240份大豆種質資源品質分析與評價

張素梅, 劉玉芹, 劉進謙, 侯慧敏, 張 磊, 樊宏偉

(1.臨沂市農業科學院, 山東 臨沂 276012; 2.山東省臨沂市氣象局, 山東 臨沂 276004;3.臨沂市農業技術推廣中心, 山東 臨沂 276000)

大豆種子的主要營養物質為蛋白質和脂肪,大豆種質資源的主要品質分析,即蛋白質和脂肪含量及蛋脂總含量的測定及分析。大豆種子的蛋白質含量一般在40%左右,高的能達50%,脂肪含量約為18%,高的能達23%[1]。我國大豆蛋白質平均含量39.32%,脂肪平均含量20.15%[2],且含量均屬微效多基因控制[3],是遺傳和環境條件等多種因素混合作用的結果[4],大豆品種間蛋白質變異幅度為9%,脂肪為6%,環境造成的變異幅度為3%,環境能夠改變品種的品質[5]。提高大豆蛋白質含量和脂肪含量是國家大豆振興計劃中提質的主要目標。本研究在臨沂市自然生態條件下對收集的240份大豆種質資源進行研究,在同一緯度、同一年份、同一地點、同一播期、同等肥水管理、同時收獲條件下,進行蛋白質和脂肪含量測定和分析探討,篩選高蛋白品種,并篩選高蛋白和高脂肪優異大豆種質資源,為高蛋白、高脂肪專用大豆品種選育提供親本材料。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在臨沂市農業科學院試驗地進行,位于魯南地區臨沂市西郊(118°26′E,35°09′N,海拔51 m,地勢平坦,壤土,前茬為冬小麥,2019年種植過大豆)。大豆生育期內氣溫、降水、日照等主要氣象數據見表1。

表1 2020年臨沂市大豆生育期間氣象數據Table 1 Meteorological data during soybean growth period in Linyi City in 2020

1.2 試驗材料

供試材料為近年來征集引進的國內外大豆新品種(系),共計240份,主要來源于山東、河南、河北、安徽、北京等地區,山東省內各地區(如菏澤、濟寧、濟南、臨沂)為主要收集地,除通過國家及省級審定的品種外,還包括新選育未審定的大豆新品系。

1.3 試驗設計

2020年6月15日。在山東省臨沂市農業科學院試驗地內種植。240份試驗材料,每個種質種植3行,行長5 m,行距40 cm,密度1.50×105株/hm2。常規夏大豆管理,10月上旬根據成熟情況,逐個人工收獲大豆植株,曬干后,人工脫粒,整理入庫。

1.4 蛋白質含量、脂肪含量的測定

選用籽粒成熟度好、大小一致、無病斑、無蟲蝕的健康種子,紅外光譜分析法進行粗蛋白和脂肪的測定,儀器型號:法國肖邦1250型近紅外谷物品質分析儀,每份種質測定3次,取平均值。

1.5 數據分析

應用Excel軟件及SPSS 24.0軟件進行數據統計分析。蛋白質及脂肪含量統計分析方法參考蓋鈞鎰[6]、蘭靜等[9]的方法,聚類及相關性統計分析參考閆春娟等[10]文獻,蛋白質、脂肪等級劃分參照GB 1352—2009執行[11]。

2 結果與分析

2.1 供試種質資源蛋白質和脂肪品質分析

如表2所示,240份大豆種質資源蛋白質含量最大值為48.0%(圣育1號),最小值為36.2%(冀豆32),平均值為42.01%,變異系數為4.87;脂肪含量最大值為24.2%(冀豆32),最小值為16.7%(淮0506),平均值為19.87%,變異系數為5.90;蛋脂總量最大值為66.2%(圣育1號),最小值為57.7%(齊黃39),平均值為61.88%,變異系數為2.59。由此可見,240份大豆種質資源蛋白質含量、脂肪含量、蛋脂總量存在廣泛的遺傳變異。

表2 240份大豆種質資源品質性狀描述性統計Table 2 Descriptive statistics of quality traits of 240 varieties of soybean resources

2.2 種質資源蛋白質含量分析

對240份大豆種質資源種子蛋白質含量進行描述性分析,得出征集種質蛋白質含量頻率正態分布圖(圖1),可以看出,蛋白質含量在42%～42.5%之間的種質頻率最高。進一步對含量進行分級,35份材料的蛋白質含量小于40%,占比14.58%;75份材料的蛋白質含量在40%～42%之間,占比31.25%;91份材料的蛋白質含量在42%～44%之間,占比37.92%;39份材料的蛋白質含量大于等于44%,占比16.25%。

圖1 蛋白質含量分布Fig.1 Distribution of protein content

2.3 種質資源脂肪含量分析

對240份大豆種質資源種子脂肪含量進行描述性分析,得出征集種質脂肪含量頻率正態分布圖,由圖2可以看出,脂肪含量在19.5%～20.0%之間的種質頻率最高。進一步對含量進行分級,有54.58%的種質脂肪含量小于20%(131份);脂肪含量20%～21%之間的種質共73份,占總份數的30.42%;脂肪含量在21%～22%之間的種質共25份,占總份數的10.42%;脂肪含量大于等于22%的種質11份,占比4.58%。

圖2 脂肪含量分布Fig.2 Distribution of fat content

2.4 種質資源蛋白質脂肪總含量分析

對240份大豆種質資源種子蛋白質和脂肪總含量進行描述性分析,得到征集的種質蛋脂總量頻率正態分布圖。由圖3可以看出,蛋脂總量在61.5%～62%之間的種質頻率最高。進一步對蛋脂總量進行分級,蛋脂總量小于60%的種質27份,占總份數的11.25%;蛋脂總量在60%～65%之間的種質206份,占總份數的85.83%;蛋脂總量大于等于65%的種質7份,占總份數的2.92%。

圖3 蛋脂總含量分布 Fig.3 Distribution of total protein-fat content

2.5 蛋白質和脂肪含量的聚類分析

對240份大豆種質資源的蛋白質和脂肪含量進行Q型聚類分析,其中變量個體距離采用平方歐式距離,類間距離采用平均組間鏈鎖距離,生成聚類分析樹,在歐式距離為15時,可將240份大豆種質資源分為三大類群,對分析樹進行進一步統計分析,結果見圖4。

圖4 聚類分析分類Fig.4 Cluster analysis classification diagram

其中多數品種歸為第一類群,共165份,占總數的68.8%,為中間型;第二類群24份,占總數的10.0%,該類群屬高脂肪低蛋白型;第三類群51份,占總數的21.3%,該類群屬高蛋白低脂肪型。

2.6 蛋白質、脂肪及蛋脂總量間的相關分析

對240份供試大豆種質資源蛋白質、脂肪及蛋脂總量進行相關性分析。由表3可以看出,供試大豆種質資源蛋白質與脂肪含量呈負相關,皮爾遜相關系數為-0.624(0.6<|R|<0.8),強相關;蛋白質和蛋脂總量呈正相關,皮爾遜系數為0.821(0.8<|R|<1),極強相關;脂肪和蛋脂總量皮爾遜相關系數為-0.066(0.8<|R|<1)極弱相關或無相關。

表3 240份大豆種質資源品質性狀的相關性分析Table 3 Correlation analysis on quality traits of 240 varieties of soybean resources

進一步做蛋白質和脂肪及蛋白質和蛋脂總量簡單散點圖(圖5、圖6),可以看出圖中的散點均有線性趨勢,進一步添加擬合線,并進行方程擬合。得到供試樣品的蛋白質與脂肪含量的關系方程式y=-0.357 6x+34.886(R2=0.389 6),其中x指蛋白質含量(36.2

圖5 蛋白質和脂肪含量的關系Fig.5 Relationship between protein and fat content

圖6 蛋白質和蛋脂總量的關系Fig.6 Relationship between protein and total protein-fat content

3 討 論

本試驗中,240份大豆種質的蛋白質含量在36.2%～48.0%之間,平均含量42.01%,變異系數4.87;脂肪含量在16.7%～24.2%之間,平均含量19.87%,變異系數5.90。聚類分析可將240份種質資源分為三大類,其中中間型占比68.8%,高蛋白低脂肪型占比21.3%,高脂肪低蛋白型占比10.0%。進一步分析各含量的相關關系,蛋白質與脂肪含量呈負相關,相關系數為-0.624,強相關,關系方程式為:y=-0.357 6x+34.886,R2=0.389 6;蛋白質和蛋脂總量呈正相關,相關系數為0.821,極強相關,關系方程式為:y=0.642 4x+34.886,R2=0.673 2;脂肪和蛋脂總量相關系數為-0.066,極弱相關或無相關。本試驗240份大豆種質資源蛋白質和脂肪含量呈負相關關系,這與栽培大豆的生態規律及王秀榮等[12]的研究結果一致。

我國擁有豐富的大豆種質資源[13],資源的多樣性對大豆品種改良具有重要作用[14]。種質資源綜合分析、評價是種質創新的基礎,是品種改良的關鍵。邱麗娟,王金陵[15]研究表明,選擇父母本蛋白質含量均高的育種材料進行雜交,在后代中可以獲得較多的高蛋白個體,高蛋白育種更多要依靠選擇高蛋白的親本[15]。后代高油個體的獲得,同樣也需要高油親本的遺傳支撐。通過此次試驗測定篩選,得到蛋白質含量超過44%的高蛋白材料39份,脂肪含量超過22%的高油材料11份,可作為育種專用材料使用。其中圣育1號蛋白質含量達到48.0%,可作為蛋白專用品種,冀豆32脂肪含量達到24.2%,可作為高油專用品種。大豆脂肪和蛋白質含量受環境影響也很大,不同品種對環境變化的響應效應能力也不同,本研究只是對涉及的240份大豆種質,在2020年臨沂生態環境下的品質表現進行測定分析研究得出的結論,有一定的局限性。

4 結 論

對收集到的240份大豆種質資源品質進行了分析和評價,得到了這些材料的蛋白質及脂肪品質含量的描述性統計分析結果,遵循蛋白質和脂肪間呈負相關,蛋脂總含量呈正相關。聚類分析可將這些材料劃分為三大類群,其中中間型占比最多,高蛋白低脂肪型其次,高脂肪低蛋白型最少。從受試材料中初篩得到高蛋白材料39份,高油材料11份,為高蛋白、高脂肪專用品種的選育提供了豐富的親本材料。