大豆新品系光合產(chǎn)能、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀的比較

李 強(qiáng)，趙曉宇，王雪嬌，陳春梅，賈利敏，李銀換，王新華，蘇二虎

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)種子協(xié)會，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

大豆［Glycine max（Linn.）Merr］原產(chǎn)于我國，栽培與加工利用歷史悠久，是當(dāng)今世界上最主要的食用植物油和植物蛋白來源，在保障世界糧食安全和對外貿(mào)易中占有十分重要的地位[1]。大豆農(nóng)藝性狀、品質(zhì)及產(chǎn)量是育種學(xué)專家致力于品種改良的重要指標(biāo)，受多基因控制，為復(fù)雜的數(shù)量性狀，且易受環(huán)境影響[2-3]。前人研究表明，光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，其效率與光合氣體交換參數(shù)有著密切關(guān)系[4-5]；大豆高光效育種就是通過提高光合效率及轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)量的增加[6-7]。研究大豆在某一區(qū)域的適應(yīng)性，要考慮到該區(qū)域環(huán)境條件對大豆品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，其對試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要[8-9]。因此，本試驗(yàn)在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市開展適宜北方春大豆新品系比較試驗(yàn)，分析不同品系間光合產(chǎn)能、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)、產(chǎn)量的差異及相互關(guān)系，旨在篩選出適宜內(nèi)蒙古中西部種植、產(chǎn)量穩(wěn)定和綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良的大豆新品系，為優(yōu)良大豆品種選育奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市玉泉區(qū)內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行，屬典型的蒙古高原大陸性氣候，四季氣候變化明顯，年溫差大，日溫差也大，年平均氣溫7 ℃，無霜期為113～134 d，年日照時數(shù)平均為1 600 h，年平均降水為335.0～534.6 mm。地理位置為40°47′N、111°40′E，海拔為1 041 m，地勢平坦，土壤以沙壤土為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量為11.18 g/kg、堿解氮含量為45.12 mg/kg、速效磷含量為10.15 mg/kg、速效鉀含量為110.21 mg/kg。試驗(yàn)地前茬作物為谷子，地塊長期進(jìn)行土壤常規(guī)耕作。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計

參試大豆品系（種）共12 個，其中，11 個品系，對照品種1 個（表1），隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，6 行區(qū)，行距0.5 m，行長6.7 m，小區(qū)面積為20.1 m2，密度為30 萬株/hm2，3 次重復(fù)。播種前機(jī)械施肥，施肥量為磷酸二氫銨225 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2，后期隨水追施尿素150 kg/hm2。

表1 試驗(yàn)品系（種）及雜交組合

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 干物質(zhì)積累 于苗期（V3）、開花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6）、成熟期（R8），每小區(qū)選擇長勢均勻的植株連續(xù)取5 株，采用烘干法測量，結(jié)果取平均值[9]。

1.3.2 SPAD值 于苗期（V3）、開花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6），每小區(qū)連續(xù)測量20 株，采用SPAD-502 葉綠素儀測定，結(jié)果取平均值。

1.3.3 農(nóng)藝性狀 于苗期（V3）、開花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6）、成熟期（R8）進(jìn)行田間調(diào)查，調(diào)查生育期（VE-R8）、花色、葉型等指標(biāo)；大豆成熟時，每品系（種）分別取有代表性的植株10 株進(jìn)行考種，記錄株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重和百粒重。

1.3.4 品質(zhì)指標(biāo) 收獲后，利用瑞典波通9200 谷物整粒近紅外分析儀進(jìn)行脂肪含量、蛋白質(zhì)含量的測定。

1.3.5 產(chǎn)量 大豆成熟時，每試驗(yàn)品種全區(qū)收獲，進(jìn)行小區(qū)實(shí)際測產(chǎn)，換算成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和繪制統(tǒng)計圖表，選用SPSS 20.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大豆品系光合產(chǎn)能比較分析

2.1.1 不同大豆品系干物質(zhì)積累量比較分析 由表2 可知，不同大豆品系各生育時期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為，隨著生育時期的遞進(jìn)干物質(zhì)積累量逐漸增加，開花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6）和成熟期（R8）變異系數(shù)均達(dá)到5.00%以上，結(jié)莢期干物質(zhì)積累量變異系數(shù)最高為8.80%，表明參試新品系在干物質(zhì)積累水平上有較豐富的遺傳變異。苗期不同品系大豆干物質(zhì)積累量變幅為89.12～102.23 g/m2，其中，mk-3、mk-5、mk-6、mk-10 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其他各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 干物質(zhì)積累量最高，較對照增加12.19%。開花期各品系大豆干物質(zhì)積累量變幅為156.36～183.02 g/m2，其中，mk-5、mk-6、mk-10 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余各品系顯著高于對照（P＜0.05）；mk-9 開花期干物質(zhì)積累量最高，較對照增加15.30%。結(jié)莢期各品系干物質(zhì)積累量變幅為618.36～797.24 g/m2，其中，mk-5、mk-6 品系顯著（P＜0.05）低于對照，mk-3、mk-10 品系與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 干物質(zhì)積累量最高為797.24 g/m2，較對照增加19.73%。鼓粒期不同品系大豆干物質(zhì)積累量變幅為791.96～943.56 g/m2，其中，mk-5、mk-6品系干物質(zhì)積累量顯著低于對照品種（P＜0.05），其余各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 干物質(zhì)積累量最高，較對照增加10.45%。成熟期各品系大豆干物質(zhì)積累量變幅為803.26～951.37 g/m2，其中，mk-5、mk-6 品系干物質(zhì)積累量顯著低于對照品種（P＜0.05），其余各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 干物質(zhì)積累量最高，較對照增加9.61%。

表2 不同大豆品系（種）各生育時期干物質(zhì)積累量 單位：g/m2

2.1.2 不同大豆品系SPAD值比較分析 由表3 可知，各品系大豆SPAD值變化規(guī)律為，隨著生育時期的遞進(jìn)SPAD值逐漸增加，苗期（V3）、開花期（R2）、結(jié)莢期（R4）、鼓粒期（R6），變異系數(shù)均在3.00%以下，苗期變異系數(shù)最低為1.08%。苗期不同大豆品系SPAD值變幅為36.21～37.75，其中，mk-1、mk-4、mk-7、mk-8、mk-9 品系SPAD值顯著高于對照，其余品系均與對照相比差異不顯著（P＞0.05）。開花期各大豆品系SPAD值變幅為37.21～40.33，其中，mk-5、mk-6、mk-10 品系SPAD值與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7品系SPAD值最高，較對照增加8.38%。結(jié)莢期不同大豆品系SPAD值變幅為41.22～44.48，其中，mk-5、mk-6、mk-10 品系SPAD值與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7品系SPAD值最高，較對照增加6.01%。鼓粒期各品系SPAD值變幅為47.23～51.22，其中，mk-5、mk-6品系SPAD值與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 品系SPAD值最高，較對照增加7.40%。

表3 不同大豆品系（種）各生育時期SPAD值

2.2 不同大豆品系農(nóng)藝性狀比較分析

由表4 可知，不同大豆品系生育日數(shù)變異系數(shù)較小，為3.66%，變幅為110～122 d，其中，mk-1、mk-2、mk-3、mk-4、mk-5 品系生育日數(shù)與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余各品系均顯著高于對照（P＜0.05），表明參試品系生育日數(shù)相差較小，熟期相近。各大豆品系株高變幅為68.50～95.05 cm，其中，mk-1、mk-11 品系顯著高于對照（P＜0.05），mk-2、mk-8、mk-9、mk-10 品系株高與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余均顯著低于對照（P＜0.05），其中mk-1 株高最高較對照高7.34 cm。底莢高度各品系大豆變幅為6.46～8.51 cm，其中，mk-5、mk-7、mk-11品系顯著低于對照品種（P＜0.05），mk-2、mk-3、mk-4、mk-8 品系與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其余均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-6 品系底莢高度最高較對照增加0.60 cm，mk-11 底莢高度最矮較對照減少0.75 cm。主莖節(jié)數(shù)各品系變幅為9.84～13.29 個，其中，mk-1、mk-4、mk-7 顯著低于對照（P＜0.05），mk-11顯著高于對照（P＜0.05），其他各品系與對照相比差異不顯著（P＞0.05）；mk-11 品系主莖節(jié)數(shù)最大，較對照增加14.57%。有效分枝數(shù)變幅為0.11～1.18 個，其中，mk-4、mk-7、mk-9 顯著高于對照（P＜0.05），其他品系均與對照差異不顯著（P＞0.05）；mk-9 品系有效分枝數(shù)最高較對照增加0.96 個。株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)變異系數(shù)均達(dá)到7.00%以上，表明參試新品系在這些指標(biāo)中有豐富的遺傳變異。

表4 不同大豆品系（種）農(nóng)藝性狀比較分析

2.3 不同大豆品系品質(zhì)性狀比較分析

由表5 可知，各品系蛋白質(zhì)含量變幅為33.20～37.30%，其中，mk-1、mk-3、mk-4、mk-5、mk-10、mk-11 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其他品系均顯著低于對照（P＜0.05）；mk-10 蛋白質(zhì)含量最高，較對照增加0.78%，變異系數(shù)為3.72%。各品系脂肪含量變幅為20.90%～22.90%，各大豆品系均顯著高于對照（P＜0.05），其中mk-8 脂肪含量最高，較對照增加9.57%，變異系數(shù)為2.61%。蛋脂總量各大豆品系變幅為56.10%～59.10%，其中，mk-3、mk-5、mk-6、mk-11 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），mk-2、mk-7、mk-8、mk-9 蛋脂總量顯著低于對照（P＜0.05），其余各品系顯著高于對照（P＜0.05）；mk-10 蛋脂總量最高，較對照增加2.07%，變異系數(shù)為1.52%。

2.4 不同大豆品系產(chǎn)量性狀比較分析

由表6 可知，不同大豆品系產(chǎn)量變化規(guī)律為mk-7＞mk-9＞mk-1＞mk-8＞mk-4＞mk-2＞mk-11＞mk-3＞mk-10＞CK＞mk-6＞mk-5，其中，mk-7 產(chǎn)量最高且顯著高于其他品系（P＜0.05），較對照增加11.74%；mk-5、mk-6 顯著低于對照（P＜0.05），較對照分別減少2.62%、1.22%。單株莢數(shù)不同品系的變幅為22.02～33.03 個，其中，mk-5、mk-6 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其他各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-9 單株莢數(shù)最高較對照增加11.01 個。單株粒數(shù)各品系變幅為51.70～84.30 粒，其中，mk-5、mk-6 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其他各品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 品系單株粒數(shù)最大，較對照增加29.24 粒。單株粒重各品系變幅為11.46～15.37 g，其中，mk-6、mk-10 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），mk-5 顯著低于對照，其他品系均顯著高于對照（P＜0.05）；mk-7 單株粒重最高，較對照增加28.83%。百粒重各品系變幅為17.50～22.17 g，其中，mk-4、mk-5 與對照相比差異不顯著（P＞0.05），其他各品系均顯著低于對照（P＜0.05）。單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重變異系數(shù)均大于7.00%，其中單株粒數(shù)變異系數(shù)最大，為14.35%，表明各品系間產(chǎn)量構(gòu)成要素有豐富的遺傳變異，具有很大的選擇潛力。

表5 不同大豆品系（種）品質(zhì)性狀的比較 單位：%

表6 不同大豆品系（種）產(chǎn)量性狀的比較

2.5 不同大豆品系產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

由表7 可知，大豆新品系產(chǎn)量與百粒重、單株粒重、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)、蛋脂總量、蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.964、0.968、0.957、0.958、0.959、0.852；與底莢高度呈正相關(guān)，但不顯著，相關(guān)系數(shù)為0.017；與主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.954；與脂肪含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為-0.512；與有效分枝數(shù)呈負(fù)相關(guān)，但不顯著，相關(guān)系數(shù)為-0.106。脂肪含量與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.873。

3 結(jié)論與討論

光合作用是決定增產(chǎn)潛力的重要因素，在大豆形成產(chǎn)量干物質(zhì)中，有85%～90% 的有機(jī)物由葉片的光合作用提供[10]。光合作用是作物產(chǎn)量形成的重要基礎(chǔ)，朱寶國等[11]研究表明，大豆各生育時期的SPAD值與干物質(zhì)的積累均隨生育時期的遞進(jìn)而增加，與本試驗(yàn)光合物質(zhì)產(chǎn)能規(guī)律相同，特別是結(jié)莢期干物質(zhì)增加速度最快，該時期若采取適當(dāng)?shù)脑耘啻胧┛梢燥@著提高大豆的產(chǎn)量。農(nóng)藝性狀是大豆育種田間選擇的主要指標(biāo)，育種學(xué)家往往通過大豆某一農(nóng)藝性狀，快速、準(zhǔn)確地選擇出具有目標(biāo)性狀的大豆材料[12-13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各大豆品系生育期變幅為110～122 d，變異系數(shù)為3.66%，各參試品系均可在當(dāng)?shù)卣３墒?；mk-1 株高最高，為95.05 cm；mk-6底莢高度最高，為8.51 cm，mk-11 底莢高度最矮，為6.46 cm；mk-11 品系主莖節(jié)數(shù)最大，較對照增加14.57%；mk-9 品系有效分枝數(shù)最高為1.18 個，株高、底莢高度，主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)的變異系數(shù)均在7.00%以上，表明參試品系在這些性狀上具有豐富的遺傳變異，具有很大的選擇潛力。大豆籽粒中含有豐富的蛋白和脂肪，是衡量大豆品質(zhì)的主要性狀，影響蛋白與脂肪含量的因素很多，受環(huán)境影響也較大[14]，與大豆品種的生育期、株高等農(nóng)藝性狀也有一定的相關(guān)性[15-16]。

表7 不同大豆品系（種）產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

本試驗(yàn)大豆新品系蛋白質(zhì)含量變幅為33.20%～37.30%，普遍較低，究其原因是育種親本主要選擇的是高油材料，蛋白含量相對較低；脂肪含量變幅為20.90%～22.90%，各大豆品系均顯著高于對照，其中mk-7、mk-8、mk-9 脂肪含量均大于22.00%，為高油大豆品種。試驗(yàn)品系產(chǎn)量變化為mk-7＞mk-9＞mk-1＞mk-8＞mk-4＞mk-2＞mk-11＞mk-3＞mk-10＞CK＞mk-6＞mk-5，其中，mk-7、mk-9、mk-1、mk-8 產(chǎn)量均極顯著高于對照（P＜0.01），增產(chǎn)均在5.00%以上，產(chǎn)量增長潛力較大。農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀與產(chǎn)量相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與百粒重、單株粒重、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)、蛋脂總量、蛋白含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與底莢高度數(shù)呈正相關(guān)，但不顯著，與主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與脂肪含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與有效分枝呈負(fù)相關(guān)。筆者之前利用大豆種質(zhì)資源研究得出產(chǎn)量與主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與蛋白質(zhì)含量相關(guān)性不顯著[2]，這可能是因?yàn)檫x用的參試材料不同造成的。

綜上所述，內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部地區(qū)適宜種植株高適中，單株生產(chǎn)潛力大，單株莢數(shù)和粒數(shù)多且百粒重較大的大豆品種，mk-7、mk-9、mk-1、mk-8較對照增產(chǎn)均大于5.00%，可進(jìn)一步進(jìn)行品種比較試驗(yàn)。同時，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)近年來選育的大豆新品系蛋白含量普遍較低，脂肪含量較高。因此，今后要拓寬品種資源，調(diào)整育種目標(biāo)，加大高蛋白大豆品種的選育。