大豆炸莢表型精準檢測方法的研究

韓德志

（黑龍江省農業科學院黑河分院/農業農村部國家農業科學土壤質量愛輝觀測實驗站，164300，黑龍江黑河）

大豆炸莢是大豆機械化生產中的主要損失之一。因此，為減少收獲損失，許多學者對大豆炸莢性狀進行相關研究。大豆炸莢發生在完熟期，植株成熟后莢部自然脫水，在環境條件下誘發炸莢。東北秋季多以干旱氣候為主，干燥使大豆發生炸莢現象較多，遇到降雨多的年份，大豆極少發生炸莢[1]。彭玉華等[2]和李啟干等[3]對黃淮流域主栽大豆材料的炸莢性進行研究，表明不同品種從完熟到開始炸莢的時間差異較大，多數品種集中在6～10d炸莢，少數品種收獲時仍不炸莢。目前普遍認為大豆炸莢是遺傳與環境共同作用的結果，其中遺傳是內因，環境是外因。環境因素對大豆炸莢的發生具有雙重影響[4]。1957年，Metcalfe等[5]提出，相對濕度是影響豆科炸莢的重要環境因素，1965年，Caviness[6]的研究結果也證實了此觀點。研究[7-8]發現，低濕、高溫以及快速變化的環境因素是影響炸莢的主要因素。2006年，張躍進等[9]研究表明，空氣濕度與炸莢率呈負相關，同時提出炸莢率與日照長短和日平均溫度無明顯相關性。目前，大豆炸莢表型的鑒定方法主要有田間調查法、干燥法以及隨機碰撞測驗法（random impact test，RIT）。3種方法各有優缺點，田間調查法具有簡單直觀和易于操作的優點，不足之處在于鑒定的環境條件很難保持一致，易受氣候條件的影響。而干燥法及隨機碰撞法具有鑒定條件一致的優點，隨機碰撞法受檢測裝置及人為因素影響較大，所以烘箱干燥法是大豆炸莢表型檢測的理想方法之一[1]。

本研究應用炸莢表型差異較大的2個栽培大豆品種，利用烘箱設置不同溫度和時間處理，對完熟期豆莢進行炸莢率檢測，建立了準確檢測大豆炸莢表型的方法，為今后大豆抗炸莢的相關研究獲取精準表型奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以大豆品種黑河18和黑河43為材料，其農藝性狀如表1。

表1 材料農藝性狀綜合比較Table 1 Comprehensive comparison of agronomic traits of materials

對黑河18和黑河43自然炸莢性進行了2年的多點比較試驗。黑河43自然炸莢率為0%，黑河18 炸莢率為50%；按照AVRDC的評價標準，黑河43為炸莢高抗型（high resistence，HR）材料，而黑河18則為炸莢敏感型（sensitive，S）材料[10-11]。

1.2 試驗方法

1.2.1 取樣方法 在大豆完熟期（R8）5d后用剪刀剪下豆莢，采用自封袋封樣（防止水分蒸發）冷藏于4℃冰箱。為保證數據可靠性，采摘樣品時，避免碰觸豆莢，盡量保持待測材料一致性。選取大豆底部、中部和頂部各10個3或4粒豆莢，共計30粒豆莢（其中底莢為下2節、頂部莢為上2節，其他為中部）。

1.2.2 試驗設計 利用烘箱進行炸莢率的檢測，烘干溫度設置30℃、40℃、60℃、80℃和100℃ 5個梯度，烘干時間設置5、7、9、11和13h 5個梯度，共25個處理。重復3次，記錄炸莢率，炸莢率（%）=炸莢數/總莢數×100[12]。為保證試驗安全性，采用耐高溫廣口玻璃杯盛放試驗材料。試驗開始前，提前將烘箱預熱到處理溫度。

1.3 數據處理

采用WPS Office和SPSS 23.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同部位炸莢率的比較

將不同部位的炸莢率檢測結果進行描述性統計，結果（表2）表明，參試材料的各部位炸莢率差異較小（除黑河43底莢外），且變異系數相近，初步判斷大豆各部位炸莢率無差異，需進一步進行相關性分析。

表2 參試材料不同部位炸莢率比較Table 2 Comparison of fried pod rate in different parts of the tested materials

由圖1可得，不同處理下黑河18和黑河43各部位炸莢率無明顯規律。同時得出，黑河18起始炸莢的條件是40℃持續13h，而黑河43起始炸莢的條件是60℃持續9h。從起始炸莢的條件來看，2個品種炸莢表型遺傳差異較大。隨著溫度提高，炸莢率均隨之升高；在相同溫度條件下，隨持續時間延長，炸莢率升高。因此，炸莢率與烘干溫度及持續時間呈顯著正相關。當溫度達100℃時，黑河43炸莢率與黑河 18差距減小，初步將最佳烘干溫度確定在60℃～80℃。對2個品種各部位炸莢率進一步做相關性分析（表3）。2個品種的各部位炸莢率相關系數極高，進一步通過相關顯著性測驗得出，不同部位炸莢率呈極顯著相關，說明品種不同部位的炸莢率無差異，這一點與楊德旭等[13]豆莢的靜壓炸莢試驗結果一致。因此，在今后抗炸莢相關研究時，檢測取樣部位無需嚴格劃分，品種遺傳差異是決定炸莢率差異的主要因素。

表3 不同部位炸莢率相關性分析Table 3 Correlation analysis of fried pod rate in different parts

圖1 不同部位處理炸莢率比較Fig.1 Comparison of fried pod rate in different parts

2.2 炸莢檢測方法的建立

在初步確定烘箱溫度60℃和80℃基礎上，對持續時間進一步分析。通過方差分析得出，P=0.0001，遠小于0.05，所以不同處理之間炸莢率差異呈極顯著水平。進一步對不同處理炸莢率差異進行顯著性分析（圖2），發現品種間炸莢率在60℃、11h后的處理均存在顯著性差異，綜合炸莢檢測的便利、安全及高溫對種子發芽率的影響，以烘干溫度越低、時間最短為最佳原則，確定烘干溫度60℃、持續時間11～13h為最佳檢測條件。

圖2 不同處理親本炸莢率的差異性Fig.2 Difference of fried pod rate among parents with different treatments

3 討論

本研究中黑河 43底莢炸莢率與中莢和頂莢出現較大差異，主要原因是試驗取樣時，底莢含水量受土壤含水量影響較大，影響檢測結果，因此，在進行炸莢表型檢測時，建議取中莢和頂莢，避免樣品含水量不一致導致試驗誤差。

Tsuchiya[8]最早利用烘箱干燥法進行大豆炸莢表型檢測，測定炸莢率來評價參試材料炸莢性，Philbrook等[14]在前人研究的基礎上，對烘箱干燥法的溫度和持續時間進行了優化，確定烘箱干燥法60℃持續烘干 7h的方法有效，本研究進一步優化了該方法，得出的最優持續時間與前人不同，可能與研究材料的來源差異有關。Tukamuhabwa等[15-16]對烘箱干燥法進一步優化，將取樣時期修正為生理成熟期（R8期），首先將樣品在室內放置10d，然后放入80℃烘箱，持續12h，與本研究溫度條件差異較大，80℃損傷種子發芽率，需要保留種子的不建議應用該溫度條件。本研究明確烘箱檢測法可真實反映大豆炸莢的遺傳表型，能夠很好地控制環境對表型的干擾。相關研究[17]表明，當溫度超過60℃，大豆種子發芽率會降低，綜合考慮檢測安全性、快速性及種子發芽率等因素，最終將烘箱檢測條件確定為 60℃，持續時間為 11～13h。因該條件下不同材料的炸莢率均存在極顯著差異，具體檢測時間可根據炸莢研究目的而定。

本研究在前人研究基礎上，進一步優化取樣的時間、取樣方法及樣品存儲方法，將檢測前的條件進行標準化，在檢測溫度上考慮不損傷種子發芽率。

4 結論

通過相關性分析證明，大豆不同部位的炸莢率無顯著差異。明確抗炸莢相關研究取樣部位無需嚴格劃分，品種遺傳差異是決定炸莢率差異的主要因素；明確炸莢率與烘干溫度及持續時間呈顯著正相關。同時，總結了一套烘箱檢測炸莢的標準操作規程。

烘箱檢測大豆炸莢標準規程，在大豆完熟期（R8期）5d后，用剪刀剪下大豆中上部豆莢，為保證數據可靠性，取樣時，避免豆莢炸莢。盡量保持待測材料一致性。采用自封袋封樣（防止水分蒸發）冷藏于4℃冰箱或及時檢測。檢測前提前將烘箱溫度預熱到60℃，烘箱檢測持續時間11～13h，根據檢測效果調整時間。檢測材料置于耐高溫廣口玻璃燒杯中，蓋上細鐵絲網，防止炸莢時散落，造成誤差。檢測完畢后，統計炸莢率。