东北优质大豆品种的遗传多样性分析

张振宇　韩旭东　郭泰　王志新　郑伟　李灿东　郭美玲　吴秀红　刘忠堂

摘要：为了解决目前大豆品种的遗传基础狭窄、亟待拓宽的问题，利用540份大豆品种资源，进行种植和重要农艺性状调查，对品种间的遗传相似系数进行分析，通过相关性分析挖掘出影响产量和品质的主要农艺性状。结果表明：大豆品种资源间的遗传相似系数为0.526～13.347，平均相似系数为3.761，品种的平均相似系数大于平均值有211个品种。此结果表明东北大豆品种遗传基础较窄，相似程度较高，大豆品种选育需要拓宽。对大豆8个农艺性状进行简单相关系数分析，单株粒重和单株荚数相关性最大（相关系数为0.758），其次蛋白质含量与单株粒重（0.274）>蛋白质含量与百粒重（0.218）>有效分枝数与单株荚数（0.198）>油分含量和百粒重（0.18）>蛋白质含量与单株荚数（0.142）=百粒重与单株粒重（0.142）>有效分枝数与株高（0.103）>有效分枝数与油分含量（0.1）>有效分枝数与单株粒重（0.083）>单株荚数与株高（0.077），其他性状之间呈负相关。由此可见，东北三省的主要大豆品种单位面积产量主要由单株荚数、百粒重蛋白质含量以及有效分枝数等重要农艺性状所决定。对供试540个品种6个重要性状进行通径分析，通径分析的结果表明：对大豆单位面积产量直接贡献最大的有单株荚数和百粒重2个性状，单株荚数主要通过蛋白质含量和有效分枝数增加而提高，而百粒重的增加，则是通过株高的减少实现的。通径系数大小顺序依次是：单株荚数（0.814）>百粒重（0.367）>油分含量（-0.117）>株高（0.032）>有效分枝数（一0.022）>蛋白质含量（0.008）。根据对照品种表现，对540份大豆品种资源的育种价值进行了评价。产量性状较突出的种质：‘黑农19、‘龙黑大豆2号和‘龙品黑09-518；百粒重较大的种质：‘九农14号、‘长农15号、‘岭引2号和‘嫩良6号；油分含量较高的种质：‘垦农18、‘长农17、‘垦丰6号、‘九丰10号和‘垦鉴豆15；蛋白质含量较高的种质：‘永吉紫花猪眼豆、‘白秣食豆、‘小粒秣食豆、‘绿瓤黑豆、‘宾县黑豆和‘吉林27号。

关键词：东北大豆；优质品种；品种遗传多样性

中图分类号：S506.406 文献标志码：A 论文编号：2014—0785

0 引言

大豆作为中国主要的粮食和经济作物，得到了广泛的培育，尤其在中国东北地区大豆作物具有适宜生长的环境，并成为东北地区为主要的经济输出作物。东北地区所培植的大豆品种就占中国所种植的品种总数的50%以上。大豆既是粮食作物，也是重要的油料作物“。大豆的品质状况也因此受到越来越高的重视，很多学者曾经先后对中国部分省市或地区的大豆主要农艺性状进行过研究。东北是中国大豆的主产区，其播种面积和总产量都约占全国的一半，在中国大豆商品生产中占有非常重要的地位。研究东北大豆育成品种遗传变异，对揭示该地区大豆群体遗传多样性和群体遗传结构具有重要意义。

中国栽培大豆起源中心为由西南向东偏北方向延伸的带状区域，包括河北（含北京）、山东、山西、河南、陕西、四川等省（市）；北方春大豆起源中心可能在中国黄河流域中下游地区，以后向东北和西北扩散，南方地区春大豆和南方夏大豆的起源地可能在四川，以后向南、东南方向传播。

笔者以540份东北大豆品种作为试验材料，从表型性状入手对影响产量及品质的主要农艺性状进行了分析。从分析结果中筛选出优良性状品种，用于品种选育之中，以此缓解东北春大豆品种的遗传基础日趋狭窄的趋势。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地前茬作物为玉米，秋翻地，秋起垄，一次整地达到播种状态。公顷施二铵150kg，尿素50kg，钾肥50 kg。试验材料为来自中国农科院540份大豆资源，在公顷均株数270000株的密度下进行种植试验，设‘合丰50和‘绥农142个对照品种，每个品种种在每一个条带分别插入随机设置2次，利用当地主栽品种‘合丰55为保护行，在试验地的四周分别设置3行保护区。

1.2 方法

1.2.1 相关性分析相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标。相关系数是按积差方法计算，同样以2个变量与各自平均值的离差为基础，通过2个离差相乘来反映2个变量之间相关程度。应用Minitab将每个变量都转化为标准单位，乘积的平均数，依据简单相关的公式，进行简单相关系数分析。

简单相关系数，又叫相关系数或线性相关系数，是用来度量变量间的线性关系的量；复相关系数：又叫多重相关系数。简单相关系数将每个变量都转化为标准单位，乘积的平均数即为相关系数，2个变量的关系可以直观地用散点图表示。

1.2. 2通径分析 通径分析是通径系数分析的简称。它是在1921年由赖特首先提出的，之后不断地进行改进和完善。这一分析方法已广泛应用于动植物遗传育种和作物栽培的研究工作中，也用于其他領域。通径系数是变量标准化后的偏回归系数，是用来表示相关变量因果关系的统计量。利用其他性状对大豆产量，通过SPSS软件对品质性状进行通径分析。

1.2.3 品质测定 蛋白质和油分含量的测定采用Perton8620近红外品质分析仪进行。蛋白质含量采用凯氏定氮法校正，油分含量采用残余法矫正。

2 结果与分析

2.1 资源农艺性状的基本统计分析

株高变异幅度为40.2～137.2 cm；平均值为88.54 cm。分枝数变异幅度为0～9个；平均值为3.61个。单株荚数变异幅度为11.2～220个；平均值为76.64个。单株粒重变异幅度为1.03～86.1 g；平均值为29.01 g。百粒重变异幅度为4.87～30.31 g；平均值为18.87 g。倒伏性变异幅度为0～3级；平均值为0.51级。蛋白质含量变异幅度为13.28%～23.47%平均值为20.56%。油分含量变异幅度为34.41%～49.94%；平均值为40.71%。公顷产变异幅度为1250.07～4910.95 kg。平均值为2915.4 kg。由于群体较大，各个性状变异幅度较大，详见表1。

2.2 品种的遗传相似系数分析

利用MVSPVersion 3.21软件计算540份大豆材料间的遗传相似系数（表2），发现这些材料相互间的遗传相似系数为0.526～13.347，平均相似系数为3.761，品种的平均相似系数大于平均值有‘延农9号、‘白农6号、‘吉林小粒7号、‘绥小粒豆1号、‘蒙豆6号、‘吉林小粒4号等211个品种。此结果表明东北大豆品种遗传同源性较大，差异性较小，其中‘黑河12和‘嫩良4号之间的相似性最低（遗传相似系数为0.526），‘垦鉴豆27和‘小粒秣食豆之间的相似性均为最高（遗传相似系数为13.347）。

2.3 各个性状的简单相关性分析

应用Mmitab对大豆8个农艺性状进行简单相关系数分析，通过表3可以看各个性状之间的相关性，其中表征显著水平的有：有效分枝数与株高、有效分枝数与蛋白质含量、有效分枝数与油分；表征極显著水平的有：单株粒重与株高、单株粒重与单株荚数、单株粒重与百粒重、单株粒重与蛋白质含量、单株粒重与油分含量、株高和百粒重、株高和蛋白质含量、株高和油分含量、单株荚数与百粒重、单株荚数与蛋白质含量、单株荚数与油分含量、单株荚数与有效分枝数、百粒重和蛋白质含量、百粒重和油分含量、百粒重和有效分枝数、蛋白质含量和油分含量。

其中单株粒重和单株荚数相关性最大（相关系数为0.758），其次蛋白质含量与单株粒重>蛋白质含量与百粒重>有效分枝数与单株荚数>油分含量和百粒重>蛋白质含量与单株荚数=百粒重与单株粒重>有效分枝数与株高>有效分枝数与油分含量>有效分枝数与单株粒重>单株荚数与株高，其他性状之间呈负相关。由此可见，东北三省的主要大豆品种单位面积产量主要由单株荚数、百粒重蛋白质含量以及有效分枝数等重要农艺性状所决定。其中单株荚数呈最大正相关，由于单株荚数越多，单株粒数也越多，从而单株粒重随之增多。这与大豆遗传资源农艺性状的鉴定和筛选，东北春大豆品种主要农艺性状的相关遗传力分析等文献资料结果基本一致。

2.4 农艺性状的通径分析

应用SPSS软件对大豆材料主要农艺性状进行通径分析，由表4可知，供试540个品种6个性状中对单位面积产量有正向效应的主要性状有4个，通径系数大小顺序依次是：单株荚数>百粒重>油分含量>株高>有效分枝数>蛋白质含量，其中单株荚数和百粒重两个性状，对单位面积产量有较大影响。通径分析的结果表明：对大豆单位面积产量直接贡献最大的有单株荚数和百粒重2个性状，单株荚数主要通过蛋白质含量和有效分枝数增加而提高，而百粒重的增加，则是通过株高的减少实现的。因此，大豆在以单位面积产量作为选择目标时，选择有效分枝数较多，株高适中的品种的高产的关键。

3 讨论

东北是中国大豆的主产区，其播种面积和总产量都约占全国的一半，在中国大豆商品生产中占有非常重要的地位。1923—2005年中国育成大豆品种1300个，其中东北育成682个。研究东北大豆育成品种遗传变异，对揭示该地区大豆群体遗传多样性和群体遗传结构具有重要意义。

本研究采用东北三省540个大豆品种，并结合东北三省的主栽品种的品质指标，研究了大豆品种遗传变异的差异，旨在为大豆的优质生产和品种选育提供理论依据。以东北三省不同的大豆品种作为实验材料，从性状入手对影响产量及品质的主要农艺性状进行了分析，找到了影响产量及品质的几个直接和间接的农艺性状。从分析结果中筛选出优良性状品种，用于品种选育之中，为合理利用现有资源提供理论依据，为解决目前生产上栽培品种遗传基础狭窄提供理论的基础。

本研究利用简单相关系数对540份大豆品种的8个主要农艺性状进行了分析，相关系数是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标，能够最直接反应每2个性状间的关系大小，但简单相关系数只是孤立考虑单个X与Y间的相关，没有考虑X、Y变量组内部各变量间的相关；两组间的众多简单相关系数，使问题显得复杂，难以从整体描述。因此在后续研究中我们将应用不同分析方法对性状间的关系进行分析。

概述生育期间气象条件（含灾害性天气）及其对大豆生长发育和产量的影响：试验当年春季气温回升慢，雨水较多，大豆播种较正常年份晚5～7天，进入9月雨水偏少，气温较高，部分品系熟期提前，大豆百粒重偏低，产量较常年偏低，无明显灾害性天气。

4 结论

计算540份大豆材料（不包括未成熟品种）间的遗传相似系数，结果表明：东北大豆品种遗传同源性较大，差异性较小，其中‘黑河12和‘嫩良4号之间的相似性最低（遗传相似系数为0.526），‘垦鉴豆27和‘小粒秣食豆之间的相似性均为最高（遗传相似系数为13.347）。同时对大豆材料进行遗传聚类分析，可将所有品种分为7大类，其中第3类可分为2个亚类，第5类分为5个亚类。

通过对大豆8个农艺性状进行简单相关系数分析，结果表明：东北三省的主要大豆品种单位面积产量主要由单株荚数、百粒重蛋白质含量以及有效分枝数等重要农艺性状所决定。

对大豆材料重要农艺性状进行通径分析，结果表明：本研究在公顷均株数270000株的密度下进行种植试验，对大豆单位面积产量直接贡献最大的有单株荚数和百粒重2个性状，单株荚数主要通过蛋白质含量和有效分枝数增加而提高，而百粒重的增加，则是通过株高的减少实现的。因此，大豆在以单位面积产量作为选择目标时，选择有效分枝数较多，株高适中的品种的高产的关键。

与对照品种‘合丰50号和‘绥农14号进行性状比较分析，产量性状较突出的种质：‘黑农19、‘龙黑大豆2号、‘龙品黑09-518；品质突出的种质：‘九农14号、‘长农15号、‘岭引2号、‘嫩良6号等百粒重较高大粒品种20份（>25 g）；‘垦农18、‘长农17、‘垦丰6号、‘九丰10号、‘鉴豆15油分含量较高的高油品种5份（>23%）；‘白秣食豆、‘小粒秣食豆、‘绿瓤黑豆、‘宾县黑豆、‘吉林27号等蛋白质含量较高的高蛋白品种19份（>45%）。