晋中地区主栽大豆品种产量影响因素浅析

2022-10-20

我国是大豆原产国,但随着消费需求的增加,大豆进口数量亦逐年增大,目前可达总需求量的80%[1]。进入21世纪,我国的进口大豆主要来自美国、巴西和阿根廷这三个转基因大豆主产国[2,3,4]。为防止过于依赖大豆进口来源国,我们应从战略性的高度对待国内的大豆生产问题。在基本相同的环境和管理条件下,大豆产量往往低于水稻、玉米、花生等同季作物[5]。且近年来,我国的大豆种植面积呈现出快速缩减的发展趋势[6]。所以,在众多生产问题中,如何提高大豆产量首当其冲。同时,高抗和耐胁迫等优良品种特性,只有在高产的基础上,才具有实际的生产价值。因此,提高大豆产量又成为大豆育种研究工作的重中之重。

本文测定了晋中地区五个主栽大豆品种的生理表现和农艺性状等因素,并通过DPS软件将这些因素与产量间的关系进行合理的比较分析,旨在为大豆高产的研究工作奠定基础,为高产大豆的栽培生产提供经验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用的主要大豆品种为,汾豆50号、晋遗30号、晋豆19号、中黄13号和东大2号,2014年种植于晋中市祁县贾令镇谷恋村。试验地前作空茬,肥力达到当地中上等水平。试验田采用单因素随机区组设计,重复3次,每小区6行,行长3.0m,行距0.5m,株距0.1m。当年4月下旬人工开沟带尺点播,播前按尿素375kg.hm-2,磷肥750kg.hm-2,一次性施足底肥,田间管理按当地品种比较试验要求进行。

1.2 试验方法

田间直接测量的不同品种大豆农艺性状,包括株高、分枝数、主茎节数、单株有效荚数、单株有效粒数和百粒重。室内测定不同品种大豆整个生育期的生理表现,其中PRO(可溶性蛋白质)含量采用考马斯亮蓝G-250蛋白染色法测定、MDA(丙二醛)含量采用硫代巴比妥酸法测定、CAT(过氧化氢酶)活性采用NBT光化还原法测定,SOD(超氧化物歧化酶)活性采用氮蓝四唑法测定。

试验数据的分析采用的是DPS软件,通过相关分析、通径分析、灰色关联度分析等方法,探析不同因素对产量影响的大小及其与产量联系的紧密程度。

2 结果

2.1 鼓粒期生理表现与大豆产量的联系

在大豆整个生育期,测得各品种PRO(可溶性蛋白质)含量(图1)随着时间的推移均呈下降趋势。汾豆50号和晋遗30号两个品种的PRO(可溶性蛋白质)含量总体高于其他品种,其中晋遗30号表现更为突出。这表明,汾豆50号和晋遗30号两个品种的总体代谢旺盛,生理活性较强。不同品种大豆的MDA(丙二醛)含量(图2),在整个生育期均呈上升趋势。这表明,各品种大豆植株的生理活性均呈衰退趋势。大豆开花后的CAT(过氧化氢酶)活性先升后降(图3),变化幅度较大,在鼓粒期达到活性高峰。同样,大豆中的SOD(超氧化物歧化酶)活性(图4),也在整个生育期内呈先上升后下降的走势,活性高峰出现在鼓粒期。CAT与SOD都能清除光合作用所产生的氧自由基,防止这类基团对细胞膜系统的损害。因此这两种物质活性的降低,都象征着功能叶片的衰老。这说明,鼓粒期的叶片光合作用最强,物质积累最大。所以,鼓粒期正是大豆产量形成的关键时期。

针对鼓粒期,我们将此时不同品种大豆的生理表现(表1)与产量间进行了相关分析(表2)。结果表明,PRO含量及SOD活性与大豆产量间呈正相关,相关系数为0.04和0.35。而MDA含量及CAT活性与大豆产量间呈负相关,相关系数为-0.03和-0.32。PRO含量与CAT活性间呈显著正相关,相关系数为0.91。PRO含量与MDA含量间,DMA含量与SOD活性间,均呈显著负相关,相关系数分别为-0.88和-0.86。这说明,大豆鼓粒期叶片中的可溶性蛋白质含量和超氧化物歧化酶活性,对产量的形成具有促进作用,且不同物质的含量与活性间存在相互作用。

注:*p<0.05,显著;**p<0.01,极显著。

大豆鼓粒期生理表现与产量间的通径分析(表3)结果表明,大豆叶片中PRO含量、MDA含量和CAT活性三者相互作用,对其产量的决定系数为0.95021,剩余通径系数为0.22314。而大豆鼓粒期生理表现与产量间的灰色关联度分析结果表明,与产量联系的紧密次序为,PRO含量>MDA含量>SOD活性>CAT活性,其关联系数依次为,0.4028、0.3750、0.2467、0.2144。

2.2 农艺性状对大豆产量的影响

对不同品种大豆的农艺性状和产量进行测定后,我们发现(表4),在本次试验中最为高产的品种是晋豆19号,产量达2538.68kg/hm2。而晋遗30号的分枝数和单株有效粒数最多,分别为21.42和98.53。特别是东大2号,在其他四个农艺性状方面均表现最好。其中,株高为88.39cm,主茎节数为5.29个,单株有效荚数为46.08个,百粒重为17.42g。

注:*p<0.05,显著;**p<0.01,极显著。

由不同品种大豆农艺性状与产量间的相关分析结果(表5)可知,单株有效荚数、分枝数、单株有效粒数、百粒重、主茎节数、株高等农艺性状均与产量呈正相关,其相关系数依次为0.53、0.40、0.34、0.32、0.08、0.02。我们还可以看到,株高与分枝数、株高与单株有效荚数、分枝数与单株有效荚数,在呈现正相关的同时,达到了显著水平,相关系数分别为0.88、0.84、0.87。此外,株高与百粒重、主茎节数与单株有效粒数、分枝数与百粒重、单株有效粒数与百粒重之间呈负相关,相关系数分别为-0.12、-0.25、-0.02、-0.75。由此可见,株高、主茎节数、分枝数、单株有效荚数、单株有效粒数以及百粒重这些农艺性状,均对大豆高产具有促进作用,而这些影响产量的农艺性状间又具有相互作用,尤以株高、分枝数和单株有效荚数间的联系最为紧密。

随后,我们又对所测定的农艺性状与大豆产量表现间进行了通径分析(表6)。结果表明,对产量具有最大决定作用的农艺性状为株高、分枝数和单株有效荚数,其共同决定系数达到0.99213,剩余通径系数为0.08872。这与之前的相关分析结果相一致。在对不同农艺性状与大豆产量间的灰色关联度分析中,关联系数由高到低依次为,株高、0.3921,分枝数、0.3252,单株有效荚数、0.2961,百粒重、0.2551,主茎节数、0.2437,单株有效粒数、0.1984。排在前三位的农艺性状仍旧为株高、分枝数和单株有效荚数,符合上述分析结果。

3 讨论

晋豆19号为上世纪90年代,由山西省农科院作物科学研究所育成的高产新品种。汾豆50号由山西省农科院经济作物研究所育成,2002年完成生产试验。同年,东大2号由山西省临县李东农作物研究所育成。晋遗30号由山西省农科院作物科学研究所育成,在2008年至2010年间,连续三年被农业部推介为农业主导品种。中黄13号由中国农业科学院作物科学研究所育成,并于2012年荣获国家科技进步一等奖,成为超高产大豆新品种,也是我国第一个获得国际新品种保护权的农作物新品种。这些高产品种,已经成为晋中地区大豆生产中的主栽品种。本次试验中,由于栽培经验等原因,可能导致了各品种产量与其最佳产量表现间存在差异。而随着育种科技的进步和农业生产力的发展,2015年晋中市推介的大豆主导品种为长豆006、晋豆25号、晋豆45号、晋遗30号和汾豆56号。在今后的大豆高产育种研究中,将需要参考更加丰富的品种资源。

在鼓粒期生理表现与大豆产量间联系的分析中,可溶性蛋白质含量成为与产量联系最紧密的首要因素。而以蛋白质为代表的净干物量的积累,正是通过遗传控制产量的主要生理组分之一[7]。本次试验其他生理因素与产量间的关系,在不同分析方法的结果中不尽相同。为得到更加确切的研究结论,还需要在今后的研究工作中扩大试验数据来源,并增加不同年份的重复试验,以通过统计学方法排除生理表现中不合理试验数据对分析结果的影响。

从生理、生态学的角度来看,大豆高产、超高产育种有两种思路[8]:一是高光效育种,二是理想株型育种。即,分别从协调源(光合作用)、流(光合产物转运)、库(籽粒)间的关系以及优化株型形态与群体结构等两方面进行。同时,从分子生物学与市场的角度来看,商业化转基因育种是实现大豆产量突破和产业发展的重要途径[9]。在我国耕地、淡水资源逐渐减少,人口、环境压力逐渐增大的情况下,美洲各大豆产品输出国虎视眈眈,国内高产、超高产大豆品种的研发与推广工作正面临严峻挑战。

摘要：本次试验测定了晋中地区五个主栽大豆品种的生理表现和农艺性状等因素,分析了这些因素对产量的影响及其与产量间的联系。研究发现,大豆的生理活性在鼓粒期达到高峰,而此时的可溶性蛋白质含量是与产量联系最为紧密的生理因素;株高、主茎节数、分枝数、单株有效荚数、单株有效粒数以及百粒重这些农艺性状,均对大豆高产具有促进作用,且对产量具有决定作用的农艺性状依次为株高、分枝数和单株有效荚数。这些将为大豆高产的研究工作奠定基础,为高产大豆的栽培生产提供经验。

关键词：大豆,产量,相关分析,通径分析,灰色关联度分析