優(yōu)良基因聚合利用及高油大豆‘合豐53’的創(chuàng)新

李燦東等

摘 要：為了探索優(yōu)良大豆種質(zhì)資源的利用及篩選優(yōu)異育種中間材料，選育和推廣北方春中早熟區(qū)組高油大豆新品種，采用梯級(jí)雜交育種方法，將多親本優(yōu)良基因進(jìn)行聚合累加，經(jīng)過(guò)多年連續(xù)定向選擇和利用先進(jìn)的品質(zhì)分析與病害鑒定技術(shù)，創(chuàng)新出既高油又高產(chǎn)、抗病的大豆新品種‘合豐53，該品種油分含量21.94%，國(guó)家北方春大豆中早熟組區(qū)域試驗(yàn)平均公頃產(chǎn)量為3036.0 kg，比對(duì)照品種‘綏農(nóng)14平均增產(chǎn)8.6%；生產(chǎn)試驗(yàn)平均公頃產(chǎn)量2613.0 kg，比對(duì)照品種‘綏農(nóng)14增產(chǎn)9.9%。該品種的育成與推廣創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：梯級(jí)雜交；基因聚合；高油大豆；合豐53；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：S565.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0046

Abstract： In order to explore the soybean germplasm resources application and screening excellent breeding materials， new varieties were breeding and extension for the north spring premature group of high oil soybean. By using the methods of stepped cross breeding and polymerization additive the good genes of parents， new soybean varieties of high oil and high yield ‘Hefeng 53 was bred after many years of continuous directional selection and utilization of technical quality analysis and disease resistance identification. It was characterized by high oil content with average 21.94%， high yield performance and resistance to frogeye leaf spot， the average yield was 3036.0 kg/hm2 in the regional test of National North Spring Soybean in the early maturity group， 8.6% higher than the control variety ‘Suinong14， and the average yield was 2613.0 kg/hm2 in the production test， 9.9% higher than the control variety ‘Suinong 14. The varieties created huge economic and social benefits.

Key words： Stepped Crossing； Genes Aggregation； High-oil Soybean Variety； ‘Hefeng53； Innovation

0 引言

近年來(lái)，中國(guó)大豆品種的遺傳改良取得了突破性研究進(jìn)展，各育種單位先后育成和推廣了大量?jī)?yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，多抗的大豆新品種，并且得到大面積推廣應(yīng)用，為中國(guó)大豆生產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)[1-2]。這些品種含有優(yōu)良遺傳基因，在某些方面表現(xiàn)十分突出，曾經(jīng)是一段時(shí)期的主導(dǎo)品種，在大豆生產(chǎn)上發(fā)揮重要作用，但是這些品種往往存在特性單一、綜合性狀差等問(wèn)題[3-4]。20世紀(jì)90年代中國(guó)大豆平均公頃產(chǎn)量只有1800 kg左右，較世界平均公頃產(chǎn)量低450～500 kg，含油量只有20%左右，較國(guó)外大豆低1.0～1.5個(gè)百分點(diǎn)，生產(chǎn)上缺少抗病品種，抗性水平亟待提高，品種適應(yīng)性差，推而不廣[5-6]。

針對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用品種存在的主要問(wèn)題和大豆生產(chǎn)需求，依據(jù)遺傳學(xué)與生態(tài)育種學(xué)理論，確定育種目標(biāo)，從國(guó)內(nèi)外引入與篩選含有目標(biāo)性狀多的優(yōu)異親本，通過(guò)梯級(jí)雜交、聚合育種與連續(xù)定向改良的方法創(chuàng)新優(yōu)異新種質(zhì)，為育種改良創(chuàng)造中間材料[7-8]。利用現(xiàn)代育種條件與技術(shù)方法，以當(dāng)?shù)赝茝V面積大、綜合性狀好、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良品種為核心親本，以自主創(chuàng)新的優(yōu)秀種質(zhì)資源為改良親本，配制雜交組合，建立品種創(chuàng)新群體[9-10]。通過(guò)擴(kuò)大選擇群體與增加選擇壓力，對(duì)抗性、品質(zhì)和產(chǎn)量分步進(jìn)行選擇，綜合評(píng)定，累加與聚合優(yōu)異基因，將多個(gè)優(yōu)良性狀聚合在一起，創(chuàng)新優(yōu)良品種[11-12]。本研究針對(duì)大豆品種特性單一、綜合性差等問(wèn)題，利用表現(xiàn)突出育種親本與中間材料進(jìn)行優(yōu)良基因的聚合利用，采用梯級(jí)雜交的育種方法選育與推廣大豆新品種‘合豐53。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 親本材料 一級(jí)改良核心親本‘北豐9：亞有限結(jié)莢習(xí)性，株高80～85 cm；尖葉，白花，灰色茸毛，稈強(qiáng)，三、四粒莢多，百粒重18～20 g，蛋白質(zhì)含量40.32%，脂肪含量18.53%；生育日數(shù)115天左右；中抗灰斑病。

一級(jí)改良親本‘美國(guó)扁莖大豆：莖扁平，多花多莢，頂莢豐富，亞有限結(jié)莢習(xí)性，株高85～90 cm；尖葉，紫花，灰色茸毛，百粒重18 g左右，蛋白質(zhì)含量42.54%，脂肪含量21.68%，生育日數(shù)115～120天；中抗灰斑病。

二級(jí)改良核心親本‘合豐35：亞有限結(jié)莢習(xí)性，株高85～90 cm；尖葉，紫花，灰色茸毛，百粒重22～23 g，蛋白質(zhì)含量42.22%，脂肪含量19.16%；生育日數(shù)115天左右；中抗灰斑病。

二級(jí)改良親本合交9477F3：混合群體聚合了國(guó)內(nèi)外優(yōu)良品種和優(yōu)異種質(zhì)材料的優(yōu)異基因，遺傳基礎(chǔ)好，群體內(nèi)優(yōu)良個(gè)體類型多，熟期適中，抗病優(yōu)質(zhì)，綜合性狀好，配合力突出。

核心親本（母本）‘合豐45主要特點(diǎn)：無(wú)限結(jié)莢習(xí)性，株高90～95 cm；稈強(qiáng)，有分枝，莢熟黃褐色，尖葉，白花，茸毛灰色，百粒重22～23 g，蛋白質(zhì)含量40.48%，脂肪含量21.51%，生育日數(shù)117天，需活動(dòng)積溫2347.5℃；抗灰斑病、抗疫霉根腐病、中抗大豆花葉病毒病SMV1號(hào)株系。

改良親本（父本）合交9694F5主要特點(diǎn)：亞有限結(jié)莢習(xí)性，株高85～90 cm；尖葉，紫花，灰色茸毛，莢熟褐色，種皮黃色，臍黃色，百粒重18～20 g，蛋白質(zhì)含量43.66%，脂肪含量22.81%，蛋脂總和66.47%；生育日數(shù)120天，需活動(dòng)積溫2450℃；抗灰斑病、中抗病毒病SMV1號(hào)株系。

1.1.2 中間材料創(chuàng)新 1994年以‘北豐9為核心親本，以美國(guó)引入含有目標(biāo)性狀基因的扁莖大豆為改良親本，配制雜交組合‘合交9477（‘北豐9ב美國(guó)扁莖大豆），建立一級(jí)改良選擇群體。1996年以‘合豐35為核心親本，以合交9477F3代混合群體為改良親本，配制雜交組合‘合交9694[‘合豐35×合交9477F3（‘北豐9ב美國(guó)扁莖大豆）]，進(jìn)行優(yōu)良基因的聚合與累加，建立新種質(zhì)創(chuàng)新二級(jí)改良選擇群體。二級(jí)選擇群體經(jīng)過(guò)1996—1998年南繁北育和連續(xù)定向選擇，創(chuàng)新出基本穩(wěn)定的優(yōu)良中間材料合交9694F5，并繼續(xù)用于組合配制。

合交9694F5聚合與累加了美國(guó)扁莖大豆材料、國(guó)內(nèi)著名品種‘北豐9、‘合豐35等優(yōu)良品種含有的優(yōu)良基因，具備了高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)抗病、適應(yīng)性廣的突出優(yōu)點(diǎn)，遺傳基礎(chǔ)好，血緣差異大，生態(tài)類型不同，為‘合豐53的育成奠定了良好的遺傳基礎(chǔ)（圖1）。

1.1.3 選擇群體的建立 1999年以適應(yīng)性好、綜合性狀突出的品種‘合豐45為母本，與自主創(chuàng)新的優(yōu)良種質(zhì)資源合交9694F5為父本配制雜交組合，2000年分院種植F1，2001—2003年在分院試驗(yàn)地或海南島南繁育種基地種植不同世代的合交9998后代材料，建立新品種創(chuàng)新選擇群體（圖2）。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

1999—2008年在黑龍江省農(nóng)科院佳木斯分院試驗(yàn)田及國(guó)家北方春大豆不同生態(tài)區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行田間試驗(yàn)，在佳木斯分院實(shí)驗(yàn)室及農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢測(cè)中心（哈爾濱）進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

1.3 品種選擇與鑒定方法

1.3.1 田間設(shè)計(jì) 試驗(yàn)按組合從小到大采用順序排列，不設(shè)重復(fù)試驗(yàn)，行長(zhǎng)4.75 m，行距0.7 m，株距0.07 m。

1.3.2 選育過(guò)程 1999年配置雜交組合，2000年分院院內(nèi)種植F1；2001年分院院內(nèi)種植F2，當(dāng)年南繁種植F3；2002、2003年分院院內(nèi)種植F4、F5，并于F5決選品系，代號(hào)為合交00-783；2004—2005年佳木斯分院進(jìn)行產(chǎn)量鑒定及品質(zhì)分析；2006—2007年參加國(guó)家北方春大豆中早熟組區(qū)域試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行抗病性鑒定和品質(zhì)分析，2007年在區(qū)域試驗(yàn)同時(shí)參加生產(chǎn)試驗(yàn)，2008年由國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定推廣，定名為‘合豐53（國(guó)審豆2008014）。

1.3.3 產(chǎn)量鑒定 鑒定試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)區(qū)設(shè)計(jì)，2行區(qū)，行長(zhǎng)5 m，壟距0.7 m，3次重復(fù)；品種比較試驗(yàn)以及國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4行區(qū)，行長(zhǎng)10 m，壟距0.7 m，株距0.05 m，3次重復(fù)；國(guó)家生產(chǎn)試驗(yàn)采用對(duì)比法，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)面積300 m2。

1.3.4 品質(zhì)鑒定 連續(xù)多年多點(diǎn)進(jìn)行蛋白質(zhì)含量及脂肪含量鑒定分析，從后代選擇群體F5代到鑒定、品比試驗(yàn)采用近紅外谷物分析儀檢測(cè)；品種區(qū)域試驗(yàn)及生產(chǎn)試驗(yàn)委托農(nóng)業(yè)部谷物分析檢測(cè)中心（哈爾濱）檢測(cè)。

1.3.5 抗病鑒定 抗病鑒定由國(guó)家品種審定指定鑒定單位接種鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種創(chuàng)新

‘合豐53的選育，一是充分利用雜交育種遺傳與變異特點(diǎn)，創(chuàng)造累加變異類型。二是通過(guò)擴(kuò)大選擇群體，增加選擇壓力，并連續(xù)定向選擇優(yōu)選個(gè)體。三是對(duì)抗病性、產(chǎn)量和適應(yīng)性等重要性狀分步進(jìn)行選擇，綜合評(píng)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因的逐步累加與聚合，同時(shí)注意綜合性狀的評(píng)價(jià)。

該品種為亞有限結(jié)莢習(xí)性，植株高78.7 cm，稈強(qiáng)，節(jié)間短；結(jié)莢密，三、四粒莢多，單株有效莢數(shù)34.8個(gè)，頂莢豐富，莢熟草黃色；尖葉，白花，灰色茸毛，籽粒圓形，種皮黃色，有光澤，種臍黃色，百粒重18.7 g，油分含量21.49%，蛋白質(zhì)含量39.68%；生育日數(shù)124天，在北方春大豆種植區(qū)域?yàn)橹性缡炱贩N；病害接種鑒定，抗灰斑病、中抗花葉病毒病SMVⅠ號(hào)株系、中感花葉病毒病SMVⅢ號(hào)株系。

2.2 產(chǎn)量鑒定結(jié)果

國(guó)家北方春大豆中早熟組品種試驗(yàn)，2006—2007年2年17點(diǎn)區(qū)域試驗(yàn)，平均公頃產(chǎn)量為3036.0 kg，比對(duì)照品種‘綏農(nóng)14平均增產(chǎn)8.6%；2007年6點(diǎn)生產(chǎn)試驗(yàn)，平均公頃產(chǎn)量2613.0 kg，比對(duì)照品種‘綏農(nóng)14增產(chǎn)9.9%（表1）。

2.3 品質(zhì)分析結(jié)果

‘合豐53經(jīng)農(nóng)業(yè)部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心分析，2006—2007年連續(xù)2年分析測(cè)定：油分含量為21.49%，蛋白質(zhì)含量為39.68%，蛋脂總和為61.17%（表2）。

2.4 抗病性鑒定結(jié)果

‘合豐53經(jīng)國(guó)家品種審定指定鑒定單位接種鑒定，抗大豆灰斑病（由吉林省農(nóng)科院大豆研究中心提供鑒定結(jié)果）；中抗花葉病毒病SMVⅠ號(hào)株系、中感花葉病毒病SMVⅢ號(hào)株系（由吉林省農(nóng)科院大豆研究中心提供鑒定結(jié)果）（表3）。

2.5 適宜種植區(qū)域

‘合豐53適宜黑龍江省第一、二積溫帶大面積種植，同時(shí)適宜吉林省東部山區(qū)、半山區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)的興安盟、呼盟等同等種植條件的區(qū)域種植。

3 討論

3.1 優(yōu)良基因聚合利用的關(guān)鍵是親本選擇

在大豆新品種的創(chuàng)新過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)良基因的聚合利用，選擇恰當(dāng)?shù)挠H本是關(guān)鍵。親本的優(yōu)良特性要互相補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短[13]。本研究所利用的美國(guó)種質(zhì)資源扁莖大豆具有油分含量高（21.68%）、頂莢豐富的突出特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)多家育種單位及企業(yè)廣泛利用；‘北豐9桿強(qiáng)、穩(wěn)產(chǎn)性及抗病性較好；‘合豐35產(chǎn)量性狀突出，適應(yīng)性廣；‘合豐45為農(nóng)業(yè)部推介主推品種，綜合性狀突出，一般配合力較好。將這些品種的優(yōu)良基因進(jìn)行聚合與累加，成功選育既高油又高產(chǎn)，同時(shí)具有抗病性好、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)的大豆新品種‘合豐53。

3.2 梯級(jí)雜交是實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因的聚合有效途徑

傳統(tǒng)的單交育種是在2個(gè)親本基因進(jìn)行重組、累加及互作等遺傳效應(yīng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造新類型，獲得超親的后代群體。而要進(jìn)行多個(gè)品種多基因聚合利用則要通過(guò)梯級(jí)雜交的方式實(shí)現(xiàn)，首先利用單交方法進(jìn)行幾個(gè)品種的基因聚合，獲得具有目標(biāo)性狀基因的育種中間材料，再進(jìn)一步遺傳改良，最終實(shí)現(xiàn)多基因聚合育種[14-15]。本研究采用二級(jí)梯級(jí)雜交方法，首先對(duì)‘北豐9及‘美國(guó)扁莖大豆材料為改良親本建立一級(jí)改良選擇群體，又以‘合豐35為核心親本，以合交9477F3代混合群體為改良親本建立二級(jí)改良選擇群體，聚合與累加了‘北豐9的穩(wěn)產(chǎn)及抗病基因，‘美國(guó)扁莖大豆的高油基因及合豐35豐產(chǎn)、廣適應(yīng)性等基因，獲得育種中間材料9477F5，又與當(dāng)時(shí)主推品種‘合豐45進(jìn)行雜交，最終實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良多基因聚合創(chuàng)新利用，此方法在同類育種中可廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

高油大豆新品種‘合豐53聚合了美國(guó)扁莖大豆以及國(guó)內(nèi)著名大豆品種‘北豐9、‘合豐35及‘合豐45等優(yōu)良大豆品種的優(yōu)良基因，具備了產(chǎn)量高（2006—2007年國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)平均公頃產(chǎn)量3036.0kg）、油分含量高（2006—2007年國(guó)家區(qū)域與生產(chǎn)試驗(yàn)脂肪含量21.49%）、抗大豆灰斑病（吉林省農(nóng)科院大豆研究中心鑒定）及中抗花葉病毒病SMVⅠ號(hào)株系（吉林省農(nóng)科院大豆研究中心鑒定）等優(yōu)點(diǎn)，推廣面積大，適應(yīng)區(qū)廣，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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