野生大豆系主要表型性狀變異與聚類分析

野生大豆系主要表型性狀變異與聚類分析

野生大豆（hyc）是優(yōu)良的飼料和胚胎資源，在中國廣泛分布。除青海、新疆和海南（自治區(qū)）以外的其他省區(qū)也有分布。近些年由于對棲生地的過度開發(fā),野生大豆已成為漸危種,1999年被列為國家二級重點保護野生植物。以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例,呼倫貝爾草原、大興安嶺山地和林緣草地、科爾沁草原、巴林草原、鄂爾多斯草原、陰山山地草原等地的河湖沿岸、沼澤草甸、灌叢等生境都曾有廣泛分布的野生大豆種群,現(xiàn)在只在呼倫貝爾的沿河地帶、大興安嶺林緣谷地、科爾沁沙地草甸等局部生境有零散分布,種群消減的速度極快。因此,對野生大豆種質(zhì)資源的利用和保護已迫在眉睫。作為牧草種質(zhì)資源,野生大豆品質(zhì)優(yōu)良,抗性強,其植株柔嫩多汁,適口性好,家畜喜食,可以直接利用。但因其植株纏繞性極強、種子粒小且硬實率極高等特點,不利于田間栽培管理,加之果莢極易開裂,種子收獲困難,作為栽培種質(zhì)資源一直未能得到充分關(guān)注和深入開發(fā)利用。栽培大豆(Glycinemax(L.)Merr.)是植物蛋白和食用植物油的重要來源,其蛋白含有蛋氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等人體必需氨基酸,是人類獲得蛋白的主要原料。多年來,大豆屬內(nèi)種間或栽培品種間的雜交已屢見不鮮,包括野生大豆和栽培大豆之間的雜交也有先例,但這些研究的出發(fā)點基本是利用野生大豆的優(yōu)良性狀來改善栽培大豆的不良性狀,以獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的糧用籽實型栽培大豆。本試驗以內(nèi)蒙古通遼市地區(qū)的野生大豆為父本,以當(dāng)?shù)卦耘啻蠖蛊贩N大白眉為母本進行人工雜交,后代性狀強烈分離,經(jīng)過逐年選擇,已獲得表型性狀不盡相同的后代株系材料50余個,其中部分材料仍在繼續(xù)分離。本研究以改善野生大豆的可栽培性為出發(fā)點,利用栽培大豆植株直立性強、籽粒大、果莢不易開裂等特性來改善野生大豆作為牧草直立性差、種子粒小、果莢極易開裂的不良特性,從雜交后代株系中分別篩選出產(chǎn)草量高的飼草型新品系、種子產(chǎn)量高的籽實飼料型新品系及草實兼用型新品系。本試驗選取所有雜交后代株系中的24個植株及種子特征基本穩(wěn)定的株系,進行5個主要產(chǎn)量性狀的測定和聚類分析,旨在為進一步選育和擴繁奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1試驗地的排列將野生大豆(CK)和24個雜交后代株系的種子于2011年5月上旬種植于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科左后旗查金臺牧場試驗地,行距60cm,株距30cm,行長6m,每株系10行,隨機排列。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1植物的主要特性在生長季觀測植株的主要性狀,包括葉形、花色、生長習(xí)性及結(jié)莢習(xí)性等。1.2.2調(diào)查性狀株高、株高、株高、主莖粗及生長特征觀察室內(nèi)考種于種植當(dāng)年11月植株自然風(fēng)干后進行,每株系隨機取10株,調(diào)查分枝數(shù)、株高(地面以上至植株頂端生長點的長度)、主莖粗(自子葉痕向上第三節(jié)與第四節(jié)之間)、單株粒重、百粒重等,并觀察記錄成熟莢色、粒形、種皮色及臍色等性狀。1.3處理數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)利用SAS9.0和Excel進行處理。2結(jié)果與分析2.1草實兼用型新品系的篩選雜交后代株系植株及種子表型性狀廣泛分離。葉形包括寬卵形、卵形,長橢圓形和披針形;花色主要為白色和紫色;生長習(xí)性有直立、半直立和半蔓生;結(jié)莢習(xí)性有有限、亞有限和無限;成熟莢色有褐色、淡褐色和黃色等;種子粒形有圓形、橢圓形、長橢圓形等;種皮顏色和種臍顏色有黃色、綠色、黑色、褐色和絳色等(表1)。從本研究的最終目的考慮,生長習(xí)性和結(jié)莢習(xí)性是篩選新品系的關(guān)鍵。長期試驗觀察認為在結(jié)莢習(xí)性為無限或亞有限、生長習(xí)性為半直立、半蔓生或蔓生的株系中,有望篩選出飼草型新品系;在結(jié)莢習(xí)性為有限型或亞有限型、生長習(xí)性為直立或半直立的株系中,有望篩選出籽實飼料型新品系;而兼具飼草型和籽實飼料型特點的株系,即為草實兼用型新品系。根據(jù)以上判定標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合試驗材料的觀測結(jié)果,S001、S002、2、3、10、12-4、15、和29符合飼草型條件,其余株系符合籽實飼料型條件;S001、2、3、10、12-4、和27-2具有草實兼用型的潛質(zhì)。2.2數(shù)量性狀間關(guān)系所有雜交后代株系在分枝數(shù)、株高、主莖粗、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)及百粒重等性狀上都表現(xiàn)出了不同程度的差異性。5個數(shù)量性狀變異系數(shù)從大到小依次為百粒重>單株粒重>株高>分枝數(shù)>主莖粗(表2)。在相同種植密度條件下,以上各數(shù)量性狀中分枝數(shù)越多、株高越高、主莖粗越小,則其草產(chǎn)量越大,粗纖維含量越小,適口性越好,比較適合作為飼草型株系;對于可以作為籽實飼料型的株系,單株粒重是最核心的數(shù)量性狀,單株粒重越大,則種子產(chǎn)量越高;而對于草實兼用型株系,則應(yīng)具有分枝多、植株高大、主莖粗度適中及單株粒重較大等特點。24個株系后代中S001、S002、2、3、7、8-1、8-4、12-4、15及26分枝較多、株高較高、主莖粗較小,具備成為飼草型新品系的潛質(zhì);0005、sf01、pz01、zs01、ny01、S002、15及17-3單株粒重較高,可以在這些株系中繼續(xù)進行籽實飼料型新品系的篩選;S005和15號則有望培育成草實兼用型新品系。其余株系有待于進一步選育和觀測。結(jié)合各主要數(shù)量性狀間的相關(guān)系數(shù),了解各性狀之間的相互關(guān)系,有助于更好地進行株系篩選。對5個主要數(shù)量性狀進行pearson相關(guān)分析,得出各性狀之間的相關(guān)系數(shù)(表3),必要時可以根據(jù)某一個或幾個性狀的表現(xiàn)間接判斷出某個株系具備何種類型株系的潛質(zhì)。如百粒重與分枝數(shù)、株高呈顯著負相關(guān),與主莖粗呈顯著正相關(guān),所以百粒重越小,則越適于作為飼用型株系;百粒重與單株粒重呈極顯著正相關(guān),所以百粒重越大,則越適于作為籽實飼料型株系。2.3實飼料型株系及生長特性綜合考慮篩選條件,針對25個供試材料的生長習(xí)性、結(jié)莢習(xí)性、分枝數(shù)、株高、主莖粗、單株粒重和百粒重7個主要性狀分別運用11種聚類方法進行了分析,以McQuitty’s聚類方法得出的結(jié)果最符合實際。聚類分析結(jié)果將所有供試材料分為4大類(圖1)。第I類株系的特點是有限結(jié)莢習(xí)性、直立生長、主莖較粗、單株粒重和百粒重較高,為籽實飼料型株系類,包括0005、sf01、pz01、zs01、ny01和17-3,共6個株系。第Ⅱ類株系特點是半蔓生生長、無限結(jié)莢習(xí)性、分枝較多、植株較高、主莖較細,為飼草型株系類,包括S002和15。第Ⅲ類包括S001、2、12-4、3、7、27-2、8-4、26、8-1、10、27-2、18、12-1、16、17-1和29,除29以外,該類其他株系都為亞有限結(jié)莢習(xí)性,結(jié)合主要性狀可進一步將這16個株系劃分為5個組:S001為第1組,其區(qū)別于同類其他株系特點是株高較高,主莖較細,半直立生長、亞有限結(jié)莢習(xí)性,可作為飼草型株系;第2組包括2、12-4和3,該組也為半直立生長,株高低于S001,主莖較粗;第3組包括7、27-2、8-4、26和8-1,這組株系全為直立生長,株高和主莖粗都處于中等水平,單株粒重僅低于第Ⅰ類株系;第4組包括10、27-2、18、12-1、16及17-1,該組株系分枝數(shù)最少、植株最矮、主莖粗僅高于CK、單株產(chǎn)量也較低,既不適合做飼草型也不適合做籽實飼料型;29為第5組,半蔓生、無限結(jié)莢習(xí)性,可以做飼草型株系。第Ⅳ類:CK。3討論3.1野生大豆的利用途徑對野生大豆這類優(yōu)良種質(zhì)資源的保護有以下幾種途徑,一是建立自然保護區(qū),將典型的野生大豆種群進行人工圍封及管護,防止人為破壞(如放牧、打草等)、動物啃食、踐踏和極端天氣因素影響(如干旱、蟲害等),這種途徑雖可有效保護野生大豆種質(zhì)資源,但耗費人力、物力及財力,在內(nèi)蒙古尚未實施;二是將野生大豆種子收集,進行種植保存,這種途徑可行,但不能體現(xiàn)其利用價值。最好的方法是在利用中保護。野生大豆是遺傳多樣性的載體,是栽培大豆和野生大豆種質(zhì)創(chuàng)新的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。利用野生大豆和栽培大豆進行種間雜交,可以使野生大豆的基因得以保存。以往的育種工作者多數(shù)利用野生大豆的優(yōu)良性狀來改良栽培大豆,而往往忽略了野生大豆的生產(chǎn)利用價值。野生大豆是兼具食用價值、藥用價值、飼用價值及育種價值的優(yōu)良種質(zhì)資源。特別是作為飼用牧草,其莖葉含有極豐富的粗蛋白、粗脂肪及各種營養(yǎng)物質(zhì),且粗纖維含量較低,適口性好;其種子的平均蛋白質(zhì)含量達46.8%,比栽培大豆高4.65%。本研究中的大量雜交后代株系中,部分株系在表型性狀上與父本野生大豆很相似,若進一步對其植株和種子的蛋白、脂肪、鈣、磷、氨基酸及異黃酮、皂苷等的提取和含量測定,必定會獲得一系列具有不同利用價值的新品系,為野生大豆種質(zhì)資源的保護和利用提供新的途徑。3.2結(jié)莢食性表現(xiàn)型的鑒定有許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)有些大豆品種的結(jié)莢習(xí)性在不同年份存在差異,難以穩(wěn)定,并進一步對其形成原因進行了探討。王金陵和Bernard認為從遺傳學(xué)角度看,結(jié)莢習(xí)性在遺傳上由兩對基因控制,亞有限性對有限性和無限性均為顯性,無限性一般不能分離出亞有限性。土壤肥力不均或群體內(nèi)單株間養(yǎng)分分配不平衡是造成大豆結(jié)莢習(xí)性表現(xiàn)型改變的唯一原因,但這種改變不遺傳。高峰發(fā)現(xiàn),同一親本等位基因系亞有限性和無限性的后代中,在其他農(nóng)藝性狀均已穩(wěn)定時,結(jié)莢習(xí)性的表現(xiàn)卻難以穩(wěn)定。因此,要正確判斷大豆的結(jié)莢習(xí)性,一方面要根據(jù)理論的判斷標(biāo)準(zhǔn),另一方面其所處的環(huán)境條件也必須考慮在內(nèi)。本試驗對24個株系結(jié)莢習(xí)性的判斷,是在外界栽培及田間管理條件基本一致的前提下,依據(jù)理論判斷標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合兩年植株生長表現(xiàn),以大部分單株所表現(xiàn)出來的結(jié)莢習(xí)性為準(zhǔn)。旨在對野生大豆和栽培大豆的雜交后代進行各農(nóng)藝性狀對比,從而進一步篩選出滿足不同需求的新品系。3.3聚類分析結(jié)果在對供試材料進行室內(nèi)考種時發(fā)現(xiàn),有個別株系的果莢極易開裂,炸莢率最高的是S001和26,平均分別為36.3%和36.1%。如果將這一部分損失也考慮在內(nèi),S001和26的單株粒重可分別達到31.6g和52.6g,如果再根據(jù)分枝數(shù)和主莖粗細程度適當(dāng)調(diào)整種植密度和適時采收種子,這2個株系的種子產(chǎn)量將會有很大提升空間,有望培育成為籽實飼料型株系。聚類分析結(jié)果中第Ⅰ類籽實飼料型株系中的sf01、pz01、zs01和ny01的百粒重都接近20g,而且種皮色為黃色,植株特征等都接近傳統(tǒng)的糧用栽培大豆,可以考慮利用于糧用栽培大豆新品系的篩選。第Ⅱ類飼草型株系S002和15,單株粒重較高,分別為51.5和50.3,可以作為草實兼用型株系繼續(xù)培育。4數(shù)量性狀聚類分析利用野生大豆和栽培大豆雜交后所得后代在葉形、花色、生長習(xí)性、結(jié)莢習(xí)性、成熟莢色及種子的粒形、種皮色和臍色存在豐富的變異;5個主要數(shù)量性狀的變異系數(shù)從大到小依次為: