郭美玲,郭 泰,王志新,鄭 偉,李燦東,趙海紅,張振宇,徐杰飛
(1黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,哈爾濱 150086;2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院/國家大豆區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新中心/國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系佳木斯綜合試驗(yàn)站,黑龍江佳木斯 154007)
進(jìn)口大豆主要用于榨油,豆粕主要用于飼料;國產(chǎn)大豆主要用于食用[1]。食用大豆由于加工食品種類的不同對(duì)品種蛋白質(zhì)含量的要求不盡相同,用于傳統(tǒng)豆制品加工或直接食用的大豆品種蛋白質(zhì)含量要求達(dá)到40%左右,用于大豆蛋白加工的大豆品種蛋白質(zhì)含量要求≥43%[2]。為此,選育與推廣蛋白質(zhì)含量較高的品種對(duì)發(fā)展食用大豆生產(chǎn)和提升食品質(zhì)量至關(guān)重要[3]。
關(guān)于品種蛋白質(zhì)含量國內(nèi)外學(xué)者與育種工作者相繼開展了廣泛的研究工作,并取得了重要的研究進(jìn)展,選育了一批蛋白質(zhì)含量高的優(yōu)良品種,在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。在基礎(chǔ)理論研究方面,王文真等[4]對(duì)中國大豆種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了研究,21050 份栽培大豆蛋白質(zhì)含量平均為44.31%,栽培大豆蛋白質(zhì)含量與原產(chǎn)地緯度之間呈極顯著負(fù)相關(guān),6115份野生大豆蛋白質(zhì)含量平均為45.36%,隨緯度變化沒有顯著差異;胡明祥[5-6]研究指出,大豆蛋白質(zhì)含量與大豆生育期溫度、降水量呈正相關(guān),與溫差、光照呈負(fù)相關(guān),F(xiàn)1代蛋白質(zhì)含量介于雙親之間,多數(shù)組合的F1代蛋白質(zhì)含量大于中親值而傾向高蛋白親本,F(xiàn)2代蛋白質(zhì)含量呈常態(tài)分布,多數(shù)組合有正向超親現(xiàn)象,蛋白質(zhì)含量存在母本效應(yīng);戴甌和等[7]用35個(gè)夏大豆品種進(jìn)行研究,結(jié)果表明籽粒產(chǎn)量和大豆蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān);高鳳菊研究結(jié)果[8],大豆籽粒蛋白質(zhì)含量主要由品種的遺傳特性決定,但同時(shí)又受生態(tài)環(huán)境和栽培措施的影響;陳新等[9]研究結(jié)果表明,大豆蛋白質(zhì)含量以基因的加性效應(yīng)為主,但也存在一定的顯性效應(yīng);何元龍[10]分析了黑龍江省322 個(gè)大豆品種蛋白質(zhì)含量,平均為40.12%,最高值為46.02%(‘東農(nóng)36’),蛋白質(zhì)含量和脂肪含量的相關(guān)系數(shù)為-0.6195;楊慶凱[11]研究結(jié)果表明東北2341 份大豆品種資源的蛋白質(zhì)含量為42.07%±0.7%,黑龍江60 個(gè)縣市286 個(gè)樣本的70 個(gè)大豆品種的蛋白含量為40.29±1.36%;劉忠堂[12]分析了黑龍江省1951—2000年間200個(gè)育成大豆品種蛋白質(zhì)與脂肪含量,蛋白質(zhì)含量平均為40.25%,脂肪含量平均為20.74%,脂肪與蛋白質(zhì)含量有明顯地理分布現(xiàn)象,西部干旱區(qū)為高脂肪區(qū),北部高寒區(qū)為低脂肪區(qū),高蛋白質(zhì)區(qū)在南部黑土區(qū)和東部低濕區(qū),低蛋白區(qū)在西部干旱區(qū)。在高蛋白質(zhì)含量品種選育方面,闞洪亮[13]報(bào)道了高蛋白品種‘墾農(nóng)30’的選育結(jié)果及主要栽培技術(shù);李明松等[14]選育了高蛋白春大豆新品種‘泉豆5號(hào)’,并完善了配套技術(shù);張小燕等[15]選育了早熟高蛋白大豆新品種‘圣豆43’,并集成了品種栽培技術(shù);王金星等[16]選育了高蛋白大豆新品種‘綏農(nóng)76’,并研究了配套技術(shù);王連錚等[17]選育了廣適性高產(chǎn)高蛋白大豆品種‘中黃13’,并對(duì)品種進(jìn)行了研究,完善了配套栽培技術(shù)。以上研究結(jié)果為深入系統(tǒng)的開展高蛋白品種研究與選育工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
綜上所述,盡管在品種蛋白含量方面的研究很深入系統(tǒng),也選育了一批高蛋白質(zhì)含量的優(yōu)良品種,但尚不能滿足食用大豆生產(chǎn)的需求,特別是東北地區(qū),尤其是黑龍江省,蛋白質(zhì)含量明顯低于南方夏大豆,品種蛋白質(zhì)含量亟待提升。為此,在前人研究與育種工作的基礎(chǔ)上,針對(duì)大豆主產(chǎn)區(qū)品種蛋白質(zhì)含量低的問題,以選育高蛋白品種為目標(biāo)開展育種工作,對(duì)振興中國大豆生產(chǎn),保障食用大豆供給具有戰(zhàn)略意義。
‘合農(nóng)78’是黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院育成的食用大豆新品種,蛋白質(zhì)含量41.75%,脂肪含量20.42%,符合傳統(tǒng)豆制品加工或直接食用大豆標(biāo)準(zhǔn),為發(fā)展食用大豆生產(chǎn)急需品種,應(yīng)用價(jià)值與開發(fā)潛力大,值得深入研究與廣泛推介。本研究介紹該品種選育與研究結(jié)果及育種經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。
1.1.1 母本‘黑農(nóng)43’由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所引入。該品種是以(哈76-3×HA138)B1為母本,與(北83-202ב長農(nóng)4’)F1為父本,經(jīng)有性雜交,系譜法選擇育成,2002年由黑龍江省審定推廣。該品種無限結(jié)莢習(xí)性,株高103 cm 左右,稈強(qiáng),有分枝;尖葉,紫花,莢熟褐色;子粒圓形,種皮黃色,臍淺黃色,百粒重23~24 g,蛋白質(zhì)含量45.69%,油分含量18.59%;中抗SCSH(MR);出苗至成熟生育日數(shù)116 天左右,需≥10℃活動(dòng)積溫2450℃,適宜黑龍江省第二積溫帶及省外相同條件的地區(qū)種植[18]。
1.1.2 父本(‘黑農(nóng)54’ב黑農(nóng)43’)F1為自主創(chuàng)新材料。其中:‘黑農(nóng)54’由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所引入。該品種是以‘哈90-6719’為母本,與綏90-5888為父本,經(jīng)有性雜交,系譜法選擇育成,2007年由黑龍江省審定推廣。該品種亞有限結(jié)莢習(xí)性,株高80~90 cm,株型收斂,主莖節(jié)數(shù)17個(gè);尖葉,紫花,灰色茸毛,莢熟呈褐色;子粒圓形,種皮黃色,臍淺黃色,百粒重22 g左右,蛋白質(zhì)含量44.23%,油分含量19.03%;中抗SCSH(MR),高抗SMVⅠ號(hào)株系(HR);出苗至成熟生育日數(shù)120 天左右,需≥10℃活動(dòng)積溫2400℃,適宜黑龍江省第二積溫帶及省外相同條件的地區(qū)種植[19]。
1.1.3 創(chuàng)建育種選擇群體2006年以‘黑農(nóng)54’為母本,與‘黑農(nóng)43’為父本,經(jīng)有性雜交,創(chuàng)建育種中間材料合2006199F1;2007年以‘黑農(nóng)43’為母本,與合2006199F1(‘黑農(nóng)54’ב黑農(nóng)43’)為父本進(jìn)行回交,2008—2012年連續(xù)多代自交,創(chuàng)建了不同世代的育種選擇群體。
品種創(chuàng)新采用簡單回交(一次回交)方法與分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)。
2006年配制雜交組合2006199F0(‘黑農(nóng)54’ב黑農(nóng)43’),2007年配制回交組合2007205BC1F1{‘黑農(nóng)43’×(‘黑農(nóng)54’ב黑農(nóng)43’)F1};2008年在分院種植BC1F2,種植群體120株,成熟后單株混合收獲;2009年在分院種植BC1F3,種植群體1440株,成熟后優(yōu)選單株摘莢混合收獲;當(dāng)年冬季在海南島加代種植BC1F4,種植群體2000 株,成熟后優(yōu)選單株摘莢混合收獲;2010 年在分院種植BC1F5,種植群體1260株,成熟后優(yōu)選單株摘莢混合收獲;2011 年分院種植BC1F6,種植群體1440 株,成熟后優(yōu)選單株42株;2012年在分院種植BC1F7,種植群體42 個(gè)株行,成熟后決選品系合交12-2843。2013—2015 年參加分院品種比較與黑龍江省品種試驗(yàn),2016—2017 年參加黑龍江省品種區(qū)域試驗(yàn),2018年參加黑龍江省品種生產(chǎn)試驗(yàn),2019年由黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定推廣,定名為‘合農(nóng)78’,品種審定編號(hào)為黑審豆20190011。
該品種亞有限結(jié)莢習(xí)性,株型收斂,株高90~100 cm,底莢高度15~20 cm,主莖節(jié)數(shù)17~18 個(gè),少分枝;披針形葉,花紫色,茸毛灰白色;單株有效莢數(shù)40~45個(gè),每節(jié)莢數(shù)3~4 個(gè),每莢粒數(shù)2.2~2.5 粒,單株粒數(shù)95~100粒,百粒重22~23 g;莢熟彎鐮形,呈褐色。
該品種2016—2018 年參加黑龍江省第二積溫帶中部平原區(qū)區(qū)域與生產(chǎn)試驗(yàn)。2016—2017 年2 年12點(diǎn)區(qū)域試驗(yàn)平均產(chǎn)量2726.8 kg/hm2,較對(duì)照品種‘綏農(nóng)26’增產(chǎn)9.6%,增產(chǎn)點(diǎn)比例91.7%;2018 年5 點(diǎn)生產(chǎn)試驗(yàn)平均產(chǎn)量3009.1 kg/hm2,較對(duì)照品種‘綏農(nóng)26’增產(chǎn)11.5%,增產(chǎn)點(diǎn)比例100%。小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果,充分證明了該品種產(chǎn)量高,生產(chǎn)潛力大(見表1)。
表1 食用大豆新品種‘合農(nóng)78’黑龍江省品種區(qū)域與生產(chǎn)試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果
該品種子粒圓形,種皮黃色,有光澤,種臍黃色,百粒重22~23 g,具備東北大豆特色與品質(zhì)優(yōu)勢(shì),外觀品質(zhì)優(yōu)良。
該品種2016—2018 年經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(哈爾濱)連續(xù)3 年檢測(cè)分析,平均蛋白質(zhì)含量41.75%,平均脂肪含量20.42%,蛋脂總和為62.17%。該品種蛋白質(zhì)含量≥41%,達(dá)到了傳統(tǒng)豆制品加工或直接食用大豆基本要求,為優(yōu)質(zhì)食用大豆品種。
該品種2016—2018 年經(jīng)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)指定灰斑病(SCSH)鑒定單位(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院)連續(xù)3年接種鑒定:灰斑病葉部發(fā)病級(jí)別3 級(jí),病情指數(shù)54.5,病莢率3.7%,病粒率1.7%,鑒定結(jié)論為中抗SCSH(MR),抗生產(chǎn)主要病害。
該品種2016—2017 年經(jīng)國家品種審定委員會(huì)指定大豆SMV 鑒定單位(吉林省農(nóng)科院大豆研究所)人工接種鑒定:抗大豆SMVⅠ號(hào)株系(R),病情指數(shù)為20.00%。
該品種出苗至成熟生育日數(shù)120天左右,需≥10℃活動(dòng)積溫2450℃左右,適宜黑龍江省第二積溫帶、吉林省東部地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟中南部和新疆伊梨地區(qū)種植,品種適應(yīng)范圍廣。
該品種2年區(qū)域試驗(yàn)與1年生產(chǎn)試驗(yàn),涉及黑龍江省4 個(gè)地區(qū)(佳木斯、哈爾濱、綏化、大慶)7個(gè)地點(diǎn)(依蘭縣、望奎縣、湯原縣、林甸縣、慶安縣、巴彥縣和綏化市),由于試驗(yàn)區(qū)域與地點(diǎn)的土壤類型與氣候條件的差異,證明了該品種對(duì)土壤條件要求不嚴(yán),對(duì)生態(tài)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
該品種2016 年5 點(diǎn)次區(qū)域試驗(yàn)平均產(chǎn)量2326.0 kg/hm2,變化幅度為2057.7~2551.3 kg/hm2,變異系數(shù)9.3%;2017年7點(diǎn)次區(qū)域試驗(yàn)平均產(chǎn)量3013.1 kg/hm2,變化幅度為2789.6~3575.3 kg/hm2,變異系數(shù)9.0%;2018 年5 點(diǎn)次生產(chǎn)試驗(yàn)平均產(chǎn)量3009.1 kg/hm2,變化幅度為2758.0~3605.0 kg/hm2,變異系數(shù)11.6%;3 年17點(diǎn)次品種試驗(yàn)平均產(chǎn)量2809.9 kg/hm2,變化幅度2057.7~3605.0 kg/hm2,變異系數(shù)14.8%。該品種多年多點(diǎn)品種試驗(yàn),產(chǎn)量變異系數(shù)<15%,說明產(chǎn)量穩(wěn)定性好。由此可知,該品種適應(yīng)性好。
該品種種植區(qū)域?yàn)楹邶埥〉诙e溫帶、吉林省東部地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟中南部和新疆伊梨地區(qū);要求選擇地勢(shì)平坦,土質(zhì)肥沃,有機(jī)質(zhì)含量高,保水性與保濕性好的地塊種植[20];種子達(dá)到大田生產(chǎn)用種或原種級(jí)別,播種前要對(duì)種子進(jìn)行精選與包衣處理;一般栽培條件下,施底肥或種肥磷酸二銨150 kg/hm2,尿素60.0 kg/hm2,氯化鉀50 kg/hm2;采用壟三栽培模式,或玉米原壟卡種大豆技術(shù),種植密度2.5×105~3×105株/hm2;播種期為5月5—15日;除草可采用化學(xué)藥劑播后苗前土壤封閉處理或苗后莖葉處理(1.5~2.0片復(fù)葉期);在大豆拱土?xí)r深松1 次,3 片復(fù)葉期中耕1 次,封壟前中耕1次;在大豆初花期至鼓粒期噴施葉面肥1~2次,用尿素15 kg/hm2,鉬酸銨0.45 kg/hm2,也可加入硼酸0.075 kg/hm2,兌水750 kg/hm2,葉面噴施[21-23];在大豆分枝或始花期采用化控技術(shù)調(diào)節(jié)生長,用15%多效唑0.9 kg/hm2,兌水675 kg,混勻后葉面噴施;在有灌溉條件的地區(qū),在大豆開花至鼓粒期,采用噴灌或滴灌補(bǔ)水技術(shù);要及時(shí)防治病蟲害,重點(diǎn)是根部疫霉病,葉部灰斑病和病毒病,莖部菌核病,蟲害是大豆食心蟲;在大豆進(jìn)入黃熟期到完熟期之間收獲[24-26]。
回交育種程序,一般是連續(xù)回交4~5次,連續(xù)自交2~3次,由于回交與自交累計(jì)周期較長,所以實(shí)施過程中難度大,不易堅(jiān)持完整的育種程序[27-28]。為此,在實(shí)際育種工作中,一般是采用簡單回交方法,即連續(xù)回交1~2次,連續(xù)自交3~4次,加快完成育種程序,這樣既能保證回交育種效果,又能縮短育種程序,達(dá)到功省效宏的作用。我們利用此方法,育成了‘合豐30’{(合交69-231×克4430-20)F1×4430-20}、‘合豐32’{(‘合豐26’ב維爾金’)F1ב合豐26’}、‘合豐50’{‘合豐35’×合交95-1101(‘合豐34’ב合豐35’)}、‘佳豆33’{(‘北豐11’ב合豐55’(‘北豐11’ב綏農(nóng)4號(hào)’)}、‘合農(nóng)78’{‘黑農(nóng)43’×(‘黑農(nóng)54’ב黑農(nóng)43’)F1}等優(yōu)良品種,充分證明了該方法的可行性與有效性,值得廣泛推廣應(yīng)用。
研究結(jié)果表明,大豆蛋白質(zhì)的遺傳屬于數(shù)量性狀遺傳,受許多微效基因控制,以加性效應(yīng)為主,也有一定的顯性作用,同時(shí)蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[29]。為此,在品種改良創(chuàng)新過程中,要突出目標(biāo)性狀(蛋白質(zhì)含量與產(chǎn)量性狀),采取優(yōu)選親本、合理組配、簡單回交累加優(yōu)良基因、優(yōu)化選擇與識(shí)別技術(shù)、品質(zhì)跟蹤檢測(cè)與生態(tài)選擇等技術(shù)措施培育新品種,能夠確保品種蛋白含量與產(chǎn)量潛力同步提升?!限r(nóng)78’的選育,從育種理念、思路到頂層設(shè)計(jì),從程序、方法、創(chuàng)新過程到結(jié)果目標(biāo)明確,育種效果顯著。
研究結(jié)果表明,栽培大豆品種間雜交時(shí),蛋白質(zhì)含量的顯性和上位效應(yīng)不明顯;蛋白質(zhì)含量遺傳的母體效應(yīng)和細(xì)胞質(zhì)作用明顯;雜交后代蛋白質(zhì)含量受親本蛋白質(zhì)含量影響較大[30]。因此,在雜交育種過程中,高蛋白質(zhì)含量的親本盡可能做母本,有利于選育高蛋白含量的品種?!限r(nóng)78’的選育,充分考慮了母本的作用,優(yōu)選了高蛋白品種‘黑農(nóng)43’(45.69%)為回交改良的母本,育成了蛋白質(zhì)含量(41.75%)較高的品種,收到了預(yù)期的效果。
由于食用大豆生產(chǎn)既要穩(wěn)定品種蛋白質(zhì)含量又要提高品種產(chǎn)量,所以在選擇栽培技術(shù)上既要考慮高產(chǎn)措施又要考慮提質(zhì)保優(yōu)措施。為此,根據(jù)已有的研究結(jié)果,在集成高產(chǎn)栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上,可采取適區(qū)種植,適宜播種期內(nèi)適當(dāng)晚播,合理密度范圍內(nèi)適當(dāng)稀植,在氮磷鉀配比施用的基礎(chǔ)上,增施氮肥,補(bǔ)施微量元素(錳、硼、硫、鋅等微肥),在開花至鼓粒期灌水,收獲時(shí)期調(diào)整到黃熟至完熟期等措施,均能有效的提高或穩(wěn)定品種蛋白質(zhì)含量,實(shí)現(xiàn)食用大豆生產(chǎn)既高產(chǎn)又高蛋白[31-32]。
在優(yōu)選親本的基礎(chǔ)上,以‘黑農(nóng)43’為母本,與(‘黑農(nóng)54×黑農(nóng)43’)F1材料為父本,采用簡單回交與分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)結(jié)合的方法,育成了食用大豆品種‘合農(nóng)78’,同時(shí)研究了良種良法配套技術(shù)。該品種蛋白質(zhì)含量41.75%,脂肪含量20.42%,符合傳統(tǒng)豆制品加工或直接食用大豆標(biāo)準(zhǔn),解決了發(fā)展食用大豆生產(chǎn)的瓶頸問題,具有巨大的開發(fā)潛力與應(yīng)用價(jià)值。