大豆不育系及其同型保持系生殖生长期生理特性比较研究

迟晓雪 郑根昌 李志刚 张冬梅 刘 鹏

（内蒙古民族大学农学院，通辽 028000）

大豆起源于中国，中国是世界上种植和利用大豆历史最悠久的国家。孙寰等[1-3]，赵丽梅等[4]于1985年在地方品种“汝南天鹅蛋”中发现不育细胞质，在1993年育成雄性不育系及其同型保持系，并于1995年实现三系配套。至此，中国在杂交大豆育种领域又跨上了一个新的阶梯。之后，李磊等[5]、赵丽梅等[6]、彭宝等[7-9]、盖钧镒等[10]也陆续发现了不育细胞质并育成了雄性不育系，实现了三系配套。所以，我国大豆杂种优势的利用在世界杂交大豆育种中占有绝对的优势。本研究选用3种异交率的不育系及其同型保持系作为材料，对不同材料生殖生长期的生理特性进行比较分析，揭示不育系与其同型保持系的生理特性差异，探讨生理特性差异产生的原因，并为杂交大豆育种工作提供试验数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 选用由吉林省农业科学院大豆研究所提供的高、中、低异交率的大豆不育系及其同型保持系各1对，不育系分别以A-1（高异交率）、A-2（中异交率）、A-3（低异交率）代之，与其相对应的同型保持系分别以B-1、B-2、B-3代之。

1.2 试验设计 试验于2017年在内蒙古自治区通辽市内蒙古民族大学平安堡试验地的网室内进行。3对大豆不育系及其同型保持系分别种植于小区面积为20m2的3个独立的网室内，以各不育系为母本，与其相应的保持系为父本，即A-1与 B-1、A-2与B-2、A-3与B-3。精量点播，行距60cm，株距10cm。自初花期开始放蜂授粉，其他管理与大田田间管理相同。

1.3 生理指标的测定 试验共设定7个生育时期，分别用R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7表示。于6月28日（初花期，R1期）开始采样，每隔10d采取1次样本，共采7次样本，即R1～R7期。各时期对各品种主茎上第6节位的三出复叶分别采样，每次采取5g样本，并分别测量各项生理指标。

超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑（NBT）法测定。可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，可溶性糖及淀粉含量采用蒽酮比色法测定[11]。

1.4 数据分析 采用Excel 2007进行数据整理，并用DPS 16.05进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不育系及其同型保持系不同生长时期的SOD活性比较 在初花期后，各不育系、保持系的SOD活性呈现的变化趋势相同，不育系呈现下降-上升-下降趋势，保持系呈现下降-上升-持平趋势（图1）。R2期，各不育系下降的幅度比其同型保持系小，不育系平均下降100个单位，保持系平均下降112个单位。R5期，3个不育系SOD活性均大于其同型保持系，且均达到了显著差异水平。R6、R7期，各不育系的SOD活性均低于其同型保持系，除R6期的A-1和B-1外其他均达到了显著差异水平。由此可知，R5期后，不育系的SOD活性与其同型保持系产生了差异，最终不育系的SOD活性低于其同型保持系。

图1 不同时期不育系及其同型保持系的SOD活性

2.2 不育系及其同型保持系不同生长时期的可溶性蛋白含量比较 在R5期前，各不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量变化趋势相同，均呈下降-上升-下降趋势（图2），且在R3期的下降幅度较大。R1、R2时期各品种的可溶性蛋白含量显著高于其他时期。R6期，A-3呈上升趋势，而其他品种呈下降趋势。R7期，A-1、A-2呈上升趋势，A-3及各保持系呈下降趋势。各不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系，且达到了显著差异水平。说明R6期后，不育系的可溶性蛋白含量与其同型保持系产生了差异，最终不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系。

图2 不同时期不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量

图3 不同时期不育系及其同型保持系的可溶性糖含量

2.3 不育系及其同型保持系不同生长时期的可溶性糖含量比较 各不育系及其同型保持系的可溶性糖含量变化趋势大致相同，均呈上升-下降-上升趋势（图3）。但不育系上升趋势出现的时期却不同，A-1的上升趋势出现在R4期，A-2的上升趋势出现在R5期，A-3的上升趋势出现在R3期。R3期，各保持系的可溶性糖含量均高于相对应的不育系，且A-1、A-2的可溶性糖含量与其同型保持系B-1、B-2间达到了显著差异水平。R7期，各品种可溶性糖含量均呈现上升趋势，且A-2、A-3的上升幅度较大，并与其同型保持系达到了显著差异水平。说明R7期后，不育系的可溶性糖含量与其同型保持系产生了差异，最终不育系A-2、A-3可溶性糖含量显著高于A-1和3个保持系，即 A-2＞A-3＞ B-1＞B-2＞B-3＞A-1。

2.4 不育系及其同型保持系不同生长时期的淀粉含量比较 由图4可知，各不育系及其同型保持系的淀粉含量变化趋势大致相同，均呈上升-下降-上升趋势。R6期，A-1、A-2和各保持系呈现下降趋势，而A-3则呈现上升趋势。R7期，各品种均呈上升趋势，且A-2、A-3的上升趋势显著高于其他品种，大约高于其他品种50mg/g，并达到了显著差异水平。说明R6期后不育系的淀粉含量与其同型保持系产生了差异，最终不育系的A-2、A-3淀粉含量显著高于A-1和3个保持系。

3 结论与讨论

比较大豆不育系及其同型保持系生殖生长期各生理指标变化规律可知：不育系SOD活性呈现下降-上升-下降趋势，保持系呈现下降-上升-持平趋势。各不育系及其同型保持系的可溶性糖以及淀粉含量均呈上升-下降-上升趋势。R5期前，各不育系及其同型保持系的可溶性蛋白含量均呈下降-上升-下降趋势；R5期后，不育系的SOD活性与其同型保持系产生差异。R6期后，不育系的可溶性蛋白含量、淀粉含量与其同型保持系产生了差异。R7期，不育系的可溶性糖含量与其同型保持系产生了差异。

R7时期，不育系的SOD活性低于其同型保持系，不育系的可溶性蛋白含量高于其同型保持系，且不育系SOD活性以及可溶性蛋白含量与其同型保持系间的差异均达到了显著差异水平。A-1与B-1的可溶性糖和淀粉含量差异不明显，但不育系A-2、A-3可溶性糖含量以及淀粉含量显著高于A-1和保持系。也就是在大豆生殖生长后期，不育系的各生理指标与其同型保持系产生差异，且在R7期各生理指标品种间的差异更大。

图4 不同时期不育系及其同型保持系的淀粉含量

大豆生殖生长后期包括鼓粒期、子粒成熟期以及叶片衰老期。赵鑫等[12]研究表明，大豆不育系生殖生长后期存在源大库小、子粒皱缩以及叶片持绿的现象。SOD是植物体内氧代谢途径中极为重要的酶，它的主要功能是歧化O2-从而生成H2O2和O2，进而减少O2-对植物细胞的损伤，控制植物体内O2-和H2O2的浓度[13-14]。各不育系SOD活性低于其同型保持系，可能是由于叶片的持绿现象引起的。不育系在此时期，由于叶片保持绿色，植物体内并没有产生过多的自由基，从而使SOD的活性降低。蛋白质含量的降低是叶片衰老过程中显著的标志之一，细胞质内蛋白质的水解是叶片进入衰老的第一阶段[15]。大豆不育系存在持绿现象，此时期的叶片并未进入衰老阶段，蛋白质并未水解。同时王光华等[16]研究表明，源大库小不利于子粒中蛋白质的积累，也就是说，叶片中的蛋白质并不能完全转移到子粒中去。由此推测，不育系叶片可溶性蛋白含量高于其同型保持系，是由大豆不育系源大库小的关系以及持绿现象引起的。李正德等[17]、 C.Y.Tsai等[18]和C.L.Hedley等[19]的研究表明，皱粒的产生与淀粉和可溶性糖有关，且赵鑫等[12]研究表明，异交率越高，单株皱粒率越高。因此，不育系的皱粒现象可能是A-2、A-3可溶性糖含量以及淀粉含量显著高于A-1和各保持系的原因。但具体的作用机理及生理机制还需进一步研究说明。