大豆育种

大豆育种•前言•第一节大豆的生产和利用•第二节国内外大豆育种概况•第三节大豆遗传资源与种质创新•第四节大豆目标性状的遗传及改良方法•第五节大豆育种试验技术•第六节大豆育种的研究方向一、大豆的起源大豆，我国古代称为“菽”，英文Soybean,是中国“菽”的译音。大豆的拉丁语名称是GlycineMax。中国是大豆的故乡，这是世界所公认的。H.W.江森(HerbertW.Johnson)在《美国大百科全书》中写道“大豆是中国文明基础的五谷之一（水稻、大豆、小麦、玉米、粟）。”库津在《苏联大百科全书中》也写道：“栽培大豆起源于中国。中国在五千年以前就已开始栽培这个作物，……。”我国农业开创于新石器时代，据考证，当初商代的甲骨文上也发现了有关大豆的记载。在山西侯马曾出土过商代的大豆化石。前言二、大豆的传播大豆引进日本的时间约在公元100年，随后大豆传遍亚洲其他国家：印度尼西亚、菲律宾、越南、泰国、马来西亚、缅甸、尼泊尔、印度等国，最终发展成当地地方品种。而这些地区构成了大豆的第二个基因中心。尽管中国是最早用大豆的国家，但日本人却尽可能地挖掘了它的所有潜能。大豆传入欧洲约在公元1700年。先传到荷兰,之后于1739年在巴黎的植物园里种植。Aiton(1812)指出大豆于1790年第一次在英国种植，之后于1804年又首次传入南斯拉夫。研究大豆的编史家海默威茨博士认为本杰明.富兰克林带回到美国的大豆样种是从法国巴黎植物园得来的。不管这个说法是否真实，到19世纪，大豆已在美国各州种植。三、大豆的植物学特征(一)根系大豆为直根系，有主、侧根之分，主根上长出许多侧根，主根长到一定程度后，发育不明显，因此主、侧根难以分辨。整个根系形如钟罩。大豆根系80%以上分布在5~20cm土层中，10%分布在20~30cm土层中，只有少量根系分布在30cm土层以下。大豆根系着生许多根瘤。根瘤菌的生命活动，是靠大豆植株光合产物作为能源，同时吸收空气中游离的氮素，固定成含氮化合物，供大豆生长发育之需。根瘤菌固定的氮素，可占大豆需氮量的1/3~l/2，是大豆重要肥料来源。固氮菌是好气性细菌，土壤疏松、通透性能好，有利根瘤菌的生长、发育。(二)茎大豆茎的生长习性因品种而异。有直立丛生型的，也有半蔓生和蔓生型的。主茎下部腋芽可形成分枝，上部的腋芽多形成花芽。生长环境条件良好时，有利主茎基部腋芽早发育成分枝。大豆依据茎的生长习性划分为三种类型。1．蔓生型主茎细而长，分枝发达，主茎和分枝的粗、细、长、短区别不明显，植株上部具有明显的缠绕性或匍匐性，叶片和种子均较小，多为无限结荚习性，在系统发育上近原始类型，抗逆性强，不耐水、肥，产量较低。三、大豆的植物学特征2．半蔓生型主茎较粗，茎的上部细而有时缠绕，在水肥充足的条件下，缠绕性较强，在土壤瘠薄，水、肥不足时，就直立不倒，无限结荚习性品种属此类。3．直立型植株矮，节间短，茎秆粗壮直立不倒，分枝短且少，荚密耐水、肥，多为有限结荚习性，一般产量高。大豆茎上长叶的地方为节。节与节之间叫节间。主茎上的节间多少、长短因品种和栽培条件而有所不同，通常节数多的高产。过于密植或迟播种，会使节数减少而减产。大豆幼茎分绿色的紫色两种，绿色茎开白花，紫茎开紫花。茎的颜色可以作为苗期鉴定品种的标志。(三)叶大豆叶片出苗后的初生叶为单叶，从第二节以上几乎全部是由三个小叶片组成的复叶。有的是五个或七个小叶片组成复叶。在同一植株居于上部的叶片较下部叶片细长些。在多数条件下，阔叶形的品种产量较高。但狭长叶形的品种透光性好，适于密植栽培。三、大豆的植物学特征(四)花大豆的花很少，为蝶形花，着生在叶腋间的茎上和茎的顶端，花朵聚生在花梗上叫花簇。大豆在开花前的下午，花瓣伸出花萼片。一般在次日上午花瓣张开前，已经进行完自花授粉。因此大豆天然杂交率很低，约为0.1％～0.5％左右。三、大豆的植物学特征三、大豆的植物学特征(五)荚大豆的果实叫荚果，大豆荚果在植株上分布和生长习性不同，通常可分为三种类型。1．无限结荚习性主茎和分枝的顶芽不转变成顶花序，在适宜环境条件下，可保持继续生长的能力。2．亚有限结荚习性开花习性同无限开花结荚习性。也是由主茎基部先开花，逐渐向上开放，由内向外开花。3．有限结荚习性有限结荚习性大豆品种在开花后不久，主茎和分枝顶端即形成一个顶生花簇荚果。以后节数不再增加，茎秆停止生长。(六)种子大豆是双子叶植物，种子由种皮和胚组成。大豆的子叶由两种颜色组成，黄色子叶大豆的种皮有五种颜色即黄、黑、青、褐、双色组成，而绿色子叶大豆的种皮只有两种颜色，即黑色和青色组成。大豆品种随种皮颜色由黄、青、黑、褐、双色的变化，含油量逐渐下降。同时也与纬度有关，纬度由高到低，含油量逐渐下降，蛋白质逐渐升高。三、大豆的植物学特征一、国内外的大豆生产状况（一）世界主要生产国世界上大约50个国家生产大豆。在过去半个世纪里，美国是世界上大豆的主要生产国，占世界总产量的45％。南美洲的巴西是第二大生产国，占世界总产量的21％，阿根廷占世界总产量的14％。中国和印度是亚洲和中东地区两个最大的生产国，中国年产约1500万吨大豆，占世界总产量的9％。印度年产约900万吨大豆。意大利是欧盟最大的大豆生产国，年产90万吨大豆。乌克兰80万吨,俄罗斯年产60万吨大豆，南斯拉夫年产20万吨大豆。第一节大豆的生产和利用第一节大豆的生产和利用•一、国内外的大豆生产状况•（二）我国大豆的生产现状：50年代以前我国大豆一直在世界居第一位，50年代以后美国大豆总产开始超过中国，以后巴西、阿根廷、印度等国大豆生产迅速发展。•目前世界大豆平均单产约175公斤/亩，其中美国167公斤/亩，巴西180公斤/亩、阿根廷169公斤/亩，中国120公斤/亩。第一节大豆的生产和利用我国大豆生产、进口及人均占有量的动态项目193819521996200120062011世界生产量（万吨）1060190013061182502162526090我国生产量（万吨）9409501323154118301350进口量（万吨）00111139426595248我国合计（万吨）9409501434293544896598我国人均生产量kg/人23.419.211.010.812.212.5我国人均占有量kg/人23.419.212.022.529.931.1•中国主要有三个大豆产区：•北方春大豆区，包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古等地，面积约6000多万亩，总产占45.7%；•黄淮海夏大豆产区，面积约4000多万亩，产量占30％多；•南方大豆多作区。（二）我国大豆的生产现状第一节大豆的生产和利用•二、大豆的利用•（一）大豆种子的化学组成及营养价值•大豆种子中约含20%的脂肪和40%的蛋白质，为世界提供了30%的脂肪和60%的植物蛋白质来源，大豆蛋白的利用价值不低于蛋、奶、肉。除此之外，大豆还含有许多对人体有保健价值的活性成分，如降低胆固醇、降血脂的大豆皂甙，具有益脑功效的大豆卵磷脂，可调节代谢，降低癌症的发病率，缓解妇女更年期综合症的植物雌性激素-大豆异黄酮，大豆中所富含的低聚糖是双歧杆菌的营养成分，大豆中含有大量的膳食纤维，它具有解毒、防止便秘、降血脂、防癌等作用。另外大豆还富含钙、铁、锌等矿物质。基于大豆的营养价值，美国食品药物管理局（FDA）已将大豆整体注册为保健食品，大豆制品均可在其外包装上标注保健品字样。目前一个全球性的大豆食品热正在兴起。第一节大豆的生产和利用大豆种子主要构成部分的化学组成（曲敬阳等，1991）构成部分水分粗蛋白碳水化合物粗脂肪灰分其它子叶10.643.314.620.74.46.4种皮12.57.021.00.62.856.1胚12.036.917.310.54.119.2第一节大豆的生产和利用大豆种子中的重要保健成分原料主要生物作用大豆卵磷脂制油下脚料健脑、增智大豆低聚糖分离蛋白废液改善胃肠功能、缓肠通便大豆皂甙豆粕降脂、抗肿瘤、提高免疫力、抗病毒大豆异黄酮豆粕降脂、心血管保健、抗肿瘤、预防骨质疏松大豆膳食纤维豆渣、豆皮抗癌、促进肠蠕动大豆活性肽豆粕降脂、降压、提高机体耐力维生素E制油废液回收抗氧化、抗不孕症、抗肿瘤第二节国内外大豆育种概况•一、美国大豆的育种进展•美国最早的大豆育种是在美国农部进行的，以后各州和私营种子企业也进行了大豆育种计划，并逐步成为美国大豆育种的主体。•美国大豆育种的进展主要在以下几个方面：•1.生育期类型的扩展•早期的美国大豆生育期组只有8个（1-8）适应于与纬度平行的8个地带。随着特早熟、特晚熟品种的育成，已将品种生育期组及地带划分为从北起加拿大经美国南至迟到附近的哥伦比亚、委内瑞拉的000、00、0和I-X共13个成熟期组。•2.产量的改进。50年来，产量以每年0.5%-0.7%递增•3.抗裂荚性和抗倒伏性的改进•4.抗病性（主要是抗疫霉根腐病和胞囊线虫）取得了显著进展•5.抗虫性（主要是抗食叶性害虫）提高•6.耐胁迫性增强（土壤碱性、缺铁黄化、酸性土壤）•7.品质性状的改进。亚麻酸含量由8%降到3%•8.转基因大豆品种的培育，抗除草剂大豆品种的产量已占美国大豆总产的80%•二、我国大豆育种的区域划分•我国大豆栽培区域划分为三大区１０亚区（吕世霖,1981;盖钧镒,1984;卜慕华,1987）。•Ⅰ北方一熟制、春作大豆品种生态区(简称北方春豆区)••Ⅱ黄淮海二熟制、春夏作大豆品种生态区(简称黄淮海春夏豆区)••Ⅲ南方春夏秋三作大豆品种生态区•(简称南方豆区)第三节大豆遗传资源与种质创新一、大豆种质资源中已有最高含量及创新指标性状种质资源中已有最高含量创新指标油脂含量23%24~25%油酸亚油酸含量83%90~92%亚麻酸含量4.5%1.5~2%蛋白质含量52%54~55%含硫氨基酸含量2.84.0~4.2甲硫氨基酸含量1.62.4~2.611S/7S比值2.593.0~3.5异黄酮含量(mg/g)56~8•二、大豆属物种基因组关系大豆属物种二倍体的基因组2n=40，根据细胞遗•传学、生物化学和分子生物学方法研究，大豆属各个物种的基因组被分为A到I共9组（下表）。•其中A组包括AA、A1A1、A2A2、A3A3，B组包括BB、B1B1、B2B2，C组包括CC、C1C1，H组包括HH、H1H1、H2H2，I组包括II、I1I1等类型。A组和B组内各物种间杂交结实正常，不同基因组间物种杂交存在障碍。•单倍体基因组分析、RFLP标记分析表明大豆是一个古四倍体，其基因组经过长期进化而二倍体化。大豆属内亚属与种的分类、染色体数和地理分布种名2n地理分布Glycine亚属G.clandestinaWendl.40澳大利亚G.clandestinavar.sericea---澳大利亚G.falcataBenth40澳大利亚G.latifoliaNewell&Hymowitz40澳大利亚G.latrobranaBenth40澳大利亚G.canescensF.J.Herm.40澳大利亚G.tabacinaBenth40,80澳大利亚,华南,台湾,南太平洋岛屿G.tomentellaHayata38,40,78,80澳大利亚,华南,菲律宾,巴布亚新几内亚Soija亚属G.sojaSieb.&Zucc.40中国,台湾,日本,朝鲜,俄罗斯G.max(L.)merr.40栽培种代号2n染色体组地理分布1.G.lactovirensTind.&CravenLAC40I1I1澳大利亚2.G.latifoliaNewell&HymowitzLAT40B1B1澳大利亚3.G.latrobeana(Meissn.)BenthLTR40A3A3澳大利亚4.G.microphylla(Benth.)TindMIC40BB澳大利亚5.G.peratosaB.Pfeil&TindPER40?澳大利亚6.G.pindanicaTind.&CravenPIN40H2H2澳大利亚7.G.pulleniiB.peil,Tind.&CravenPUL40?澳大利亚8.G.rubiginosaTind.&B.Pfei