大豆主要农艺性状与品质性状的遗传分析

来源:用户上传      作者: 仲义 侯宗运 焦仁海 孙发明

　　摘要 各农艺性状的遗传变异中加性主效应、显性主效应均起一定的作用，株高主要受加性主效应的控制，株高的狭义遗传力为50.8%，通过早代选择可取得较好的改良效果，其选择效果不易受到环境条件变化的影响；蛋白质和脂肪含量主要受加性主效应的控制，其狭义遗传率分别为66.3%和64.2%，宜在较低世代进行选择；异黄酮含量主要受显性主效应的控制，应该在较高世代进行选择。
　　关键词 大豆；农艺性状；品质性状；遗传分析
　　中图分类号 S565.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2011）21-0055-02
　　Genetic Analysis on Agronomic Traits and Quality Traits of Soybean
　　ZHONG Yi HOU Zong-yun JIAO Ren-hai SUN Fa-ming *
　　（Maize Research Institute，Jilin Academy of Agricultural Sciences，Gongzhuling Jilin 136100）
　　Abstract Additive and dominant effects both play certain roles in the inheritance and variation of the agronomic traits measured. Plant height was mainly controlled by additive main effects. Because heritability in the narrow sense of plant height was 50.8%，the trait could be improved by selecting in early generations and the improved effects were stable environmentally；Additive and dominant effects both play roles in the inheritance and variation of the content protein and oil，whose heritability in the narrow sense was 66.3% and 64.2% respectively，so the traits should be selected in early generations. Isoflavone content was mainly controlled by dominant main effects，so the trait should be selected in advanced generations.
　　Key words soybean；agronomic traits；quality traits；genetic analysis
　　Brim等[1]、Hanson等、Weber、胡明祥等[2]均认为蛋白质含量的遗传实质上是加性效应起作用。IShigeT则认为加效效应和非加效效应对蛋白质含量都是重要的。Chauhan、陈恒鹤报道蛋白质含量的一般配合力（GCA）与特殊配合力（SCA）的方差都显著，但加性效应更重要。Verma从大豆配合力分析研究，认为性成分是主要的。Gupta等用7个品种（系）配制4个组合，对亲本及其杂交F3、F4、F5代进行了研究，认为蛋白质含量的遗传主要受显性基因控制的[2]，但在JS-2XA和PS73-7XK组合中，实质上是加性效应起作用。Weber认为有3个基因控制蛋白质。IShigeT认为控制蛋白质的基因数目可能有2个或3个。海妻矩彦等用乙烯亚胺（EI）处理大豆种子，获得了蛋白质含量比对照显著不同的突变品系[3]。大豆蛋白质含量是一个高度可遗传的性状，蛋白质含量较产量、脂肪含量等性状的遗传力高。Weber用亲子代回归法[4]估算的F2代单株蛋白质含量的遗传力为0.70；胡明祥等[5-6]用方差分析法估算的3个组合F2代蛋白质含量的广义遗传力分别为0.46、0.55及0.62；一些研究工作者曾对F3或更高世代的材料，无论是单杂交、三交或复合杂交组合进行研究，获得蛋白质含量的广义遗传力为0.39～0.92。对于这些结果还需进一步开展具体综合的研究和探讨。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　供试材料选用蛋白质、脂肪和异黄酮含量差异较大（表1）的5份大豆材料，A1006、A1016、A1019、OH1015、OH1020，按Griffing完全双列杂交将5份材料配成20个杂交组合。
　　1.2 试验方法
　　2007年5月将5份亲本材料，播种于吉林农业大学大豆试验田，同年7月将5份材料互作父母本，分别进行人工授粉，得到正反交杂种1代（F1和RF1）；2008年将亲本、杂种1代（F1和RF1）按随机区组，种植于试验田，3次重复，2行区，行距60 cm，生长期间进行田间观察记载，成熟后，每个处理取10 株进行室内考种，采用包括胚（子叶）、细胞质和母体植株3套遗传体系的双子叶植物种子数量性状遗传模型和统计分析方法（Zhu和Weir，1994），分析大豆籽粒中品质性状含量的试验数据。
　　2 结果与分析
　　2.1 大豆主要农艺性状的遗传分析
　　利用农艺性状的加性-显性遗传模型，大豆农艺性状的遗传方差可进一步分解为加性方差（VA）、显性方差（VD）和机误方差（Ve）。大豆各农艺性状方差分量、方差分量比率和遗传力的估计值见表1。从各农艺性状的分析结果可知，除了未测到茎粗、百粒重和产量的加性方差外，其余各项方差分量达极显著和显著水平，表明在大多数农艺性状的遗传变异中，加性主效应和显性主效应均起到一定的作用，但作用大小有所不同。株高的加性方差大于显性方差，加性和显性方差占表型方差总量的60%，而加性方差比率达50.8%，表明株高主要受加性主效应控制，可通过选育纯系品种进行改良，且异地选择有效。节数的加性方差小于显性方差，加性方差和显性方差占表型方差总量的54.1%，机误方差较大，说明节数应该在稍后世代进行选择，且受环境的影响较大。分枝数的加性方差大于显性方差，加性方差和显性方差占表型方差总量的35.8%，因此分枝数受环境因素的影响较大，应该在较高世代进行选择。荚数的显性方差大于加性方差，加性方差和显性方差占表型方差总量的21.7%，对于荚数的选择也应该在较高世代进行。茎粗、百粒重和产量均未得到加性方差，主要受显性和环境效应影响，显性方差比率分别为26%、27.2%和36.6%，因此对于茎粗、百粒重和产量应该在稍后世代进行选择。所有农艺性状的机误方差分量均达到了极显著水平，说明该试验受环境因素的影响较大。 　　从遗传力分析结果来看，株高的狭义遗传力较高，为50.8%，早代选择有效；其余农艺性状的狭义遗传力均在28.2%以下，异地早代选择不可靠，应该在较高世代进行。
　　2.2 大豆主要品质性状的遗传分析
　　利用二倍体种子遗传模型，大豆品质性状遗传方差可进一步分解为胚加性方差（VA）、胚显性方差（VD）、细胞质方差（VC）、母体加性方差（VAm）、母体显性方差（VDm）、机误方差（Ve）。各方差分量组成见表2，其中蛋白质含量的各方差分量，只有加性效应方差达到显著水平，占遗传效应方差总量（VA+ VD+VC+ VAm+ VDm）的55.9%；脂肪含量的各方差分量加性效应方差达极显著水平，母体加性方差达显著水平，加性效应方差（VA+VAm）占遗传效应方差总量（VA+VD+VC+VAm+VDm）的88.8%；异黄酮含量的各方差分量，只有显性方差和母体显性方差达极显著和显著水平，显性效应方差占遗传效应方差总量（VA+VD+VC+VAm+VDm）的85.5%。
　　综上分析可以得出，大豆的蛋白质和脂肪含量性状均是以加性效应为主，尤其是脂肪含量受加性效应影响尤为明显，而且加性效应明显大于显性效应，因此对于蛋白质和脂肪含量性状在低世代选择效果比较好。大豆的异黄酮含量性状是以显性效应为主，因此对于该性状在高世代选择效果比较好。蛋白质、脂肪和异黄酮含量的机误方差分量均达到极显著和显著水平，表明蛋白质、脂肪和异黄酮含量性状的表现除受各种遗传效应的影响外，还明显受到环境机误和抽样误差的影响，但因其值较小，因此蛋白质、脂肪和异黄酮含量性状的表现主要受制于遗传效应的表达。
　　2.3 大豆品质性状的遗传率分析
　　遗传率作为度量数量性状中遗传变异占表现型变异相对比率的重要遗传参数，在数量性状遗传改良中具有重要作用。当假设不存在基因型x环境互作效应时，对于只受基因加性和显性效应控制的一些数量性状，其狭义遗传率（h2）可定义为加性遗传方差占表型方差的比率（h2=VA/VP），可衡量基因型变异和表型变异的相对程度。由于大豆品质性状同时受控于二倍体胚核基因、细胞质基因和二倍体母体植株核基因等不同遗传体系的基因效应，其狭义遗传率可区分为包括胚遗传率（h2Go）、细胞质遗传率（h2Gc）和母体遗传率（h2Gm）在内的普通狭义遗传率（h2G）。同时在选择育种中，根据数量性状中不同遗传率分量的大小和各个遗传率分量在总狭义遗传率中的相对重要性可以采用不同选择方法。如当以母体普通遗传率和细胞质普通遗传率为主时可以以母体植株为单位进行选择，而当以胚普通遗传率为主时，则需以后代单粒种子为单位进行单粒选择才更容易取得效果。
　　由表3可知，大豆品质性状中蛋白质、脂肪和异黄酮含量的狭义遗传率估计值分别为66.3%、64.2%和32.5%。在不同的遗传率分量中，胚直接加性遗传率显著大于细胞质遗传率或母体加性遗传率。蛋白质和异黄酮未测到细胞质遗传率，脂肪的细胞质遗传率也达显著水平，说明对于该性状细胞质遗传也起到较大作用。脂肪和异黄酮的母体加性遗传率均为负值，说明根据母体植株的脂肪和异黄酮的总体表现进行选择不能取得较好效果。
　　3 结论
　　分析结果表明，大豆的7个主要农艺性状均受到加性和显性效应的控制，3个品质性状主要受胚加性效应和胚显性效应控制外，还不同程度地受到的细胞质基因、母体植株核基因和环境机误的影响。对大豆株高的改良应在较低世代进行，而对节数、分枝数、荚数、茎粗、百粒重和产量的改良应在较高世代进行，均采用单株选择法；对蛋白质含量和脂肪含量的改良应采取单粒选择法早代选择，对异黄酮含量的改良应采用单粒选择法稍后世代选择。大豆农艺及品质性状的遗传变异中以加性效应为主，显性效应次之，显示了自花授粉作物的一个突出特征[7-8]。
　　4 参考文献
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