王克晶 張鄭偉 李向華

（中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京100081）

大 豆[Glycine max（L.）Merr.] 起 源 于 我 國，我國的野生大豆（Glycine sojaSieb.et Zucc）是大豆的直接祖先。大豆種質(zhì)資源，除了包括大豆亞屬（SubgenusSoja）所有植物，即正在推廣和使用的品種、淘汰的老品種、長期傳承的農(nóng)家品種（地方品種）、野生大豆（含半野生大豆），還包括大豆屬（GlycineWilld.）的多年生亞屬（SubgenusGlycine）全部野生種，因為它們包含大豆亞屬的部分遺傳基礎。

在1979-1983 年第一次全國野生大豆資源專項考察中，陳如凱等[1]在福建沿海及附近島嶼采集到大豆屬多年生種煙豆（Glycine tabacina（L.）Benth.）和短絨野大豆（Glycine tomentellaHayata），并將1 份煙豆資源和1 份短絨野大豆資源入國家長期庫保存[2]。中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所在西部考察及科技部國家重點研發(fā)計劃（編號2021YFD1200103）資助下，在福建、廣東、浙江南部沿海及環(huán)海南省海岸進行了我國多年生野生大豆考察，基本明確了我國多年生野生大豆的種類及分布狀況。截至2023 年7 月，共搜集煙豆資源50 個居群、短絨野大豆資源59 個居群。本研究將對我國多年生野生大豆遺傳資源研究進展進行總結，并對尚未清楚的問題展開討論。

1 目前大豆屬分類概況

大豆屬的分類自1737 年林奈命名最初的8 個物種以來，新種不斷發(fā)現(xiàn)，若干物種名稱多次變動修訂，截至2018 年，大豆屬植物分類為29 個種，分布見表1。

表1 大豆屬分類情況[3]

2 中國多年生野生大豆物種及分布概況

2.1 物種種類根據(jù)中國植物志[5]記載，我國大陸有G.tabacina（Labill.）Benth.（煙豆）和G.tomentellaHayata（短絨野大豆）分布。在我國臺灣省，Henry[6]最 早 認 定 臺 灣 有G.tabacina（Labill.）Benth.，認為臺灣的G.tabacina（Labill.）Benth.是當?shù)亍皀ative”。Hayata[7]命名了臺灣南部地區(qū)的一個種G.tomentellaHayata（短絨野大豆）和澎湖地區(qū)的一個種G.pescadrensisHayata。Hermann[8]在Glycine修訂時發(fā)現(xiàn)G.tomentellaHayata（短絨野大豆）與1864 年命名的G.tomentosa（Benth.）Benth.種形態(tài)一致，并采用了G.tomentellaHayata 種名。Hosokawa[9]認為澎湖的種G.pescadrensisHayata 與澳大利亞的種G.clandestinaWendl.形態(tài)一致，自此以后，G.clandestinaWendl.在臺灣中文名字被稱為“澎湖大豆”。澎湖大豆（G.clandestinaWendl.）是否在臺灣存在著很大爭議[10-11]，Newell 等[11]認為G.clandestinaWendl.只限于澳大利亞分布，臺灣的“澎湖大豆”是分類上誤認定為G.clandestinaWendl.，應 該 屬 于G.tabacina（Labill.）Benth.（煙豆）。這樣，分類上Hayata[7]在澎湖地區(qū)鑒定的種G.pescadrensisHayata 和Hosokawa[9]的臺灣版G.clandestinaWendl.（澎湖大豆）都被否定，它們都是G.tabacina（Labill.）Benth.（煙豆）。然而，Pfeil等[12]又將異源四倍體煙豆沒有不定根的類型賦予新物種地位G.pescadrensisHayata；通常，二倍體的煙豆類型當莖匍匐地面生長時，莖節(jié)上可生出比較長的不定根。中國東南沿海的異源四倍體煙豆大部分無不定根，稀有短的不定根[13]。Ohashi 等[14]鑒定出臺灣新種G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆莢大豆）。

至此，我國臺灣被認定存在的SubgenusGlycine植 物 有4 種：G.tabacina（Labill.）Benth.（煙 豆）、G.tomentellaHayata（短絨野大豆）、G.pescadrensisHayata 和G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆莢大豆）。

2.2 煙豆和短絨野大豆在我國的分布范圍和生境中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所在2013-2023年間進行了多次東南沿海多年生野生大豆考察，范圍涉及浙江省南部沿海、福建省沿海、廣東省沿海、海南省環(huán)島沿海。通過考察基本明確了我國煙豆和短絨野大豆分布的北界/南界、距離海岸向內(nèi)陸分布的最遠距離（表2）。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這兩種植物傾向在海岸地帶生長，喜陽，絕大多數(shù)見于海岸地帶距海3km 之內(nèi)的路邊、綠化帶、草地、灌木叢、山坡、墓地等生境，顯示較強的耐旱和耐鹽性。

表2 我國兩個多年生野生大豆物種的分布（除臺灣省）

表2 顯示，煙豆在我國大陸分布僅局限于福建省內(nèi)，北界在福清市龍?zhí)镦?zhèn)一帶，南界在漳浦縣佛曇鎮(zhèn)一帶，距離海岸最近距離20m，最遠距離3.5km；短絨野大豆分布跨越福建和廣東兩省，北界在福建省福州市長樂區(qū)松下鎮(zhèn)、平潭縣流水鎮(zhèn)一帶，南界在廣東惠東縣巽寮灣鎮(zhèn)一帶，距離海岸最近距離20m，最遠距離8.7km。

2.3 我國短絨野大豆和煙豆的形態(tài)及生物學特征染色體數(shù) 圖力古爾等[15]對來自福建的1 份煙豆和1 份短絨野大豆進行了染色體數(shù)觀察，結果都是2n=80。高霞等[16]觀察了來自福建省長樂市松下鎮(zhèn)和莆田市湄洲島的3 份短絨野大豆、來自福建省湄洲島和平潭島的6 份煙豆，染色體數(shù)都是2n=80。

中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所對來自廣東省12 個不同居群、福建省26 個不同居群共計38 株短絨野大豆材料進行染色體觀察，證實了福建省和廣東省的短絨野大豆染色體數(shù)都是2n=80，根據(jù)文獻推斷屬于異源四倍體。染色體觀察中沒有發(fā)現(xiàn)2n=38 和78 非整倍體染色體數(shù)的類型。后續(xù)加大了煙豆居群數(shù)和個體數(shù)的染色體觀察，對福建省各地的24 個居群、共計364 份材料進行了觀察，結果證實我國煙豆染色體數(shù)也是2n=80 的異源四倍體，沒有發(fā)現(xiàn)染色體數(shù)2n=40 的二倍體煙豆[13]。

開花 考察發(fā)現(xiàn)，兩個物種在自然條件下可以看到全年多次開花和成熟，開花期在不同地理居群之間有差異，但是總體上全年有兩次集中期，開花盛期在4-6 月、7-8 月，成熟期在6-7 月、9-10 月。

在北京盆栽條件下開花觀察中看到，煙豆和短絨野大豆都存在開花授粉和閉花授粉：開花授粉花序著生于莖的中部和上部葉腋；閉花授粉的花無花序，花直接著生在莖的下部葉腋處[10，13]。兩個物種對短日照不敏感，尤其是煙豆，在北京能正常開花結莢和成熟。

與煙豆相比，短絨野大豆在北京室外種植下的生物學反應有較大差異。本課題于2014-2017 年在北京順義科研基地盆栽種植100 份短絨野大豆材料，每年10 月底至次年4 月在大棚越冬（12 月至2月棚內(nèi)夜間溫度10～15℃），5-10 月中旬移到室外，短絨野大豆能夠開花，但是不能正常結莢和成熟，收不到種子。從第2 年開始個別材料發(fā)育不良，葉片發(fā)黃、紅蜘蛛感染嚴重，甚至一些材料死亡。而在室內(nèi)溫度較高陽光充足條件下，短絨野大豆能夠正常開花結莢成熟，開花結莢從9 月持續(xù)到次年3月結束，連續(xù)幾年能夠收獲正常種子。短絨野大豆在北京室外種植不能正常結莢成熟的原因可能是北京有效積溫低于其原產(chǎn)地福建及廣東省沿海地帶，推測相較于光照長短，在生長發(fā)育上短絨野大豆比煙豆可能對有效積溫要求更敏感。換句話說，煙豆比短絨野大豆相對耐寒。有關短絨野大豆能正常開花結莢所需最低有效積溫問題還需要進一步研究。

葉形 短絨野大豆的葉形有4 種，卵圓、圓、橢圓、長橢圓，其頻率分別為54.2%、31.7%、13.8%和0.3%。煙豆也有4 種葉形，披針、長橢圓、橢圓、線型，其頻率分別為61%、28%、6%和5%[13]。兩物種葉片特征如下（表3）。

表3 中國多年生野生大豆葉片大小[13]

莢與種子 本課題對1045 株煙豆的莢和種子特征進行調(diào)查，莢多為筆直，少數(shù)鐮刀型，表面有稀疏茸毛。一個花序結莢不超過10 個莢，每莢種子數(shù)1～10 個。閉花授粉莢較短，每莢通常1～3 粒種子。成熟種子通常為黑色，有時附著棕色泥膜，甚至一個莢中會出現(xiàn)無泥膜和有泥膜的種子，千粒重通常為2.8～6.1g。地理上平均千粒重從南到北（南部、中部、中北部、北部）逐漸降低[15]。

對50 株短絨野大豆觀察的結果顯示，一個花序結莢3～5個，每莢結實2～4粒，閉花授粉結莢1～3粒，千粒重2.6～7.5g。

2.4 遺傳變異與多樣性

2.4.1 稀有的形態(tài)變異短絨野大豆扁莖變異（圖1a） 考察發(fā)現(xiàn)福建省2 個居群、廣東省2 個居群有扁莖變異植株，種子在北京盆栽種植條件下同樣出現(xiàn)扁莖。在栽培大豆中有這種扁莖類型，但在多年生短絨野大豆中是首次發(fā)現(xiàn)[17]。扁莖變異植株的染色體觀察也是2n=80（圖2a）。

圖1 煙豆和短絨野大豆形態(tài)變異

短絨野大豆不定根變異（圖1b） 考察發(fā)現(xiàn)在廣東和福建省收集的59 個短絨野大豆居群中，有11 個居群有不定根現(xiàn)象，占居群的18.6%，其中6個居群是在北京盆栽條件下發(fā)現(xiàn)的，說明這些不定根類型在自然條件下和人工盆栽條件下都能出現(xiàn)；這些居群跨越兩個省、多地點普遍存在，相互距離97～284km，說明不定根變異是可遺傳的變異。不定根在大豆屬有些多年生植物中出現(xiàn)，比如二倍體煙豆和異源四倍體煙豆的分類特征是能長不定根[12]，不定根在大豆和野生大豆中也普遍存在，被認為是大豆屬B 組染色體的特征[18]，但是在短絨野大豆中是首次發(fā)現(xiàn)[17]。不定根變異植株的染色體觀察也是2n=80（圖2b）。

短絨野大豆叢生“分蘗”變異（圖1c，1d）2022 年、2023 年野外考察發(fā)現(xiàn)福建省1 個居群、廣東省5 個居群有這種變異，主要在莖節(jié)處有數(shù)十乃至上百之多分蘗。含有變異植株的居群最遠直線距離至少500km，說明這種變異是普遍在我國東南沿海短絨野大豆居群中存在的。

煙豆叢生“分蘗”變異（圖1e，1f） 2023 年考察發(fā)現(xiàn)在福建1 個居群有這種變異。這個居群是一個煙豆和短絨野大豆的混合居群，在這個混合居群中有正常的短絨野大豆、叢生“分蘗”變異的短絨野大豆、正常的煙豆、叢生“分蘗”變異的煙豆。

2.4.2 大豆屬內(nèi)遺傳差異大豆屬內(nèi)的兩個亞屬SubgenusGlycine和SugenusSoja，前者都是多年生生活史物種，而后者是具有共同基因池的兩個一年生物種（栽培大豆和其祖先種野生大豆）。所以，前者可以稱之為多年生亞屬，而后者可以稱之為一年生亞屬。

已發(fā)表的研究文獻表明，這兩個亞屬間的差異要大于亞屬內(nèi)。吳曉雷等[19]利用SSR 分子標記研究了大豆屬種間親緣關系，研究材料包含福建1 份煙豆和1 份短絨野大豆，研究結果證實Glycine亞屬和Soja亞屬分類界限較明顯。曹凱鳴等[20]對中國Glycine屬的rbcS 基因測序顯示，煙豆和短絨野大豆的rbcS 堿基同源性亞屬間差異較大，亞屬內(nèi)差異較小。王玉民等[21]的大豆屬親緣關系ISSR 分子標記顯示，多年生種都與來自中國的Soja亞屬材料親緣關系較遠。

文獻發(fā)表的結果還表明，種內(nèi)遺傳親緣關系密切，大于種間。韓鋒等[22]電泳分析種子水溶性蛋白帶型顯示，1 份中國福建短絨野大豆和1 份煙豆蛋白圖譜差異較大。王玉民等[23]通過超氧化物歧化酶電泳譜型分析，發(fā)現(xiàn)1 份中國陸地煙豆和1 份中國臺灣煙豆材料譜型相同，說明染色體組型應相同；4 份中國陸地短絨野大豆材料譜型相同，應為同一染色體組型。王玉民等[21]利用ISSR 分子標記進行了大豆屬親緣關系研究，使用包含1 份中國煙豆材料和1 份短絨野大豆材料，結果發(fā)現(xiàn)不管地理來源遠近，煙豆和短絨野大豆都是和同物種的材料親緣關系最近。

煙豆和短絨野大豆也存在地理上氨基酸含量差異。徐豹等[24]在研究大豆屬內(nèi)氨基酸含量時，看到中國2 份不同地理來源的短絨野大豆材料間氨基酸含量存在差異。游添榮等[25]研究了中國臺灣澎湖列島9 個地點的煙豆表型和同工酶譜帶，發(fā)現(xiàn)不同地點材料的表型和同工酶電泳都顯示存在地點間差異，推測澎湖列島的煙豆存在地理上的遺傳差異。王玉民等[23]的超氧化物歧化酶譜型分析顯示，中國煙豆譜型完全一致，而與澳大利亞起源的煙豆譜型相近，可能是存在種間地理上的差異。

2.4.3 兩個物種的遺傳多樣性錢吉等[26]利用RAPD 分子標記對中國福建省湄洲島（3 居群）和平潭島（1 居群）的4 個煙豆小種群（5m×20m）進行了生態(tài)遺傳學研究，結果發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出高度的多態(tài)性，同時種群間在地理距離較大時，遺傳分化與地理距離間有一定的相關性，而小范圍內(nèi)相關性不明顯。

陳麗麗等[27]用ISSR 分子標記分析了福建湄洲島40 份煙豆材料，福建湄洲島、東山島和廣東陸豐采集的16 份短絨野大豆材料，結果顯示湄洲島煙豆有較高遺傳多樣性，而短絨野大豆遺傳多樣性較低，并且不同采集地的地理間發(fā)生極低或幾乎沒有發(fā)生遺傳交流。

鑒于兩個物種在我國東南沿海的遺傳多樣性水平研究缺乏，為了更準確了解其遺傳多樣性動態(tài)，為煙豆和短絨野大豆的遺傳資源搜集與保護提供理論依據(jù)，本課題組在物種分布地理尺度上分析了我國30 個煙豆[28]和短絨野大豆的天然種群的遺傳多樣性水平[13]（表4）。

表4 兩個中國多年生野生大豆居群遺傳多樣性分析[13，28-29]

煙豆遺傳多樣性：長距離遺傳擴散和單倍型分析推論了個體遷移可達200km，試驗測定到一個56km 距離的遷移。福建中部和中北部是煙豆遺傳多樣性中心。煙豆居群的遺傳特征是相對較高的遺傳滲透、溫和的地理分化、較大的居群間遺傳分化、居群內(nèi)高的異質(zhì)性，高的居群內(nèi)異質(zhì)性很可能歸因于物種的多年生性[28]。

短絨野大豆遺傳多樣性：Wang 等[29]對福建省5 個島嶼11 個短絨野大豆居群的NJ 聚類分析和STRUCTURE 分析顯示出島嶼分化模式，島嶼居群具有遺傳上的地理隔離，沒有看到島嶼間材料的遺傳交流。張鄭偉[13]分析顯示，陸地居群顯示較低的異交率、明顯的居群遺傳分化、較高的居群內(nèi)遺傳變異（異質(zhì)性），自相關分析顯示102.27km 有遺傳上的正相關。

3 討論

3.1 多年生種在中國大陸和臺灣地區(qū)的分布臺灣地區(qū)除了澎湖大豆（G.clandestinaWendl.）的分類有爭議外，已經(jīng)明確存在4 種多年生大豆物種，G.tabacina（Labill.）Benth.（煙 豆）、G.tomentellaHayata（短 絨 野 大 豆）、G.pescadrensisHayata 和G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆莢大豆）。令人不解的是福建省沿海距離臺灣地區(qū)及周邊島嶼很近，目前只確認煙豆和短絨野大豆存在。

福建省沿海及附近島嶼也許有另外的多年生種的分布。Pfeil 等[12]對從異源四倍體煙豆中發(fā)現(xiàn)的不能長不定根的類型確認是G.pescadrensisHayata（2n=80）[7]。目前根據(jù)多次野外考察和盆栽觀察研究[13]，認為在福建沿海分布是煙豆植物的少部分植株中發(fā)現(xiàn)有不定根（圖3），而大部分植株沒有不定根，它們是否是G.pescadrensis有待進一步的研究證實。也許Hataya 在臺灣于1920 年鑒定的G.pescadrensis是正確的，而不是Hosokawa[9]的臺灣版G.clandestina（澎湖大豆），2006 年Pfeil 等人應是重新給予糾正確認。G.pescadrensisHayata的基因組為AB1（2n=80）[3]。我們對于我國疑似G.pescadrensis的植物進行了染色體觀察，染色體數(shù)是2n=80[13]，基因組信息還有待鑒定。

圖3 福建煙豆有不定根（2023.6 月考察）

另外，根據(jù)本課題組多次考察確認，現(xiàn)行版《中國植物志》41 卷的關于煙豆分布于福建和廣東省的描述不準確，廣東省沒有煙豆分布。煙豆分布南界在福建省漳浦縣佛曇鎮(zhèn)一帶，沿海岸線直線距離廣東邊界至少有100km。

臺灣地區(qū)有G.dolichocarpaTateish and Ohashi（扁豆莢大豆）（基因組D1A，2n=80）[10]，目前在我國東南沿海還沒有發(fā)現(xiàn)，也許分布頻率低而發(fā)現(xiàn)困難，有可能存在。

關于我國多年生野生大豆基因組問題，煙豆基因組有BB1、BB2、B1B2 3 種，我國的煙豆到底是哪種基因組還需要鑒定。短絨野大豆基因組復雜，染色體數(shù)2n=80 有DA6、DD2、DH2 3 種基因組，我國的短絨野大豆染色體數(shù)已經(jīng)明確是2n=80。DD2 基因組分布在澳大利亞和巴布亞新幾內(nèi)亞，而DA6 和DH2 基因組在我國臺灣地區(qū)有分布。那么我國東南沿海的短絨野大豆是否含有和臺灣省一樣的基因組還有待鑒定。

3.2 開發(fā)我國多年生野生大豆資源優(yōu)異性狀及特性在育種上利用我國東南沿海雖然有短絨野大豆和煙豆遺傳資源，但是它們的農(nóng)藝性狀和優(yōu)異特性還沒有被鑒定。多年生亞屬許多種表現(xiàn)耐干旱、耐熱、耐寒性，明顯的日照長度不敏感性和抗病性等[30-31]。包括煙豆和短絨野大豆在內(nèi)的若干多年生種中容易找到大豆銹病的抗原[32]，在煙豆中更容易找到抗菌核莖腐病植株，而在短絨野大豆中更容易找到抗猝死綜合癥植株[33]。Hamim 等[34]發(fā)現(xiàn)干旱情況下短絨野大豆的谷胱甘肽還原酶的含量是栽培大豆的3 倍。耐鹽鑒定顯示短絨野大豆耐鹽性最強，煙豆次之，一年生野大豆最敏感[35]。通過對根、莖、葉積累離子濃度鑒定，發(fā)現(xiàn)多年生種短絨野大豆比一年生Soja亞屬植物具有更高的耐鹽性[36]。包括短絨野大豆在內(nèi)的若干多年生種對孢囊線蟲具有抗性，是潛在有待開發(fā)的抗原[37-38]。

利用多年生野大豆育種的難題是多年生種與栽培大豆雜交不易獲得F1種子，并且F1不育[39]。國際上已經(jīng)開發(fā)了多年生野大豆與栽培大豆雜交的胚組培技術挽救法[30-31，40-49]，通過此項技術克服了多年生野大豆與栽培大豆雜交困難及不育，已經(jīng)開發(fā)出短絨野大豆異源細胞質(zhì)大豆系和短絨野大豆染色體替換系大豆，拓寬栽培種的遺傳基礎，獲得了高產(chǎn)的種間雜交大豆后代品系。

到目前我國還沒有開展多年生野大豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的篩選和鑒定，開拓大豆種質(zhì)基礎及育種工作。目前我國也搜集到了短絨野大豆和煙豆兩個物種的大量遺傳資源，我國基因庫除了一年生野生大豆遺傳資源以外又新增兩個大豆物種資源。多年生野大豆本身就具有耐旱和耐鹽堿特性，加之近年從我國東南沿海搜集到來自各種生境的資源，尤其是干旱和靠近海水生境的資源可能蘊藏更高耐旱和耐鹽堿種質(zhì)材料。

今后我國應在多年生野大豆的遺傳變異、各種農(nóng)藝性狀鑒定與篩選、雜交育種利用的組培技術、優(yōu)異性狀基因定位與基因克隆、多年生種優(yōu)異基因的轉基因大豆育種上開展研究，盡快開發(fā)多年生野大豆遺傳資源的育種潛力。

3.3 加強我國多年生野生大豆資源保護近年來通過考察看到，我國東南沿海多年生野大豆分布生境環(huán)境惡化，面積萎縮。在海岸地帶養(yǎng)殖場開發(fā)、化工廠和核電廠建設、港口建設、住宅、海濱度假村、海濱公園、道路等建設占據(jù)了多年生野大豆許多分布面積，使分布生境片段化嚴重。因此，加強我國東南沿海的多年生野生大豆遺傳資源的搜集刻不容緩。根據(jù)我們對我國沿海煙豆和短絨野大豆的遺傳多樣性分析，絕大多數(shù)居群具有自己特有的遺傳結構，居群間有明顯的遺傳分化[13，28，29]，建議搜集資源時要收集每個居群。同時，在搶救性搜集我國東南沿海多年生野大豆資源種子的同時，盡快有計劃設置多年生野生大豆原生境保護點很有必要。另外，建立原產(chǎn)地異位保存圃也是對多年生野生大豆有效保護的一種方式。在多年生野生大豆分布地區(qū)，政府和農(nóng)業(yè)、生態(tài)部門要做好宣傳和科普工作，讓民眾認識多年生野大豆，提高民眾的保護意識?？梢越Y合當?shù)厣鷳B(tài)建設、公園建設、綠化地建設，把珍稀植物資源也納入保護范圍，在景觀區(qū)域之內(nèi)設置多年生野大豆科普教育保護點。

另外，考察發(fā)現(xiàn)，當?shù)孛癖姙榱撕０睹阑?，?jīng)常在海濱地帶和海岸山坡噴灑除草劑和落葉劑，嚴重毀滅多年生野大豆資源，建議當?shù)卣嘘P部門制定有效措施減少在海岸地帶、尤其是海岸山坡噴灑除草劑和落葉劑，要在多年生野大豆分布區(qū)域禁止這種噴灑作業(yè)，以便保護當?shù)氐囊吧参锒鄻有浴?/p>