大豆品質育種研究進展

王海杰，林家貴，王敏芬

(1.海南大學，海南 海口 570228；2.海南省農業(yè)科學院，海南 海口 571100；3.昌江黎族自治縣農業(yè)科學研 究所，海南 昌江 572700)

大豆含有豐富的營養(yǎng)物質，是植物蛋白和植物油的主要來源之一。為滿足人們多種需求，育種家在加強大豆高產育種的同時，都在加強品質育種的研究，目前，已選育出一批高油、高蛋白、既高油又高 蛋白、缺失脂肪氧化酶等優(yōu)質專用型的大豆材料，為實現(xiàn)大豆品質育種的目標奠定了基礎。但由于對大 豆優(yōu)質性狀的生理和遺傳機理了解不多，要在保持產量和綜合性狀優(yōu)良的基礎上進一步全面有效的提高 大豆品質，仍有許多工作需要完成。

1 大豆品質育種現(xiàn)狀

1.1 高油育種

據統(tǒng)計，全球大豆總產量的85%用于榨油。我國育成品種的油分含量多在19%～21%，最高油分含 量品種在23%～24%；阿根廷大豆品種油分平均含量22.9%；巴西大豆的油分平均含量達 22.9%；美國大 豆油份含量平均在21%以上[1]。大豆油分中含有5種脂肪酸成分，即：亞油酸、油酸、棕櫚酸、亞麻酸、硬脂酸。Jessie L等[2]發(fā) 現(xiàn)，油酸與棕櫚酸，硬脂酸，亞油酸和亞麻酸呈明顯的負相關。這樣的相關對選 擇特定的脂肪酸成分是一個潛在的限制因素。關于油分組成的遺傳機理研究，Takagi 和Rahman[3]發(fā) 現(xiàn)控 制油酸含量的是一個基因位點上的兩個等位基因（Olol）。Kristin Bilyeu等[4]利 用大豆品系 CX1512-44報 道了低亞油酸大豆的分子遺傳基礎，表明亞油酸的表達是由一個主基因 Fan和幾個次級位點基因控制的。此外，大豆油中的兩種飽和脂肪酸(棕桐酸和硬脂酸)能使血液中的膽固醉含量增加，降低這兩種脂肪酸 含量也是大豆改良的一項內容；亞麻酸是導致豆油變質的主要原因，提高油酸含量的同時降低亞麻酸含 量是大豆品質育種的重要目標。

1.2 高蛋白育種

大豆作為最重要的植物蛋白源，培育蛋白質含量高的品種也就成為今后大豆育種的重要任務。2002—2007年我國育成的最高蛋白質含量品種均在48%左右。美國曾報道育成的S10Uxn 和ccNC-1 品 系蛋白質超過 50%。日本曾報道通過品種間雜交獲得了蛋白質含量高達 50%的西海 20號和蛋白質含量 45%的肥后娘等[5]。另外，大豆的營養(yǎng)質量受低量的含硫氨基酸的蛋氨酸和半胱氨酸影響，人和單胃動 物又不能合成蛋氨酸和半胱氨酸等必需氨基酸，必須從食物中攝取[6]。所以，在選育蛋白質含量高的品 種時也要注意提高蛋白質的質量。傳統(tǒng)育種方法主要用來增加總蛋白含量，不能有目的增加大豆中特殊 氨基酸含量。隨著蛋白組技術的成熟，尤其是雙向電泳技術的完善，對作圖群體中個體的某種蛋白質含 量進行測定，人們就可以研究影響蛋白質量的QTLs。

1.3 脂氧酶缺失育種

大豆中脂肪氧化酶是產生大豆制品豆腥味的主要因子。豆油中所含有的不飽和脂肪酸，如：亞油酸 和亞麻酸均易被脂肪氧化酶氧化，其氧化產物(小分子的醛、醇、酮等揮發(fā)性物質)是豆腥味產生的主要 原因，引起大豆制品的風味降低。通過篩選培育脂肪氧化酶缺失體類型大豆品種，是當前降低大豆豆腥 味的一種行之有效的方法。大豆籽粒中脂肪氧化酶具有3 種同工酶:Loxl、Lox2、Lox3，分別由1對基因 控制。Lox2 起主要作用，Loxl 次之，Lox3 作用最小[7]。韓粉霞等[8]以96P17 和93704 為材料雜交結合生 物化學分子標記輔助選擇，成功培育了國內第一個全缺失脂肪氧化酶基因的大豆新種質。

1.4 異黃酮含量育種

許多營養(yǎng)研究者發(fā)現(xiàn)，異黃酮在預防和治療多種慢性疾病方面有很好的療效，包括癌癥、骨質疏松 癥、心臟病和減輕更年期癥狀等[9]。但是，異黃酮是苦澀味因子，也能使胸腺和免疫發(fā)生紊亂并不利于嬰兒食用[10]。所 以，通 過育種途徑有目的的增加或減少異黃酮含量對人體健康和食品生產也是有價值的。常規(guī)育種方法改良異黃酮含量是困難的，因 為無論是某種具體的異黃酮還是總異黃酮都受環(huán)境影響很大，Carrao-Panizzi 和Kitamura[11]的研究表明不同年份間的氣溫、降雨、收獲期都顯著影響總異黃酮含量。應用分子標記輔助選擇鑒定的QTL有助于發(fā)展異黃酮育種，因為它不受環(huán)境的影響。研究表明，異黃酮 含量及其組分的遺傳力較高，應屬幾個主基因控制[12-13]。還有一些研究發(fā)現(xiàn)了有利于異黃酮育種的環(huán)境 因素，如灌漿期相對高的溫度可以減少大豆種子中異黃酮的含量[14]，在低鉀的土壤中某種異黃酮和總異 黃酮都與葉子和種子中的鉀含量成正相關[15]。

1.5 無胰蛋白酶抑制劑育種

胰蛋白酶抑制劑是生長抑制因子，大豆中有胰蛋白酶抑制劑不利于人類食用，并使大豆蛋白的營養(yǎng)價值受 到限制。大豆胰蛋白酶抑制劑(Ti)主要由Kunitz胰蛋白酶抑制劑(KTI)和Bowman一Birk胰蛋白酶抑制劑(BBI)組成，人們常說的一般指KTI。大豆KTI存在由3個共顯性基因(Tia、Tib、Tic)控制，KTI缺失由一個隱性基因(ti)控制[16]。科學家很早就開始了對大豆胰蛋白酶抑制劑的研究，美國已育成了不含 Kunitz 胰蛋白酶抑制劑大 豆品種投入商業(yè)化生產。在我國，丁安林[17]首 先將缺失胰蛋白酶抑制劑基因(ti)導入國內大豆種質，轉育成功無Kunitz胰蛋白酶抑制劑的大豆新種質。

1.6 其它品質育種

大豆種子外觀品質的好壞直接影響大豆的商品質量，而且蛋白質、脂肪含量與其籽粒外觀性狀密切 相關。隨著全球經濟一體化的發(fā)展，在選育大豆品種上更應強調粒的大小、粒的形狀和光澤度的重要性。

為適應商品生產的需要，提高大豆的飼用價值，大豆育種上也要培育蛋白質和油分含量均高的品種。在大豆品質育種中，蛋白質含量達到 44%～46%，油分含量達到 23%，分別是高蛋白育種和高油育種的育種目 標，而雙高大豆的育種目標是蛋白質含量42%，脂肪含量21%。許多研究表明，大豆油分與蛋白含量呈明顯的負相關，蛋白質或脂肪含量越高，這種負相關越明顯，這給雙高品種的選育帶來一定的困難。

隨著大豆品質改良育種的深入發(fā)展，根據大豆的不同用途培育專用型加工品種，使之能適應于生產 豆腐、豆醬、豆豉及與現(xiàn)代生物技術相結合生產蛋白肽、肽類飲料、低聚糖飲料、乳清飲料、無糖速溶 豆粉等，也是未來大豆品質育種的發(fā)展方向之一。

2 改良大豆品質的育種方法

2.1 傳統(tǒng)方法

雜交育種是大豆品質育種最常用和主要的方法。根據蛋白質和油分含量的遺傳特點，在以高蛋白為 育種目標時，應以一個高蛋白親本與一高產親本組配較為適宜；而以高油為育種目標時，雙親含油量均 需較高；若選育兼用型品種，應選用蛋白和油分均較高的類型做親本。回交后代用輪回選擇方法改良大 豆品質也具有較好的效果，不含胰蛋白酶抑制劑的品種 Kunitz 就是采用回交育種法選育成的。利用地理 遠緣材料間的多系雜交，可使蛋白與油分含量得到較好的結合。另外，應用混合選擇與系譜選擇相結合的方法，在早期世代為保留廣泛的遺傳背景采取混合摘莢選擇，高世代對產量性狀、外觀品質做重點選 擇，同時要注意對株型、結莢特性、籽粒外觀等農藝性狀的選擇。

2.2誘變育種

誘變開始應用于大豆品質育種是在20 世紀 70年代中期，它特別適宜改良大豆的某些單一性狀，例 如增加蛋白質和油分含量，是進行大豆品質改良的有效措施，主要有以下三種形式：

2.2.1 化學誘變目前已用甲基磺酸乙脂(EMS)、疊氮化鈉(NaN3)等化學誘變劑處理大豆，研究了不同誘變 因素對大豆籽粒蛋白質、脂肪含量、大豆油脂酸組成等性狀的作用，探索了改良大豆品質的可行途徑。

2.2.2 物理誘變大豆輻射材料，一般選用綜合性狀優(yōu)良，晚熟，主莖節(jié)數多，高大株型純種或純系較 易成功[18]。近年來采用輻射與雜交相結合的方法，不僅容易誘發(fā)基因突變，克服不良的基因連鎖，同時也能增加鄰近染色體的交換，再次產生遺傳物質的重組，顯示基因突變與基因重組的累加效應，從而擴 大了遺傳變異范圍，培育出具有突破性的品種。

2.2.3 空間誘變利用太空所特有的強宇宙射線輻射、高真空、重粒子、微重力、交變磁場等對農作物的誘變作用，從中定向篩選培育出優(yōu)良新品種。實驗表明，經歷過太空遨游的大豆種子，很多性狀都發(fā)生了遺傳基因突變[19]，其多因素綜合誘變和有益誘變增多、變異幅度大、穩(wěn)定快、周期短，且不僅植株 強健、果型增大、產量提高、對病蟲害的抗逆性增強，而且品質也大為改善。

2.3 分子育種

生物技術給作物品種改良開辟了一條新路，它突破了常規(guī)育種的難度，又通過和常規(guī)育種相結合，縮短了育種時間，可快速實現(xiàn)農作物分子育種的品質改良。例如：黑龍江省農業(yè)科學院利用花粉管通道 法，將高蛋白野生大豆總DNA直接導入栽培大豆，育成了高產優(yōu)質高蛋白大豆新品種——黑生 101[20]。趙桂蘭等[21]利用農桿菌介導法將反義 PEP 基因導入大豆的基因組，相繼獲得了轉基因大豆植株，經多代 連續(xù)篩選、鑒定，獲得了穩(wěn)定的超高油（25.42%）大豆品系。

大豆品質育種中有關質量性狀改良的內容有脂肪氧化酶、蛋白酶抑制劑、球蛋白等，由于這些性狀 遺傳相對簡單，用分子標記篩選鑒定優(yōu)良品質資源和進行后代選擇具有很大的潛力。大豆中還有許多品 質性狀如蛋白質、脂肪、脂肪酸、異黃酮、皂甙、低聚糖等屬于微效多基因控制的數量性狀。對這些有重要價值的性狀進行定位，目的之一就是盡可能發(fā)掘對改良大豆品質有利用價值的等位基因，將分子標 記輔助選擇用于大豆品質育種實踐。

3 問題與展望

我國大豆品質育種的首要問題是確定育種目標。目前，全世界的大豆制品已達到1萬余種，以美國、日本等發(fā)達國家為例，一方面在改用現(xiàn)代工藝加工豆腐、豆醬、豆奶等傳統(tǒng)制品，另一方面又在不斷的開發(fā)油脂、分離蛋白、磷脂藥品和高檔化妝品等新興制品。而我國僅有初級加工領域的幾百個品種，加 工業(yè)規(guī)模小、大豆加工層次偏低、高科技產品少。因此，要提高大豆品質育種水平，必須認真研究大豆 制品的發(fā)展趨勢，提出符合未來需要的大豆品質育種目標，使育種先行一步，引導大豆后續(xù)加工。

提高我國大豆品質育種水平，其次要找到理想的基因源。優(yōu)良品種資源是選育優(yōu)良品質的物質基礎。從對近 10年國外大豆品種資源品質性狀的鑒定評價分析結果看，國外大豆資源中有高蛋白、高脂肪含量的優(yōu)異種質，這些優(yōu)異種質對當前大豆品質育種是重要的資源。

提高我國大豆品質育種的水平還應在育種方法上綜合利用各種途徑和手段。通過引種、遠緣雜交等 途徑廣泛篩選，把新收集到的優(yōu)質基因或新創(chuàng)造的中間材料與本地區(qū)綜合性狀好的推廣品種或優(yōu)良品系 進行雜交。為了提高綜合性狀和選擇效果，可考慮進行復合雜交、輪回雜交和基因導入等方法，以及采 用雜交、回交、輻射誘變相結合，傳統(tǒng)方法與分子育種相結合，產量鑒定與品質分析相結合，系譜選擇 與品質分析同時進行等育種策略，才有可能將品質突出、綜合性狀好的品系選育出來。

[1]楊春燕,姚利波,劉兵強,等.國內外大豆品質育種研究方法與最新進展[J].華北農學報,2009,24(增刊):75-78.

[2]Jessie L Alt,Walter R Fehr,Grace A Welke,et al.Phenotypic and molecular analysis of oleate content in the mutant soybean line M23[J].Crop Sci,2005,45(5):1997-2000.

[3]Takagi Y S,Rahman M.Inheritance of high oleic acid content in the seed oil of soybean mutant M23[J].Theor Appl Genet,1996,92:179-182.

[4]Kristin Bilyeu,Lavanya Palavalli,David Sleper.Mutations in soybean microsomal omega-3 fatty acid desaturase genes reduce linolenic acid concentration in soybean seeds[J].Crop Sci,2005,45:1830-1836.

[5]黃建成.國外大豆品質育種的若干研究動態(tài)[J].福建農業(yè)科技,1990(3):23-25.

[6]Hari B Krishnan.Engineeringsoybean for enhanced sulfur amino acid content[J].Crop Sci,2005,45:454-461.

[7]麻浩,官春云,何小玲,等.大豆種子脂肪氧化酶缺失基因控制豆腥味效果的研究[J].中國農業(yè)科學,200l,34(4):367-372.

[8]Han F X,Ding A L,Sun J M,et al.Development of a new type soybean germplasm with null lipoxygenase isozymes[J].Mutat Res,2004,556(1-2):35-44.

[9]Munro I C,Harwood M,Hlywka J J,et al.Soy isoflavones:A safety review[J].Nutr Rev,2003,61(1):1-33.

[10]Yellayi S A,Naaz M A,Szewczykowski T,et al.The phytoestrogen genistein induces thymic and immune changes:A human health concern?[J].Proc Natl Acad Sci USA,2002,99:7616-7621.

[11]Carrao-Panizzi M,K Kitamura.Isoflavone content in Brazilian soybean cultivars[J].Breed Sci,1995,45:295-300.

[12]Kassem A,Meksem K,Iqbal M J,et al.Definition of soybean genomic regions that control seed phytoestrogen amounts[J].J Biomed Biotechnol,2004,1:52-60.

[13]Valerio S Primomo,Vaino Poysa,Gary R Ablett,et al.Mapping QTL for individual and total isoflavone content in soybean seeds[J].Crop Science,2005,45:2454-2464.

[14]Kitamura K,KIgita,A Kikuchi,et al.Low isoflavone content in some early maturing cultivars,so-called summer-type soybean [Glycine max(L.)Merrill][J].Jpn J Breed,1991,41:651-654.

[15]Vyn T J,X Yin,Bruulsema T W,et al.Potassium fertiliza-tion effects on isoflavone concentrations in soybean [Glycine max(L.)Merr.][J].J Agric Food Chem,2002,50:3501-3506.

[16]韓粉霞,丁安林,孫君明,等.大豆脂肪氧化酶及Kunitz胰蛋白酶抑制劑缺失種質的創(chuàng)新[J].遺傳學報,2005,32(4):23-25.

[17]丁安林,杜文卿,常汝鎮(zhèn).不含SBTI-A2的基因導入我國大豆的遺傳表達[J].作物學報,1990,16(l):26-31.

[18]李惠智.淺談大豆輻射育種研究動向[C]//第八屆全國大豆學術討論會,2005.

[19]王瑞珍,程春明,胡水秀,等.春大豆空間誘變性狀變異研究初報[J].江西農業(yè)學報,2001(4):51-53.

[20]雷勃鈞,錢華,李希臣,等.通過引入外源DNA育成高產優(yōu)質高蛋白大豆新品種黑101[J].作物學,2000,26(6):725-730.

[21]趙桂蘭,陳錦清,尹愛萍,等.獲得轉反義PEP基因超高油大豆[C]//第八屆全國大豆學術討論會,2005.