中国野生和栽培大豆蛋白质及油脂含量的比较分析

蛋白质和油脂是大豆的主要营养成分,掌握大豆种质蛋白质和油脂含量的遗传变异是专用型品种选育的基础。以全国各生态区的野生豆138份、地方品种408份、国内育成品种145份、国外育成品种77份,合计768份大豆种质为材料,测定蛋白质和油脂含量,研究其遗传变异特点。结果表明:在南京同一环境下全国野生豆蛋白质含量、油脂含量和蛋脂总含量变幅分别为39.2%～54.2%、7.5%～17.5%和47.3%～64.6%,地方品种38.8%～51.5%、11.5%～22.5%和55.6%～69.0%,国内育成品种41.7%～49.4%、12.9%～22.9%和55.6%～68.6%。野生豆驯化为栽培豆并经人工选育后油脂含量和蛋脂总含量有大幅增加,而蛋白质含量平均数和变异度则有减小,说明以往人工进化着重在油脂含量的改进。三个性状各群体在各生态区内均有较大变异,区平均间差异并不大,各区都有优良变异。野生豆蛋白质含量、油脂含量和蛋脂总含量与来源地纬度并未发现相关;栽培豆地方品种和育成品种的油脂含量与地理纬度出现显著正相关;育成品种蛋白质含量与地理纬度还出现显著负相关;野生自然状态下蛋白质含量和油脂含量之间无相关,而栽培豆地方品种和育成品种依次增强了负相关;形成这种相关的原因在于地区间油脂含量人工进化程度的差异。

中国栽培和野生大豆农艺品质性状与SSR标记的关联分析 I.群体结构及关联标记

关联作图是一种利用连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)检测自然群体中基因位点及其等位变异的方法。利用60个SSR标记,对全国大豆地方品种群体(393份代表性材料)和野生大豆群体(196份代表性材料)的基因组变异进行扫描,分析两类群体的连锁不平衡位点、群体结构,并采用TASSEL软件的GLM(general linear model)方法对16个农艺、品质性状观测值进行标记与性状的关联分析。结果表明:(1)在公共图谱上不论共线性的或是非共线性的SSR位点组合都有一定程度的LD,说明历史上发生过连锁群间的重组;栽培群体的连锁不平衡成对位点数较野生群体多,但野生群体位点间连锁不平衡程度高,随距离的衰减慢。(2)群体SSR数据遗传结构分析发现,栽培群体和野生群体分别由9和4个亚群体组成,亚群的划分与群体地理生态类型相关联,证实地理生态类型划分有其遗传基础。(3)栽培群体中累计有27个位点与性状相关;野生大豆种质中累计有34个位点与性状相关。部分标记在两类群体中都表现与同一性状关联,检出的位点有一致性,也有互补性;一些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础;关联位点中累计有24位点(次)与遗传群体连锁分析定位的QTL一致。

大豆苗期耐淹性的遗传与QTL分析

涝害是世界上许多国家的重大自然灾害。耐涝性可分为耐湿(渍)性和耐淹性。以科丰1号(高度耐淹)×南农1138-2(不耐淹)衍生的RIL群体(NJRIKY)为材料,以盆栽全淹条件下的存活率为耐淹性指标,采用主基因+多基因混合遗传模型分离分析法进行遗传分析,并利用WinQTL Cartographer Version 2.5程序的复合区间作图法(CIM)及多区间作图法(MIM)进行QTL定位。结果表明,两次试验的耐淹性均存在超亲变异,试验间、家系间以及试验与家系互作间的差异均极显著;NJRIKY大豆群体的耐淹性为3对等加性主基因遗传模型,主基因遗传率为42.40%;在QTL分析中,用CIM和MIM共同检测到3个耐淹QTL,分别位于A1、D1a和G连锁群上的Satt648~K418_2V、Satt531~A941V、Satt038~Satt275(B53B^Satt038)区间,表型贡献率为4.4%~7.6%。分离分析与QTL定位的结果相对一致,可相互印证。

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析--Ⅱ．优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上,本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析,通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值做比较,估计等位变异的潜在表型效应增量(减量),进一步利用该信息估计位点增效(减效)等位变异的平均效应,鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异,可根据育种目标性状选择要求,选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联,其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小;等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足,并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。

多环境下野生大豆染色体片段代换系群体农艺性状相关QTL/片段的鉴定

【目的】改进染色体片段代换系群体,挖掘野生大豆(Glycine soja Sieb.et Zucc.)中蕴藏的农艺性状优异等位变异,为拓宽栽培大豆(Glycine max(L.)Merr.)的遗传基础提供材料和依据。【方法】通过标记加密和剔除部分单标记型片段的方法,改进以野生大豆N24852为供体,栽培大豆NN1138-2为受体的染色体片段代换系(CSSL)群体Soja CSSLP1;对改进后的群体(Soja CSSLP2)进行3年2点田间试验,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等4种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与大豆开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的野生片段。【结果】改进后的群体(Soja CSSLP2)由150个CSSL构成,其中,有130个家系与Soja CSSLP1相同;在原遗传图谱上,新增40个SSR标记,相邻标记间平均遗传距离由16.15 c M变为12.91 c M,大于20 c M的区段由32个减少至17个,标记覆盖遗传距离总长度较原图谱(2 063.04 c M)增加103.52 c M;群体NN1138-2背景回复率变幅为79.45%—99.70%,平均为94.62%。利用Soja CSSLP2群体,分别鉴定到与开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的4、5、5、7、14和3个工作QTL(working QTL)/片段,其中有15个工作QTL/片段能在多个环境下检测到,属共性工作QTL(joint working QTL);除片段Sct_190—Sat_293上的主茎节数位点外,野生等位变异具有的加性效应方向与双亲表型差异方向一致;单个位点分别能解释5%—64%的表型变异;同时,分别检测到3、2和2个与地点存在互作的株高、主茎节数和单株荚数QTL/片段,其中与凤阳环境的互作均具有增加表型的效应,这可能与凤阳较南京所处纬度高有关;这些位点/片段分布在26个染色体片段上,其中有7个片段与2个及以上性状相关,可能是性状相关的遗传基础;与前人结果比较,有3个开花期、3个株高、2个主茎节数、2个单株荚数、8个百粒重、2个单株粒重位点能在其他遗传背景栽培大豆中检测到,说明在这些位点上野生大豆和栽培大豆间及栽培大豆间均存在遗传差异;另外18个位点(片段)为本研究利用野生大豆的新发现。【结论】大豆开花期、株高和主茎节数的遗传基础较百粒重简单,前者均存在效应较大位点/片段,后者多由小效应位点控制,遗传基础极为复杂;野生大豆中蕴藏着新的等位变异,能拓宽栽培大豆遗传基础。

中国大豆栽培和野生资源脂肪性状的变异特点研究

【目的】分析中国大豆栽培和野生种质资源脂肪及脂肪酸组分含量(本文简称脂肪性状)的变异特点,筛选优异种质,为不同生态区域大豆脂肪性状育种提供材料和依据。【方法】从中国全国各大豆生态区抽取代表性的栽培和野生材料进行田间试验,测定脂肪性状,进行各性状变异特点分析,并应用多元变异指数、聚类和主成分法分析中国和各生态区大豆脂肪性状的综合变异。【结果】(1)中国栽培大豆脂肪平均含量为17.21%,比野生种提高6.22%;油酸平均含量为23.25%,提高7.75%;亚麻酸平均含量为8.00%,减低4.23%;亚油酸平均含量为53.53%,减低2.57%;但栽培种的变异小于野生种;不同生态区均有此同一趋势。栽培大豆和野生大豆的饱和脂肪酸含量在全国和各区差异均不大。(2)中国野生群体及各生态区群体脂肪性状的多元变异度均大于相应的栽培种,长期人工选择使栽培种的变异相对减小,但多元变异方向相对较宽。(3)栽培种脂肪含量与来源地纬度呈极显著正相关,而野生种未见相关,推论栽培种脂肪含量与纬度的相关主要应是人工选择的结果。(4)筛选得到高脂肪、高油酸、高亚油酸、低亚麻酸的优良材料,其中N23547和N23697为兼具高脂肪(>23%)、高油酸(>30%)、低亚麻酸含量(5%左右)的优异资源。【结论】栽培大豆脂肪、油酸平均含量显著高于野生种,亚麻酸平均含量显著低于野生种,亚油酸平均含量略低于野生种,饱和脂肪酸平均含量与野生种差异不大。脂肪性状在各个生态区域内均存在丰富的变异,区域间的变异并不比区域内大。栽培种脂肪含量与纬度的相关主要是人工选择的结果。筛选出一批优异种质。

运用关联分析定位栽培大豆蛋白11S、7S组分的相关基因位点

大豆贮藏蛋白主要成分是7S和11S球蛋白,大豆贮藏蛋白组分及其亚基组成决定了蛋白质的品质和加工特性。本研究选用134对细胞核SSR标记,对166份栽培大豆微核心种质进行基因分型,运用一般线性回归(general linear model,GLM)和复合线性回归(mixed linear model,MLM)方法进行标记与性状的关联分析,定位大豆蛋白亚基的相关基因。结果表明,2年均检测到的且与蛋白亚基相关联的SSR位点有14个,以MLM方法检测到5个SSR位点(Sat_062、Satt583、Satt291、Satt234和Satt595)与蛋白亚基相关联;7S组分各亚基变异程度较大,是引起11S/7S变异的主要原因;表型变异较大的亚基可能因为相关基因进化中发生重组较多,LD衰减距离较小,导致检测到较少的相关位点。本研究结果对蛋白亚基相关性状的标记辅助选择育种有重要的利用价值。

中国野生和栽培大豆11S及7S蛋白质相对含量的比较分析

大豆种质蛋白质11S和7S及其亚基组相对含量的遗传变异是专用型品种选育的基础。以全国各生态区的野生豆138份和地方品种409份,国内育成品种148份、国外育成品种83份,合计778份大豆种质为材料,采用SDS-PAGE电泳技术测定蛋白质11S和7S组分及其亚基组相对含量,研究其遗传变异。在南京同一条件下的结果表明：全国野生豆、地方品种和育成品种11S相对含量平均分别为54.7%、64.8%和71.7%,变幅28.8%～82.6%、38.8%～79.4%和48.2%～88.9%;7S相对含量平均分别为44.7%、34.9%和27.9%,变幅20.6%～71.2%、20.6%～61.1%和15.7%～47.8%;11S/7S比值平均分别为1.4、2.0和2.7,变幅0.4～3.9、0.6～3.9和0.9～4.0。野生豆驯化为栽培豆并经选育后11S相对含量和11S/7S比值上升,7S相对含量下降,变幅均减小;亚基组11S-2和11S-3相对含量增加;7S的6个亚基组,尤其7S-1和7S-6,相对含量下降。11S、7S、11S/7S以及各亚基组在各群体各生态区内均有较大变异,但与来源地纬度、蛋白质和油脂含量均无显著相关。从中优选到11S/7S比值大于3.7、11S相对含量为78.9%～88.9%的8份种质,发现有11S的4个亚基组相对含量分别大于37%、7S的6个亚基组相对含量分别大于24%、以及11S-1和7S的6个亚基组缺失的种质,这些特异种质可供蛋白质组分育种利用。

傅里叶近红外反射光谱法快速测定大豆脂肪酸含量

目前大豆脂肪酸育种需要进行大量的气相色谱数据分析,因此建立近红外光谱（NIRS）快速测定脂肪酸组分技术具有重要意义。文章以108个中国大豆[Glycine max（L.）Merr.]品种或品系为材料,以傅里叶近红外光谱（FT-NIRS,4 000-12 500 cm^-1）与气相色谱（GC）技术相结合,采用偏最小二乘（PLS）回归和交叉验证法,探讨利用FT-NIRS技术预测脂肪酸含量的可行性。依据OPUS 5.0软件针对不同脂肪酸组分筛选出最佳NIRS光谱区域为6 101.9-5 446.5 cm^-1。交叉验证结果显示大豆主要脂肪酸组分,如油酸（C18∶1,R2CV=0.94）、亚油酸（C18∶2,R2CV=0.87）、亚麻酸（C18∶3,R2CV=0.85）和总饱和脂肪酸（C16∶0＋C18∶0,R2CV=0.88）的预测准确率较高。外部验证结果证明大豆油酸预测模型的决定系数最高（R2val=0.91）,其预测均方根误差（RMSEP）为2.47 g·kg^-1干重,RMSEP/SD的比值为0.29,可保证大豆油酸辅助育种的准确性;而棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸和总饱和脂肪酸的预测决定系数范围为0.66-0.76,RMSEP范围为0.37-2.74 g·kg^-1干重,RMSEP/SD比值范围为0.47-0.53,表明可以进行大豆脂肪酸组分含量的初步筛选。该研究进一步证明利用FT-NIRS技术预测大豆主要脂肪酸组分是稳定可行的。

中国大豆资源异黄酮含量及其组分的遗传变异和演化特征

【目的】中国拥有丰富的栽培大豆和野生大豆资源,研究不同生态区大豆种质异黄酮含量的遗传变异和演化特征为专用型品种的选育奠定基础。【方法】以来自中国各生态区的580份地方品种、106份育成品种、209份野生大豆组成的895份大豆种质为材料,88份国外品种为参照,采用快速高效液相色谱法测定12种大豆籽粒异黄酮,分析其遗传变异和演化特征。【结果】全国野生大豆、地方品种与育成品种大豆异黄酮总含量(TISF)及其组分均存在很大变异。TISF变幅分别为927.29—7932.94、259.38—7725.45和489.67—5968.90μg·g-1,平均分别为2994.51、3241.33和2704.83μg·g-1。从野生种到地方品种再到育成品种,长期人工育种使染料木苷类总含量(尤其是丙二酰基染料木苷)与黄豆苷类总含量(尤其是乙酰基黄豆苷和丙二酰基黄豆苷)增加,大豆苷类总含量(尤其是乙酰基大豆苷)却明显降低,从而导致育成品种平均TISF低于野生种。各生态区的野生和栽培种质的TISF及其组分均有大量变异。野生种TISF与种质来源地经、纬度无显著性相关,栽培种则由于各地人工进化的差异形成了与地理经、纬度均有极显著负相关(r=-0.264和-0.380)的特点。从983份材料中优选出ZYD3621(TISF7932.94μg·g-1)、N3188(TISF7725.45μg·g-1)、N20793(TGL5122.21μg·g-1)等一批高TISF与高组分特异种质可供异黄酮育种利用。【结论】中国从野生种到地方品种再到育成品种,异黄酮含量及其组分的演化特点为栽培大豆平均异黄酮总含量、染料木苷类与黄豆苷类总含量均高于野生种,大豆苷类总含量低于野生种。中国各生态区域内大豆异黄酮及其组分均有丰富变异,从中筛选出一批高含量、高组分种质可供异黄酮育种利用。

大豆种间杂交异黄酮含量的杂种优势分析

选用野生大豆、栽培大豆按异黄酮含量不同(高、中、低)配制杂交组合,对33个组合进行杂种优势分析。结果表明:中亲优势为正向优势的组合为15个,占全部组合的45.5%。具有超高亲优势的组合为12个,其中高异黄硐含量母本组合5个,占全部正向超高亲优势的41.7%,说明高异黄酮亲本杂种优势明显。18个栽培与野生杂交组合中超高亲优势正向优势组合为11个,中亲优势正向优势组合为13个,说明栽培与野生杂交组合的杂种优势明显,但14个栽培×野生杂交组合F2优势降低,表现为自交衰退,因此获得高异黄酮的后代材料仍需进一步选择。

不同组配方式下大豆异黄酮含量的遗传分析

选用野生大豆、栽培大豆及种间高世代材料按异黄酮含量不同配制杂交组合,对亲本和后代大豆籽粒异黄酮含量进行遗传分析。结果表明：大豆母本配合力F值均达到显著水平,将方差分解成母本组P1（高、中、低）和父本组P2（高、中、低）亲本的一般配合力及特殊配合力方差并进行F测验后发现,母本组一般配合力方差F测验达到了显著水平,表明杂交组合所测性状受到亲本基因加性效应影响,亲本不同组合的一般配合力和特殊配合力差异较大。33个大豆亲本组合中,特殊配合力相对效应值的变幅为-28.6%~32.5%,效应值最高的组合（龙品05-277×野01-177）为32.5%,该组合可作为实现高异黄酮育种目标的重要参考组合。在大豆高异黄酮育种中,亲本最好采用高×高类型配置组合。

世界大豆生育阶段光温综合反应的地理分化和演化

【目的】大豆是短日喜温植物,对光温(日长、温度)条件敏感。大豆对光温反应的敏感性是大豆重要的驯化性状和适应性性状。在自然条件下,地理位置和/或播种季节是决定野生和栽培大豆分化的重要生态因素,这两个因素均是通过日长和温度等环境因素来调控大豆的生长发育。因而研究和比较野生和栽培大豆生长发育阶段光温综合反应特性的地理和季节分化,可以为大豆引种和适应性育种提供理论依据。【方法】选取1519份世界代表性野生和栽培大豆,在安徽当涂进行2年春播和夏播田间试验,使用播季间生育期差异作为品种光温综合反应敏感性(photo-thermal comprehensive response sensitivity,PTCRS)评价指标,研究各地理生态型大豆生长发育阶段的光温反应特性。【结果】(1)大豆的光温反应特性存在于生长发育的全过程。(2)野生大豆由南向北迁移时,生育前期和全生育期PTCRS减小,生育后期PTCRS增大,光温反应类型由前敏后钝变为前钝后敏,全生育期光温反应敏感。(3)野生大豆驯化为栽培大豆后,生育前期和全生育期PTCRS分别减小20%和16%,生育后期PTCRS变化较小,主要光温反应类型由前敏后钝变为前钝后敏和前钝后钝。(4)夏秋大豆和春大豆的全生育期PTCRS均表现由南向北逐渐减小;生育前期和生育后期PTCRS的地理分化则存在差异,其中,由南向北迁移时,夏秋大豆生育前期PTCRS减小、生育后期PTCRS先增后减,春大豆生育前期PTCRS无明显变化、生育后期PTCRS减小。(5)以中国黄淮和南方作为栽培大豆的起源中心,向北传播至中国东北、俄罗斯远东和瑞典南部,生育前期、后期和全生育期PTCRS均大幅减小;向东传播至朝鲜半岛和日本岛以及向西传播至北美北部、北美南部和中南美,生育前期和全生育期PTCRS减小,生育后期PTCRS无明显变化;向南传播至东南亚、南亚和非洲,生育前期和全生育期PTCRS增大、生育后期PTCRS无明显变化。(6)同一生态区不同生态型间PTCRS比较,春大豆生育前期、后期和全生育期PTCRS均最小,野生大豆生育前期PTCRS强于夏秋大豆,生育后期则表现相反,全生育期与夏秋大豆无显著差异。不同地理-播季生态型间PTCRS比较,生育前期PTCRS:南方野生大豆最敏感,其次是长江中下游野生大豆和南方夏秋大豆,然后是黄淮野生大豆和长江中下游夏秋大豆,余下地理生态型间无显著差异,均表现较钝感;生育后期PTCRS:长江中下游夏秋大豆最敏感,其次是东北和黄淮野生大豆及南方和黄淮夏秋大豆,余下地理生态型间差异较小,光温反应均较钝感;全生育期PTCRS:南方和长江中下游的野生及夏秋大豆间无显著差异,均表现敏感,其次是黄淮野生大豆,然后是东北野生大豆和黄淮夏秋大豆,春大豆PTCRS最小,且随纬度升高而显著减小。【结论】由地理和播季决定的光温综合条件是影响大豆生长发育的关键因素,不同地理-播季生态类型的野生和栽培大豆生育阶段对光温综合反应存在差异。中国黄淮及南方的栽培大豆向世界不同纬度的地理区域传播时,生育阶段光温综合反应的变化不同。全生育期光温反应敏感是大豆的原始性状,长江中下游的夏秋大豆可能为最具这种野生原始性状的栽培类型。