大豆的早熟矮化育种与应用研究

郭荣起 孙如建 张琪 胡兴国 于平 孙宾成

摘    要：叙述了矮化基因的挖掘及利用情况和大豆矮化育种的应用，并对矮秆大豆育种的优势作了阐述，旨在为早熟大豆品种选育方向提供参考。

关键词：大豆;早熟;矮化;育种;应用

文章编号： 1005-2690（2020）23-0034-02       中图分类号： S565.1       文献标志码： A

1   矮秆基因在农业生产中的应用

矮秆基因很早就被育种家所关注，在农作物改良过程中被广泛应用，并取得显著成就。

1.1   小麦、水稻及果树

矮秆基因的选育，最早始于19 世纪末日本的赤小麦和达摩小麦，其在当今世界范围的小麦矮化育种实践中利用范围广泛[1]。自1935年开始，日本在达摩地区的矮源杂交实践中，成功培育出“农林10号”后，世界玉米、小麦研究改良中心开始利用“农林10号”培育出丰产性更高、适应性范围更广的矮秆品种，即现在的“墨西哥”小麦。在此之后，墨西哥在15年时间内，小麦纵生产产量增加了近2倍。此后，在亚、非、拉三大板块上，种植面积已经超过0.3亿hm2，尤其在印度及巴基斯坦等国家成功栽培后，小麦增产幅度明显，有效缓解了其国内粮食不足的情况。在20世纪中期，对于水稻矮化育种实践，促使水稻产量再度提高了30%，各种杂交水稻品种的大面积推广，也需要基于矮秆品种的成功培育作为基础才能够顺利完成，此项研究在世界上居于领先地位。

1976年，在苹果属中发现极抗寒的矮化种质资源，山定子矮化树“扎矮76”是我国首次发现的显性单基因控制的极抗寒属性的新型矮化种质资源[2]，其能够与来源不同的各苹果品种进行杂交，为新品种传递矮化性状，对苹果属果树的矮化、密植、高产发挥了重要作用。

1.2   大豆

大豆矮秆基因的成功应用始于20世纪80年代期间，北美著名大豆专家R.L.Cooper博士曾经以矮秆特点、抗倒伏能力、耐密植品种为研究核心，通过窄行栽培技术促进大豆单产产量大幅度提升，通常能够增产20%以上，在美国地区和世界范围内产生很大的反响。因此，矮秆品种窄行密植栽培模式的大豆高产新兴技术在美国土地上迅速推广，与此同时，还将其推广到了欧洲，巴西和阿根廷等国家也在大豆单产产量方面有了大幅度提升。因此很多国家掀起了培育矮秆作物、半矮秆作物、抗倒伏作物、耐密植新品种作物的高潮。我国于1995年正式引进这种新型窄行密植栽培生产技术，经过一段时间的证明，这项技术要比一般常规垄作物提升产量15%以上。在这样的情况下，培育矮秆作物，并且将半矮秆品种作为样品，然后在大面积区域内推广这种窄行密植农作物新型栽培技术，可以大幅度提升固有大豆作物的真实生产水平，解决我国大豆生产面临的困境。

2   我国大豆矮秆品质育种

我国大豆育种研究由来已久，主要由专家刘忠家牵头，组织我国东北部地区内的大豆育种单位积极推进新型窄行密植作物栽培技术及其相对的矮秆作物和半矮秆大豆作物育种工作联合攻关。

此前已经育成的矮秆产品及半矮秆大豆品种具有耐密植、产量较高的特点，产品自身的耐密性和产量潜力与同时期的北美国家大豆品种相对比，依旧存在差距，熟期也偏晚。可以利用现有的早熟大豆资源，在此前阶段的矮秆源育种创新研究工作基础上提高我国矮秆、半矮秆品种大豆自主创新技术，用以提升作物产量潜力[3]。

3   早熟矮秆、半矮秆大豆育种的意义

在东北大豆主产区， 由于“垄三栽培”和“大垄密栽培”技术的迅速扩张，新大豆栽培技术对品种提出了更高的要求，即矮秆要求、抗倒伏要求、早熟要求、丰产要求。

截至目前，生产方面应用的各种大豆品种还无法有效适应这一新型栽培模式，因此大豆最新的“窄行密植高产栽培技术”在未来阶段的发展，首要工作是配套品种。因此，发掘大豆矮化基因，利用现有早熟品种创新优异矮秆或半矮秆种质，选育早熟、矮秆或半矮秆、耐密植的大豆品种具有非常重要的意义。

3.1   有利于提高植株抗倒性

关于大豆作物株高矮秆产品、半矮秆及高秆作物的划分标准，缺少足够明确的报道规定。胡喜平同志参考有关文献资料，將株高<45 cm的所有大豆品种视作矮秆大豆;45 cm≤株高≤70 cm的为半矮秆大豆;株高≥70 cm的为高秆大豆。在大豆由中产向高产进行转变期间，生产方面遇到的主要难题是改善生产条件造成的作物倒伏问题。此前生产方面延用的技术是中高秆品种处于高肥水环境下，会出现较严重的作物倒伏现象从而导致减产，并且影响机械化收割。处于高肥力生产背景下，避免作物自然倒伏，能够增加大豆13%的产量。

3.2   有利于提高植物的光能利用率

产量的最终形成，不但与作物产量性状基因有关，还取决于能够与之互助的作物遗传背景。实现大豆高产的成果来源，主要在于日光能方面的高效率利用。对于群体光能利用效率的高低，主要取决于植株自身的光合效率及群体结构。作物株型属于一定生态状态和生产条件背景相适应的，在其决定日光能有效利用的同时，还会影响作物产量的稳定性和对应的配套栽培新型技术体系。

现有大豆品种在实际产量达到一定高度以后，还需要实现高产量的再次突破，作物株型作用显得更为重要。因此，理想株型育种实践研究属于实现大豆作物超高产的重要途径。

众多研究结果表明，通过作物矮化育种工作提高收获指数及光能利用率属于可行方法。同时，利用矮秆与农艺性状二者之间存在的协调发展作用，能够有效提高植株自身的光合效率。处于高水肥环境下能够获得较高产量的同时，矮化育种还能够提升经济系数及光合效率，获得较高水平的籽粒产量，最终实现产量上的突破。

3.3   有利于密植，可提高产量

大豆栽培技术需要关注的首要因素是作物种植密度。作物群体产量最高状态，即为品种栽培最佳密度，适宜的密度种植与科学的品种类型具有更加密切的联系，早熟和矮秆型品种更适于密植。美国R.L.Cooper博士，针对半矮秆大豆品种提出针对性窄行密植栽培设想，同时形成了独有的窄行栽培技术。美国大豆在20世纪70年代之前，大豆宽行距种植宽度始终保持在100 cm以上，75 cm行距已经被视为窄行栽培种植。为进一步探索大豆产量提升的有效途径，美国俄亥俄大学在1967年开启活动研究，校内农业研究中心的R.L.Cooper教授正式在伊利诺州大学开始研究新型大豆窄行密植栽培种植技术。相关研究结果证明：当行距从76.2 cm完全下降到38 cm、25 cm、30 cm、17.5 cm之后，大豆产量会出现明显增长，其中，17.5 cm较50 cm与70 cm能够增产10%～20%。在美国，大豆窄行密植播种量在55万～75万株/hm2，实际行距为17～30 cm，大豆栽培品种大多利用亚有限矮秆及少量无限型大豆品种。

我国在20世纪50年代便开始对大豆种植密度作出更加深入的研究。如董钻、張瑞忠、董灵及朱道民等专家将常规大豆品种当作主要研究材料，对大豆实际种植密度及种植株型变化规律的最终研究结果表明，大豆品种的种植密度保持在18万～30万株/hm2为最佳。

吉林农科院以有限结荚习性分枝型矮秆大豆“吉密豆1号”为材料，探索在不同密度下的株型及产量变化时发现：在密度31万～42万株/hm2时，“吉密豆1号”能够获得较高产量;在密度39万株/hm2时，产量最高，达5 637 kg/hm2[4]。

黑龙江省农科院合江所育成的半矮秆耐密植超高产大豆“合农60号”是利用美国矮源创新矮秆大豆种质的成功典范。此品种具有亚有限结荚习性，作物株高为55～60 cm，在应用窄行密植技术后，作物株高为65～70 cm，系统分枝能力强，作物耐密植，能够在窄行密植背景下获得超高产潜力。截至2011 年，黑龙江省佳木斯市农科院分院处于平作密植条滴灌的背景下，创造了小面积5 467.95 kg/hm2的新型北方春大豆产品最高产量纪录[5]。“合农60号”是通过缩小行距、增加株距，使大豆空间分布更均匀合理，实现了小面积高产。但是，“合农60号”熟期较长、结荚部位太低，不适合机械化作业。

参考文献：

[ 1 ] 张克厚.小麦矮化育种的意义与矮源的利用[J].麦类作物学，1995（3）：45.

[ 2 ] 孟庆炎.苹果属中发现极抗寒矮化种质资源[J].中国果树，1991（3）：42.

[ 3 ] 朱道民.夏大豆合理密植的研究[J].山东农业科学，1980（2）：35-38.

[ 4 ] 元明浩，刘玉兰，杨翠莲.不同密度下有限结荚习性分枝型矮秆耐密大豆的株型变化规律[J].大豆科学，2009（3）：552-556.

[ 5 ] 郑伟，杜长门，郭泰，等.利用美国矮源创新半矮秆耐密植、超高产大豆‘合农60号[J].农学学报，2013（6）：27-30.