野生大豆种质杂交导入的育种效果

王克晶 李福山

作物育种过程中优良亲本的重复使用导致作物品种遗传基础狭窄，威胁着作物育种赖以依靠的遗传多样性^[1]。70年代以后，随着各地使用了仅以少数种质为基础而派生出的大量品种^{[2，3，4，5]}, 在我国大豆育种上品种遗传基础狭窄的危害性已开始显现出来^[6]。遗传基础狭窄的作物易受到生物和非生物环境的威胁，也无法满足未来育种对优良基因的需求。作为作物遗传基础扩大的战略之一，应重视野生近缘种的利用。小麦、水稻、玉米、大豆、马铃薯、番茄、棉花的野生近缘种作为遗传种质的作用日益受到广泛瞩目，它们被期望向栽培品种提供抗病、高产、特殊用途基因^[1]。我国野生大豆种质的育种利用也有许多报告，如杂交创造出野生型核-质互作不育系^[7]、高产量品系^[8]、高蛋白品系^[9]。

本文报告野生大豆种质通过杂交导入在产量、蛋白和油分、抗逆性等改良上发生的作用。同时探讨我国基因库中保存的野生大豆遗传资源在扩大大豆品种的遗传基础和资源创新方面的利用价值。

1 研究材料和方法

1.1 材料

本研究在中国农业科学院作物品种资源研究所试验田进行。野生亲本来自河南，全国统一编号ZYD3576，第一栽培亲本为一个西藏地方品种（品资所收集编号为察隅1号），第二栽培亲本是吉林省地方品种大湾大粒。各亲本材料的主要形态、农艺性状和蛋白质、油分含量见表1。

1.2 杂交和后代处理

3个亲本采用三交方式，（察隅1号×ZYD3576）×大湾大粒。1984年进行首次杂交（察隅1号×野生大豆ZYD3576）。1985年以F1为母本与大湾大粒进行杂交，得到三交种子。1986年收获三交F2种子。从F2到F9按系谱法选择，按籽粒较大、茎秆直立、多花多荚和单株产量高、综合性状好的单株选择。1994年对F9选系进行系统比较试验，选择优良品系。

1.3 耐盐性观察及蛋白质和油分含量测定

1995~1996年在山东东营广北农场轻度盐碱地(土壤含盐量约0.2%)进行2年试验，20.5 m²小区，设3次重复。1999年在山东昌邑种畜场进行苗期咸水处理鉴定，土壤为盐碱土（pH7.8），3m行长，不设重复，在第一片复叶展开后用近海地下水与淡水混合灌溉处理（灌溉水电导率17 ds/m）。蛋白质和油分含量由中国农科院品资所分析室测定。

1.4 产量鉴定

在北京5个地点（怀柔、昌平、顺义、门头沟、通州）进行3年小区试验鉴定。0.6m行距，6行,行长6m,3次重复。

2 结 果

2.1 杂交后代分离与性状选择

本研究组合亲本除使用野生大豆外，还使用了地理远缘亲本。F2出现大量的性状分离，大部分后代种子百粒重低于20g。但是，分离群体中也出现种子百粒重超过20g的个体和出现茎秆直立的单株。种皮色出现黄色分离。我们选择茎秆直立、百粒重大、综合性状好的单株，继续单株选择，到1993年F9最终确定两个表现优良的品系。

在选择时有两个原则:一是从F2以后世代，在百粒重符合目标的个体中，注重综合株型性状表现；二是注重百粒重，进行定向选择，兼顾其它性状。我们最终获得百粒重大小不同、都具有良好产量表现的两个品种，即中野1号和中野2号。

中野1号为亚有限结荚习性，生育期130天左右，较耐旱，成熟快，落叶整齐一致，椭圆叶，紫花，灰毛，荚熟色棕色，主茎节数24个，有效分枝2～3个，粒形圆，百粒重20g，脐色褐色。中野2号为亚有限结荚习性，生育期135天左右，椭圆叶，紫花，灰毛，荚熟色棕色，主茎节数22个，有效分枝2～3个，粒形圆，百粒重30g，脐色褐色。这两个品种的主要形态、农艺性状与它们亲本的性状比较见表1。

表 1 亲本和后代品种的主要农艺性状比较Table 1 Comparisons of main agronomic traits between parents and selected varieties

注：蛋白质和脂肪含量由中国农科院品资所生化室测定。中野1号为3年平均；中野2号为2年平均。

从表1中看出，野生亲本的株高、节数、单株荚数比栽培亲本高出许多，后代品种在这些性状上明显提高。百粒重增加到20g以上，中野2号高达30g。两个品种的种皮均为黄皮，炸荚性也得到有效克服。后代品种的生长习性介于野生亲本和栽培亲本间，为亚有限型。生育期与亲本相同。

在本研究中，使用大粒野生大豆亲本会提高后代百粒重，连续两次与栽培大豆杂交，后代分离出直立个体和百粒重较大的个体。大粒、有限型和茎秆粗壮的栽培亲本有利于后代百粒重提高。大湾大粒品种在该组合中的大粒性作用是显而易见的。

2.2 后代品种脂肪含量表现超亲

从表1中看到，本研究组合亲本的脂肪含量ZYD3576为15.6%,察隅1号19%,大湾大粒17%，而通过杂交选育的两个品种的脂肪含量达20%以上,出现超亲分离遗传。这个组合是血缘上的远缘杂交，也是地理上的“远缘”杂交。本杂交组合中，出现脂肪含量超亲的原因可能是：野生亲本与两个栽培亲本中的一个或两个亲本的基因组合的贡献；或者是两个栽培亲本基因组合的结果。我们有理由相信虽然野生大豆脂肪含量低，但是不一定会使后代脂肪含量降低，也许野生种质的导入会出现超亲基因型从而使脂肪含量提高。

2.3 后代品种蛋白质含量表现

本研究中的后代处理没有针对油分和蛋白含量定向选择，主要是根据植株形态、农艺性状、产量进行系谱选择。尽管如此，也得到了令人满意的结果，两个后代品种蛋白含量达到42%～43%（表1）。野生亲本ZYD3576蛋白含量46.7%,察隅1号含量41.7%,大湾大粒含量43.5%，而中野1号的含量有43.7%,高于察隅1号，与大湾大粒相同，保持了栽培亲本的最高含量。中野1号的蛋白含量达43.7%，油分20.1%，合计63.8%, 达到育种攻关优质标准。结果显示，即使是仅对产量性状和形态进行选择，在高蛋白野生种质杂交组合后代中能够得到较高蛋白质含量的品种。

2.4 后代品种的产量表现

产量性状是衡量一个改良品种是否成功的重要标志。两个品种在北京区试（5个试验点，设3次重复），都有良好的产量表现（表2、3）。这两个品种都已作为商业推广品种使用。 在表1中我们已经看到，这两个后代品种从野生种质亲本获得了比栽培亲本多花多荚的特性，同时百粒重增加到栽培大豆的水平，从而奠定了较好的产量基础。中野1号在北京2点生产示范，1997年平均产量略高于对照中黄4号，在3个品种中位于第2位；1998年产量比对照高21.6%，在8个品种中位于第1位。中野2号1999年首次2点生产示范，平均产量高于对照27.9%, 在8个品种中位于第1位。

表 2 两个品种的产量鉴定(北京5个试验点平均)Table 2 Yield performance of Zhongye No.1 and No.2 in Beijing(mean value of 5 sites)

2.5 后代品种的耐盐碱性

中野1号品种表现良好的耐盐性。1995年山东省东营市广北农场盐碱地试验，小区平均收获9.2kg，合667m2产292kg，比对照增产9.4%。1996年小区平均收9.8kg,合667m²产320kg，比对照增产38.4%(表3)。该品种表现良好的耐旱性，在开花前期耐旱性明显，叶色浓绿，尤其在苗期更突出（中野2号未参加）。

表 3 两个品种在不同地区的产量观察

Table 3 Yield performance of two varieties in different locations

根据多年种植观察,在已经初步明确有一定耐盐碱性的基础上，1999年作进一步耐盐鉴定。在山东昌邑农场盐碱地鉴定，苗期咸水处理7天后调查植株生长状况。结果初步显示，中野1号品种长势良好，少量叶片边缘有轻度青枯，目测法属一级耐盐，中野2号品种耐性一级稍弱。本杂交组合后代处理虽然没有进行耐盐碱定向选择，但是后代系统被初步证明具有耐盐碱性。

3 讨论

野生大豆作为重要基因资源除了可以提供高蛋白基因、抗病虫基因源外^[10，11]，还提供其它特殊的基因，如高硫氨基酸含量、高亚麻酸、高亚油酸含量^[12]，它提供大豆丰产性及优良数量性状基因的潜力是巨大的。在东北地区栽培大豆品种中单株荚数超过100个的只有25份，超过200个的没有一份^[13]。栽培大豆每节结荚最多为6个，而野生大豆中最多有17个^[12]。对于产量和含油量等数量性状，野生大豆是低产的，但是并不等于它在改良这些性状方面无所作为，相反在改善产量上是极其有用的。杨光宇^[14]报告培育出百粒重20g，有效节数25个以上，单株荚数150个以上的材料。我们的研究结果证明野生种质在增加多花和单株荚数从而提高产量方面是作用显著。低产的野生种质往往也含有高产基因，劣等亲本也能够提供优良基因^[15]，这在野生稻和野生番茄产量QTL研究中得到证明^[1]。

在油分方面，我们得到超亲基因型后代品种。这也许暗示野生种质的遗传背景中存在没有机会表现的优良基因，遇上适宜的基因组合，就会表现出来。在其它野生种质研究方面，Tanksley等^[1]在文章中提到Bernacchi等人在野生番茄L.hirsutum上发现能够增强番茄红素合成途径的早期阶段作用的基因，当这个基因与栽培品种中的合成番茄红素基因在一起时，番茄红素含量明显提高。Tanksley等从野生番茄L.pimpinellifolium发现能使番茄增大的基因。在本研究中出现的含油量超亲遗传，这个结果暗示着本研究组合中的野生种质亲本可能含有并且向后代提供了对油分合成有利的基因，显示野生种质利用的潜力。

目前我国国家基因库保存野生大豆资源6500份，保存数量居世界第一位，如何尽快发挥它的作用是今后作物遗传资源和育种的重要课题。一是着重挖掘和鉴定有用基因及研究其遗传机制，利用生物技术和传统重组手段导入优良基因或性状到栽培种。二是要进一步开展利用野生大豆杂交创造大豆新种质的研究工作。到目前，我国大豆种质资源经过多次搜集，国家基因库现保存约23000份栽培大豆种质。野生种和栽培种的基因交流，创造新种质将会使大豆种质资源有大大的增加。

参考文献

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Effects of the introgression of a wild germplasm

Into the progeny in soybean

WANG Kejing LI Fushan

(Institute of Crop Germplasm resources,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

Interspecific cross