北美大豆种质资源农艺综合性状鉴定与分析

2024-07-03李明雪孙旭红张勇王磊杨兴勇庞泽宋继玲

江苏农业科学 2024年10期

李明雪孙旭红张勇王磊杨兴勇庞泽宋继玲

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.009

摘要：大豆是我国重要的饲料和油脂来源，提升大豆产量满足市场需求是我国保证粮食安全的重要途径。由于多年来杂交亲本利用主栽品种等倾向性习惯导致遗传背景变窄，单产提升缓慢，因此拓宽我国亲本遗传背景，将是解决问题的关键。通过中国、乌拉圭政府间国际合作重点项目引进60份北美大豆种质资源，对其花色、结荚习性、叶型、生育期、株高、主茎节数、百粒重、小区产量等农艺性状进行鉴定，使用主成分分析、隶属函数法等分析方法对种质资源进行综合评价。结果筛选出9份性状优异的资源可以作为亲本进行杂交组配，和WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份综合性状优良、熟期适宜、产量较高的资源。这13份优质大豆资源优化了我国大豆遗传背景，丰富了我国种质资源类型，通过累加优异等位基因的手段，可提升我国大豆综合性状，为我国大豆育种提供优质的植物材料。

关键词：大豆；种质资源；产量；农艺性状；主成分分析；综合评价

中图分类号：S565.102；S565.103.7 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）10-0069-06

收稿日期：2023-07-15

基金项目：国家重点研发计划（编号：2018YFE0116900-4、2022YFE0203300）；黑龙江省农业科学院院级课题（编号：2021YYYF035）；国家自然科学基金面上项目（编号：32072018）；黑龙江省农业科技创新跨越工程项目（编号：CX23ZD04）；黑龙江省揭榜挂帅课题（编号：2021ZXJ05B02-07）；黑龙江省农业科学院克山分院院级先导课题（编号：XDYBB2023-02）；“十四五”重点研发计划（编号：2022YFD1200704--2）；科技创新2030—重大项目（编号：2022ZD0400702-2）。

作者简介：李明雪（1996—），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，研究实习员，从事大豆育种及栽培工作。E-mail：2297352379@qq.com。

通信作者：张勇，硕士，副研究员，从事大豆遗传育种及种质创新工作。E-mail：zhangyong6751@163.com。

大豆起源于中国，有5 000多年的种植历史［1-2］，我国大豆种质资源直接或间接地被引种到世界各地，对世界大豆生产快速发展起到了重要作用［3］。大豆在长期的种植过程中，经过自然选择和人工选择，形成了丰富多彩、类型各异的品种资源［4-5］。美国北方大豆品种含有我国的 Man-darin等祖先亲本50%以上的遗传物质，而美国南方品种含有我国南方的CNS的血缘。我国大豆对日本、欧洲品种遗传改良也发挥了重要作用。可见，引种对全球大豆发展做出了重要贡献［6］。

种质资源是大豆育种的重要物质基础，全面了解和分析大豆种质资源的遗传多样性［7］，充分发掘和筛选特异种质资源类型，拓宽种质资源遗传基础，是破解我国大豆育种困境、提高大豆育种实效的重要手段［8-9］。因此，对国外大豆资源进行鉴定和筛选，选择优异种质为亲本，配制杂交组合，可以拓宽我国大豆的遗传基础，提高产量、改善品质［10-12］。

本研究通过对北美大豆种质资源综合农艺性状进行分析，明确国外大豆资源在黑龙江高寒地区的适应范围，并从中筛选出适宜本地区种植的优质资源，改善现有种质的农艺性状和品质，提高产量，为我国大豆产业的新品种选育和创新提供材料基础。

1 材料与方法

1.1 材料

60份大豆材料，均来自北美，编号及名称见表1。

1.2 方法

试验于2022年在黑龙江省农业科院克山分院科研基地（48.03°N，125.87°E）进行。试验地块地势平坦，肥力均匀，前茬作物为马铃薯。底肥为混肥（尿素 ∶磷酸二铵=1 ∶3），用量为225 kg/hm2。土壤类型为淋溶黑钙土，土壤pH值为6.38，有机质含量为34.16 g/kg，全氮含量为1.70 g/kg，全磷含量为0.15 g/kg，速效氮含量为120.62 mg/kg，速效磷含量为49.46 mg/kg，速效钾含量为237.24 mg/kg。

于2022年5月15日播种，采取随机区组试验设计，小区面积10 m2，小区播种密度为37.5万株/hm2，3次重复。采用播种机开沟，人工播种，生长期间进行正常田间管理，记录播种期、开花期和成熟期；成熟后取试验小区内生长正常无缺株的连续10株为考种样本，测定株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株粒重、百粒重、小区产量共7个农艺性状。

1.3 数据分析

采用Office 2020进行原始数据整理与分析；采用SPSS 22.0数据处理软件进行主成分分析和聚类分析。相关分析步骤如下：

（1）数据标准化处理：采用SPSS软件进行数据标准化处理。

（2）因子分析：采用SPSS软件进行因子分析。

（3）主成分分析：根据特征值大于1的准则提取主成分，计算每个主成分的特征向量，根据特征向量计算主成分得分矩阵，以及每份材料的综合主成分值。

（4）利用隶属函数将各个指标性状在所提取的主成分上的得分值进行标准化：FXi=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；i=1，2，3，…，n。其中Xmin和Xmax分别表示每个主成分上各性状指标得分值的最小值和最大值。

（5） wp=λp/∑pp=1λp。式中wp表示提取的第p个主成分的权重； λp表示提取的主成分所对应的特征值。

（6） D=∑pp=1（wp×FXi）。式中D表示综合评价指数。

（7）以D值进行聚类统计。

2 结果与分析

2.1 田间调查

引进国外供试大豆品种60份，按照花色可分为45份紫花和15份白花材料；以结荚习性可分为44份无限结荚习性和16份亚有限结荚习性材料；以叶型可分为57份圆叶和3份披针叶材料；以茸毛色可分为38份灰色和22份棕色材料。平均生育期为113.61 d，变异系数为8.97%；平均倒伏级别为3.37，变异系数为17.65%（表2）。

2.2 国外大豆产量相关性状分析

供试大豆材料农艺性状变异系数的变化范围在13.46%～54.40%之间，由大到小的顺序为有效分枝数>小区产量>单株粒重>子叶节高度>株高>百粒重>主茎节数。其中变异幅度最大的性状为有效分枝数和小区产量，变异系数分别为54.40%和37.96%，变异范围更加广泛；变异幅度最小的性状为主茎节数，仅为13.46%（表3）。

2.3 相关性分析

由表4可知，国外大豆种质资源的8个与产量相关的性状间存在着显著或极显著的相关性。倒伏级别与株高呈极显著正相关，相关系数为0.560；倒伏级别与小区产量呈极显著负相关，相关系数为-0.460；株高与有效分枝数呈极显著正相关，相关系数为0.486；倒伏级别与主茎节数呈显著正相关，相关系数为0.336；株高与主茎节数呈显著正相关，相关系数为0.349；株高与小区产量呈显著负相关，相关系数为-0.338；子叶节高度与百粒重呈显著正相关，相关系数为0.328；有效分枝数与百粒重和小区产量呈显著负相关，相关系数分别为-0.391和-0.388；主茎节数与单株粒重呈显著正相关，相关系数为0.369；单株粒重与小区产量呈极显著正相关，相关系数为0.639；百粒重与小区产量呈显著正相关，相关系数为0.368。

2.4 国外大豆主成分及因子分析

对株高、子叶节高度、主茎节数、有效分枝数、单株粒重、百粒重及小区产量等7个产量相关性状进行主成分分析。按照特征值大于1的准则提取主成分，共得到3个主成分因子，其累计贡献率达到77.10%（表5），具有相对较大的信息代表性。各性状的成分矩阵分析结果（表6）显示，与第1主成分相关性较高的性状为主茎节数（0.82）、小区产量（-0.74）、有效分枝数（0.72）和株高（0.68），与第2主成分相关性较高的性状为百粒重（0.71）和子叶节高度（0.55），与第3主成分相关性较高的性状为单株粒重（0.62），以上3个主成分反映了主要产量相关农艺性状表现。因此，提取这3个主成分可以综合反映出7个性状的信息，可以将这9个指标转化为3个新的综合性指标，反映国外大豆在克山地区种植的综合农艺性状表现情况。

2.5 国外大豆资源综合评价

采用隶属函数法对60份欧洲大豆资源进行综合评价，计算出各资源的综合评价D值。D值越大，表明该资源的综合农艺性状越好。由表7可知，D值大于0.6的共有9份资源，分别为WDD00408（Bavender Special B），WDD00583（Wayne），WDD01573（Chapman），WDD01465（Logan），WDD00361（Elton），WDD01609（Hamilton），WDD00536（Corsoy），WDD00512（Hardin），WDD00564（Adelphia）。其中Bavender Special B的D值最大，为0.74，综合表现最好。

采用最远距离法对D值进行聚类分析，在欧氏距离为5处将国外大豆资源分为4类。第1类D值的变化范围在 0.61～0.74之间，共9份材料；第2类D值变化范围在0.48～0.59之间，共25份材料；第3类D值变化范围在0.24～0.45之间，共25份材料；第4类D值为0.11，共1份材料（表8）。

3 结论与讨论

随着大豆育种进程的推进，以及国家对大豆政策上倾斜等因素，大豆近年来在全国，尤其是东北地区的种植比重越来越重，所以对于优良品种的需求也越来越高［13-15］。目前我国大豆育种亲本的选择多以国内、美国和日本为主［16］。多年来在育种习惯下组配杂交亲本使亲本的遗传背景逐渐变小，血缘关系逐渐变近，这将不利于大豆育种的发展［17］。因此，本研究通过中乌项目，对北美地区的大豆资源进行精准鉴定，以其筛选到优异资源，改良我国大豆遗传背景，拓宽其遗传基础。

本研究中，60份北美大豆资源，性状变异系数的变化范围在13.46%～54.40%之间，反映了这些大豆资源的类型丰富。株高的变化范围在81.28～188.60 cm 之间，平均株高 137.92 cm；主茎节数变化范围在 11.60～22.30之间，平均节数17.69；有效分枝数在 0～7.20 之间，平均分枝数为 2.75，这说明北美大豆资源具有植株高、多荚、多节和多分枝的特点。对各资源进行综合评价得到D值后，再对D值进行聚类分析后可得，WDD00408、WDD00583、WDD01573、WDD01465、WDD00361、WDD01609、WDD00536、WDD00512、WDD00564的D值在 0.61～0.74之间，整体来看，株高较高、荚数多、节数多、生育期较长，会出现不完全成熟的情况，但是可作为优良亲本材料，利用其荚数和节数性状，改善主栽品种遗传背景。D值在0.24～0.45之间的大豆品种产量较高，生育期适宜，株高适中，WDD00572、WDD01596、WDD03026、WDD00504共4份综合性状优良、熟期适宜、产量较高的资源，可以利用累加产量性状优异等位基因，来提高产量。经过分析，这13份优异资源可以利用，为我国大豆新品种选育提供优质新材料。

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