基于RIL群体大豆花期共生固氮效率和根部性状的相关分析*

2017-07-31高淑芹邱红梅侯云龙王跃强马晓萍姚丽颖

大豆科技 2017年3期

关键词：根瘤固氮根部

高淑芹，邱红梅，侯云龙，王跃强，马晓萍，姚丽颖，陈健，王洋

（吉林省农业科学院大豆研究所//大豆国家工程研究中心，长春 130033）

基于RIL群体大豆花期共生固氮效率和根部性状的相关分析*

高淑芹，邱红梅，侯云龙，王跃强*，马晓萍，姚丽颖，陈健，王洋

（吉林省农业科学院大豆研究所//大豆国家工程研究中心，长春 130033）

为明确大豆固氮效率和根部性状在杂交后代的分离分布规律，以一千粒（母本）和长岭野生豆（父本）构建的重组自交系（RIL）群体为材料，采用接种鉴定法测定了花期共生固氮效率、根瘤数、根重、根表面积等性状，分析了各性状在RIL群体中的分布规律，并对各性状进行了相关及主成分分析。结果表明，上述性状在RIL群体中呈连续变异，各性状正态性检验的偏度和峰度均符合正态分布，同时存在超亲分离现象，表现为数量性状遗传。固氮效率与固氮量呈极显著偏正相关，固氮量与根瘤数、根重呈极显著偏正相关。

大豆；共生固氮效率；根部性状；相关分析

大豆是蛋白和油分双高作物，具有大豆-根瘤菌共生固氮重要性状。研究表明，大豆根瘤共生固氮对大豆生物量和籽粒中总氮的贡献高达68%和88%[1]。因此，提高大豆共生固氮效率才是提高大豆产量和品质的关键。培育高效固氮大豆新品种，筛选和大豆品种高度匹配的根瘤菌及配套的栽培技术等可提高大豆固氮效率[2-4]。其中，培育高效固氮的大豆新品种是关键[5]。因此，了解大豆品种或资源共生固氮效率的遗传差异显得尤为必要。前人已开展了很多这方面的研究，李新民等在40份黑龙江大豆品种中筛选出7份有效结瘤指数高的品种[6]。陈成榕等研究表明[7]，不同基因型半野生大豆的固氮活性也存在显著差异，根系愈发达、茎叶生长愈繁茂，根瘤数、根瘤鲜重和根瘤固氮活性愈高，叶片含氮量也愈高。徐巧珍等研究还表明，春、夏、秋不同大豆类型和同一类型不同品种间的结瘤、固氮作用均存在显著差异，并在我国22省份590份栽培大豆品种中，筛选到固氮效率高达85%的资源，为选育高结瘤固氮品种是奠定了材料基础[8-9]。

综上可知，大豆共生固氮效率存在显著的基因型差异，但在杂交后代中的遗传规律、相关性状的分析还未见报道。研究以此为切入点，利用RIL群体对固氮效率及根部性状进行统计分析，明确性状的分离和变异情况及其相互间的相关性，筛选固氮效率辅助选择指标，以期为大豆高固氮效率育种提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与接种方法

固氮效率鉴定试验于2016年1月至5月在吉林省农业科学院安普智能温室进行了两批次，以固氮效率较高的地方品种一千粒（母本）和固氮效率较低的长岭野生豆（父本）构建的重组自交系（RIL，F5∶8）群体184个家系及 2个亲本为试验材料，接种的大豆根瘤菌HD001，由东北农业大学陈庆山教授提供。以河沙作为栽培介质，栽培桶高30 cm、直径25 cm，每份材料6个桶，设不接种和接种处理两组，每组3桶，每桶4株。同期播种，出苗后，每隔10 d浇1 L无氮营养液，待大豆对生真叶初步展开时，处理组于每株大豆子叶节下的根部接种2 mL/107·mL活化的根瘤菌HD001，参照王宏光等方法[10]。接种后35 d，进行各指标测定。

1.2 指标测定方法

在花期分别测定不接种和接种植株的根瘤数、利用LA-S植物根系分析仪/根系分析系统获得根长、表面积、平均直径、根体积数据，然后将根瘤、地上部分、根分别置于105℃的烘箱内杀青，90℃下烘至恒重，称量干重后，参照徐巧珍等利用凯氏定氮测定植株全氮[8]，并以下列公式计算：

根冠比=根重/地上部分重

固氮量（mg/株）=接种植株全氮-不接种植株全氮固氮效率（%）=固氮量/接种植株全氮×100

1.3 数据处理

试验共测定10个指标，根瘤数、根瘤重、根重、根冠比、总根长、表面积、平均直径、根体积、固氮量、固氮效率分别用X1～X10指代，采用Microsoft Excel 2007计算试验数据平均值，采用两批次试验平均值进行数据分析。用DPS v7.05进行各性状相关分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 RIL群体中固氮效率和根部性状的变异和分布规律

从双亲和RIL群体的根瘤数（X1）、根瘤重（X2）、根重（X3）等测得的结果（见表1）可知，双亲间有较大的差异，且分别为栽培种与野生种，亲缘关系较远，导致性状在群体内变异较大。其中根瘤重（X2）的变异系数最大，固氮效率（X10）的次之，固氮量（X9）的位居第三，而根部平均直径（X7）的最小。相同的遗传来源，性状间的变异主要是由遗传力不同导致的，变异系数越大，表明遗传力越小，反之亦然。因此，研究中平均直径（X7）的遗传力最大、根重（X3）次之，根冠比（X4）的位居第三，而根瘤重（X2）、固氮效率（X10）、固氮量（X9）的遗传力均较低。在低世代选择大生物量材料是行之有效的，在高世代选择固氮效率高的材料才是合理的。

表1 RIL群体中固氮效率及根部性状变异与分布

10个测定指标在RIL群体中呈连续的数量变异，次数分布均呈单峰偏态分布，正态性检验的偏度和峰度绝对值都小于1（见表1），符合正态分布的特点，表明这些性状均为数量性状遗传，具有主基因-多基因的遗传特征。除固氮效率（X10）外其余9个性状的偏度值均＞0，此时数据位于均值右边的比位于左边的少，表明这9个性状的父本遗传效应更大。其中根瘤重（X2）的偏度很小接近于零，表明父母本遗传效应相当。固氮效率的母本遗传效应更大，这可能与栽培大豆在驯化过程中固氮能力不断增强有更丰富基因源有关[11]。

2.2 固氮效率和其他农艺性状的相关分析

对RIL群体184个家系的根瘤数、根瘤重、根重、固氮效率等10个性状进行相关和偏相关分析（见表2）。结果表明，各性状之间存在不同程度的相关，而通过偏相关分析，大大减少了性状间的相关性。通过相关分析可知，固氮效率与根瘤数、根瘤重、根重、根冠比、根长、根表面积、根体积、固氮量呈极显著正相关，而与平均直径呈极显著负相关。固氮效率与固氮量呈极显著偏正相关，固氮量与根瘤数、根重呈极显著偏正相关，根瘤数又与根瘤重呈极显著偏正相关。由于固氮效率与固氮量不易测得，因此在育种中可通过根瘤数、根重、根瘤重来筛选高固氮效率材料。

表2 RIL群体中固氮效率和其他农艺性状的相关性矩阵

3 讨论

重组自交系（Recombinant inbred lines，RIL）群体，是由两个亲本杂交，后代不施加任何选择而构建的，遗传背景一致，利用其进行遗传效应分析有利于避免杂合位点的显性效应，消除遗传背景的干扰，能准确地反映目标性状间的相关关系[12-14]。研究中的亲本材料间遗传差异大，因此固氮效率及根部性状在群体中存在丰富的变异。固氮效率和根部性状的分布频次接近正态分布，同时存在双向超亲分离现象，这与石培春等[15]、李卫华等在小麦上的研究结果一致[16]，也与马政等在黄瓜上的研究结果一致[17]。

固氮效率鉴定试验在智能温室进行，环境因素基本一致，因此表型变异主要来源于遗传变异。固氮效率、固氮量、根瘤数的变异系数大，表明后代群体中固氮相关基因重组类型多样。表明远缘杂交可创造更丰富的遗传变异，有利于目标性状的改良，但还需要回交改良引入的不利性状。通过相关分析，筛选到花期共生固氮效率辅助选择指标根瘤数、根重和根瘤重，可为高固氮大豆品种选育提供参考。

4 结论

在RIL群体中固氮效率和根部性状均为数量性状遗传，存在着丰富的遗传变异，其中根瘤重的变异系数最大，固氮效率的次之。固氮效率与固氮量呈极显著偏正相关，固氮量与根瘤数、根重呈极显著偏正相关。

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Correlation Analysis Between Symbiotic Nitrogen Fixation Efficiency and Root Traits at Soybean Flower Stage Based on RIL Population

Gao Shuqin,Qiu Hongmei,Hou Yunlong,Wang Yueqiang,Ma Xiaoping,Yao Liying,Chen Jian,Wang Yang

(Soybean Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,China)

In order to understand the segregation and distribution of symbiotic nitrogen fixation efficiency and root traits in the hybrids progeny population of soybean,symbiotic nitrogen fixation efficiency,nodule number,root weight and root surface area were measured by inoculation assay method using RIL population as materials,and traits correlation and principal component were analysed.The results showed that all traits measured varied consecutively.The skewness and kurtosis of normality test fitted normal distribution,and appeared transgressive segregation,which indicates a quantitative inheritance.Nitrogen fixation efficiency and amount appeared significant partial correlation,nitrogen fixation amount and nodule number,root weight appeared highly significant.

Soybean;Symbiotic nitrogen fixation efficiency;Root traits;Correlation analysis