

在1979-1983 年第一次全国野生大豆资源专项考察中，陈如凯等[1]在福建沿海及附近岛屿采集到大豆属多年生种烟豆（Glycine tabacina（L.）Benth.）和短绒野大豆（Glycine tomentellaHayata），并将1 份烟豆资源和1 份短绒野大豆资源入国家长期库保存[2]。中国农业科学院作物科学研究所在西部考察及科技部国家重点研发计划（编号2021YFD1200103）资助下，在福建、广东、浙江南部沿海及环海南省海岸进行了我国多年生野生大豆考察，基本明确了我国多年生野生大豆的种类及分布状况。截至2023 年7 月，共搜集烟豆资源50 个居群、短绒野大豆资源59 个居群。本研究将对我国多年生野生大豆遗传资源研究进展进行总结，并对尚未清楚的问题展开讨论。

1 目前大豆属分类概况

大豆属的分类自1737 年林奈命名最初的8 个物种以来，新种不断发现，若干物种名称多次变动修订，截至2018 年，大豆属植物分类为29 个种，分布见表1。

表1 大豆属分类情况[3]

2 中国多年生野生大豆物种及分布概况

2.1 物种种类根据中国植物志[5]记载，我国大陆有G.tabacina（Labill.）Benth.（烟豆）和G.tomentellaHayata（短绒野大豆）分布。在我国台湾省，Henry[6]最 早 认 定 台 湾 有G.tabacina（Labill.）Benth.，认为台湾的G.tabacina（Labill.）Benth.是当地“native”。Hayata[7]命名了台湾南部地区的一个种G.tomentellaHayata（短绒野大豆）和澎湖地区的一个种G.pescadrensisHayata。Hermann[8]在Glycine修订时发现G.tomentellaHayata（短绒野大豆）与1864 年命名的G.tomentosa（Benth.）Benth.种形态一致，并采用了G.tomentellaHayata 种名。Hosokawa[9]认为澎湖的种G.pescadrensisHayata 与澳大利亚的种G.clandestinaWendl.形态一致，自此以后，G.clandestinaWendl.在台湾中文名字被称为“澎湖大豆”。澎湖大豆（G.clandestinaWendl.）是否在台湾存在着很大争议[10-11]，Newell 等[11]认为G.clandestinaWendl.只限于澳大利亚分布，台湾的“澎湖大豆”是分类上误认定为G.clandestinaWendl.，应 该 属 于G.tabacina（Labill.）Benth.（烟豆）。这样，分类上Hayata[7]在澎湖地区鉴定的种G.pescadrensisHayata 和Hosokawa[9]的台湾版G.clandestinaWendl.（澎湖大豆）都被否定，它们都是G.tabacina（Labill.）Benth.（烟豆）。然而，Pfeil等[12]又将异源四倍体烟豆没有不定根的类型赋予新物种地位G.pescadrensisHayata；通常，二倍体的烟豆类型当茎匍匐地面生长时，茎节上可生出比较长的不定根。中国东南沿海的异源四倍体烟豆大部分无不定根，稀有短的不定根[13]。Ohashi 等[14]鉴定出台湾新种G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆荚大豆）。

至此，我国台湾被认定存在的SubgenusGlycine植 物 有4 种：G.tabacina（Labill.）Benth.（烟 豆）、G.tomentellaHayata（短绒野大豆）、G.pescadrensisHayata 和G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆荚大豆）。

2.2 烟豆和短绒野大豆在我国的分布范围和生境中国农业科学院作物科学研究所在2013-2023年间进行了多次东南沿海多年生野生大豆考察，范围涉及浙江省南部沿海、福建省沿海、广东省沿海、海南省环岛沿海。通过考察基本明确了我国烟豆和短绒野大豆分布的北界/南界、距离海岸向内陆分布的最远距离（表2）。调查发现，这两种植物倾向在海岸地带生长，喜阳，绝大多数见于海岸地带距海3km 之内的路边、绿化带、草地、灌木丛、山坡、墓地等生境，显示较强的耐旱和耐盐性。

表2 我国两个多年生野生大豆物种的分布（除台湾省）

表2 显示，烟豆在我国大陆分布仅局限于福建省内，北界在福清市龙田镇一带，南界在漳浦县佛昙镇一带，距离海岸最近距离20m，最远距离3.5km；短绒野大豆分布跨越福建和广东两省，北界在福建省福州市长乐区松下镇、平潭县流水镇一带，南界在广东惠东县巽寮湾镇一带，距离海岸最近距离20m，最远距离8.7km。

2.3 我国短绒野大豆和烟豆的形态及生物学特征染色体数 图力古尔等[15]对来自福建的1 份烟豆和1 份短绒野大豆进行了染色体数观察，结果都是2n=80。高霞等[16]观察了来自福建省长乐市松下镇和莆田市湄洲岛的3 份短绒野大豆、来自福建省湄洲岛和平潭岛的6 份烟豆，染色体数都是2n=80。

中国农业科学院作物科学研究所对来自广东省12 个不同居群、福建省26 个不同居群共计38 株短绒野大豆材料进行染色体观察，证实了福建省和广东省的短绒野大豆染色体数都是2n=80，根据文献推断属于异源四倍体。染色体观察中没有发现2n=38 和78 非整倍体染色体数的类型。后续加大了烟豆居群数和个体数的染色体观察，对福建省各地的24 个居群、共计364 份材料进行了观察，结果证实我国烟豆染色体数也是2n=80 的异源四倍体，没有发现染色体数2n=40 的二倍体烟豆[13]。

开花 考察发现，两个物种在自然条件下可以看到全年多次开花和成熟，开花期在不同地理居群之间有差异，但是总体上全年有两次集中期，开花盛期在4-6 月、7-8 月，成熟期在6-7 月、9-10 月。

在北京盆栽条件下开花观察中看到，烟豆和短绒野大豆都存在开花授粉和闭花授粉：开花授粉花序着生于茎的中部和上部叶腋；闭花授粉的花无花序，花直接着生在茎的下部叶腋处[10，13]。两个物种对短日照不敏感，尤其是烟豆，在北京能正常开花结荚和成熟。

与烟豆相比，短绒野大豆在北京室外种植下的生物学反应有较大差异。本课题于2014-2017 年在北京顺义科研基地盆栽种植100 份短绒野大豆材料，每年10 月底至次年4 月在大棚越冬（12 月至2月棚内夜间温度10～15℃），5-10 月中旬移到室外，短绒野大豆能够开花，但是不能正常结荚和成熟，收不到种子。从第2 年开始个别材料发育不良，叶片发黄、红蜘蛛感染严重，甚至一些材料死亡。而在室内温度较高阳光充足条件下，短绒野大豆能够正常开花结荚成熟，开花结荚从9 月持续到次年3月结束，连续几年能够收获正常种子。短绒野大豆在北京室外种植不能正常结荚成熟的原因可能是北京有效积温低于其原产地福建及广东省沿海地带，推测相较于光照长短，在生长发育上短绒野大豆比烟豆可能对有效积温要求更敏感。换句话说，烟豆比短绒野大豆相对耐寒。有关短绒野大豆能正常开花结荚所需最低有效积温问题还需要进一步研究。

叶形 短绒野大豆的叶形有4 种，卵圆、圆、椭圆、长椭圆，其频率分别为54.2%、31.7%、13.8%和0.3%。烟豆也有4 种叶形，披针、长椭圆、椭圆、线型，其频率分别为61%、28%、6%和5%[13]。两物种叶片特征如下（表3）。

表3 中国多年生野生大豆叶片大小[13]

荚与种子 本课题对1045 株烟豆的荚和种子特征进行调查，荚多为笔直，少数镰刀型，表面有稀疏茸毛。一个花序结荚不超过10 个荚，每荚种子数1～10 个。闭花授粉荚较短，每荚通常1～3 粒种子。成熟种子通常为黑色，有时附着棕色泥膜，甚至一个荚中会出现无泥膜和有泥膜的种子，千粒重通常为2.8～6.1g。地理上平均千粒重从南到北（南部、中部、中北部、北部）逐渐降低[15]。

对50 株短绒野大豆观察的结果显示，一个花序结荚3～5个，每荚结实2～4粒，闭花授粉结荚1～3粒，千粒重2.6～7.5g。

2.4 遗传变异与多样性

2.4.1 稀有的形态变异短绒野大豆扁茎变异（图1a） 考察发现福建省2 个居群、广东省2 个居群有扁茎变异植株，种子在北京盆栽种植条件下同样出现扁茎。在栽培大豆中有这种扁茎类型，但在多年生短绒野大豆中是首次发现[17]。扁茎变异植株的染色体观察也是2n=80（图2a）。

图1 烟豆和短绒野大豆形态变异

短绒野大豆不定根变异（图1b） 考察发现在广东和福建省收集的59 个短绒野大豆居群中，有11 个居群有不定根现象，占居群的18.6%，其中6个居群是在北京盆栽条件下发现的，说明这些不定根类型在自然条件下和人工盆栽条件下都能出现；这些居群跨越两个省、多地点普遍存在，相互距离97～284km，说明不定根变异是可遗传的变异。不定根在大豆属有些多年生植物中出现，比如二倍体烟豆和异源四倍体烟豆的分类特征是能长不定根[12]，不定根在大豆和野生大豆中也普遍存在，被认为是大豆属B 组染色体的特征[18]，但是在短绒野大豆中是首次发现[17]。不定根变异植株的染色体观察也是2n=80（图2b）。

短绒野大豆丛生“分蘖”变异（图1c，1d）2022 年、2023 年野外考察发现福建省1 个居群、广东省5 个居群有这种变异，主要在茎节处有数十乃至上百之多分蘖。含有变异植株的居群最远直线距离至少500km，说明这种变异是普遍在我国东南沿海短绒野大豆居群中存在的。

烟豆丛生“分蘖”变异（图1e，1f） 2023 年考察发现在福建1 个居群有这种变异。这个居群是一个烟豆和短绒野大豆的混合居群，在这个混合居群中有正常的短绒野大豆、丛生“分蘖”变异的短绒野大豆、正常的烟豆、丛生“分蘖”变异的烟豆。

2.4.2 大豆属内遗传差异大豆属内的两个亚属SubgenusGlycine和SugenusSoja，前者都是多年生生活史物种，而后者是具有共同基因池的两个一年生物种（栽培大豆和其祖先种野生大豆）。所以，前者可以称之为多年生亚属，而后者可以称之为一年生亚属。

已发表的研究文献表明，这两个亚属间的差异要大于亚属内。吴晓雷等[19]利用SSR 分子标记研究了大豆属种间亲缘关系，研究材料包含福建1 份烟豆和1 份短绒野大豆，研究结果证实Glycine亚属和Soja亚属分类界限较明显。曹凯鸣等[20]对中国Glycine属的rbcS 基因测序显示，烟豆和短绒野大豆的rbcS 碱基同源性亚属间差异较大，亚属内差异较小。王玉民等[21]的大豆属亲缘关系ISSR 分子标记显示，多年生种都与来自中国的Soja亚属材料亲缘关系较远。

文献发表的结果还表明，种内遗传亲缘关系密切，大于种间。韩锋等[22]电泳分析种子水溶性蛋白带型显示，1 份中国福建短绒野大豆和1 份烟豆蛋白图谱差异较大。王玉民等[23]通过超氧化物歧化酶电泳谱型分析，发现1 份中国陆地烟豆和1 份中国台湾烟豆材料谱型相同，说明染色体组型应相同；4 份中国陆地短绒野大豆材料谱型相同，应为同一染色体组型。王玉民等[21]利用ISSR 分子标记进行了大豆属亲缘关系研究，使用包含1 份中国烟豆材料和1 份短绒野大豆材料，结果发现不管地理来源远近，烟豆和短绒野大豆都是和同物种的材料亲缘关系最近。

烟豆和短绒野大豆也存在地理上氨基酸含量差异。徐豹等[24]在研究大豆属内氨基酸含量时，看到中国2 份不同地理来源的短绒野大豆材料间氨基酸含量存在差异。游添荣等[25]研究了中国台湾澎湖列岛9 个地点的烟豆表型和同工酶谱带，发现不同地点材料的表型和同工酶电泳都显示存在地点间差异，推测澎湖列岛的烟豆存在地理上的遗传差异。王玉民等[23]的超氧化物歧化酶谱型分析显示，中国烟豆谱型完全一致，而与澳大利亚起源的烟豆谱型相近，可能是存在种间地理上的差异。

2.4.3 两个物种的遗传多样性钱吉等[26]利用RAPD 分子标记对中国福建省湄洲岛（3 居群）和平潭岛（1 居群）的4 个烟豆小种群（5m×20m）进行了生态遗传学研究，结果发现其表现出高度的多态性，同时种群间在地理距离较大时，遗传分化与地理距离间有一定的相关性，而小范围内相关性不明显。

陈丽丽等[27]用ISSR 分子标记分析了福建湄洲岛40 份烟豆材料，福建湄洲岛、东山岛和广东陆丰采集的16 份短绒野大豆材料，结果显示湄洲岛烟豆有较高遗传多样性，而短绒野大豆遗传多样性较低，并且不同采集地的地理间发生极低或几乎没有发生遗传交流。

鉴于两个物种在我国东南沿海的遗传多样性水平研究缺乏，为了更准确了解其遗传多样性动态，为烟豆和短绒野大豆的遗传资源搜集与保护提供理论依据，本课题组在物种分布地理尺度上分析了我国30 个烟豆[28]和短绒野大豆的天然种群的遗传多样性水平[13]（表4）。

表4 两个中国多年生野生大豆居群遗传多样性分析[13，28-29]

烟豆遗传多样性：长距离遗传扩散和单倍型分析推论了个体迁移可达200km，试验测定到一个56km 距离的迁移。福建中部和中北部是烟豆遗传多样性中心。烟豆居群的遗传特征是相对较高的遗传渗透、温和的地理分化、较大的居群间遗传分化、居群内高的异质性，高的居群内异质性很可能归因于物种的多年生性[28]。

短绒野大豆遗传多样性：Wang 等[29]对福建省5 个岛屿11 个短绒野大豆居群的NJ 聚类分析和STRUCTURE 分析显示出岛屿分化模式，岛屿居群具有遗传上的地理隔离，没有看到岛屿间材料的遗传交流。张郑伟[13]分析显示，陆地居群显示较低的异交率、明显的居群遗传分化、较高的居群内遗传变异（异质性），自相关分析显示102.27km 有遗传上的正相关。

3 讨论

3.1 多年生种在中国大陆和台湾地区的分布台湾地区除了澎湖大豆（G.clandestinaWendl.）的分类有争议外，已经明确存在4 种多年生大豆物种，G.tabacina（Labill.）Benth.（烟 豆）、G.tomentellaHayata（短 绒 野 大 豆）、G.pescadrensisHayata 和G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆荚大豆）。令人不解的是福建省沿海距离台湾地区及周边岛屿很近，目前只确认烟豆和短绒野大豆存在。

福建省沿海及附近岛屿也许有另外的多年生种的分布。Pfeil 等[12]对从异源四倍体烟豆中发现的不能长不定根的类型确认是G.pescadrensisHayata（2n=80）[7]。目前根据多次野外考察和盆栽观察研究[13]，认为在福建沿海分布是烟豆植物的少部分植株中发现有不定根（图3），而大部分植株没有不定根，它们是否是G.pescadrensis有待进一步的研究证实。也许Hataya 在台湾于1920 年鉴定的G.pescadrensis是正确的，而不是Hosokawa[9]的台湾版G.clandestina（澎湖大豆），2006 年Pfeil 等人应是重新给予纠正确认。G.pescadrensisHayata的基因组为AB1（2n=80）[3]。我们对于我国疑似G.pescadrensis的植物进行了染色体观察，染色体数是2n=80[13]，基因组信息还有待鉴定。

图3 福建烟豆有不定根（2023.6 月考察）

另外，根据本课题组多次考察确认，现行版《中国植物志》41 卷的关于烟豆分布于福建和广东省的描述不准确，广东省没有烟豆分布。烟豆分布南界在福建省漳浦县佛昙镇一带，沿海岸线直线距离广东边界至少有100km。

台湾地区有G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆荚大豆）（基因组D1A，2n=80）[10]，目前在我国东南沿海还没有发现，也许分布频率低而发现困难，有可能存在。

关于我国多年生野生大豆基因组问题，烟豆基因组有BB1、BB2、B1B2 3 种，我国的烟豆到底是哪种基因组还需要鉴定。短绒野大豆基因组复杂，染色体数2n=80 有DA6、DD2、DH2 3 种基因组，我国的短绒野大豆染色体数已经明确是2n=80。DD2 基因组分布在澳大利亚和巴布亚新几内亚，而DA6 和DH2 基因组在我国台湾地区有分布。那么我国东南沿海的短绒野大豆是否含有和台湾省一样的基因组还有待鉴定。

3.2 开发我国多年生野生大豆资源优异性状及特性在育种上利用我国东南沿海虽然有短绒野大豆和烟豆遗传资源，但是它们的农艺性状和优异特性还没有被鉴定。多年生亚属许多种表现耐干旱、耐热、耐寒性，明显的日照长度不敏感性和抗病性等[30-31]。包括烟豆和短绒野大豆在内的若干多年生种中容易找到大豆锈病的抗原[32]，在烟豆中更容易找到抗菌核茎腐病植株，而在短绒野大豆中更容易找到抗猝死综合症植株[33]。Hamim 等[34]发现干旱情况下短绒野大豆的谷胱甘肽还原酶的含量是栽培大豆的3 倍。耐盐鉴定显示短绒野大豆耐盐性最强，烟豆次之，一年生野大豆最敏感[35]。通过对根、茎、叶积累离子浓度鉴定，发现多年生种短绒野大豆比一年生Soja亚属植物具有更高的耐盐性[36]。包括短绒野大豆在内的若干多年生种对孢囊线虫具有抗性，是潜在有待开发的抗原[37-38]。

利用多年生野大豆育种的难题是多年生种与栽培大豆杂交不易获得F1种子，并且F1不育[39]。国际上已经开发了多年生野大豆与栽培大豆杂交的胚组培技术挽救法[30-31，40-49]，通过此项技术克服了多年生野大豆与栽培大豆杂交困难及不育，已经开发出短绒野大豆异源细胞质大豆系和短绒野大豆染色体替换系大豆，拓宽栽培种的遗传基础，获得了高产的种间杂交大豆后代品系。

到目前我国还没有开展多年生野大豆种质资源农艺性状的筛选和鉴定，开拓大豆种质基础及育种工作。目前我国也搜集到了短绒野大豆和烟豆两个物种的大量遗传资源，我国基因库除了一年生野生大豆遗传资源以外又新增两个大豆物种资源。多年生野大豆本身就具有耐旱和耐盐碱特性，加之近年从我国东南沿海搜集到来自各种生境的资源，尤其是干旱和靠近海水生境的资源可能蕴藏更高耐旱和耐盐碱种质材料。

今后我国应在多年生野大豆的遗传变异、各种农艺性状鉴定与筛选、杂交育种利用的组培技术、优异性状基因定位与基因克隆、多年生种优异基因的转基因大豆育种上开展研究，尽快开发多年生野大豆遗传资源的育种潜力。

3.3 加强我国多年生野生大豆资源保护近年来通过考察看到，我国东南沿海多年生野大豆分布生境环境恶化，面积萎缩。在海岸地带养殖场开发、化工厂和核电厂建设、港口建设、住宅、海滨度假村、海滨公园、道路等建设占据了多年生野大豆许多分布面积，使分布生境片段化严重。因此，加强我国东南沿海的多年生野生大豆遗传资源的搜集刻不容缓。根据我们对我国沿海烟豆和短绒野大豆的遗传多样性分析，绝大多数居群具有自己特有的遗传结构，居群间有明显的遗传分化[13，28，29]，建议搜集资源时要收集每个居群。同时，在抢救性搜集我国东南沿海多年生野大豆资源种子的同时，尽快有计划设置多年生野生大豆原生境保护点很有必要。另外，建立原产地异位保存圃也是对多年生野生大豆有效保护的一种方式。在多年生野生大豆分布地区，政府和农业、生态部门要做好宣传和科普工作，让民众认识多年生野大豆，提高民众的保护意识。可以结合当地生态建设、公园建设、绿化地建设，把珍稀植物资源也纳入保护范围，在景观区域之内设置多年生野大豆科普教育保护点。

另外，考察发现，当地民众为了海岸美化，经常在海滨地带和海岸山坡喷洒除草剂和落叶剂，严重毁灭多年生野大豆资源，建议当地政府有关部门制定有效措施减少在海岸地带、尤其是海岸山坡喷洒除草剂和落叶剂，要在多年生野大豆分布区域禁止这种喷洒作业，以便保护当地的野生植物多样性。