飼草型大豆雜交后代生產(chǎn)性能的遺傳規(guī)律

張曉會，劉志英，姜慧新，孫 娟，盧道寬，翟桂玉，楊國鋒

(1.青島農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟草本植物應(yīng)用研究所，山東 青島 266109； 2.山東省畜牧獸醫(yī)總站，山東 濟南 250022)

野生大豆(Glycinesoja)具有莖稈柔軟、葉量豐富、適口性好、粗蛋白含量高及價格低廉的特點，僅山東省墾利縣大汶流草地就有4萬畝(約合2 666.7 hm2)野生大豆繁衍生存，畝產(chǎn)干草1 000 kg左右[1]。栽培大豆(Glycinemax)優(yōu)良親本的重復(fù)利用造成栽培大豆品種遺傳基因基礎(chǔ)狹窄[2]，威脅大豆育種的遺傳多樣性[3-5]。飼草專用的大豆品種多屬短季、高株型的品種[6]，美國對飼草型大豆的研究較多，培育出已通過審定的專用飼草型大豆品種“Derry”、“Donegal”和“Tyrone”[7]。我國對利用莖葉的專用飼草型大豆的研究報道較少。最佳飼草刈割時間隨飼草品種不同而不同[8]?，F(xiàn)有研究表明，野生大豆在開花期和綠莢較多時期刈割可獲得較高的干物質(zhì)和可消化干物質(zhì)產(chǎn)量[9-10]。因此，本研究通過將野生大豆和栽培大豆進行雜交，分析飼草型大豆雜交后代生產(chǎn)性能的遺傳規(guī)律，以期篩選出優(yōu)良雜交后代作為飼草進行栽培利用。

1 材料與方法

1.1試驗地自然狀況 試驗地位于山東省濟南市長清區(qū)潘村山東省畜牧總站牧草試驗站(36°33′ N， 116°51′ E)，海拔62 m，年均溫14.7 ℃，年降水量671.1 mm，土壤為潮土，pH值7.6，土壤有機質(zhì)11.4 g·kg-1，水解氮26.2 mg·kg-1，有效磷5.0 mg·kg-1，速效鉀71.6 mg·kg-1。

1.2試驗材料 親本為黃河三角洲一年生野生大豆和當?shù)卦耘嗬幂^多的晚熟栽培大豆。建立正交(DC：晚熟栽培大豆♀×野生大豆♂)和反交(RC：野生大豆♀×晚熟栽培大豆♂)兩個組合，2006年獲得少量雜交F1代種子。2007年種植F1代種子，篩選出兩棵F1代植株并分別保留DC-F2和RC-F2代種子。2008年種植F2代種子，并根據(jù)直立性狀分為4個株系(DC-F3-1、DC-F3-2、RC-F3-1和RC-F3-2)分別收獲F3代種子，依次類推，2009年收獲F4代種子，2010年收獲F5代種子。2011年種植所收集到的種子，分別為親本，F(xiàn)2～F5代種子，因F1代種子產(chǎn)生較少而缺失F1代植株。

1.3試驗地處理與樣方設(shè)置 試驗地前茬作物為小麥(Triticumaestivum)，播種前，對試驗地旋耕、耙平，并起壟劃分小區(qū)。試驗小區(qū)采用隨機區(qū)組設(shè)計，每一品種設(shè)置3個平行小區(qū)，小區(qū)面積3 m×5 m，穴播，穴與穴之間距離為0.5 m，每一小區(qū)共設(shè)6列×10行，播種深度2～3 cm。野生大豆種子在種植前用石英砂處理以破除種子硬實，并在小區(qū)內(nèi)搭上木架以供野生大豆攀爬生長。

1.4生產(chǎn)性能測定指標與方法 各指標測定時期均為盛花期，每一小區(qū)中約有50%開花時即為盛花期。

出苗率：因為野生大豆為穴播，不是按小區(qū)條播或者撒播播種，所以，以出苗穴數(shù)為描述方法。以每小區(qū)出苗穴數(shù)作為單位計數(shù)出苗率。

株高：隨機選取10株測定絕對株高(基部至主莖頂端)。

莖粗：隨機選取10株用游標卡尺測定莖粗，距基部10 cm左右。

主莖分枝：隨機選取3株計數(shù)主莖分枝。

單株鮮質(zhì)量：隨機選取兩株，從距離地面5 cm處刈割進行測量。

單株干質(zhì)量：將測量鮮質(zhì)量的植株105 ℃殺青，60 ℃烘至質(zhì)量恒定進行測量。

葉莖比：隨機選取兩株，將葉和莖分開，105 ℃殺青，65 ℃烘至質(zhì)量恒定，計算葉莖比，葉柄歸為葉質(zhì)量[11]。

1.5試驗數(shù)據(jù)與處理 試驗數(shù)據(jù)用Excel 2007軟件統(tǒng)計并處理，用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行分析[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1出苗數(shù) 親本中，野生大豆種子因經(jīng)過石英砂處理，出苗數(shù)較高；正交株系1雜交后代均無顯著性差異(P>0.05)，只有野生大豆出苗數(shù)顯著高于F2代(P<0.05)；正交株系2的F4和F5代出苗數(shù)差異不顯著，但顯著高于F2和F3代(表1)?？梢?，隨代數(shù)增加，出苗數(shù)逐漸升高并趨于穩(wěn)定。

反交株系出苗數(shù)隨代數(shù)的增加而先增加后減少，但兩反交株系F3、F4和F5代相互之間均無顯著差異(P>0.05)(表1)。總體來看，反交后代中，F(xiàn)2代出苗數(shù)較少，F(xiàn)3代后則出苗數(shù)較多。

2.2株高 親本一年生野生大豆株高最高達140 cm，栽培大豆為75.1 cm；后代中F2代株高較高，達116 cm，DC-F3-1株高最低，僅為48 cm(圖1)。總體而言，相對親本野生大豆，雜交后代株高均呈現(xiàn)降低趨勢，正交株系1雜交后代植株較矮，表現(xiàn)為栽培大豆特性，直立型，而正交株系2則表現(xiàn)為野生大豆特性，后代株高呈現(xiàn)升高的趨勢，表現(xiàn)出蔓生性狀。

反交株系均有植株變矮的趨勢，反交株系2趨勢更為明顯，比反交株系1直立性更好。其中RC-F5-1株高為95.5 cm，RC-F5-2為102.5 cm(圖2)。

表1 親本和正交株系出苗率情況Table 1 Seedling emergence of parents and direct cross lines %

表2 親本和反交株系出苗率情況Table 2 Seedling emergence of parents and reciprocal cross lines %

圖1 親本與正交株系株高情況Fig.1 Plant height of parents and direct cross lines

圖2 親本與反交株系株高情況Fig.2 Plant height of parents and reciprocal cross lines

2.3莖粗 野生大豆莖粗最小，為6.1 mm，栽培大豆則最大，為16.0 mm。兩正交株系后代莖粗隨雜交代數(shù)增加趨于穩(wěn)定，DC-F5-1莖粗為10 mm，DC-F5-2為7.8 mm(圖3)。反交株系1和2莖粗相差很小，且逐漸趨于穩(wěn)定(圖4)。

圖3 親本與正交株系莖粗情況Fig.3 Stem diameter of parents and direct cross lines

圖4 親本與反交株系莖粗情況Fig.4 Stem diameter of parents and reciprocal cross lines

2.4主莖分枝 栽培大豆主莖分枝數(shù)最多，為8.6個，野生大豆莖與枝區(qū)分不明顯，只有1個主莖分枝。F2代主莖分枝接近栽培大豆，后代逐漸穩(wěn)定，均低于F2代，正交株系1后代主莖分枝多于正交株系2，但相差不大，DC-F5-1主莖分枝為6.2個，而DC-F5-2為5.8個，相對而言正交株系1飼草產(chǎn)量潛力大(圖5)。反交后代主莖分枝情況與栽培大豆相似，沒有出現(xiàn)野生大豆只有一個主莖分枝后代的情況，RC-F5-1主莖分枝為6.4，而RC-F5-2主莖分枝為6.2個(圖6)。

圖5 親本與正交株系主莖分枝情況Fig.5 Number of branches of parents and direct cross lines

圖6 親本與反交株系主莖分枝情況Fig.6 Number of branches of parents and reciprocal cross lines

2.5單株鮮、干質(zhì)量 鮮質(zhì)量是評價飼草產(chǎn)量最直接的指標之一。栽培大豆單株鮮質(zhì)量最大，正交株系1隨著世代增加逐漸趨于穩(wěn)定，單株鮮質(zhì)量0.71 kg左右，彼此間差異均不顯著，正交株系2則隨世代增加逐漸減小，正交株系2中DC-F5-2與栽培大豆差異顯著(P<0.05)，說明正交株系2下降趨勢較為明顯(表3)。

栽培大豆干質(zhì)量最大，為0.36 kg，與后代差異顯著(P<0.05)。正交株系1干物質(zhì)質(zhì)量趨于穩(wěn)定，而正交株系2干質(zhì)量則隨世代增加而遞減，趨勢與鮮質(zhì)量基本一致(表3)。

栽培大豆單株鮮質(zhì)量最大，達到1.24 kg，與RC-F2差異不顯著，與其它世代均差異顯著(P<0.05)，后代中RC-F2單株鮮質(zhì)量最大，與RC-F5-1差異顯著。反交株系2較為穩(wěn)定，RC-F3-2、RC-F4-2、RC-F5-2均鮮質(zhì)量穩(wěn)定在0.61 kg左右(表4)。

與單株鮮質(zhì)量一樣，栽培大豆單株干質(zhì)量仍最大，與雜交后代差異顯著(P<0.05)，反交株系1和2單株干質(zhì)量都比較穩(wěn)定，F(xiàn)3、F4和F5相互之間差異不顯著(表4)。由此可以看出，單株干質(zhì)量表現(xiàn)出與鮮質(zhì)量相同的遺傳規(guī)律。

綜合來看，正交株系1和反交株系2表現(xiàn)出高產(chǎn)飼草潛力。

表3 親本與正交株系單株鮮、干質(zhì)量情況Table 3 Fresh and dry weight per plant of parents and direct cross lines kg

表4 親本與反交株系單株鮮、干質(zhì)量情況Table 4 Fresh and dry weight per plant of parents and reciprocal cross line kg

2.6葉莖比 葉莖比也是評價飼草質(zhì)量的一項重要指標，直接決定著飼草營養(yǎng)價值的高低，比值越大，含葉量越多，營養(yǎng)品質(zhì)越好，飼用價值越高。本研究中，不管親本還是雜交后代，葉莖比都超過1，即葉片產(chǎn)量高于莖稈,飼用價值較高。正交株系1中DC-F5-1葉莖比含量最高，達2.53，正交株系2中，DC-F3-2葉莖比最高，為2.87。整體來看，正交株系1葉莖比高于正交株系2，正交株系2趨于穩(wěn)定，葉莖比維持在1.29左右(圖7)。

栽培大豆葉莖比含量較低，與栽培大豆莖粗有很大關(guān)系，而野生大豆葉莖比含量最高，達到1.67,后代中只有RC-F3-2為0.99，其他后代均超過1，且兩個株系葉莖比均呈穩(wěn)定趨勢，RC-F5-1與RC-F5-2分別為1.46和1.55(圖8)。綜合來看，雜交后代葉莖比穩(wěn)定在較高水平上，可以推測雜交后代均為潛在高品質(zhì)飼草資源。

3 討論

牧草產(chǎn)量是多種測定的基礎(chǔ)向量，與株高、莖粗、主莖分枝數(shù)及葉莖比等密切相關(guān)。在盛花期，本研究測得的栽培大豆株高、莖粗、主莖分枝數(shù)和葉莖比分別為75.1 cm、10 mm、8.6個和1.11，其中株高和葉莖比較低，而莖粗和主莖分枝數(shù)則最大，單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量同樣為栽培大豆最高。一年生野生大豆株高、莖粗、主莖分枝數(shù)和葉莖比分別為140 cm、6.1 mm、1個和1.67，因其莖纖細，葉片較小，因此，單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較小。雜交后代這些生產(chǎn)性能指標基本居于兩者數(shù)據(jù)之間，有個別后代出現(xiàn)超雙親性狀，可能是將雙親控制同一性狀的不同微效基因積累于同一雜種個體中形成在該性狀上超過親本的類型[13]，這種類型在育種中應(yīng)格外重視。

圖7 親本與正交株系葉莖比情況Fig.7 Leaf to stem of parents and direct cross lines

圖8 親本與反交株系葉莖比情況Fig.8 Leaf to stem ratio of parents and reciprocal cross lines

在4個株系中，正交株系1表現(xiàn)出最好的生產(chǎn)性能，F(xiàn)5代所測各指標均趨于穩(wěn)定，單株鮮質(zhì)量達0.71 kg，單株干質(zhì)量達0.20 kg，葉莖比達到2.53，均高于其他3個株系，各性狀也隨代數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，具有成為優(yōu)質(zhì)飼草的潛力。反交株系2同樣表現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)飼草潛力，單株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量僅次于正交株系1，可見雜交育種正反交均可產(chǎn)生所需性狀的后代，通過研究其遺傳規(guī)律可以更快更有效地進行選擇。

4 結(jié)論

野生大豆和栽培大豆雜交產(chǎn)生的雜交后代在F5代時生產(chǎn)性能基本趨于穩(wěn)定，可以確定雜交后代的飼草潛力，而且分離出具有優(yōu)質(zhì)飼草潛力的株系，可以作為飼草進行栽培利用。4株系中，正交株系1生產(chǎn)性能最好，可作為優(yōu)質(zhì)飼草資源繼續(xù)進行利用。

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