一種大豆熱害鑒定方法的應用

李志輝，韓昕君，傅豪，姚小丹，靳巧玲

（漯河市農(nóng)業(yè)科學院，河南 漯河 462300）

氣候變化是導致大豆產(chǎn)量不穩(wěn)的主要因素之一[1～3]。 隨著全球氣候變暖，在夏大豆生長中后期常常伴有高溫（溫度＞32 ℃） 高濕（相對濕度＞80%） 天氣的發(fā)生，與適宜大豆生長發(fā)育的溫濕度條件相差較大，致使生產(chǎn)上部分品種落花、落莢、莢角不鼓粒等現(xiàn)象發(fā)生，子粒嚴重缺失，經(jīng)濟損失巨大[4～6]。研究表明，大豆高溫熱害呈逐年上升趨勢，但不同品種對高溫熱害的適應能力存在一定差異，受害輕者減產(chǎn)較少，受害嚴重者甚至絕收[7～9]。因此，在選育新品種時，對大豆的耐熱性進行鑒定就顯得極為重要。我們近幾年3～6月在當?shù)厝展鉁厥疫M行大豆加代時發(fā)現(xiàn)部分大豆組合存在熱害現(xiàn)象，且于同年夏季正常種植時相應品種的組合材料也存在熱害現(xiàn)象，其中2017年加代的24 個材料中冀黑豆1 號/MC2000-1 組合和皖宿0934/漯豆4904 組合受害嚴重。針對上述問題，2018年我們開展研究并創(chuàng)新了一種用于大豆組合和品種耐熱性篩選的熱害鑒定方法，該方法已申請國家發(fā)明專利并受理，現(xiàn)處于審核階段。利用該鑒定方法可以選育出耐熱性較好的大豆品種，還可以對已審定的大豆品種進行熱害鑒定和篩選，便于指導當?shù)卮蠖褂N和生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年和2019年連續(xù)2 a 的3～6月，在漯河市農(nóng)業(yè)科學院五里崗試驗基地的大型日光溫室內(nèi)（不啟用加溫設施）進行大豆熱害鑒定試驗。其中，2018年試材為漯河市農(nóng)業(yè)科學院組配的25 個雜交種組合（表1），2019年試材為包括中黃13、菏豆23、洛豆1 號等在內(nèi)的10 個大豆親本（表2），發(fā)芽率均≥95%。試驗溫室為中隔玻璃日光溫室，具有加濕、噴灌、遮光、補充光照和通風設備，高3～4 m，種植面積＞200 m2。

表1 2018年大豆熱害鑒定試驗材料Table 1 Soybean materials tested in heat damage identification in 2018

表2 2019年大豆熱害鑒定試驗材料Table 1 Soybean materials tested in heat damage identification in 2019

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆管理關(guān)鍵技術(shù) 根據(jù)天氣情況，每年3月初將大豆點播于營養(yǎng)缽內(nèi)；3月中旬移栽到日光溫室，小區(qū)長2.0 m，行距0.4 m，大豆種植密度21 萬株/hm2。溫室利用自然光熱資源，不啟用加溫設施。由環(huán)境控制系統(tǒng)AP（中農(nóng)金旺公司提供） 自動記錄溫室內(nèi)每日間隔1 h 的溫度、濕度和光照強度，溫室外的溫度數(shù)據(jù)由漯河市氣象局提供，利用Excle 軟件做圖。

1.2.1.1 遮光。在大豆開花后的下午進行，保證植株每天的受光時間在12 h 以內(nèi)，促進大豆生殖生長。

1.2.1.2 補光。在大豆苗期或陰雨天時進行，促進植株正常生長。

1.2.1.3 通風。在大豆生長中后期進行，防止因環(huán)境密閉導致溫度過高而造成的燒葉、燒苗。室內(nèi)溫度高于35 ℃時打開通風設備降溫。利用通風、噴水、灌溉措施來調(diào)節(jié)環(huán)境濕度。

1.2.1.4 輔助固定。在大豆植株長出3 片復葉后，搭建高1.5～1.8 m 的架子或用線繩將植株固定，防止植株倒伏和互相纏繞。

1.2.1.5 溫度和濕度控制。在大豆開花期至鼓粒期進行，白天溫度控制在35℃以下、濕度控制在60%～80%。

1.2.2 溫室內(nèi)大豆熱害鑒定方法 大豆熱害鑒定分生育期和植株考種兩部分內(nèi)容進行。調(diào)查并記載溫室栽培大豆的開花期、鼓粒期和成熟期。大豆成熟期，每個處理選取10 株樣株，調(diào)查結(jié)莢部位、每株莢數(shù)和每莢粒數(shù)；根據(jù)自設標準判定大豆品種的熱害程度，其中平均每莢粒數(shù)＜1?；蛘咂骄恐昵v數(shù)＜10 莢時判定為易受熱害品種。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗期日光溫室內(nèi)外溫度和光照的變化情況

2.1.1 溫度日光溫室2018年3～6月室內(nèi)最高溫度可達40 ℃以上，明顯高于室外（圖1 和2）。溫室具有較好的保溫效果，但受溫室外陽光和風力的影響較大，陰雨天會顯著抑制室內(nèi)最高氣溫的上升，晴朗、少風天氣時溫室內(nèi)外溫差更大[10]。一天當中，溫室內(nèi)的最低溫度出現(xiàn)在6：00～7：00，最高溫度一般出現(xiàn)在14：00～15：00；濕度一般在22：00 后達到90%以上并保持至次日7：00，在14：00～15：00 達到最低值。通風散熱可明顯降低室內(nèi)濕度。因此，日光溫室為模擬高溫高濕環(huán)境鑒定大豆材料的耐熱性提供了可能。此外，也可通過人為措施來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度和濕度[11]，以保證大豆植株的正常生長。

圖1 2018年3～6月溫室內(nèi)溫度的變化情況Fig.1 Change of temperature in greenhouse from March to June in 2018

圖2 2018年3～6月溫室外溫度的變化情況Fig.2 Change of temperature outside greenhouse from March to June in 2018

2.1.2 光照 大豆是典型的短日照作物，光照是大豆對光溫綜合條件反應中的主導因子[12]。日光溫室保溫使用的透光材料會阻攔部分光照。對日光溫室內(nèi)每天的光照強度和光照時數(shù)進行監(jiān)測，結(jié)果（圖3） 顯示，整個試驗期間室內(nèi)日間光照強度（10～350 lx） 較弱，尤其是在陰雨天時光照強度低于1 lx，無法滿足大豆正常生長需求。不適宜的光溫條件會導致大豆營養(yǎng)生長與生殖生長不協(xié)調(diào)，與夏播露天栽培大豆相比，日光溫室大豆植株出現(xiàn)了莖變細、節(jié)間變長、花期變長的現(xiàn)象，一些品種生長習性、生育習性等發(fā)生變化，對大豆產(chǎn)量造成一定的影響[13～17]。因此，在日光溫室內(nèi)對大豆進行熱害鑒定時必須采取強補光措施。

圖3 2018年3～6月溫室內(nèi)光照的變化情況Fig.3 Change of sunlight in greenhouse from March to June in 2018

2.3 熱害對大豆結(jié)莢和鼓粒性狀的影響

2018年熱害鑒定中，所有大豆材料均能出苗、開花、鼓粒和成熟，完成1 個生育周期（表3）。在中后期相同的高溫高濕環(huán)境下，不同大豆材料受到的影響不同，說明大豆材料對高溫高濕環(huán)境的耐受程度不同，具體表現(xiàn)為每株莢數(shù)和每莢粒數(shù)較正常種植普遍降低；但降低程度的差異說明不同大豆材料的耐熱性不同，一般表現(xiàn)為鼓粒期較早、生育期越短的材料受到熱害的影響相對較低，反之，受到的影響較為嚴重。2018年的鑒定材料中，皖宿0934/鄭1427 和周豆01015-1/16H155 組合的每株莢數(shù)相對較低，每莢粒數(shù)均少于1粒，說明熱害影響了這2 個大豆品種組合的正常鼓粒；周豆01015-1/洛豆1 號和周11005-10-4-6/豫豆29 組合的每株莢數(shù)少于10個，雖然能鼓粒，但是結(jié)莢較少。產(chǎn)量構(gòu)成要素降低直接影響大豆產(chǎn)量的提高，判定皖宿0934/鄭1427、周豆01015-1/16H155、周豆01015-1/洛豆1 號和周11005-10-4-6/豫豆29 這4 個大豆材料受熱害嚴重。

2.4 影響大豆材料耐熱性的因素

2019年我們篩選10 個親本品種進行熱害鑒定，結(jié)果（表4） 顯示，各品種均受到不同程度的影響，大體表現(xiàn)為早熟品種受到的影響相對較輕。這可能與早熟材料的開花和鼓粒期能有效避開熱害天氣有關(guān)[18]。但也存在個別現(xiàn)象，如冀黑豆1 號生育期較短，但其在熱害條件下不能正常開花、鼓粒，而且2017年的后代材料冀黑豆1 號/MC2000-1 組合也表現(xiàn)為受害嚴重，由此推測這可能與冀黑豆1 號不耐熱的遺傳特性有關(guān)。皖宿0934、周11005-10-4-6、周豆01015-1 各親本材料受害也相對嚴重，其開花期、鼓粒期均相對較晚，生育期晚2～3 d，其后代材料在2017～2018年熱害鑒定中也表現(xiàn)出較差的耐熱性（圖4 和5）。

表3 2018年熱害鑒定中大豆組合的生育期以及結(jié)莢和鼓粒性狀Table 3 Growth period, pod setting and seeds filling traits of soybean combinations in heat damage identification in 2018

表4 2019年熱害鑒定中大豆品種的生育期以及結(jié)莢和鼓粒性狀Table 4 Growth period, pod setting and seeds filling traits of soybean varieties in heat damage identification in 2019

3 結(jié)論與討論

在黃淮海南片地區(qū)3～6月利用日光溫室可以很好地模擬出高溫高濕的熱害天氣。本研究結(jié)果顯示，不同大豆品種的耐熱性不同，個別品種雖能正常結(jié)莢但鼓粒性不好，還有的品種表現(xiàn)為結(jié)莢較少、落花落莢嚴重，以上現(xiàn)象均對大豆產(chǎn)量造成了嚴重影響，這些大豆材料均判定為受害嚴重，在黃淮海南片地區(qū)生產(chǎn)上應用時要慎重；此外，研究還表明，早熟品種可以在一定程度上有效避開高溫時期，受到的熱害影響大大降低。本鑒定方法可以為大豆品種的審定工作提供材料佐證；也可在大豆引種工作中加以利用，以防止在引種時未遇到高溫高濕氣候條件而造成的大豆受熱害而減產(chǎn)。對于除耐熱性外其他均表現(xiàn)優(yōu)良的大豆品種，我們也可以采取適當晚播來減輕高溫熱害的影響[19，20]。

本鑒定方法是在模擬極端高溫高濕的環(huán)境中進行的，并自行設定了熱害標準。這種模擬的熱害環(huán)境與大豆生產(chǎn)中發(fā)生的高溫高濕環(huán)境存在一定差異，而且這種極端天氣在夏大豆生產(chǎn)中不是常年發(fā)生，但會在不同年份中出現(xiàn)，對當年生產(chǎn)影響較大。利用本鑒定方法，對當?shù)赝茝V的大豆品種進行熱害鑒定篩選，具有一定的供鑒意義；對育種親本材料進行耐熱性鑒定篩選，對新品種選育的親本組配工作具有指導意義。

圖4 2017年熱害鑒定中大豆品種每株莢數(shù)減少的比例Fig.4 The percentage of soybean varieties with reduced pods per plant in heat damage identification in 2017

圖5 2018年熱害鑒定中大豆品種每莢粒數(shù)減少的比例Fig.5 The percentage of soybean varieties with reduced seeds per pod in heat damage identification in 2018