王 鵬，侯思宇，2，武艷杏，李貴全

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物工程研究所，山西太谷 030801）

大豆?fàn)I養(yǎng)豐富，用途廣泛，既是國(guó)民膳食結(jié)構(gòu)中優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)和食用植物油的重要來(lái)源，又是養(yǎng)殖業(yè)飼料加工中所需豆粕的重要原料。我國(guó)對(duì)大豆的需求量大，而國(guó)內(nèi)大豆產(chǎn)量嚴(yán)重不足，主要依賴于進(jìn)口。2020 年國(guó)內(nèi)大豆進(jìn)口量超過(guò)1 億t，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到國(guó)家糧食安全。因此，以培育優(yōu)良大豆品種為抓手，提高大豆產(chǎn)量和品質(zhì)，提升大豆生產(chǎn)效益和競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)于落實(shí)和加快農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，提升大豆供給保障能力具有十分重要的意義。

種質(zhì)資源是大豆育種的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，全面了解和分析大豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性，充分發(fā)掘和篩選特異種質(zhì)資源類型，拓寬種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)，是破解我國(guó)大豆育種困境、提高大豆育種實(shí)效的重要手段。目前，學(xué)者們已分別從形態(tài)學(xué)標(biāo)記[1-3]、生化同工酶標(biāo)記[4-5]及各種分子標(biāo)記[6-7]等不同水平對(duì)大豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性進(jìn)行了大量的研究。其中，基于表型性狀的形態(tài)學(xué)標(biāo)記分析是大豆遺傳多樣性研究中最直接和快速的一種方法[8]。曾維英[9]等對(duì)廣西356 份地方大豆種質(zhì)材料進(jìn)行表型性狀分析，表明其具有較為豐富的遺傳多樣性；11 個(gè)農(nóng)藝和品質(zhì)性狀變異系數(shù)為3.57%～48.50%，質(zhì)量性狀的Simpson 多樣性指數(shù)為0.120 9～0.734 8；同時(shí)，篩選出了若干份高蛋白、高脂肪、特大粒及適合食品加工的各類型優(yōu)異種質(zhì)資源。譚春燕等[10]對(duì)貴州30 份大豆種質(zhì)材料的10 個(gè)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量進(jìn)行分析，并利用系統(tǒng)聚類法將供試材料分為耐陰型、中間型和敏感型3 大類。趙朝森等[11]對(duì)239 份國(guó)外大豆種質(zhì)資源進(jìn)行性狀分析，結(jié)果表明，23 個(gè)質(zhì)量性狀、15 個(gè)數(shù)量性狀的Simpson 多樣性指數(shù)分別為0～0.672 0 和0.640 6～0.852 6；質(zhì)量性狀中，莢色多樣性指數(shù)最大，莖形狀和莢形多樣性指數(shù)最?。欢r(nóng)藝及品質(zhì)數(shù)量性狀中，主莖節(jié)數(shù)多樣性指數(shù)最大，莢寬多樣性指數(shù)最小。

黃河中下游地區(qū)作為我國(guó)栽培大豆的多樣性中心之一[12-13]，是我國(guó)栽培大豆的重要起源地，該地區(qū)大豆種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富，并且具有明顯的地域特征[14]。大豆的表型農(nóng)藝性狀大多為數(shù)量性狀，一方面是眾多微效基因相互作用的結(jié)果，另一方面在很大程度上受當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境因素的綜合影響。太谷縣位于山西晉中盆地東側(cè)，屬黃河中下游地區(qū)，為溫帶大陸性氣候，四季分明，冬寒夏熱，晝夜溫差大，年平均無(wú)霜期179 d。本研究選取30 個(gè)不同來(lái)源的大豆種質(zhì)資源為試驗(yàn)材料，對(duì)其在特定生態(tài)條件下的農(nóng)藝性狀表型特征及多樣化水平進(jìn)行研究和分析，并基于表型性狀通過(guò)隸屬函數(shù)法對(duì)不同大豆種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為區(qū)域性大豆生產(chǎn)中品種更新、篩選和親本選配工作提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

從山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆育種室資源圃中隨機(jī)挑選30 份不同類型、不同來(lái)源大豆種質(zhì)資源作為試驗(yàn)材料（表1），包括育成品種、農(nóng)家種及野生種。

表1 供試大豆種質(zhì)資源

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院育種基地進(jìn)行。30 份材料種植采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，每小區(qū)6 行，行長(zhǎng)3 m，行距0.5 m，株距10～15 cm。5 月14 日播種，10 月6 日收獲。足墑播種，及時(shí)間苗，生育期正常管理，及時(shí)中耕除草。成熟后每份種質(zhì)資源隨機(jī)挑選5 株收獲，進(jìn)行室內(nèi)考種?？疾祉?xiàng)目包括株高、株質(zhì)量、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、有效分枝數(shù)、有效分枝始節(jié)、底莢高度、主莖莢數(shù)、一粒莢數(shù)、二粒莢數(shù)、三粒莢數(shù)、四粒莢數(shù)、總莢數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量等17 個(gè)農(nóng)藝性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2010 進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的錄入及統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各性狀的均值、極差、極值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。利用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、聚類分析，采用GraphPad Prism 7 進(jìn)行箱式圖的繪制。

根據(jù)平均值（X）和標(biāo)準(zhǔn)差（σ），將考察性狀劃分為10 個(gè)等級(jí)，每0.5σ 為1 級(jí)，即：1 級(jí)≤X－2σ，X－2σ＜2 級(jí)≤X－1.5σ，X－1.5σ＜3 級(jí)≤X－σ，X－σ＜4 級(jí)≤X－0.5σ，X－0.5σ＜5 級(jí)≤X，X＜6 級(jí)≤X＋0.5σ，X＋0.5σ＜7 級(jí)≤X＋σ，X＋σ＜8 級(jí)≤X＋1.5σ，X＋1.5σ＜9 級(jí)≤X＋2σ，10 級(jí)＞X＋2σ。計(jì)算各性狀Shannon's 多樣性指數(shù)（H）。

式中，Pi為某性狀第i 個(gè)等級(jí)的材料份數(shù)占供試材料總份數(shù)的百分比（i 為1～10）。

采用隸屬函數(shù)法對(duì)供試材料進(jìn)行表型性狀綜合評(píng)價(jià)。

式中，Rij為第i 個(gè)種質(zhì)材料第j 個(gè)性狀的隸屬函數(shù)值，Xij為第i 個(gè)種質(zhì)材料第j 個(gè)性狀測(cè)量數(shù)值，Xmin為全部供試材料第j 個(gè)性狀的最小值，Xmax為全部供試材料第j 個(gè)性狀的最大值。最后計(jì)算各供試材料的平均隸屬值。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀的變異及多樣性分析

從表2 可以看出，供試的30 份大豆種質(zhì)材料平均株高80.91cm，株質(zhì)量、單株粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量平均為67.20、28.90、22.33 g；總莢數(shù)、有效莢數(shù)、主莖莢數(shù)平均為64.46、61.93、35.01 個(gè)，其中，三粒莢、二粒莢數(shù)量較多，平均為32.61、25.26 個(gè)，一粒莢、四粒莢數(shù)量較少，平均為5.42、1.41 個(gè)；分枝數(shù)、有效分枝數(shù)平均為4.36、3.89 個(gè)。

考察的17 個(gè)性狀指標(biāo)中，四粒莢數(shù)的變異系數(shù)最大，達(dá)到200.74%；一粒莢數(shù)、二粒莢數(shù)、三粒莢數(shù)變異系數(shù)介于50%～70%，主莖莢數(shù)、總莢數(shù)和有效莢數(shù)的變異系數(shù)分別為29.18%、39.46%和40.93%；株質(zhì)量、單株粒質(zhì)量的變異系數(shù)也比較大，分別為46.31%和59.14%，而百粒質(zhì)量的變異系數(shù)相對(duì)較小，為20.30%；分枝數(shù)、有效分枝數(shù)的變異系數(shù)為30%左右，株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)的變異系數(shù)均低于20%。表明結(jié)莢數(shù)量、每莢粒數(shù)和粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成性狀指標(biāo)的變異程度較高，而株高、莖粗、分枝數(shù)等株型指標(biāo)的變異程度相對(duì)較低。

此外，各性狀Shannon's 多樣性指數(shù)平均為1.80，調(diào)查的17 個(gè)性狀中僅有四粒莢數(shù)的多樣性指數(shù)＜1.00，表明供試的30 個(gè)種質(zhì)資源在形態(tài)表現(xiàn)上呈現(xiàn)顯著的多樣性（表2）。其中，株高的多樣性指數(shù)最高（2.00），主莖莢數(shù)、底莢高度、三粒莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)和分枝數(shù)的多樣性指數(shù)集中在1.95～1.98，莖粗、有效分枝始節(jié)、二粒莢數(shù)的多樣性指數(shù)為1.82～1.87，有效莢數(shù)、總莢數(shù)、一粒莢數(shù)、單株粒質(zhì)量、株質(zhì)量的多樣性指數(shù)為1.73～1.78，百粒質(zhì)量多樣性指數(shù)為1.65。

表2 大豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計(jì)分析

2.2 農(nóng)藝性狀與單株粒質(zhì)量的相關(guān)性分析

以單株粒質(zhì)量作為衡量大豆產(chǎn)量的主要指標(biāo)，并與其余16 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明（表3），除有效分枝始節(jié)（-0.074）外，其余15 個(gè)性狀指標(biāo)均與單株粒質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系。其中，分枝數(shù)（0.440）與單株粒質(zhì)量的相關(guān)性達(dá)到顯著水平（P＜0.05），株質(zhì)量（0.968）、有效分枝數(shù)（0.549）、二粒莢數(shù)（0.492）、三粒莢數(shù)（0.742）、總莢數(shù)（0.841）、有效莢數(shù)（0.839）、主莖莢數(shù)（0.549）和百粒質(zhì)量（0.550）與單株粒質(zhì)量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

2.3 隸屬函數(shù)分析

根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，選取株質(zhì)量、有效分枝數(shù)、主莖莢數(shù)、三粒莢數(shù)、總莢數(shù)、有效莢數(shù)、百粒質(zhì)量等7 個(gè)與大豆單株粒質(zhì)量極顯著相關(guān)，且Pearson 相關(guān)系數(shù)＞0.5 的性狀指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析。從表4 可以看出，晉豆39 平均隸屬值最大，為0.91；中作966 排名第2，平均隸屬值為0.84；紫莖黑、晉豆26、中品88 等3 個(gè)材料平均隸屬值介于0.6～0.8，科豐6 號(hào)、晉大83、魯豆4 號(hào)等10 個(gè)材料平均隸屬值介于0.4～0.6，早2 號(hào)、晉大78、晉大62 等12 個(gè)材料平均隸屬值介于0.2～0.4，稷山綠大豆、興豆006、扁莖等3 個(gè)材料平均隸屬值小于0.2。

表4 隸屬函數(shù)分析

2.4 聚類分析

采用組間連接法，根據(jù)17 個(gè)被調(diào)查性狀對(duì)供試的30 份大豆種質(zhì)材料進(jìn)行聚類分析，在歐式距離為10 處被劃分為三大類群（圖1），其中，第Ⅰ類群包括晉豆39（9 號(hào)）和中作966（12 號(hào)），這2 個(gè)材料平均隸屬值最大，產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好；第Ⅱ類群包括22、16、19、14、13、3、1、5、17、10、30、11、28、20、7 等15 份種質(zhì)資源材料，除20 和30 號(hào)材料外，其余材料平均隸屬值均大于0.4，產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)中等；第Ⅲ類群包括15、23、26、24、6、8、4、29、25、21、27、18、2 等13 份種質(zhì)資源材料，平均隸屬值均小于0.4，產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最差。

進(jìn)一步由箱式圖結(jié)果可知（圖2），株質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、總莢數(shù)、有效莢數(shù)、主莖莢數(shù)和三粒莢數(shù)等指標(biāo)在3 大類群中呈明顯降低的趨勢(shì)，第Ⅰ類群表現(xiàn)最好，第Ⅲ類群表現(xiàn)最差；百粒質(zhì)量和分枝數(shù)在第Ⅰ類群中表現(xiàn)最好，在第Ⅱ、第Ⅲ類群中總體表現(xiàn)差別不大；株高在3 個(gè)類群中的表現(xiàn)接近，差異不大。

3 結(jié)論與討論

3.1 農(nóng)藝性狀變異程度與表型多樣性的關(guān)系

農(nóng)藝性狀變異分析和表型多樣性分析是種質(zhì)資源研究和利用的基礎(chǔ)，有助于育種工作者全面了解各類型種質(zhì)材料的遺傳變異水平，對(duì)雜交親本選配及新品種選育具有重要的意義[15-16]。變異系數(shù)代表某數(shù)量性狀指標(biāo)數(shù)值的離散程度，而遺傳多樣性指數(shù)則代表種質(zhì)資源間性狀的多樣性，即類型的多少和豐富程度[17]。本研究對(duì)包括育成品種、地方農(nóng)家品種以及野生種在內(nèi)的30 份不同來(lái)源、不同類型的大豆種質(zhì)資源材料進(jìn)行表型變異分析和多樣性分析。結(jié)果表明，被調(diào)查的17 個(gè)農(nóng)藝性狀變異系數(shù)均大于10%，表明供試的30 份大豆種質(zhì)材料之間表型差異大，性狀變異程度高。除株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù)等株型性狀外，其余性狀指標(biāo)變異系數(shù)均超過(guò)20%。其中，結(jié)莢數(shù)量、每莢粒數(shù)及粒質(zhì)量等一些重要的大豆產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)變異程度均比較大，而百粒質(zhì)量變異系數(shù)則相對(duì)較小。本研究與張家榕等[18]的研究結(jié)果基本一致。

另一方面，各性狀的Shannon's 多樣性指數(shù)平均為1.80，被調(diào)查的17 個(gè)性狀中僅有四粒莢數(shù)的多樣性指數(shù)小于1.00，表明供試的30 個(gè)種質(zhì)資源材料在形態(tài)表現(xiàn)上呈現(xiàn)顯著的多樣性。其中，株高的Shannon's 多樣性指數(shù)最高，為2.00，但其變異系數(shù)較低，是僅有的3 個(gè)變異系數(shù)低于20%的性狀之一；而四粒莢數(shù)的Shannon's 多樣性指數(shù)最低，僅為0.93，但其變異系數(shù)最大，達(dá)到200.74%。由此可見(jiàn)，變異系數(shù)和多樣性指數(shù)之間的變化趨勢(shì)并不一致，有時(shí)甚至完全相反。這與董鈉等[19]的研究結(jié)果一致。

3.2 基于表型農(nóng)藝性狀分析的大豆種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)

大豆農(nóng)藝性狀多為數(shù)量性狀，受多基因控制，并由環(huán)境因素相互作用共同決定，且各性狀之間存在著不同程度的相關(guān)性。因此，需要綜合各個(gè)性狀的表現(xiàn)進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，以鑒定大豆種質(zhì)資源材料的優(yōu)劣。隸屬函數(shù)分析法可以對(duì)作物的多個(gè)性狀進(jìn)行較為全面和合理的評(píng)價(jià)，為種質(zhì)資源利用和品種選育提供一定的理論依據(jù)[20]。此外，聚類分析也常用來(lái)研究不同種質(zhì)資源間的相似性和親緣關(guān)系的密切程度，明確其遺傳距離的遠(yuǎn)近[21-22]。

本研究通過(guò)相關(guān)分析結(jié)果，選取株質(zhì)量、有效分枝數(shù)、主莖莢數(shù)、三粒莢數(shù)、總莢數(shù)、有效莢數(shù)、百粒質(zhì)量等7 個(gè)與大豆單株粒質(zhì)量極顯著相關(guān)，且Pearson 相關(guān)系數(shù)大于0.5 的性狀指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，并按照平均隸屬值大小對(duì)供試種質(zhì)材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。同時(shí)，通過(guò)聚類分析將30 份供試種質(zhì)材料劃分為三大類群，聚類結(jié)果與隸屬函數(shù)分析結(jié)果基本一致。第Ⅰ類群包括晉豆39（9 號(hào)）和中作966（12 號(hào)），這2 個(gè)材料平均隸屬值最高，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好；第Ⅱ類包括紫莖黑、晉豆26、中品88、科豐6 號(hào)、晉大83、魯豆4 號(hào)等15 份種質(zhì)資源材料，除早2 號(hào)（20 號(hào)）和雁北小黑豆（30 號(hào)），其余種質(zhì)材料平均隸屬值均大于0.4，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)中等；第Ⅲ類包括晉大78、晉大62、稷山綠大豆、興豆006、扁莖等13 份種質(zhì)資源材料，平均隸屬值均小于0.4，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最差。進(jìn)一步結(jié)合箱式圖表明，三大類群間表型農(nóng)藝性狀存在明顯差異。其中，株質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、總莢數(shù)、有效莢數(shù)、主莖莢數(shù)和三粒莢數(shù)等性狀指標(biāo)在三大類群中呈明顯降低的趨勢(shì)，第Ⅰ類群表現(xiàn)最好，第Ⅲ類群表現(xiàn)最差；百粒質(zhì)量和分枝數(shù)在第Ⅰ類群中表現(xiàn)最好，在第Ⅱ、第Ⅲ類群中總體表現(xiàn)差別不大；株高在3 個(gè)類群中的表現(xiàn)接近，差異不大。

但是，本研究?jī)H對(duì)不同大豆種質(zhì)資源的表型多樣性進(jìn)行了研究，并基于表型農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)對(duì)供試種質(zhì)材料進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并不能全面準(zhǔn)確地反映各種質(zhì)資源的遺傳本質(zhì)，具有一定的局限性。因此，需要結(jié)合生理生化分析并借助分子標(biāo)記手段，進(jìn)一步拓寬種質(zhì)資源遺傳多樣性研究的深度，以期對(duì)大豆種質(zhì)資源進(jìn)行準(zhǔn)確篩選和評(píng)價(jià)，為大豆種質(zhì)創(chuàng)新與新品種選育提供優(yōu)異和豐富的親本材料。

綜上所述，供試的30 份大豆種質(zhì)資源類型豐富，結(jié)莢數(shù)量、每莢粒數(shù)和粒質(zhì)量等一些重要的大豆產(chǎn)量構(gòu)成性狀變異程度較高，并且與產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)。除四粒莢數(shù)外，其余各性狀的Shannon's 多樣性指數(shù)均大于1.00，多樣性程度較高。晉豆39 和中作966 這2 個(gè)品種綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好。