郭 瑋 ，武艷杏 ，郭數(shù)進(jìn) ，李貴全 ，王 鵬

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)部，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

栽培大豆（Glycine max）是起源于我國的重要糧食和油料兼用型作物，為全球提供了近50%的優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)及食用植物油脂[1]。近年來，我國大力實(shí)施大豆振興計(jì)劃和大豆油料產(chǎn)能提升工程，旨在擴(kuò)大大豆種植面積，提高單產(chǎn)水平，改善產(chǎn)品品質(zhì)，增加大豆有效供給，滿足快速增長的食用油壓榨消費(fèi)和養(yǎng)殖業(yè)飼料豆粕的需求，進(jìn)一步保障我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與糧食安全。

滯綠突變是高等綠色植物葉片在衰老過程中葉綠素降解受阻，長時(shí)間保持綠色甚至完全不發(fā)生黃化的現(xiàn)象[2]。滯綠突變對于植物的抗氧化生理[3]、抗旱能力[4]及豆科植物的固氮能力[5]均產(chǎn)生了積極的影響。水稻、玉米、小麥中的一些功能型滯綠突變體能夠降低葉綠素降解的程度，維持光合作用能力的穩(wěn)定，因此，產(chǎn)量表現(xiàn)要優(yōu)于野生型[6-8]。陳駿伯[9]研究表明，持綠型易位系小麥CN12、CN18具有更高的凈光合速率和更長的光合持續(xù)能力，并且產(chǎn)量表現(xiàn)顯著高于對照。WANG 等[10]研究表明，小麥滯綠突變體tasg1在灌漿中后期光合效率明顯提高，并且可能通過細(xì)胞分裂素促進(jìn)蔗糖轉(zhuǎn)移酶的活性而調(diào)控蔗糖的再分配。WANG 等[11]研究結(jié)果也表明，大豆滯綠品種光合效率在葉片衰老過程中能夠維持較長時(shí)間的高值持續(xù)期，蔗糖代謝相關(guān)基因在鼓粒期的表達(dá)也比較活躍[12]。大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的形成來源于光合同化產(chǎn)物的積累及其向籽粒等庫器官轉(zhuǎn)運(yùn)的效率。大豆光合作用的主要產(chǎn)物是蔗糖[13]，同時(shí)蔗糖也是碳水化合物源庫轉(zhuǎn)運(yùn)的主要形式。因此，滯綠大豆種質(zhì)資源的發(fā)掘與創(chuàng)新，可以為大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供新的育種思路和種質(zhì)基礎(chǔ)。

目前，大豆中仍然缺乏滯綠品種的選育與生產(chǎn)應(yīng)用，特別是關(guān)于大豆滯綠育成品種田間農(nóng)藝與品質(zhì)性狀表現(xiàn)的研究還鮮有報(bào)道。Z-綠仁雙青豆為典型的大豆自然滯綠突變體，其葉片在植株生育后期甚至脫落后依然保持綠色。由于其野生型遺傳背景的原因，該滯綠突變體抗病性較差，品種退化嚴(yán)重。為進(jìn)一步研究和利用大豆滯綠性狀的優(yōu)勢，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院大豆遺傳育種課題組以晉大74 號為母本、Z-綠仁雙青豆為父本進(jìn)行雜交，通過系譜法選育出晉大滯綠1 號大豆新品種。該品種遺傳了父本的滯綠特征，分別于2020、2021年通過陜西省、山西省農(nóng)作物品種審定委員會審定。

本研究以自主選育的晉大滯綠1 號滯綠大豆新品種為試驗(yàn)材料，通過山西省多點(diǎn)生態(tài)適應(yīng)性試驗(yàn)，對產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)在各地的變異情況及產(chǎn)量表現(xiàn)進(jìn)行綜合評價(jià)，同時(shí)對蛋白質(zhì)、脂肪及氨基酸、脂肪酸各組分含量進(jìn)行測定，并分析品質(zhì)性狀各組分含量與產(chǎn)量的相關(guān)性，旨在了解和掌握晉大滯綠1 號的產(chǎn)量表現(xiàn)及品質(zhì)特征，為滯綠種質(zhì)資源在大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種中的進(jìn)一步應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以雜交后代品種晉大滯綠1 號（Z1）為試驗(yàn)材料，選擇其親本晉大74 號（JD74）作為對照，最大程度上避免因遺傳背景不同而對試驗(yàn)結(jié)果造成的影響。供試材料由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆遺傳育種課題組提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料于2018年種植于山西省長治市、高平縣、昔陽縣、隰縣和太谷縣5 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，播種期為4月29日至5月16日。各試驗(yàn)點(diǎn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種設(shè)置3 次重復(fù)，共6 個(gè)小區(qū)，每小區(qū)行長6 m、寬2 m，行距0.5 m，株距0.25 m。播種前施基肥，采用點(diǎn)播方式播種，深度3～5 cm。播種后進(jìn)行常規(guī)田間管理，及時(shí)中耕除草，試驗(yàn)地四周按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際設(shè)置保護(hù)行，收獲期為9月25 至10月10日。

1.3 農(nóng)藝與產(chǎn)量性狀測定

每個(gè)品種在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)隨機(jī)選取15 株長勢一致的植株進(jìn)行室內(nèi)考種，測定項(xiàng)目包括單株莢數(shù)（Pods number per plant，PNPP）、單株粒數(shù)（Seeds number per plant，SNPP）、單莢粒數(shù)（Seeds number per pod，SNP）、單株粒質(zhì)量（Seeds weight per plant，SWPP）、百粒質(zhì)量（100-seed weight，HSW）等指標(biāo)。小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)，計(jì)算平均產(chǎn)量。

1.4 品質(zhì)指標(biāo)測定

將每個(gè)品種在各試驗(yàn)點(diǎn)收獲的籽?；旌虾缶x，使用近紅外品質(zhì)分析儀（Foss DS2500F）對籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量進(jìn)行測定。利用大豆氨基酸、脂肪酸近紅外光譜分析模型，對氨基酸及脂肪酸各組分含量進(jìn)行測定。氨基酸包括亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸8 種人體必需氨基酸，以及甘氨酸、組氨酸、胱氨酸、丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸、脯氨酸、絲氨酸10 種非必需氨基酸。脂肪酸包括棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸。測量結(jié)果取3 次重復(fù)的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2016 計(jì)算數(shù)值型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差；采用IBM SPSS Statistics 26 進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 晉大滯綠1 號的主要產(chǎn)量指標(biāo)變異分析

從表1 可以看出，大豆莢粒數(shù)量及粒質(zhì)量等指標(biāo)與大豆產(chǎn)量密切相關(guān)。晉大滯綠1 號產(chǎn)量在各試驗(yàn)點(diǎn)與晉大74 號相比均表現(xiàn)為增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度為3.73%～24.65%，且在高平、昔陽和隰縣3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)達(dá)到顯著水平（P＜0.05），但主要產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)在不同地區(qū)表現(xiàn)存在明顯差異。晉大滯綠1 號單株莢數(shù)僅在昔陽試驗(yàn)點(diǎn)大于晉大74 號，且達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量在高平、太谷、昔陽、隰縣4 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均大于晉大74 號，其中昔陽試驗(yàn)點(diǎn)達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；單莢粒數(shù)在5 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均顯著大于晉大74 號；除昔陽試驗(yàn)點(diǎn)外，滯綠1 號百粒質(zhì)量在其余4 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均小于晉大74 號，且在高平和長治2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

表1 不同地區(qū)產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)變異分析Tab.1 Analysis on variation of yield related indexes in multiple locations

總體來看，晉大滯綠1 號單株粒數(shù)、單莢粒數(shù)和單株粒質(zhì)量在各試點(diǎn)的平均值均大于對照品種晉大74 號，其中單莢粒數(shù)達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；單株莢數(shù)和百粒質(zhì)量平均值小于晉大74 號，差異未達(dá)到顯著水平。除單莢粒數(shù)外，晉大滯綠1 號主要產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)的變異系數(shù)均小于對照品種晉大74 號，說明晉大滯綠1 號在不同地區(qū)的產(chǎn)量指標(biāo)表現(xiàn)相對穩(wěn)定。

2.2 晉大滯綠1 號的品質(zhì)組分含量特征分析

從表2 可以看出，晉大滯綠1 號蛋白質(zhì)含量比晉大74 號高4.4%，差異顯著（P＜0.05）；脂肪含量比晉大74 號低3.7%，差異不顯著。脂肪酸各組分含量在供試品種中均存在顯著差異（P＜0.05），晉大滯綠1 號棕櫚酸、油酸、亞油酸含量分別比晉大74 號高11.3%、4.9%和5.9%，而硬脂酸、亞麻酸含量分別比晉大74 號低26.2%和6.1%。此外，不同大豆品種籽粒氨基酸含量及比例也存在較大差異，晉大滯綠1 號中苯丙氨酸、亮氨酸、胱氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、組氨酸、酪氨酸、脯氨酸、色氨酸、絲氨酸含量均高于晉大74 號，其中，苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、脯氨酸、絲氨酸達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；蛋氨酸、蘇氨酸、纈氨酸含量低于晉大74 號，但差異未達(dá)到顯著水平。

表2 品質(zhì)性狀不同組分含量統(tǒng)計(jì)分析Tab.2 Statistical analysis of content of different components in quality traits%

2.3 晉大滯綠1 號的品質(zhì)性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

滯綠1 號脂肪、蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量的相關(guān)性如表3 所示。

表3 晉大滯綠1 號脂肪、蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量的相關(guān)性Tab.3 Correlation between fat and protein content and yield of Jindazhilü 1

由表3 可知，晉大滯綠1 號蛋白質(zhì)與脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.995；產(chǎn)量與脂肪含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.815，與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.850。

從表4 可以看出，晉大滯綠1 號棕櫚酸、油酸含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，其中油酸達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；硬脂酸、亞油酸、亞麻酸含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.018、0.368、0.390，但未達(dá)到顯著水平。棕櫚酸含量與亞油酸、亞麻酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.958、-0.876；亞油酸與亞麻酸呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.959。

表4 晉大滯綠1 號脂肪酸含量與產(chǎn)量的相關(guān)性Tab.4 Correlation between fatty acid content and yield of Jindazhilü 1

由表5 可知，晉大滯綠1 號胱氨酸、蛋氨酸含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，其中胱氨酸達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其余各類氨基酸含量與產(chǎn)量均呈負(fù)相關(guān)，并且除色氨酸和絲氨酸外，均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。蛋氨酸、胱氨酸含量與大多數(shù)氨基酸含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中胱氨酸與大多數(shù)氨基酸相關(guān)系數(shù)較大，蛋氨酸與大多數(shù)氨基酸相關(guān)系數(shù)較小。色氨酸與絕大多數(shù)氨基酸的相關(guān)系數(shù)均比較小，其余大部分氨基酸組分之間均存在顯著或者極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

晉大滯綠1 號氨基酸含量與產(chǎn)量的相關(guān)性Tab.5 Correlation between amino acid content and yield of Jindazhilü 1

3 結(jié)論與討論

合理改善氨基酸、脂肪酸各組分的含量和比例，是大豆品質(zhì)定向改良的育種策略之一[14]。本研究結(jié)果表明，晉大滯綠1 號籽粒蛋白質(zhì)含量較晉大74 號高4.2%，2 個(gè)大豆品種必需氨基酸和非必需氨基酸含量及占比也存在較大差異。晉大滯綠1 號中苯丙氨酸、亮氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、色氨酸5 種必需氨基酸含量大于對照品種晉大74 號，谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸等非必需氨基酸含量也有不同程度提高。大豆蛋白中含量最高的氨基酸是谷氨酸，它能夠?yàn)槠渌被岬暮铣商峁┌被⑶疫€是細(xì)胞中合成其他含氮物質(zhì)的原料[15]。同時(shí)，大豆子葉中20%的氮來自于天冬氨酸。晉大滯綠1 號中谷氨酸和天冬氨酸含量增加對大豆品質(zhì)優(yōu)化有重要意義。賴氨酸是人體所必需的第一限制性氨基酸，能維持人體內(nèi)的酸堿平衡，缺乏賴氨酸會導(dǎo)致發(fā)育不良，代謝紊亂，精神受損[16]。晉大滯綠1 號籽粒中賴氨酸增加，可為營養(yǎng)保健產(chǎn)品的開發(fā)提供優(yōu)質(zhì)原材料。脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，遭遇脅迫時(shí)植物會啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制，也是反映植物抵抗脅迫能力的重要指標(biāo)[17]。脯氨酸含量增加可能會增強(qiáng)大豆滯綠品種抵御不同逆境的能力。

關(guān)于大豆籽粒氨基酸各組分之間及其與產(chǎn)量的相關(guān)性研究比較少。舒軍等[18]對不同核心種質(zhì)的谷子資源氨基酸組分積累特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)谷子不同氨基酸組分之間具有較高的相關(guān)性，谷氨酸與天冬氨酸、甘氨酸等13 種氨基酸呈極顯著正相關(guān)，苯丙氨酸與其他氨基酸之間的相關(guān)性比較復(fù)雜，而賴氨酸和天冬氨酸相關(guān)系數(shù)最高。本研究結(jié)果表明，晉大滯綠1 號籽粒中大部分氨基酸組分之間表現(xiàn)為顯著或者極顯著正相關(guān)，但大多數(shù)氨基酸與產(chǎn)量表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)。其中，賴氨酸和天冬氨酸的相關(guān)系數(shù)最高，為0.998，說明二者之間可能存在代謝積累的高協(xié)同性。胱氨酸和蛋氨酸與大多數(shù)氨基酸呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但與產(chǎn)量呈正相關(guān)。結(jié)合蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果來看，大豆蛋白及氨基酸組分的改良與提高大豆產(chǎn)量可能存在一定的矛盾。因此，在育種實(shí)踐中如何協(xié)調(diào)好蛋白及氨基酸各組分含量與產(chǎn)量的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

大豆是消費(fèi)最多的植物油來源之一[19]，亞油酸、油酸、棕櫚酸、亞麻酸、硬脂酸占大豆出峰物質(zhì)的99%以上[20]，且脂肪酸各組分的含量呈現(xiàn)為極顯著差異[21]。本研究表明，葉片滯綠影響了大豆籽粒中脂肪及脂肪酸各組分的含量。晉大滯綠1 號脂肪含量為21.4%，比晉大74 號低3.7%。脂肪酸各組分含量在供試品種中均存在顯著差異，棕櫚酸、亞油酸、油酸含量增加了11.3%、4.9%和5.9%，而硬脂酸、亞麻酸含量分別降低了26.2%和6.1%。亞油酸和亞麻酸是大豆中重要的不飽和脂肪酸，其中亞油酸是評價(jià)油脂品質(zhì)的重要指標(biāo)，對預(yù)防心血管等疾病、降低膽固醇有重要作用[22]，晉大滯綠1 號亞油酸含量較高，其油脂品質(zhì)也較好。亞麻酸中含有不飽和鍵，導(dǎo)致油脂容易氧化，滯綠1 號中亞麻酸含量降低，說明其油脂更容易儲存。

有研究表明，大豆油酸、亞油酸和亞麻酸三者之間的關(guān)系相對比較穩(wěn)定，油酸與亞油酸、亞麻酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，而亞油酸、亞麻酸之間呈極顯著正相關(guān)[23]。本研究結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)，但油酸與亞油酸、亞麻酸的負(fù)相關(guān)程度未達(dá)到顯著水平。其余脂肪酸組分之間的相關(guān)性則受種質(zhì)資源及環(huán)境因素的影響比較大，表現(xiàn)不盡相同[24]。同樣，脂肪酸與主要產(chǎn)量性狀之間的關(guān)系也容易受到環(huán)境因素的影響，相互效應(yīng)及相關(guān)性并不是特別密切，且表現(xiàn)不一。其中，僅有少數(shù)成對性狀具有顯著相關(guān)性，如單株莢數(shù)與油酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與亞油酸、亞麻酸呈顯著正相關(guān)[25]；亞麻酸與百粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)[26]。本試驗(yàn)氨基酸組分與產(chǎn)量相關(guān)性分析結(jié)果表明，晉大滯綠1 號油酸含量與產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，硬脂酸、亞油酸、亞麻酸含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。因此，在選育高油酸、低亞麻酸大豆品種時(shí)，要在突出油脂品質(zhì)與營養(yǎng)的同時(shí)兼顧品種的產(chǎn)量表現(xiàn)，努力平衡二者之間的關(guān)系。

綜上所述，晉大滯綠1 號主要產(chǎn)量指標(biāo)在不同地區(qū)變異系數(shù)較低，表現(xiàn)比較穩(wěn)定，產(chǎn)量表現(xiàn)較好，蛋白質(zhì)含量以及苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸等必需氨基酸含量較高，亞油酸、油酸含量顯著增高，該品種可以為大豆產(chǎn)量及品質(zhì)組分的定向改良提供優(yōu)異的靶標(biāo)基因和優(yōu)良的親本來源。