2005—2017年山东省审定大豆品种农艺和品质性状演变分析

2018-06-21李伟张彦威林延慧张礼凤王彩洁张军徐冉

山东农业科学 2018年4期

李伟张彦威林延慧张礼凤王彩洁张军徐冉

摘要：品种更新对大豆产量提升和品质改良具有重要作用。本研究统计了2005—2017年山东省审定的41个大豆品种的10项农艺和品质指标，并对其演变情况和相关性进行分析。结果表明：山东省近年审定品种产量水平呈显著上升趋势，平均每年提高74.73 kg·hm-2，百粒重平均每年提高0.19 g，单株粒数平均每年提高2.09粒，株高、主茎节数呈下降趋势，生育期和有效分枝基本不变；高产品种单株粒数、百粒重显著较高，增加单株粒重可能是进一步提高产量潜力的关键；山东省近年审定品种蛋白含量和蛋脂总量呈上升趋势，油分稍有下滑。相关分析表明单株粒数与蛋白含量极显著负相关，百粒重与蛋白含量极显著正相关，协调产量与品质的关系将是大豆遗传改良研究的重点。

关键词：山东省；大豆；品种；产量；品质；演变

中图分类号：S565.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）04-0016-06

Abstract Renovation of soybean variety plays an important role in increasing yield and improving quality. In this study， ten agronomic and quality traits of 41 soybean cultivars approved in Shandong Province during 2005-2017 were counted and their evolution and correlation were analyzed. The results showed that their yields showed a significant increasing trend， and the mean annual increment was 74.73 kg·hm-2. Their mean 100-seed weight and seed number per plant increased yearly by 0.19 g and 2.09. The plant height and nodes of main stem showed decreasing trends. Their growth period and effective branches were almost invariant. The seed number per plant and 100-seed weight were both higher in high-yield varieties， which indicated that the key to further improving the potential yield might be the increasing of seed weight per plant. Their protein content and protein plus oil content increased， but oil content decreased slightly. According to correlation analysis， it was indicated that seed number per plant had negative correlation with protein content and 100-seed weight had positive correlation with protein content. It might be the key to soybean genetic improvement to coordinate the relationship between yield and quality.

Keywords Shandong Province； Soybean； Variety； Yield； Quality； Evolution

大豆是我國重要的粮、油、饲兼用作物，在国民经济发展和保障国家粮食与食品安全中具有重要的战略作用。山东省曾是黄淮海大豆种植面积最大的省份，20世纪50年代曾高达225.63×104 hm2，近年维持在20×104 hm2左右，单产2 490.3 kg·hm-2以上，总产50×104 t左右[1，2]。目前山东省大豆种植面积、单产、总产均居全国前列，研究山东省近年审定大豆品种性状演变对山东省乃至全国大豆新品种培育及生产具有重要的指导意义。

品种更新对单产的提升具有重要作用。加拿大1934—1976年大豆产量平均每年提高9.3 kg·hm-2，1977—1992年平均每年提高13 kg·hm-2[3]。Wilcox[4]研究表明，美国北部和加拿大地区不同熟期组的大豆品种产量分别以21.6～30.6 kg·hm-2的速度增长。中国1923—1995年间大豆产量以每年1.5%～2.0%的速度提高[5]。20世纪50—90年代，黄淮海地区大豆产量的遗传改进幅度为1.2%～2.5%[6]，80年代、90年代和2000年以后育成品种分别比70年代育成品种产量增加1.42%、9.04%和23.17%[7]；2008—2010年大豆品种产量与产量组成因子的研究表明，单株粒重、单株粒数、单株荚数、百粒重是产量的主要贡献性状，其中，影响产量最重要的因素是单株粒重[8]。河南省1981—1996年间大豆产量由900 kg·hm-2增加到1 800 kg·hm-2，其中多荚是多产稳产性状，百粒重多年无明显变化[9]。黑龙江省1950—2006年间大豆产量平均每年提高1.27%，干物质重、收获指数、单株粒数、倒伏性等的改善对产量提高起到了重要作用，百粒重无显著变化[10]。辽宁省20世纪90年代育成的大豆品种产量比70年代育成的品种高6.9%，比80年代育成品种高4.3%[11]。由此看出，遗传改良对大豆产量增加的贡献是巨大的，各种农艺和品质性状的变化对产量的提高都有不同程度的贡献，分析研究一段时间内品种性状的演化对于指导未来育种方向具有重要意义。

本研究对2005—2017年山东省审定的大豆品种产量、农艺性状以及品质指标的演变情况进行研究分析，以期为优质高产大豆新品种的培育和生产提供借鉴。

1 材料与方法

研究材料为2005—2017年山东省审定大豆品种，共41个（表1）。农艺和品质性状数据来自山东省农作物品种审定文件，为各品种参加山东省大豆新品种（系）区域试验两年多点及生产试验一年多点的平均结果。

数据分析及作图采用Microsoft Excel 2010进行。

2 结果与分析

2.1 产量和农艺性状演变分析

从表2中可以看出，2005—2017年山东省审定大豆品种的农艺性状变异幅度较大，多数性状的变异系数在10%以上，有效分枝数的高达26.89%，说明山东省大豆品种的遗传改良正在快速发展。这期间审定的大豆品种中储备了一批性状较好的材料，如安豆203平均产量达到3 690 kg·hm-2、潍豆7号单株粒数达到128粒、齐黄34百粒重高达25.8 g。其中，2012年审定的齐黄34多次实打单产超过4 500 kg·hm-2；2013年甘肃实打单产5 029.65 kg·hm-2，百粒重高达32.0 g，打破甘肃大豆生产记录；2014年山东实打单产4 706.25 kg·hm-2，百粒重达到30.5 g，创山东夏大豆高产记录。因此开展优异性状聚合育种，对于提高大豆产量、振兴大豆产业具有重要意义。

进一步对产量和农艺性状结果（图1）进行演变分析可以看到，山东省审定大豆品种的产量、百粒重、单株粒数均呈稳步上升趋势，产量平均每年提高74.73 kg·hm-2，百粒重平均每年提高0.19 g，单株粒数平均每年提高2.09粒。大豆产量的提高进步巨大。株高、主茎节数呈下降趋势，这表明育成品种正在向着提高抗倒性、降低生物量、经济高效的方向发展。有效分枝数和生育期变化趋势不明显，可能受到山东省大豆生产条件、区域试验栽培措施、品种审定制度的影响。

为进一步探索山东大豆产量改良途径，对41个审定大豆品种中产量前五高和产量后五低品种的农艺性状进行统计比较，可以看出二者产量差异极显著，前者多33.61%；从产量构成因素看，高产品种单株粒数、百粒重显著提高；高产品种的株高和主茎节数低于低产品种，均呈现出极显著差异；生育期、有效分枝数、蛋白含量、油分含量、蛋脂总量5个性状均无显著差异（表3）。

2.2 品质性状演变分析

对41个山东省审定大豆品种的品质性状进行分析，结果（表4）看出，大豆品种的品质性状总体变异幅度非常小，三个品质性状的变异系数均在8%以下，说明在当前育种条件下，大豆品质的遗传改良是一个非常缓慢的过程。根据国家农作物品种审定委员会“国品审[2014] 2号”文件印发的大豆品种审定标准对2005—2017年山东省审定的大豆品种进行分类（表5），其中高油大豆（油分含量≥21.5%，蛋脂总量≥59.0%）11个，普通大豆（蛋脂总量≥59.0%）19个，未达标品种（蛋脂总量<59.0%）11个，高蛋白大豆（蛋白含量≥45.0%）0个，说明大豆育种对品质指标尚不够重视，大豆品质改良仍是一个任重道远的过程。进一步的品质演变分析发现，审定品种的蛋白含量和蛋脂总量呈稳步上升的趋势，蛋白含量平均每年提高0.13个百分点，蛋脂总量平均每年提高0.15个百分点；油分含量基本保持不变，这与山东省大豆深加工产业偏向蛋白加工有一定的关系，也说明山东育种家们对大豆蛋白品质的改良取得了一定成效（图2）。产量前五高和后五低品种的品质性状统计表明，高产品种的蛋白含量和蛋脂总量高于低产品种，油分含量低于低产品种（表3）。

2.3 農艺和品质性状的相关性分析

对41个大豆品种的农艺和品质性状进行相关分析，结果（表6）看出，产量与单株粒数呈极显著正相关，与百粒重呈正相关，接近显著，说明产量的提高需要产量构成因素的协调改良，综合提高，但主要在于单株粒数的提高，增加单株粒重可能是提高大豆产量潜力的关键。产量与株高、主茎节数、油分含量呈负相关；株高与主茎节数呈极显著正相关，表明株高的降低是通过减少主茎节数实现的；有效分枝数与单株粒数呈显著正相关，表明有效分枝数在产量构成中起着重要作用。从品质指标看，蛋白含量与蛋脂总量极显著正相关，油分含量与蛋脂总量显著正相关，说明双高大豆品种的培育主要依赖蛋白含量的增加。蛋白含量与油分含量负相关，接近显著，说明大豆品质的改良需要一定程度上协调蛋白和油分的比例。

总体来看，产量与蛋白含量和蛋脂总量正相关，与油分含量负相关，但相关系数不大。但是产量因素百粒重与蛋白含量极显著正相关，与蛋脂总量正相关，与油分含量极显著负相关；产量因素单株粒数与蛋白含量呈极显著负相关，与蛋脂总量呈负相关，说明产量和品质在一定范围内可以协调发展，综合提高。生育期与蛋白含量和蛋脂总量呈显著、极显著正相关，这可能与大豆品种随着生育期的延长增加了蛋白的积累有关。

3 讨论与结论

3.1 山东省大豆产量和农艺性状的演变

据中国海关统计，2016年我国大豆进口量高达8 323×104 t [12]，预计2017年进口量超9 000×104 t。因此提高大豆产量、改良大豆品质已成为国内大豆产业的热点问题。通过对美国、加拿大等国家的研究发现，世界大豆品种产量几十年来呈增长趋势，收获指数和单株粒数的增加是产量增加的主要因素[3，4，13，14]。国内学者对大豆产量的演变分析表明中国大豆产量逐年增长，产量的增长与单株粒数、百粒重、单株荚数、每荚粒数、干物质重、收获指数、株高、抗倒伏性等农艺性状有关，但是不同地区影响大豆产量的主要因素不同[5-11，15，28]。本研究发现，2005—2017年山东省审定品种的产量呈稳步上升趋势，平均每年提高74.73 kg·hm-2，单株粒数和百粒重也均呈增加趋势，与产量均呈正相关，单株粒数与产量的相关系数高达0.5334，达极显著水平，说明山东省大豆产量潜力的提高虽然是产量因素协调改良的结果，但主要在于单株粒数的提高。百粒重与单株粒数负相关，与曹鹏鹏等[27]的研究一致。从其它农艺性状看，生育期基本不变，株高、主茎节数逐年降低，与以往研究一致[3，10]。产量前五高和后五低品种的比较结果表明，高产品种株高、主茎节数变小，单株粒数、百粒重显著增加，表明育成品种向着降低生物量、经济高效的方向发展，增加单株粒重可能是提高大豆产量潜力的关键。

3.2 山东省大豆品质性状的演变

叶兴国等[6]分析黄淮海地区大豆品种遗传改良发现产量与脂肪含量呈极显著正相关、与蛋白质含量呈负相关，高产高蛋白相矛盾。张金巍等[16]对77份大豆微核心种质进行蛋白质及脂肪含量分析，发现蛋白含量与脂肪含量呈极显著负相关，蛋白含量与单株粒数、单株荚数呈极显著和显著负相关。万超文等[17]对1985—1990年黄淮海夏大豆区试品种籽粒蛋白质和脂肪含量在不同试点的变化进行分析，发现蛋白含量与产量不完全是负相关，有选择的条件与可能性。本研究中，产量与蛋白含量和蛋脂总量正相关，与油分含量负相关，但相关系数不大，说明产量和品质之间在一定程度上可以协调发展，高产高蛋白品种的选育是可能的，同时也说明高产优质育种理论是相通的，研究大豆高产优质育种不仅能促进大豆产业的发展，对其它作物的育种也具有一定的指导意义。转基因大豆对中国内地市场的冲击不仅体现在大豆的价格上，还影响了育种家对大豆品质性状的选择[19，20]。2005—2017年山东省审定大豆品种的蛋白含量和蛋脂总量呈稳步上升趋势，蛋白含量平均每年提高0.13个百分点，蛋脂总量平均每年提高0.15个百分点，油分含量呈现徘徊不前，这既与山东省大豆深加工产业偏向蛋白加工有关，也受到高油转基因大豆对内地市场的冲击。山东省大豆育种已逐步向蛋脂双高、高蛋白品种转变，但品质的提高进展较慢。

3.3 大豆超高产育种研究

王金陵、王连铮等[21-24]认为，为了提高大豆产量，必须选育秆强不倒的品种，适当降低株高。王岚等[25]对超高产品种中黄13、中黄19和中黄35性状进行统计分析认为，高光合生产率是超高产的基础，育种首选单株粒重大、株高适中的品系，同时注意选择在密植条件下不倒伏的品系，综合考虑品质、抗性和适应性。杜维广等[26]认为，培育和推广超级豆是继有性杂交育种之后提高大豆综合生产能力、实现大豆产量突破和产业发展的重要途径，超高产理想株型育种和高光效育种是大豆超高产育种的重要途径和方法之一。本研究对2005—2017年山东省审定的高产大豆品种研究发现，前5个高产品种的百粒重、单株粒数均有突破，株高适中，品质较好，有望实现超高产。

综合山东省近年来大豆审定品种情况，大粒品种更适合山东省的气候和生产条件，选育百粒重20 g以上、单株粒数接近100粒、生育期104 d左右、株高60～80 cm的大豆品种更容易实现高产稳产，选择高蛋白、蛋脂双高品种更符合山东省生产实际及产业需求，也更有利于稳定山东省大豆产业发展。

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