大豆科学

常规育种与分子模块设计育种的讨论——我50年大豆育种科学生涯(第二部分)

2024年11月20 00:00

从1975年到2024年，我从事大豆育种研究整50年，主持和参加育成了大豆新品种69个，包括主配和决选的代表性新品种共15个。本文仅对我从事的常规育种和践行的分子模块设计育种和全基因组QTL-allele设计育种(组合设计和基因型设计)新方法作以回顾，阐述这几个育种方法的概念和技术路线及其瓶颈；提出依据作物育种进化的动力学机制，在发展生物育种的同时还要关注常规育种，尤其是实现生物育种和常规育种的有机结合，这是培育突破性品种的保障；提出科研带头人应具有的品格并表达“理念、思路、舍得、管理”的育种感悟，以期为科技人员的大豆育种之路提供铺垫。

基于CIELAB的大豆种皮颜色全基因组关联分析

王存虎，许潇，许锐能，钟永嘉，廖红 — 2024年11月20 00:00

为探究基于色差仪的CIBLAB量化方法在大豆种皮颜色遗传多样性分析中的应用潜力，本研究以274份大豆核心种质作为关联群体，基于CIBLAB方法，利用色差仪进行种皮颜色测定，获得6个颜色参数。利用主成分分析，明确表征大豆种皮颜色的最佳参数。在此基础上，通过遗传多样性和全基因组关联分析，挖掘与大豆种皮颜色显著关联的SNP位点。主成分分析表明，大豆种皮颜色主要包括黄、绿、黑和其他等4个类型，其中黄色占比较大，且黄蓝色度值（b*）是表征大豆种皮颜色的最佳参数。遗传多样性分析表明，黄色相关性状在品种间表现出丰富的遗传变异，变异系数为-35.53%～48.19%。对172份黄色种皮大豆全基因组关联分析，共检测到462个与b*显著相关的SNP位点，包括287个新位点和175个与已报道的I和L1位点重合的位点。综上，利用色差仪精准量化种皮颜色是一种能够客观评估大豆种皮颜色的新方法。利用该方法，检测到一些与大豆种皮颜色显著关联的新SNP位点，有助于进一步解析调控大豆种皮颜色的遗传机制。

大豆TIFY基因家族的生物信息学分析及非生物胁迫表达研究

王好让，童飞，李思梦，晋彤彤，齐玉军，徐泽俊，邢兴华，王幸 — 2024年11月20 00:00

TIFY是一类植物特有的转录因子，参与植物的生长发育和逆境胁迫反应。目前，已在拟南芥和水稻等植物中报道了一些参与逆境胁迫的TIFY基因，但大豆中相关研究仍较少。为了明确大豆TIFY基因家族的蛋白质理化性质、基因结构、启动子顺式作用元件、基因进化以及表达特征，对其进行生物信息学分析，并进行转录组数据分析及干旱和盐胁迫qRT-PCR验证。结果显示：获得了38个大豆TIFY家族基因，分布于16条染色体上，分为4个亚组，有10对片段重复基因和1对串联重复基因。GmTIFY蛋白均为亲水性蛋白，平均氨基酸序列长度为280.9 aa。启动子预测结果揭示GmTIFY基因启动子序列中富含光信号与激素和胁迫响应相关的顺式作用元件，表明TIFY家族基因可能参与大豆的生长发育调节过程。组织表达模式分析结果表明，GmTIFY在多个组织中表达差异显著，大多数基因在所有组织中的表达水平相对较低，甚至不表达。通过转录组数据分析及qRT-PCR实验发现，Glyma.01g204400、Glyma.05g235500、Glyma.09g077500、Glyma.13g112000、Glyma.15g179600和Glyma.15g184900基因在干旱和盐胁迫下均上调表达，这些结果为深入研究大豆TIFY家族基因功能提供了参考。

大豆磷脂酶D家族基因全基因组鉴定及耐盐性分析

2024年11月20 00:00

磷脂酶D(Phospholipase D, PLD)及其产物磷脂酸(Phosphatidic Acid, PA)在植物生长发育和胁迫响应的调控中起着重要作用。目前，对大豆PLD基因家族的研究仍不够全面。为进一步寻找与大豆抗逆性相关的潜在候选基因，本研究利用全基因组分析方法对28个GmPLDs的基因结构、蛋白保守结构域、共线性和系统发育关系等进行研究，并采用qRT-PCR方法分析基因在盐胁迫下的表达量。结果表明：大豆PLD家族基因分布在16条染色体上，片段复制在大豆PLD基因家族的扩展中发挥了重要作用。基因表达模式分析显示GmPLDs在不同组织中的表达存在差异，启动子顺式作用元件分析显示GmPLDs具有参与非生物胁迫和激素途径的潜在功能。qRT-PCR分析显示，18个大豆PLDs基因表达受盐胁迫诱导显著上调，可能参与大豆耐盐胁迫。研究结果为解析及克隆大豆耐盐基因提供理论依据，并为挖掘响应非生物逆境胁迫GmPLDs基因提供了基础信息。

农杆菌介导的“野大1号”高效遗传转化体系建立

2024年11月20 00:00

栽培大豆在驯化过程中丢失了大量的优异基因，我国野生大豆种质资源丰富，蕴含着许多高蛋白、抗逆方面的基因。大豆新品种“野大1号”作为一份重要的种质资源，保存着宝贵的遗传基因和许多优良的性状，具有较高的营养价值，其中异黄酮的含量高达千分之二，在农业育种上具有重要的价值。本研究以“野大1号”为材料，通过设计不同的消毒方式和时间以及不同的芽诱导6-BA浓度配比，通过GUS染色方法比较摇床和针管真空渗漏两种侵染方式在不同侵染时间下对基因转化效率的影响，分析侵染后外植体最佳抗生素筛选浓度，建立“野大1号”大豆品种的高效遗传转化体系。结果表明：“野大1号”种子消毒最佳方法为75%酒精消毒45 s后再使用15%过氧化氢消毒30 min；最佳侵染方法为针管真空渗漏浸染30 min；最佳不定芽诱导培养基为MS+2 mg·L^-16-BA；抗性筛选标记潮霉素的最适浓度为60 mg·L^-1。通过该遗传转化体系成功移栽了14株植株，其中8株为转基因阳性植株。该高效再生及遗传转化体系的建立为大豆的新品种培育奠定坚实基础。

2005—2024年江苏省审定籽粒型大豆品种特征特性与趋势分析

2024年11月20 00:00

为进一步挖掘江苏省籽粒型大豆品种潜力，加快高产优质新品种选育，对2005—2024年江苏省审定的124份籽粒型大豆品种的特征特性变化趋势及相关性进行分析。结果表明：随审定年份更替，审定品种的株高、生育期、结荚高度、主茎节数表现出明显的下降趋势；有效分枝、单株荚数、百粒重表现出缓慢的上升趋势；每荚粒数、产量表现出明显的上升趋势；品质性状方面，蛋白质含量表现出缓慢的上升趋势，而脂肪含量则表现出较为明显的上升趋势。相关性分析结果表明：审定品种的产量与生育期、株高、结荚高度、主茎节数、有效分枝数、蛋白质含量之间呈负相关关系，且达极显著或显著水平，而产量与每荚粒数、脂肪含量之间呈极显著的正相关关系，同时百粒重与每荚粒数之间呈显著正相关关系，脂肪含量和蛋白质含量之间呈极显著负相关关系。因此，今后在江苏省籽粒型大豆新品种的选育过程中，宜加强单株荚数、每荚粒数、百粒重的协同改良，适当缩短生育期，降低株高，结荚高度和减少有效分枝数，协调好产量与品质的关系，培育出更多的优质高产大豆新品种，促进江苏省大豆产业的发展。

大豆品种及品种混合与玉米间作对玉米/大豆间作生产力的影响

2024年11月20 00:00

为筛选适宜于甘肃河西走廊灌区与玉米间作的大豆品种，提升玉米/大豆间作体系生产力。于2021—2022年在甘肃张掖开展田间试验，设置玉米分别与4个大豆品种间作：玉米/长农15（M/CN15）、玉米/陇中黄601（M/LZH601）、玉米/陇豆78-1（M/LD78-1）、玉米/Williams82 （M/Williams82）;玉米间作2个品种大豆混合，即玉米/（陇豆78-1+Williams82）,记为M/2SM;玉米间作4个品种大豆混合，即玉米/（长农15+陇中黄601+陇豆78-1+Williams82）,记为M/4SM。通过测定单间作条件下作物产量，分析各间作体系生产力（productivity）、土地当量比（Land Equivalent Ratio, LER）、作物偏土地当量比（partial Land Equivalent Ratio, pLER）、间作作物增产率（Overyielding, OY）、大豆相对于玉米竞争力(Aggressivity, A_sm),以明确不同大豆品种对作物产量、体系生产力、种间资源竞争的影响。结果表明：各间作体系生产力均显著高于对应单作加权平均生产力，M/LD78-1、M/LZH601和M/CN15的总LER均大于1,M/Williams82、M/2SM和M/4SM的总LER均小于1,各间作体系大豆偏土地当量比（pLER_s）均小于0.5,玉米偏土地当量比（pLER_m）均大于0.5,M/LZH601中pLER_m最高为0.72;各间作体系大豆的增产率（OY_s）均为负值，玉米的增产率（OY_m）均为正值，M/LZH601中玉米的增产率最高为44.13%;大豆相对于玉米的资源竞争力值均为负值，M/LZH601中大豆相对于玉米的资源竞争力最弱，为-0.673;A_sm与间作体系生产力呈显著负相关。综上，大豆品种混合后与玉米间作无间作产量优势，陇中黄601是适宜河西走廊灌区玉米/大豆间作体系间作优势发挥的大豆品种。

密度与播量配置对鲜食大豆光合特性和产量的影响

2024年11月20 00:00

为探索福建省鲜食大豆种植适宜密度与播量，采用双因素裂区试验设计，分别设4个密度水平和4个播量水平，研究不同密度和播量配置对鲜食大豆光合特性和产量的影响。结果表明：随着播量的增加，净光合速率（Pn）为上升趋势，胞间CO₂浓度（Ci）为下降趋势；蒸腾速率（Tr）、叶绿素相对含量（SPAD值）及除种植18万和21万株·hm^-2处理外的气孔导度（Gs）、胞间CO₂浓度与大气CO₂浓度（Ca）比（Ci/Ca）呈先升后降趋势，蒸气压亏缺（VPD）呈先降后升趋势。同一播量下，随着密度的增大，Tr和Ci呈上升趋势。相同密度条件下随着播量增加，株高和底荚高度为上升趋势，而主茎节数表现为下降趋势，有效荚数呈逐渐下降趋势，除12万和15万株·hm^-2处理外产量均呈先升后降趋势。18万株·hm^-2和每穴2株组合鲜荚产量最佳，达11 290.32 kg·hm^-2,比12万、15万和21万株·hm^-2分别增产0.45%、5.71%和14.15%。综上所述，在福建省鲜食大豆种植以密度为18万株·hm^-2和每穴2株的栽培模式最佳。

基于抗倒伏性的大豆耐密性资源评价与筛选

2024年11月20 00:00

为筛选在黑龙江省不同地区稳定耐密植的大豆资源，为大豆的区域栽培生产提供指导和理论依据，以黑龙江省不同生态区20份春大豆资源为材料，以哈尔滨、海伦和五大连池为环境背景，设置常规栽培区和高密度处理区两个处理，以高密区未倒伏占比与常规区未倒伏占比的比值作为耐密指数，基于耐密指数值，利用欧氏距离组间平均联接法对不同大豆品种进行聚类分析，对供试材料进行等级划分。同时，利用双标图数据分析方法进行耐密性种质资源的综合评价。结果显示：哈尔滨区域背景条件下，当欧氏距离为3.0时，初步将20个参试品种(系)划分为5大类，获得耐密植品种(系)7个；海伦区域背景下，欧氏距离为4.0时，初步将20个参试品种(系)划分为4大类，获得耐密植品种(系)3个；欧氏距离为4.0时，初步将20个参试品种(系)划分为4大类，获得耐密植品种(系)5个。双标图显示，耐密品种的耐密能力顺序为克豆87>牡豆56>黑农94>黑农531>克小粒1号>黑农311>龙海1号，多环境稳定性顺序为黑农94>龙海1号>克豆87>黑农531>黑农311>牡豆56>克小粒1号。综合比较而言，耐密性强且多环境稳定性较好的品种为黑农94、克豆87和黑农531。研究结果为提升区域大豆增产能力提供了理论依据和技术支持。

黑龙江省大豆渍害过程雨量指标构建

余兰，闫平，吕佳佳，姜丽霞 — 2024年11月20 00:00

为定量评估黑龙江省大豆渍害灾损程度，本文以黑龙江省为研究区域，大豆为研究对象，基于研究区75个气象站1961—2022年长时间序列大豆渍害历史资料、降水量资料及27个农业气象站1980—2022年大豆生育期资料，利用柯尔莫哥罗夫-斯米尔诺夫检验及置信区间阈值法，构建黑龙江省大豆关键生育期渍害过程雨量等级指标，通过预留的渍害样本进行指标验证，同时分析研究区大豆渍害时空分布特征。结果表明：降水过程在1～5 d范围内大豆轻、中、重度渍害雨量下限值，出苗～三真叶期分别为53,86和111 mm,开花～结荚期分别为62,95和113 mm;降水过程6～7 d大豆轻、中、重度渍害雨量下限值，出苗～三真叶期分别为90,113和147 mm,开花～结荚期分别为97,119和140 mm。黑龙江省大豆渍害平均发生次数高值区主要位于中部、东北部、南部和西部局部地区，1981、1984、1985、1991、1994、1998、2012、2013、2017和2019年发生较多。指标验证结果及大豆渍害时空分布特征与历史灾情记录较吻合。研究结果对黑龙江省大豆安全生产具有重要意义。

气候因子对东北地区大豆生产的影响效应分析

2024年11月20 00:00

为了定量、动态、精细地评估气候因子对大豆产量的影响，本文选取东北地区1980—2021年182个气象站5月中旬至9月下旬的旬平均气温、旬降水量、旬日照时数及大豆产量数据，基于正交多项式、积分回归原理，以旬为时间尺度，建立了基于气候因子的大豆产量动态评估模型，阐明了气候因子对大豆生产的影响效应及其贡献。结果表明：大豆营养生长期，旬平均气温、降水量、日照时数对东北地区大豆影响的产量变率，旬平均气温对吉林省大豆产量的影响最大，为-4.88～12.02 kg·hm^-2;旬降水量对辽宁省大豆产量的影响最大，为-7.51～2.38 kg·hm^-2;旬日照时数对黑龙江省大豆产量的影响最大，为-2.60～2.68 kg·hm^-2。大豆营养和生殖生长并进期，气温对黑龙江省大豆产量的影响为显著正效应、对吉林省和辽宁省的影响为负显著效应，黑龙江省和辽宁省旬降水量影响为显著负效应，旬日照时数影响均为负效应，黑龙江省旬平均气温对产量的影响幅度最大，为3.67～11.19 kg·hm^-2。大豆生殖生长期，旬平均气温、旬降水量、旬日照时数对大豆产量影响变率排序为：旬平均气温对其产量影响变率最大的是黑龙江省，为-11.20～7.11 kg·hm^-2,旬降水量和旬日照时数对其产量影响变率最大的是辽宁省，分别为-6.66～2.84 kg·hm^-2、-2.66～1.49 kg·hm^-2。可见，基于正交多项式和积分回归方法，可动态、定量评估气候因子对大豆生产的影响效应，研究结论可为指导大豆生产提供科学依据。

气候变化下野生大豆在中国潜在地理分布格局时空演化分析

2024年11月20 00:00

野生大豆(Glycine soja Siebold&Zucc.)是栽培大豆的近缘种和重要的种质资源，其遗传多样性和分布格局的稳定性直接关系到我国大豆产业的安全。未来气候变化可能会对其分布产生一定影响，预测气候变化下潜在地理分布的演化对保护我国野生大豆资源具有重要意义。本文利用ArcGis 10.8与MaxEnt 4软件分析了野生大豆在我国的地理分布特征，并预测了2000—2040年、2041—2060年、2061—2080年和2081—2100年4种碳排放情景(可发展持续发展路径SSP1-2.6、中间路径SSP2-4.5、竞争路径SSP3-7.0和化石燃料为主的发展路径SSP5-8.5)下其潜在地理分布变化。结果表明：(1) MaxEnt模型AUC值为0.888,说明模型预测结果良好；(2)最适宜生长条件为：最湿月份降水量150～350 mm、等温性20～27、最暖季度平均温度22～27.5 ℃、气温季节性变动系数745～910和最暖季度降水量375～625 mm; (3)未来中高适生区可能会向西南方向迁移，渤海沿岸高适生区可能会大幅缩减，松辽平原也存在减少和破碎化的趋势，在湖南的分布可能会增多且集中；(4)新疆温泉县、哈巴河县、内蒙古阿巴嘎旗与新巴尔虎右旗可能会出现适生区。研究可为我国野生大豆资源的保护与综合利用提供理论参考，对我国未来大豆产业的发展提出科学建议。

中国大豆生产时空演变格局的影响因素与优化对策研究

李治，何小田 — 2024年11月20 00:00

为精准把握中国大豆生产空间格局演变规律，识别大豆生产关键制约因素，完善大豆空间布局，本研究基于1985—2022年中国大豆生产省级面板数据，运用ArcGIS分析大豆生产时空演变特征，并构建空间杜宾模型，实证分析中国大豆生产空间格局变化的影响因素，并提出优化我国大豆生产布局的对策建议。结果表明：(1)我国大豆产量总体上呈阶段性增长态势，且以“区域集中、全国分散”特征分布；(2)在空间格局上，我国大豆产量呈“东北集中、西南扩散”趋势，播种面积高值区逐步向中部和西部地区转移；(3)实证结果表明，城镇化水平、单位面积农机总动力、技术与政策因素对大豆生产具有显著影响，并且平均降雨、城镇化水平、政策因素等对大豆生产具有正向的直接效应。由此提出应根据大豆生产格局演变规律整合大豆区域布局，加强科技创新能力，提高规模化种植水平，提升防灾减灾能力等政策建议，从而优化大豆生产空间布局。研究结果对保障我国粮食安全具有重要意义。

山东省大豆生产地域格局变化及影响因素分析

2024年11月20 00:00

为给山东省大豆生产的可持续发展提供科学决策依据，本研究运用数理统计和区域比较优势测算方法，分析了山东省大豆生产地域格局的变化特征及其影响因素。结果表明：山东省大豆播种面积从1949年的191.54万hm²下降到2022年的21.496万hm²,降幅达88.78%,自2000年以来，降幅为53.09%；大豆总产量从1949年的93.4万t下降到2022年的58.10万t，降幅为37.79%，自2000年以来，降幅为44.43%；山东省大豆单产水平明显高于全国平均水平，1978—2022年，单产增幅为163.01%，高出全国76.06%。山东大豆种植区域，由主要分布在除了滨州的沿海地市及菏泽、枣庄和临沂、济宁等地市，向鲁中地区转移，主要原因是耕地面积的减少、大豆生产的人工成本较高、净利润为负值且低于同期作物。山东省在具有生产大豆的优势背景下，也存在大豆种植收益比较低、产品竞争力弱、单产水平提高难度加大等挑战，文中最后提出了山东省发展大豆产业的对策建议。