饲草型大豆杂交后代生产性能的遗传规律

张晓会，刘志英，姜慧新，孙 娟，卢道宽，翟桂玉，杨国锋

(1.青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东 青岛 266109； 2.山东省畜牧兽医总站，山东 济南 250022)

野生大豆(Glycinesoja)具有茎秆柔软、叶量丰富、适口性好、粗蛋白含量高及价格低廉的特点，仅山东省垦利县大汶流草地就有4万亩(约合2 666.7 hm2)野生大豆繁衍生存，亩产干草1 000 kg左右[1]。栽培大豆(Glycinemax)优良亲本的重复利用造成栽培大豆品种遗传基因基础狭窄[2]，威胁大豆育种的遗传多样性[3-5]。饲草专用的大豆品种多属短季、高株型的品种[6]，美国对饲草型大豆的研究较多，培育出已通过审定的专用饲草型大豆品种“Derry”、“Donegal”和“Tyrone”[7]。我国对利用茎叶的专用饲草型大豆的研究报道较少。最佳饲草刈割时间随饲草品种不同而不同[8]。现有研究表明，野生大豆在开花期和绿荚较多时期刈割可获得较高的干物质和可消化干物质产量[9-10]。因此，本研究通过将野生大豆和栽培大豆进行杂交，分析饲草型大豆杂交后代生产性能的遗传规律，以期筛选出优良杂交后代作为饲草进行栽培利用。

1 材料与方法

1.1试验地自然状况 试验地位于山东省济南市长清区潘村山东省畜牧总站牧草试验站(36°33′ N， 116°51′ E)，海拔62 m，年均温14.7 ℃，年降水量671.1 mm，土壤为潮土，pH值7.6，土壤有机质11.4 g·kg-1，水解氮26.2 mg·kg-1，有效磷5.0 mg·kg-1，速效钾71.6 mg·kg-1。

1.2试验材料 亲本为黄河三角洲一年生野生大豆和当地栽培利用较多的晚熟栽培大豆。建立正交(DC：晚熟栽培大豆♀×野生大豆♂)和反交(RC：野生大豆♀×晚熟栽培大豆♂)两个组合，2006年获得少量杂交F1代种子。2007年种植F1代种子，筛选出两棵F1代植株并分别保留DC-F2和RC-F2代种子。2008年种植F2代种子，并根据直立性状分为4个株系(DC-F3-1、DC-F3-2、RC-F3-1和RC-F3-2)分别收获F3代种子，依次类推，2009年收获F4代种子，2010年收获F5代种子。2011年种植所收集到的种子，分别为亲本，F2～F5代种子，因F1代种子产生较少而缺失F1代植株。

1.3试验地处理与样方设置 试验地前茬作物为小麦(Triticumaestivum)，播种前，对试验地旋耕、耙平，并起垄划分小区。试验小区采用随机区组设计，每一品种设置3个平行小区，小区面积3 m×5 m，穴播，穴与穴之间距离为0.5 m，每一小区共设6列×10行，播种深度2～3 cm。野生大豆种子在种植前用石英砂处理以破除种子硬实，并在小区内搭上木架以供野生大豆攀爬生长。

1.4生产性能测定指标与方法 各指标测定时期均为盛花期，每一小区中约有50%开花时即为盛花期。

出苗率：因为野生大豆为穴播，不是按小区条播或者撒播播种，所以，以出苗穴数为描述方法。以每小区出苗穴数作为单位计数出苗率。

株高：随机选取10株测定绝对株高(基部至主茎顶端)。

茎粗：随机选取10株用游标卡尺测定茎粗，距基部10 cm左右。

主茎分枝：随机选取3株计数主茎分枝。

单株鲜质量：随机选取两株，从距离地面5 cm处刈割进行测量。

单株干质量：将测量鲜质量的植株105 ℃杀青，60 ℃烘至质量恒定进行测量。

叶茎比：随机选取两株，将叶和茎分开，105 ℃杀青，65 ℃烘至质量恒定，计算叶茎比，叶柄归为叶质量[11]。

1.5试验数据与处理 试验数据用Excel 2007软件统计并处理，用SPSS 13.0统计软件进行分析[12]。

2 结果与分析

2.1出苗数 亲本中，野生大豆种子因经过石英砂处理，出苗数较高；正交株系1杂交后代均无显著性差异(P>0.05)，只有野生大豆出苗数显著高于F2代(P<0.05)；正交株系2的F4和F5代出苗数差异不显著，但显著高于F2和F3代(表1)。可见，随代数增加，出苗数逐渐升高并趋于稳定。

反交株系出苗数随代数的增加而先增加后减少，但两反交株系F3、F4和F5代相互之间均无显著差异(P>0.05)(表1)。总体来看，反交后代中，F2代出苗数较少，F3代后则出苗数较多。

2.2株高 亲本一年生野生大豆株高最高达140 cm，栽培大豆为75.1 cm；后代中F2代株高较高，达116 cm，DC-F3-1株高最低，仅为48 cm(图1)。总体而言，相对亲本野生大豆，杂交后代株高均呈现降低趋势，正交株系1杂交后代植株较矮，表现为栽培大豆特性，直立型，而正交株系2则表现为野生大豆特性，后代株高呈现升高的趋势，表现出蔓生性状。

反交株系均有植株变矮的趋势，反交株系2趋势更为明显，比反交株系1直立性更好。其中RC-F5-1株高为95.5 cm，RC-F5-2为102.5 cm(图2)。

表1 亲本和正交株系出苗率情况Table 1 Seedling emergence of parents and direct cross lines %

表2 亲本和反交株系出苗率情况Table 2 Seedling emergence of parents and reciprocal cross lines %

图1 亲本与正交株系株高情况Fig.1 Plant height of parents and direct cross lines

图2 亲本与反交株系株高情况Fig.2 Plant height of parents and reciprocal cross lines

2.3茎粗 野生大豆茎粗最小，为6.1 mm，栽培大豆则最大，为16.0 mm。两正交株系后代茎粗随杂交代数增加趋于稳定，DC-F5-1茎粗为10 mm，DC-F5-2为7.8 mm(图3)。反交株系1和2茎粗相差很小，且逐渐趋于稳定(图4)。

图3 亲本与正交株系茎粗情况Fig.3 Stem diameter of parents and direct cross lines

图4 亲本与反交株系茎粗情况Fig.4 Stem diameter of parents and reciprocal cross lines

2.4主茎分枝 栽培大豆主茎分枝数最多，为8.6个，野生大豆茎与枝区分不明显，只有1个主茎分枝。F2代主茎分枝接近栽培大豆，后代逐渐稳定，均低于F2代，正交株系1后代主茎分枝多于正交株系2，但相差不大，DC-F5-1主茎分枝为6.2个，而DC-F5-2为5.8个，相对而言正交株系1饲草产量潜力大(图5)。反交后代主茎分枝情况与栽培大豆相似，没有出现野生大豆只有一个主茎分枝后代的情况，RC-F5-1主茎分枝为6.4，而RC-F5-2主茎分枝为6.2个(图6)。

图5 亲本与正交株系主茎分枝情况Fig.5 Number of branches of parents and direct cross lines

图6 亲本与反交株系主茎分枝情况Fig.6 Number of branches of parents and reciprocal cross lines

2.5单株鲜、干质量 鲜质量是评价饲草产量最直接的指标之一。栽培大豆单株鲜质量最大，正交株系1随着世代增加逐渐趋于稳定，单株鲜质量0.71 kg左右，彼此间差异均不显著，正交株系2则随世代增加逐渐减小，正交株系2中DC-F5-2与栽培大豆差异显著(P<0.05)，说明正交株系2下降趋势较为明显(表3)。

栽培大豆干质量最大，为0.36 kg，与后代差异显著(P<0.05)。正交株系1干物质质量趋于稳定，而正交株系2干质量则随世代增加而递减，趋势与鲜质量基本一致(表3)。

栽培大豆单株鲜质量最大，达到1.24 kg，与RC-F2差异不显著，与其它世代均差异显著(P<0.05)，后代中RC-F2单株鲜质量最大，与RC-F5-1差异显著。反交株系2较为稳定，RC-F3-2、RC-F4-2、RC-F5-2均鲜质量稳定在0.61 kg左右(表4)。

与单株鲜质量一样，栽培大豆单株干质量仍最大，与杂交后代差异显著(P<0.05)，反交株系1和2单株干质量都比较稳定，F3、F4和F5相互之间差异不显著(表4)。由此可以看出，单株干质量表现出与鲜质量相同的遗传规律。

综合来看，正交株系1和反交株系2表现出高产饲草潜力。

表3 亲本与正交株系单株鲜、干质量情况Table 3 Fresh and dry weight per plant of parents and direct cross lines kg

表4 亲本与反交株系单株鲜、干质量情况Table 4 Fresh and dry weight per plant of parents and reciprocal cross line kg

2.6叶茎比 叶茎比也是评价饲草质量的一项重要指标，直接决定着饲草营养价值的高低，比值越大，含叶量越多，营养品质越好，饲用价值越高。本研究中，不管亲本还是杂交后代，叶茎比都超过1，即叶片产量高于茎秆,饲用价值较高。正交株系1中DC-F5-1叶茎比含量最高，达2.53，正交株系2中，DC-F3-2叶茎比最高，为2.87。整体来看，正交株系1叶茎比高于正交株系2，正交株系2趋于稳定，叶茎比维持在1.29左右(图7)。

栽培大豆叶茎比含量较低，与栽培大豆茎粗有很大关系，而野生大豆叶茎比含量最高，达到1.67,后代中只有RC-F3-2为0.99，其他后代均超过1，且两个株系叶茎比均呈稳定趋势，RC-F5-1与RC-F5-2分别为1.46和1.55(图8)。综合来看，杂交后代叶茎比稳定在较高水平上，可以推测杂交后代均为潜在高品质饲草资源。

3 讨论

牧草产量是多种测定的基础向量，与株高、茎粗、主茎分枝数及叶茎比等密切相关。在盛花期，本研究测得的栽培大豆株高、茎粗、主茎分枝数和叶茎比分别为75.1 cm、10 mm、8.6个和1.11，其中株高和叶茎比较低，而茎粗和主茎分枝数则最大，单株鲜质量和干质量同样为栽培大豆最高。一年生野生大豆株高、茎粗、主茎分枝数和叶茎比分别为140 cm、6.1 mm、1个和1.67，因其茎纤细，叶片较小，因此，单株鲜质量和干质量较小。杂交后代这些生产性能指标基本居于两者数据之间，有个别后代出现超双亲性状，可能是将双亲控制同一性状的不同微效基因积累于同一杂种个体中形成在该性状上超过亲本的类型[13]，这种类型在育种中应格外重视。

图7 亲本与正交株系叶茎比情况Fig.7 Leaf to stem of parents and direct cross lines

图8 亲本与反交株系叶茎比情况Fig.8 Leaf to stem ratio of parents and reciprocal cross lines

在4个株系中，正交株系1表现出最好的生产性能，F5代所测各指标均趋于稳定，单株鲜质量达0.71 kg，单株干质量达0.20 kg，叶茎比达到2.53，均高于其他3个株系，各性状也随代数逐渐趋于稳定，具有成为优质饲草的潜力。反交株系2同样表现出优质饲草潜力，单株鲜质量、干质量仅次于正交株系1，可见杂交育种正反交均可产生所需性状的后代，通过研究其遗传规律可以更快更有效地进行选择。

4 结论

野生大豆和栽培大豆杂交产生的杂交后代在F5代时生产性能基本趋于稳定，可以确定杂交后代的饲草潜力，而且分离出具有优质饲草潜力的株系，可以作为饲草进行栽培利用。4株系中，正交株系1生产性能最好，可作为优质饲草资源继续进行利用。

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