大豆‘科丰14’诱变系主要农艺性状和品质性状变异分析

薛树鹏等

摘 要：为研究辐照后大豆诱变后代的变异规律，对大豆‘科丰14和其20个60Coγ辐照诱变系主要农艺性状和品质性状进行测定和分析。结果表明：共有13个诱变系生育期延迟7天以上，16个诱变系在株高、主茎节数、茎粗、单株荚数、单荚粒数、百粒重和单株产量等性状上呈显著变异，7个诱变系底荚高度有显著变异，4个诱变系蛋白质含量变异显著，6个诱变系脂肪含量变异显著，3个诱变系异黄酮含量变异显著。共有18个诱变系单株产量显著提高，分别有18个和11个诱变系的单株荚数和百粒重显著增加，分别有15个和7个诱变系的单荚粒数和百粒重显著减少。诱变系蛋白质含量呈下降趋势，脂肪、异黄酮含量呈上升趋势。各诱变系的农艺性状变异较大，品质性状变异较小。

关键词：辐照；主要农艺性状；品质性状；变异；比较分析

中图分类号：S565.1 文献标志码：A 论文编号：2013-0573

The Analysis of Main Agronomic and Quality Traits Variation of Mutation Lines

Derived from Soybean ‘Kefeng 14

Xue Shupeng， Guo Bei， Yang Liu， Zhang Jiao， Bai Hongdan， Chen Xuezhen， Xie Hao

（Beijing Key Laboratory of New Technology in Agricultural Application/College of Plant Science and Technology，

Beijing University of Agriculture， Beijing 102206， China）

Abstract： In order to parse the law of traits variation of soybeans offspring after irradiation， the main agronomic and quality traits of soybean ‘Kefeng 14 and 20 mutation lines which were irradiated by 60Coγ ray derived from ‘Kefeng 14 were investigated and analyzed. The results showed that the days of maturity of 13 mutation lines delayed more then 7 days. 16 mutation lines had significant variation in plant height， node number of main stem， main stem diameter， pods number of per plant， seed number of per pod， 100-seed weight and yield of per plant. There were significant variation appeared to bottom pod height and the content of protein， fat and isoflavone for 7， 4， 6 and 3 mutation lines， respectively. The yield of per plant， pod number of per plant and 100-seed weight was significant increased for 18， 18 and 11 mutation lines， respectively. The seed number of per pod and 100-seed weight was significant decreased for 15 and 7 mutation lines， respectively. The decreasing tendency of protein content and increasing tendency of fat and isoflavone content was observed in each mutation lines. The variation of agronomic traits was more than quality traits of all mutation lines.

Key words： Irradiation； Main Agronomic Traits； Quality Traits； Variation； Comparative Analysis

0 引言

大豆是人类食用蛋白质和油脂的重要来源，富含蛋白质、脂肪、碳水化合物以及维生素等成分[1]。同时，大豆还含有微量物质异黄酮，异黄酮是大豆生长过程中形成的一种黄酮类的次生代谢物质，与人类雌激素结构相似，被认为有利于治疗和预防因雌激素水平下降引发的疾病，具有极大的开发潜力[2]。近年来，中国也选育出了一批优质品种，并且在生产上推广应用[3]。但随着大豆育种的快速发展，存在的问题也日益突出，优质、高产、多抗难以结合，遗传基础狭窄，突变难以发生，进而造成了品种退化加快，经济寿命缩短[4]。为了提高育种效率，利用辐照诱变技术来辅助大豆育种是一种十分有效的途径。经辐照产生遗传变异（基因突变和染色体畸变）后，可以得到较多的突变个体，并从中直接或间接地选育出在生产上有利用价值的新品种[5]。

近年来，中国大豆辐射育种结合多种育种技术有了较大突破，翁秀英等通过对辐射处理方法、剂量、选育方法等的研究，利用X和60Coγ射线处理，相继育成多个高产、高油、早熟新品种（系）[6]。谢皓等[7]采用不同处理剂量对3个大豆品种早世代质变效应研究发现，不同辐照剂量对M2植株的株高、主茎节数、荚长、单株荚数、单株粒数和百粒重等都有不同程度的影响，剂量越大，影响越大。袁凤杰等[8]通过60Coγ射线诱变处理获得了大豆低植酸突变体LPA-24297和LPA-21216，首次报道了lpa2类型的突变体。辐射育种大大提高了大豆育种效率，但辐射后稳定高世代突变分离规律尚不明了。本研究室利用60Coγ射线对大豆品种‘科丰14的干种子进行辐照，在M1代获得1株种皮和子叶颜色由黄色变异为绿色的突变株，经几年选育，形成了多个遗传稳定的诱变系[9]。本试验对‘科丰14及其20个M6代诱变系的主要农艺性状和品质性状进行比较分析，旨在解析辐照后诱变系的性状变异规律，为辐射育种的深入研究提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

田间试验于2012年在北京市昌平区北京农学院试验田进行，室内试验在北京农学院大豆研究室和农业应用新技术北京市重点实验室进行。

1.2 试验材料

大豆‘科丰14及其20个60Coγ辐射诱变系L1-L20。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验采用随机区组设计试验。

1.3.2 种植方法及调查项目 每小区5行，行长5 m，行距0.5 m，株距0.1 m，3次重复。供试材料生长期间调查生育期，包括出苗天数、出苗至开花天数、开花至成熟天数；成熟后，每小区随机取20株，风干后进行室内考种，考种项目包括株高、主茎节数、茎粗、底荚高度、单株荚数、单荚粒数、百粒重、单株产量等主要农艺性状。考种后，随机选取部分种子进行蛋白质、脂肪和异黄酮含量测定。

1.3.3 品质性状测定方法 本研究使用DA7200型近红外品质分析仪（瑞士Perten公司）测定大豆蛋白质和脂肪含量，大豆近红外校准曲线由中国农业部谷物品质监督检验测试中心建模，结果由系统软件自动分析。每次上样量约100 g，2次重复。异黄酮的测定参照Claudia等[10-11]的方法。HPLC分析系统包括2487型双波长紫外检测器和1525型双元高压泵，装配C18（5 μm，4.6 mm×150 mm）色谱柱（Symmetry）和EMPOWER TM 2分析软件，HPLC分析系统及配件购自Waters公司。色谱条件为：C18反相色谱柱；100%色谱级甲醇：0.1%乙酸水溶液=40：60（v/v）的流动相；260 nm的紫外UV检测；流速为0.8 mL/min；柱温30℃；进样量为5 μL；灵敏度为0.050 AUFS。

1.3.4 统计分析 用Excel2007软件对数据进行整理，用SAS9.1软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 ‘科丰14与诱变系间生育期的比较分析

供试材料中20个‘科丰14的诱变系，均来源于60Co-γ辐射诱变后的一个突变单株，但是，其生育期在以后的系统选育过程中，不但与野生型亲本相比，而且在诱变系之间也发生了不同程度的变化（表1）。野生型亲本‘科丰14与诱变系的出苗天数相似，出苗天数变幅为6～7天；而出苗至开花的天数则出现了较大变异，‘科丰14为40天，诱变系间变化幅度为33～46天，其中有11个诱变系较‘科丰14延迟2～6天，9个诱变系较‘科丰14提前6～7天；同时，开花至成熟的天数也出现了较大变异，‘科丰14为67天，诱变系间变化幅度为71～88天，诱变系较‘科丰14延迟4～21天。‘科丰14的全生育期为114天，诱变系间全生育期变化幅度为111～128天，有4个诱变系较‘科丰14生育期短1～3天、16个诱变系较‘科丰14生育期延长了1～14天，其中有13个诱变系延长1周以上。综上所述，出苗至开花、开花至成熟的天数均对诱变系的生育期起到了较大的影响。

2.2 ‘科丰14诱变系间主要农艺性状的比较分析

诱变系间不仅生育期上变化较大，在主要农艺性状上，也产生了较大变异。从20个诱变系农艺性状来看（表1），单株荚数、单荚粒数、百粒重和单株产量分别有2、3、1和1个诱变系与‘科丰14的相比表现显著（0.010.05），显著减小变异（P<0.05）和显著增长变异（P<0.05）。经过对相应农艺性状各类变异的统计，由表1、图1知，诱变系变异最广泛的是茎粗及单株荚数，所有的诱变系均达到显著增长变异，较‘科丰14分别增长0.05～0.33 cm和11.35～41.25个。其次为单株产量及百粒重，单株产量有18个诱变系发生显著增长变异，较‘科丰14增产41.33%～171.32%；百粒重有11个诱变系显著增加（较‘科丰14增长1.0～4.4 g），有7个诱变系显著降低（较‘科丰14减少0.8～3.0 g）。同时，株高、主茎节数和单荚粒数也发生了较大变异，其中，株高、主茎节数分别有14和16个诱变系显著增长变异，较‘科丰14分别增长13.1～39.1 cm和2.4～9.6节，单荚粒数有1个诱变系显著增长，有15个诱变系显著减小（较‘科丰14减少0.23～1.54粒）。农艺性状中突变最少的是底荚高度，有7个诱变系底荚高度显著变小（较‘科丰14减少5.1～12.5 cm），13个诱变系无显著变异。

2.3 ‘科丰14与诱变系间品质性状的比较分析

辐照诱变不仅可以改变生育期和农艺性状，在一定程度上也可以改变大豆的品质性状。由表2知，诱变系L7较‘科丰14的蛋白质含量显著降低（0.010.05），其中有11个品系较‘科丰14降低；诱变系脂肪的含量变异较蛋白明显，有6个诱变系发生极显著变异（P<0.01），其中L2、L3和L4极显著升高，L11、L15和L16极显著降低。对‘科丰14及其20个诱变系的蛋白含量与脂肪含量进行相关性分析可知，蛋白含量与脂肪含量相关系数为-0.874（r0.01=0.549），在1%水平上呈极显著负相关。在异黄酮含量上，测量了黄豆黄素、大豆苷元、染料木素这3个主要成分。从黄豆黄素的含量来看，3个诱变系发生显著变异（0.010.05）；从大豆苷元的含量来看，只有L11较‘科丰14显著升高（0.010.05）；从染料木素含量来看，L10、L17和L20较‘科丰14极显著升高（P<0.01），其他17个诱变系则与‘科丰14无显著差异（P>0.05）；从总异黄酮含量来看，L10、L17和L20较‘科丰14极显著升高（P<0.01），其余17个诱变系则与‘科丰14差异不显著（P>0.05）。

3 讨论

大豆种子经辐照之后，其后代会出现多种性状不同程度的变异。生育期方面，大多育种工作者期望通过辐射诱变选育出生育期大幅缩短的品种[6]。本试验‘科丰14经辐照诱变后生育期提前的诱变系只有4个，且变化并不明显（缩短1～3天）。相反，诱变系的生育期较‘科丰14普遍延迟，有13个诱变系较‘科丰14生育期延长7天以上，主要是出苗至开花、开花至成熟的天数对诱变系的生育期起到了较大的影响。

辐射后植株农艺性状往往会出现较大的变异。本试验中20个诱变系的茎粗均较‘科丰14显著增加，16个诱变系主茎节数显著增加，14个诱变系株高显著增加，而底荚高度变异较少，只有7个诱变系显著减小。陈学珍等[12]研究发现辐射大豆M2代大多数品种（系）的茎粗有不同程度的增加，且株高的变幅较大，这与本试验结果相一致。

辐射对产量的改良也是较明显的。本试验中有18个诱变系较‘科丰14单株产量显著增加，增产幅度为41.33%～171.32%。郭泰等[13]利用60Co-γ诱变处理4个杂交组合，得到了4个比对照增产20.0%～40.6%的品系后代。这说明辐射诱变对产量的影响较大，辐射后定向的进行高产品系的选育是非常有效的。产量增加的同时，各产量因子也发生了较大的变化。20个诱变系的单株荚数均较‘科丰14显著增加；11个的诱变系百粒重显著增加，7个诱变系百粒重显著降低；1个诱变系单荚粒数显著增长，15个诱变系单株荚数显著减小。

辐射对品质性状也可起到一定的改良作用[14-15]。本试验中，各诱变系的蛋白含量没有显著提高，其中4个诱变系的蛋白质的含量较‘科丰14显著降低；诱变系脂肪的含量有6个诱变系发生显著变异，其中3个显著升高、3个显著降低。经蛋白含量与脂肪含量相关性分析知，蛋白含量与脂肪含量在1%水平上呈极显著负相关。由大豆异黄酮含量的变化可发现，黄豆黄素的含量变异较大，有9个诱变系与‘科丰14差异显著；而大豆苷元的变异较小，只有1个诱变系发生了显著升高变异；染料木素及总异黄酮含量的多重比较结果完全一致，均是L10、L17和L20发生了显著升高变异。综上所述，诱变系总异黄酮含量有3个显著变异，染料木素含量占总异黄酮含量最高，染料木素的显著变化同时引起了总异黄酮含量显著的变化。

本试验结果表明，诱变系农艺性状变异较多。形成的稳定诱变系开花至成熟的天数均延长，据研究证实，生育期后期较长的品种，籽粒干物质积累时间延长，一般百粒重较高产量较低，反之则百粒重较低产量较高[16]。20个诱变系中有11个诱变系的百粒重显著增长变异，这与开花至成熟天数的延长有着较大关系。但由于诱变系单株产量发生了显著增长变异，限制了部分诱变系百粒重的增长，甚至使其降低。作为产量因子的单株荚数、单荚粒数也发生了较大变异，其中，所有诱变系单株荚数均发生了显著增加变异，促进了单株产量的提高，但由于单荚粒数有15个诱变系发生了显著减小变异，又阻碍了相应品系产量的进一步提高。另外，所有的诱变系茎粗均发生了显著增长变异，据何永枝[17]研究发现，茎粗在5.74～10.25 mm的范围内，单株产量随茎粗的增大而增大，由表1知，有18个诱变系的茎粗在此范围内，茎粗的增加也促进了产量的提高。同时，株高与主茎节数也有着较多的诱变系显著增长变异，据程宝荣等[18]、闫浩等[19]的研究发现，在大豆不发生倒伏的情况下，主茎节数与株高呈线性正相关，株高与产量呈显著正相关。这说明株高和主茎节数发生显著增长变异后对产量的提高也有促进作用。

诱变系品质性状的变异不多，4个诱变系蛋白质含量显著降低，据研究证实，大豆蛋白质含量与产量呈负相关[20]。诱变系产量在增加的同时对蛋白质的积累造成了影响，致使大多数品系的蛋白质含量降低。而大豆蛋白质含量与脂肪的含量往往呈较高的负相关[21]，与本试验所得结论吻合。诱变系异黄酮含量的变化与其他性状变化无明显关系，其变异内在机理有待于进一步研究。

4 结论

本试验中，13个诱变系生育期延迟7天以上，16个诱变系在株高、主茎节数、茎粗、单株荚数、单荚粒数、百粒重和单株产量等性状上有显著变异，7个诱变系底荚高度有显著变异，分别有4个、6个和3个的诱变系的蛋白质、脂肪和异黄酮含量变异显著。18个诱变系单株产量显著提高，生育期、株高、主茎节数、茎粗、单株荚数和百粒重的增加对产量提高有促进作用，而部分诱变系的单荚粒数和百粒重减少又会在一定程度上制约产量提高；诱变系蛋白质含量呈下降趋势，脂肪、异黄酮含量呈上升趋势。20个诱变系的农艺性状变异较大，品质性状变异较小。

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