高淑芹，邱紅梅，侯云龍，王躍強(qiáng)，馬曉萍，姚麗穎，陳 健，王 洋

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所//大豆國(guó)家工程研究中心，長(zhǎng)春 130033）

基于RIL群體大豆花期共生固氮效率和根部性狀的相關(guān)分析*

高淑芹，邱紅梅，侯云龍，王躍強(qiáng)*，馬曉萍，姚麗穎，陳 健，王 洋

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所//大豆國(guó)家工程研究中心，長(zhǎng)春 130033）

為明確大豆固氮效率和根部性狀在雜交后代的分離分布規(guī)律，以一千粒（母本）和長(zhǎng)嶺野生豆（父本）構(gòu)建的重組自交系（RIL）群體為材料，采用接種鑒定法測(cè)定了花期共生固氮效率、根瘤數(shù)、根重、根表面積等性狀，分析了各性狀在RIL群體中的分布規(guī)律，并對(duì)各性狀進(jìn)行了相關(guān)及主成分分析。結(jié)果表明，上述性狀在RIL群體中呈連續(xù)變異，各性狀正態(tài)性檢驗(yàn)的偏度和峰度均符合正態(tài)分布，同時(shí)存在超親分離現(xiàn)象，表現(xiàn)為數(shù)量性狀遺傳。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)。

大豆；共生固氮效率；根部性狀；相關(guān)分析

大豆是蛋白和油分雙高作物，具有大豆-根瘤菌共生固氮重要性狀。研究表明，大豆根瘤共生固氮對(duì)大豆生物量和籽粒中總氮的貢獻(xiàn)高達(dá)68%和88%[1]。因此，提高大豆共生固氮效率才是提高大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵。培育高效固氮大豆新品種，篩選和大豆品種高度匹配的根瘤菌及配套的栽培技術(shù)等可提高大豆固氮效率[2-4]。其中，培育高效固氮的大豆新品種是關(guān)鍵[5]。因此，了解大豆品種或資源共生固氮效率的遺傳差異顯得尤為必要。前人已開(kāi)展了很多這方面的研究，李新民等在40份黑龍江大豆品種中篩選出7份有效結(jié)瘤指數(shù)高的品種[6]。陳成榕等研究表明[7]，不同基因型半野生大豆的固氮活性也存在顯著差異，根系愈發(fā)達(dá)、莖葉生長(zhǎng)愈繁茂，根瘤數(shù)、根瘤鮮重和根瘤固氮活性愈高，葉片含氮量也愈高。徐巧珍等研究還表明，春、夏、秋不同大豆類型和同一類型不同品種間的結(jié)瘤、固氮作用均存在顯著差異，并在我國(guó)22省份590份栽培大豆品種中，篩選到固氮效率高達(dá)85%的資源，為選育高結(jié)瘤固氮品種是奠定了材料基礎(chǔ)[8-9]。

綜上可知，大豆共生固氮效率存在顯著的基因型差異，但在雜交后代中的遺傳規(guī)律、相關(guān)性狀的分析還未見(jiàn)報(bào)道。研究以此為切入點(diǎn)，利用RIL群體對(duì)固氮效率及根部性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，明確性狀的分離和變異情況及其相互間的相關(guān)性，篩選固氮效率輔助選擇指標(biāo)，以期為大豆高固氮效率育種提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與接種方法

固氮效率鑒定試驗(yàn)于2016年1月至5月在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院安普智能溫室進(jìn)行了兩批次，以固氮效率較高的地方品種一千粒（母本）和固氮效率較低的長(zhǎng)嶺野生豆（父本）構(gòu)建的重組自交系（RIL，F(xiàn)5∶8）群體184個(gè)家系及 2個(gè)親本為試驗(yàn)材料，接種的大豆根瘤菌HD001，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)陳慶山教授提供。以河沙作為栽培介質(zhì)，栽培桶高30 cm、直徑25 cm，每份材料6個(gè)桶，設(shè)不接種和接種處理兩組，每組3桶，每桶4株。同期播種，出苗后，每隔10 d澆1 L無(wú)氮營(yíng)養(yǎng)液，待大豆對(duì)生真葉初步展開(kāi)時(shí)，處理組于每株大豆子葉節(jié)下的根部接種2 mL/107·mL活化的根瘤菌HD001，參照王宏光等方法[10]。接種后35 d，進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定。

1.2 指標(biāo)測(cè)定方法

在花期分別測(cè)定不接種和接種植株的根瘤數(shù)、利用LA-S植物根系分析儀/根系分析系統(tǒng)獲得根長(zhǎng)、表面積、平均直徑、根體積數(shù)據(jù)，然后將根瘤、地上部分、根分別置于105℃的烘箱內(nèi)殺青，90℃下烘至恒重，稱量干重后，參照徐巧珍等利用凱氏定氮測(cè)定植株全氮[8]，并以下列公式計(jì)算：

根冠比=根重/地上部分重

固氮量（mg/株）=接種植株全氮-不接種植株全氮固氮效率（%）=固氮量/接種植株全氮×100

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)共測(cè)定10個(gè)指標(biāo)，根瘤數(shù)、根瘤重、根重、根冠比、總根長(zhǎng)、表面積、平均直徑、根體積、固氮量、固氮效率分別用X1～X10指代，采用Microsoft Excel 2007計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值，采用兩批次試驗(yàn)平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。用DPS v7.05進(jìn)行各性狀相關(guān)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 RIL群體中固氮效率和根部性狀的變異和分布規(guī)律

從雙親和RIL群體的根瘤數(shù)（X1）、根瘤重（X2）、根重（X3）等測(cè)得的結(jié)果（見(jiàn)表1）可知，雙親間有較大的差異，且分別為栽培種與野生種，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，導(dǎo)致性狀在群體內(nèi)變異較大。其中根瘤重（X2）的變異系數(shù)最大，固氮效率（X10）的次之，固氮量（X9）的位居第三，而根部平均直徑（X7）的最小。相同的遺傳來(lái)源，性狀間的變異主要是由遺傳力不同導(dǎo)致的，變異系數(shù)越大，表明遺傳力越小，反之亦然。因此，研究中平均直徑（X7）的遺傳力最大、根重（X3）次之，根冠比（X4）的位居第三，而根瘤重（X2）、固氮效率（X10）、固氮量（X9）的遺傳力均較低。在低世代選擇大生物量材料是行之有效的，在高世代選擇固氮效率高的材料才是合理的。

表1 RIL群體中固氮效率及根部性狀變異與分布

10個(gè)測(cè)定指標(biāo)在RIL群體中呈連續(xù)的數(shù)量變異，次數(shù)分布均呈單峰偏態(tài)分布，正態(tài)性檢驗(yàn)的偏度和峰度絕對(duì)值都小于1（見(jiàn)表1），符合正態(tài)分布的特點(diǎn)，表明這些性狀均為數(shù)量性狀遺傳，具有主基因-多基因的遺傳特征。除固氮效率（X10）外其余9個(gè)性狀的偏度值均＞0，此時(shí)數(shù)據(jù)位于均值右邊的比位于左邊的少，表明這9個(gè)性狀的父本遺傳效應(yīng)更大。其中根瘤重（X2）的偏度很小接近于零，表明父母本遺傳效應(yīng)相當(dāng)。固氮效率的母本遺傳效應(yīng)更大，這可能與栽培大豆在馴化過(guò)程中固氮能力不斷增強(qiáng)有更豐富基因源有關(guān)[11]。

2.2 固氮效率和其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

對(duì)RIL群體184個(gè)家系的根瘤數(shù)、根瘤重、根重、固氮效率等10個(gè)性狀進(jìn)行相關(guān)和偏相關(guān)分析（見(jiàn)表2）。結(jié)果表明，各性狀之間存在不同程度的相關(guān)，而通過(guò)偏相關(guān)分析，大大減少了性狀間的相關(guān)性。通過(guò)相關(guān)分析可知，固氮效率與根瘤數(shù)、根瘤重、根重、根冠比、根長(zhǎng)、根表面積、根體積、固氮量呈極顯著正相關(guān)，而與平均直徑呈極顯著負(fù)相關(guān)。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)，根瘤數(shù)又與根瘤重呈極顯著偏正相關(guān)。由于固氮效率與固氮量不易測(cè)得，因此在育種中可通過(guò)根瘤數(shù)、根重、根瘤重來(lái)篩選高固氮效率材料。

表2 RIL群體中固氮效率和其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)性矩陣

3 討 論

重組自交系（Recombinant inbred lines，RIL）群體，是由兩個(gè)親本雜交，后代不施加任何選擇而構(gòu)建的，遺傳背景一致，利用其進(jìn)行遺傳效應(yīng)分析有利于避免雜合位點(diǎn)的顯性效應(yīng)，消除遺傳背景的干擾，能準(zhǔn)確地反映目標(biāo)性狀間的相關(guān)關(guān)系[12-14]。研究中的親本材料間遺傳差異大，因此固氮效率及根部性狀在群體中存在豐富的變異。固氮效率和根部性狀的分布頻次接近正態(tài)分布，同時(shí)存在雙向超親分離現(xiàn)象，這與石培春等[15]、李衛(wèi)華等在小麥上的研究結(jié)果一致[16]，也與馬政等在黃瓜上的研究結(jié)果一致[17]。

固氮效率鑒定試驗(yàn)在智能溫室進(jìn)行，環(huán)境因素基本一致，因此表型變異主要來(lái)源于遺傳變異。固氮效率、固氮量、根瘤數(shù)的變異系數(shù)大，表明后代群體中固氮相關(guān)基因重組類型多樣。表明遠(yuǎn)緣雜交可創(chuàng)造更豐富的遺傳變異，有利于目標(biāo)性狀的改良，但還需要回交改良引入的不利性狀。通過(guò)相關(guān)分析，篩選到花期共生固氮效率輔助選擇指標(biāo)根瘤數(shù)、根重和根瘤重，可為高固氮大豆品種選育提供參考。

4 結(jié) 論

在RIL群體中固氮效率和根部性狀均為數(shù)量性狀遺傳，存在著豐富的遺傳變異，其中根瘤重的變異系數(shù)最大，固氮效率的次之。固氮效率與固氮量呈極顯著偏正相關(guān)，固氮量與根瘤數(shù)、根重呈極顯著偏正相關(guān)。

[1]王連錚,郭慶元.現(xiàn)代中國(guó)大豆[M].北京:金盾出版社,2007:224-226.

[2]徐秀華.泛析提高共生固氮效率[J].微生物學(xué)雜志,1995(1):75-77.

[3]關(guān)大偉,李力,岳現(xiàn)錄,等.我國(guó)大豆的生物固氮潛力研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014(6):1497-1504.

[4]張永芳,黃昆,馬中雨,等.大豆花期固氮相關(guān)性狀的QTL分析[J].大豆科學(xué),2009(4):583-587,604.

[5]Torres A,Kaschuk G,Saridakis G,et al.Genetic variability in Bradyrihizobium japonicum strains nodulating soybean[Glycine max(L.)Merrill][J].World J Microbiol Biotechnol,2012,28:1831-1835.

[6]李新民,竇新田,李曉鳴.不同大豆品種田間結(jié)瘤固氮有效性的評(píng)價(jià)[J].大豆科學(xué),1993(4):308-312.

[7]陳成榕,徐樹(shù)傳,郭根和,等.半野生大豆固氮活性與地上部相關(guān)分析的研究[J].福建農(nóng)業(yè)科技,1989(1):14-16.

[8]徐巧珍,張學(xué)江,江木蘭,等.不同類型大豆種質(zhì)資源共生固氮特性的鑒定與評(píng)價(jià)[J].大豆科學(xué),1997(3):25-32.

[9]徐巧珍,張學(xué)江,李志玉,等.大豆種質(zhì)資源共生固氮特性評(píng)價(jià)及遺傳初步研究[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào),2000(1):20-24.

[10]王宏光,孫殿君,馬忠強(qiáng),等.大豆根瘤菌HD001的分離鑒定及結(jié)瘤能力檢測(cè)[J].大豆科學(xué),2014(3):379-384.

[11]Mu?oz N,Qi X,Li M,et al.Improvement in nitrogen fixation capacity could be part of the domestication process in soybean[J].Heredity,2016,114:1011-1021.

[12]趙利,王利民,趙瑋,等.胡麻RIL群體中粗脂肪和脂肪酸組分的分離及其相關(guān)性分析[J].作物雜志,2016(1):33-37.

[13]潘守柱.利用RIL群體研究小麥產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的變異及其相關(guān)分析[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[14]趙京嵐,陳民生,李瑞軍,等.利用RIL群體分析小麥品質(zhì)與中國(guó)干面條加工品質(zhì)的關(guān)系[J].麥類作物學(xué)報(bào),2008(2):227-231.

[15]石培春,王光利,王小國(guó),等.小麥RIL群體中籽粒淀粉性狀的分離與主要淀粉性狀的相關(guān)分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(10):1789-1794.

[16]李衛(wèi)華,張世華,郅潔,等.小麥品質(zhì)性狀在RIL群體中的分離分布規(guī)律及與Zeleny沉淀值的回歸分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(2):132-136.

[17]馬政,薄凱亮,冀剛,等.西雙版納黃瓜RIL群體葉綠素含量的遺傳分析[J].中國(guó)瓜菜,2011(6):11-13..

Correlation Analysis Between Symbiotic Nitrogen Fixation Efficiency and Root Traits at Soybean Flower Stage Based on RIL Population

Gao Shuqin,Qiu Hongmei,Hou Yunlong,Wang Yueqiang,Ma Xiaoping,Yao Liying,Chen Jian,Wang Yang

(Soybean Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,China)

In order to understand the segregation and distribution of symbiotic nitrogen fixation efficiency and root traits in the hybrids progeny population of soybean,symbiotic nitrogen fixation efficiency,nodule number,root weight and root surface area were measured by inoculation assay method using RIL population as materials,and traits correlation and principal component were analysed.The results showed that all traits measured varied consecutively.The skewness and kurtosis of normality test fitted normal distribution,and appeared transgressive segregation,which indicates a quantitative inheritance.Nitrogen fixation efficiency and amount appeared significant partial correlation,nitrogen fixation amount and nodule number,root weight appeared highly significant.

Soybean;Symbiotic nitrogen fixation efficiency;Root traits;Correlation analysis

S565.1

：A

：1674-3547(2017)03-0013-05

2017-03-29；

2017-04-26

高淑芹，女，副研究員，研究方向?yàn)榇蠖狗N質(zhì)資源研究，E-mail:qhm2001-2005@163.com

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“主要經(jīng)濟(jì)作物種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與創(chuàng)新利用”項(xiàng)目（2016YFD0100201-19）

*通訊作者：王躍強(qiáng)，研究員，研究方向?yàn)榇蠖狗N質(zhì)資源研究，E-mail:825164942@qq.com