大豆品質(zhì)育種研究進展

王海杰，林家貴，王敏芬

(1.海南大學，海南 海口 570228；2.海南省農(nóng)業(yè)科學院，海南 ?？?571100；3.昌江黎族自治縣農(nóng)業(yè)科學研 究所，海南 昌江 572700)

大豆含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，是植物蛋白和植物油的主要來源之一。為滿足人們多種需求，育種家在加強大豆高產(chǎn)育種的同時，都在加強品質(zhì)育種的研究，目前，已選育出一批高油、高蛋白、既高油又高 蛋白、缺失脂肪氧化酶等優(yōu)質(zhì)專用型的大豆材料，為實現(xiàn)大豆品質(zhì)育種的目標奠定了基礎。但由于對大 豆優(yōu)質(zhì)性狀的生理和遺傳機理了解不多，要在保持產(chǎn)量和綜合性狀優(yōu)良的基礎上進一步全面有效的提高 大豆品質(zhì)，仍有許多工作需要完成。

1 大豆品質(zhì)育種現(xiàn)狀

1.1 高油育種

據(jù)統(tǒng)計，全球大豆總產(chǎn)量的85%用于榨油。我國育成品種的油分含量多在19%～21%，最高油分含 量品種在23%～24%；阿根廷大豆品種油分平均含量22.9%；巴西大豆的油分平均含量達 22.9%；美國大 豆油份含量平均在21%以上[1]。大豆油分中含有5種脂肪酸成分，即：亞油酸、油酸、棕櫚酸、亞麻酸、硬脂酸。Jessie L等[2]發(fā) 現(xiàn)，油酸與棕櫚酸，硬脂酸，亞油酸和亞麻酸呈明顯的負相關。這樣的相關對選 擇特定的脂肪酸成分是一個潛在的限制因素。關于油分組成的遺傳機理研究，Takagi 和Rahman[3]發(fā) 現(xiàn)控 制油酸含量的是一個基因位點上的兩個等位基因（Olol）。Kristin Bilyeu等[4]利 用大豆品系 CX1512-44報 道了低亞油酸大豆的分子遺傳基礎，表明亞油酸的表達是由一個主基因 Fan和幾個次級位點基因控制的。此外，大豆油中的兩種飽和脂肪酸(棕桐酸和硬脂酸)能使血液中的膽固醉含量增加，降低這兩種脂肪酸 含量也是大豆改良的一項內(nèi)容；亞麻酸是導致豆油變質(zhì)的主要原因，提高油酸含量的同時降低亞麻酸含 量是大豆品質(zhì)育種的重要目標。

1.2 高蛋白育種

大豆作為最重要的植物蛋白源，培育蛋白質(zhì)含量高的品種也就成為今后大豆育種的重要任務。2002—2007年我國育成的最高蛋白質(zhì)含量品種均在48%左右。美國曾報道育成的S10Uxn 和ccNC-1 品 系蛋白質(zhì)超過 50%。日本曾報道通過品種間雜交獲得了蛋白質(zhì)含量高達 50%的西海 20號和蛋白質(zhì)含量 45%的肥后娘等[5]。另外，大豆的營養(yǎng)質(zhì)量受低量的含硫氨基酸的蛋氨酸和半胱氨酸影響，人和單胃動 物又不能合成蛋氨酸和半胱氨酸等必需氨基酸，必須從食物中攝取[6]。所以，在選育蛋白質(zhì)含量高的品 種時也要注意提高蛋白質(zhì)的質(zhì)量。傳統(tǒng)育種方法主要用來增加總蛋白含量，不能有目的增加大豆中特殊 氨基酸含量。隨著蛋白組技術的成熟，尤其是雙向電泳技術的完善，對作圖群體中個體的某種蛋白質(zhì)含 量進行測定，人們就可以研究影響蛋白質(zhì)量的QTLs。

1.3 脂氧酶缺失育種

大豆中脂肪氧化酶是產(chǎn)生大豆制品豆腥味的主要因子。豆油中所含有的不飽和脂肪酸，如：亞油酸 和亞麻酸均易被脂肪氧化酶氧化，其氧化產(chǎn)物(小分子的醛、醇、酮等揮發(fā)性物質(zhì))是豆腥味產(chǎn)生的主要 原因，引起大豆制品的風味降低。通過篩選培育脂肪氧化酶缺失體類型大豆品種，是當前降低大豆豆腥 味的一種行之有效的方法。大豆籽粒中脂肪氧化酶具有3 種同工酶:Loxl、Lox2、Lox3，分別由1對基因 控制。Lox2 起主要作用，Loxl 次之，Lox3 作用最小[7]。韓粉霞等[8]以96P17 和93704 為材料雜交結(jié)合生 物化學分子標記輔助選擇，成功培育了國內(nèi)第一個全缺失脂肪氧化酶基因的大豆新種質(zhì)。

1.4 異黃酮含量育種

許多營養(yǎng)研究者發(fā)現(xiàn)，異黃酮在預防和治療多種慢性疾病方面有很好的療效，包括癌癥、骨質(zhì)疏松 癥、心臟病和減輕更年期癥狀等[9]。但是，異黃酮是苦澀味因子，也能使胸腺和免疫發(fā)生紊亂并不利于嬰兒食用[10]。所 以，通 過育種途徑有目的的增加或減少異黃酮含量對人體健康和食品生產(chǎn)也是有價值的。常規(guī)育種方法改良異黃酮含量是困難的，因 為無論是某種具體的異黃酮還是總異黃酮都受環(huán)境影響很大，Carrao-Panizzi 和Kitamura[11]的研究表明不同年份間的氣溫、降雨、收獲期都顯著影響總異黃酮含量。應用分子標記輔助選擇鑒定的QTL有助于發(fā)展異黃酮育種，因為它不受環(huán)境的影響。研究表明，異黃酮 含量及其組分的遺傳力較高，應屬幾個主基因控制[12-13]。還有一些研究發(fā)現(xiàn)了有利于異黃酮育種的環(huán)境 因素，如灌漿期相對高的溫度可以減少大豆種子中異黃酮的含量[14]，在低鉀的土壤中某種異黃酮和總異 黃酮都與葉子和種子中的鉀含量成正相關[15]。

1.5 無胰蛋白酶抑制劑育種

胰蛋白酶抑制劑是生長抑制因子，大豆中有胰蛋白酶抑制劑不利于人類食用，并使大豆蛋白的營養(yǎng)價值受 到限制。大豆胰蛋白酶抑制劑(Ti)主要由Kunitz胰蛋白酶抑制劑(KTI)和Bowman一Birk胰蛋白酶抑制劑(BBI)組成，人們常說的一般指KTI。大豆KTI存在由3個共顯性基因(Tia、Tib、Tic)控制，KTI缺失由一個隱性基因(ti)控制[16]。科學家很早就開始了對大豆胰蛋白酶抑制劑的研究，美國已育成了不含 Kunitz 胰蛋白酶抑制劑大 豆品種投入商業(yè)化生產(chǎn)。在我國，丁安林[17]首 先將缺失胰蛋白酶抑制劑基因(ti)導入國內(nèi)大豆種質(zhì)，轉(zhuǎn)育成功無Kunitz胰蛋白酶抑制劑的大豆新種質(zhì)。

1.6 其它品質(zhì)育種

大豆種子外觀品質(zhì)的好壞直接影響大豆的商品質(zhì)量，而且蛋白質(zhì)、脂肪含量與其籽粒外觀性狀密切 相關。隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，在選育大豆品種上更應強調(diào)粒的大小、粒的形狀和光澤度的重要性。

為適應商品生產(chǎn)的需要，提高大豆的飼用價值，大豆育種上也要培育蛋白質(zhì)和油分含量均高的品種。在大豆品質(zhì)育種中，蛋白質(zhì)含量達到 44%～46%，油分含量達到 23%，分別是高蛋白育種和高油育種的育種目 標，而雙高大豆的育種目標是蛋白質(zhì)含量42%，脂肪含量21%。許多研究表明，大豆油分與蛋白含量呈明顯的負相關，蛋白質(zhì)或脂肪含量越高，這種負相關越明顯，這給雙高品種的選育帶來一定的困難。

隨著大豆品質(zhì)改良育種的深入發(fā)展，根據(jù)大豆的不同用途培育專用型加工品種，使之能適應于生產(chǎn) 豆腐、豆醬、豆豉及與現(xiàn)代生物技術相結(jié)合生產(chǎn)蛋白肽、肽類飲料、低聚糖飲料、乳清飲料、無糖速溶 豆粉等，也是未來大豆品質(zhì)育種的發(fā)展方向之一。

2 改良大豆品質(zhì)的育種方法

2.1 傳統(tǒng)方法

雜交育種是大豆品質(zhì)育種最常用和主要的方法。根據(jù)蛋白質(zhì)和油分含量的遺傳特點，在以高蛋白為 育種目標時，應以一個高蛋白親本與一高產(chǎn)親本組配較為適宜；而以高油為育種目標時，雙親含油量均 需較高；若選育兼用型品種，應選用蛋白和油分均較高的類型做親本?；亟缓蟠幂喕剡x擇方法改良大 豆品質(zhì)也具有較好的效果，不含胰蛋白酶抑制劑的品種 Kunitz 就是采用回交育種法選育成的。利用地理 遠緣材料間的多系雜交，可使蛋白與油分含量得到較好的結(jié)合。另外，應用混合選擇與系譜選擇相結(jié)合的方法，在早期世代為保留廣泛的遺傳背景采取混合摘莢選擇，高世代對產(chǎn)量性狀、外觀品質(zhì)做重點選 擇，同時要注意對株型、結(jié)莢特性、籽粒外觀等農(nóng)藝性狀的選擇。

2.2誘變育種

誘變開始應用于大豆品質(zhì)育種是在20 世紀 70年代中期，它特別適宜改良大豆的某些單一性狀，例 如增加蛋白質(zhì)和油分含量，是進行大豆品質(zhì)改良的有效措施，主要有以下三種形式：

2.2.1 化學誘變目前已用甲基磺酸乙脂(EMS)、疊氮化鈉(NaN3)等化學誘變劑處理大豆，研究了不同誘變 因素對大豆籽粒蛋白質(zhì)、脂肪含量、大豆油脂酸組成等性狀的作用，探索了改良大豆品質(zhì)的可行途徑。

2.2.2 物理誘變大豆輻射材料，一般選用綜合性狀優(yōu)良，晚熟，主莖節(jié)數(shù)多，高大株型純種或純系較 易成功[18]。近年來采用輻射與雜交相結(jié)合的方法，不僅容易誘發(fā)基因突變，克服不良的基因連鎖，同時也能增加鄰近染色體的交換，再次產(chǎn)生遺傳物質(zhì)的重組，顯示基因突變與基因重組的累加效應，從而擴 大了遺傳變異范圍，培育出具有突破性的品種。

2.2.3 空間誘變利用太空所特有的強宇宙射線輻射、高真空、重粒子、微重力、交變磁場等對農(nóng)作物的誘變作用，從中定向篩選培育出優(yōu)良新品種。實驗表明，經(jīng)歷過太空遨游的大豆種子，很多性狀都發(fā)生了遺傳基因突變[19]，其多因素綜合誘變和有益誘變增多、變異幅度大、穩(wěn)定快、周期短，且不僅植株 強健、果型增大、產(chǎn)量提高、對病蟲害的抗逆性增強，而且品質(zhì)也大為改善。

2.3 分子育種

生物技術給作物品種改良開辟了一條新路，它突破了常規(guī)育種的難度，又通過和常規(guī)育種相結(jié)合，縮短了育種時間，可快速實現(xiàn)農(nóng)作物分子育種的品質(zhì)改良。例如：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院利用花粉管通道 法，將高蛋白野生大豆總DNA直接導入栽培大豆，育成了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高蛋白大豆新品種——黑生 101[20]。趙桂蘭等[21]利用農(nóng)桿菌介導法將反義 PEP 基因?qū)氪蠖沟幕蚪M，相繼獲得了轉(zhuǎn)基因大豆植株，經(jīng)多代 連續(xù)篩選、鑒定，獲得了穩(wěn)定的超高油（25.42%）大豆品系。

大豆品質(zhì)育種中有關質(zhì)量性狀改良的內(nèi)容有脂肪氧化酶、蛋白酶抑制劑、球蛋白等，由于這些性狀 遺傳相對簡單，用分子標記篩選鑒定優(yōu)良品質(zhì)資源和進行后代選擇具有很大的潛力。大豆中還有許多品 質(zhì)性狀如蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸、異黃酮、皂甙、低聚糖等屬于微效多基因控制的數(shù)量性狀。對這些有重要價值的性狀進行定位，目的之一就是盡可能發(fā)掘?qū)Ω牧即蠖蛊焚|(zhì)有利用價值的等位基因，將分子標 記輔助選擇用于大豆品質(zhì)育種實踐。

3 問題與展望

我國大豆品質(zhì)育種的首要問題是確定育種目標。目前，全世界的大豆制品已達到1萬余種，以美國、日本等發(fā)達國家為例，一方面在改用現(xiàn)代工藝加工豆腐、豆醬、豆奶等傳統(tǒng)制品，另一方面又在不斷的開發(fā)油脂、分離蛋白、磷脂藥品和高檔化妝品等新興制品。而我國僅有初級加工領域的幾百個品種，加 工業(yè)規(guī)模小、大豆加工層次偏低、高科技產(chǎn)品少。因此，要提高大豆品質(zhì)育種水平，必須認真研究大豆 制品的發(fā)展趨勢，提出符合未來需要的大豆品質(zhì)育種目標，使育種先行一步，引導大豆后續(xù)加工。

提高我國大豆品質(zhì)育種水平，其次要找到理想的基因源。優(yōu)良品種資源是選育優(yōu)良品質(zhì)的物質(zhì)基礎。從對近 10年國外大豆品種資源品質(zhì)性狀的鑒定評價分析結(jié)果看，國外大豆資源中有高蛋白、高脂肪含量的優(yōu)異種質(zhì)，這些優(yōu)異種質(zhì)對當前大豆品質(zhì)育種是重要的資源。

提高我國大豆品質(zhì)育種的水平還應在育種方法上綜合利用各種途徑和手段。通過引種、遠緣雜交等 途徑廣泛篩選，把新收集到的優(yōu)質(zhì)基因或新創(chuàng)造的中間材料與本地區(qū)綜合性狀好的推廣品種或優(yōu)良品系 進行雜交。為了提高綜合性狀和選擇效果，可考慮進行復合雜交、輪回雜交和基因?qū)氲确椒?，以及?用雜交、回交、輻射誘變相結(jié)合，傳統(tǒng)方法與分子育種相結(jié)合，產(chǎn)量鑒定與品質(zhì)分析相結(jié)合，系譜選擇 與品質(zhì)分析同時進行等育種策略，才有可能將品質(zhì)突出、綜合性狀好的品系選育出來。

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