大豆杂种优势分析及强优势组合的筛选

白志元，杨玉花，张瑞军

（山西农业大学农业基因资源研究中心，农业农村部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西太原030031）

大豆起源于我国，既是粮油作物，又是饲料及化工原料，相关产业较多。随着人民生活水平的逐年提高，大豆产品的需求量也逐年增加，但我国大豆平均单产偏低，种植效益低于玉米、小麦和水稻等作物，农民种植大豆的热情不高，进口大豆占到需求量的85%左右，严重威胁着我国大豆产业的良性发展。因此，大豆产业的健康发展关系到农民增收、企业增效，乃至社会稳定的大局。如何提高大豆单产和效益仍是目前大豆育种家们的重点攻关方向。

杂种优势现象在生物界普遍存在，是公认的提高作物产量有效途径之一[1]。水稻、玉米和高粱等禾本科作物利用杂种优势，已较大幅度地提高了产量[2-3]。与上述作物相比，大豆杂种优势利用及相关研究相对较慢[4]。随着大豆细胞质雄性不育质在我国发现后[5-6]，大豆杂种优势的研究利用进入快速发展阶段。目前，多家科研单位实现了杂交大豆生产的三系（不育系、保持系及恢复系）配套体系，并审定了不同种植区域的杂交大豆品种[7-9]。山西农业大学农业基因资源研究中心杂交大豆课题组在该领域中也进行了有效的研究，形成了杂交大豆生产所需的规范的繁种及制种技术[10]，审定了杂交大豆品种晋豆48 号[11]，选育出了一批遗传背景差异较大的三系材料[12]，在杂交大豆多个领域进行了探索[13-16]。大豆杂交种单产较常规种可提高15%～25%[17]，只有大豆杂交种持续的更新换代提高产量，才能实现水稻、玉米和高粱等杂交种那样大面积推广种植，提高大豆杂交种的竞争力，进而实现杂交大豆大面积产业化。因此，筛选强优势组合一直为笔者课题组的主要攻关方向。此外，继续探讨三系杂交大豆杂种优势的研究仍有一定的必要性。

本研究以山西农业大学农业基因资源研究中心杂交大豆课题组选育的大豆细胞质雄性不育系与不同恢复系配制的杂交组合与对应的保持系和恢复系为材料，通过测定株高、主茎节数、分枝数、单株荚数、单株粒数、百粒质量和产量，分析大豆杂交种较保持系和恢复系的杂种优势指数、中亲优势和超亲优势，筛选比对照增产12%的强优势组合，以期为杂交大豆品种选育及进一步的杂种优势利用奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2017 年选用31 个材料，包括杂交组合17 个、恢复系10 个、保持系3 个、对照品种晋豆19；2018年选用27 个材料，包括杂交组合15 个、恢复系8 个、保持系3 个、对照品种晋豆19（表1）。供试材料均由山西农业大学农业基因资源研究中心杂交大豆课题组提供。

表1 2 a 的供试材料

1.2 试验设计

试验在山西省晋中市榆次区山西农业大学（山西省农业科学院）东阳试验示范基地进行，采用完全随机区组设计，4 行区，行长3 m，行距0.5 m，小区面积 6 m2，密度 12 万株 /hm2，3 次重复。田间管理按常规方法进行。

1.3 调查项目及方法

植株成熟时，从小区中间连续取10 株对株高、主茎节数、分枝数、百粒质量、单株荚数和单株粒数进行考种调查，剩余植株全部收获脱粒晒干称质量，两者产量合计为小区产量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2007 对标准差、大豆杂种优势等统计分析。大豆杂种优势分析采用杂种优势指数、中亲优势和超亲优势计算。

其中，F1代表杂交种；p1、p2代表保持系或恢复系；MP代表保持系和恢复系的平均值；HP代表保持系或恢复系的高值。

2 结果与分析

2.1 大豆杂种优势分析

通过对2 a 的32 个杂交组合较保持系和恢复系的杂种优势分析结果看（表2），大豆杂交种较保持系和恢复系在株高、主茎节数、百粒质量和产量上均存在着较大的杂种优势指数、中亲优势和超亲优势，在分枝数、单株荚数和单株粒数上超亲优势不明显。各个组合间差异甚大。32 个杂交种的株高的杂种优势指数平均为117.4%，变幅为95.2%～139.9%，中亲优势平均为17.9%，变幅为-3.0%～39.9%，超亲优势平均为5.6%，变幅为-20.7%～29.3%；百粒质量的杂种优势指数平均为112.8%，变幅为93.2%～140.7%，中亲优势平均为13.7%，变幅为-6.4%～40.7%，超亲优势平均为7.9%，变幅为-13.7%～39.9%；产量的杂种优势指数平均为121.1%，变幅为88.7%～148.1%，中亲优势平均为20.4%，变幅为-11.3%～48.1%，超亲优势平均为10.2%，变幅为-18.4%～46.1%。表明大豆有较强的杂种优势，利用杂种优势提高大豆产量是确实可行的。

表2 大豆杂交种较保持系和恢复系的杂种优势指数、中亲优势和超亲优势分析 %

2.2 杂交大豆强优势组合的筛选

从表3 可以看出，2017 年17 个大豆杂交组合中有12 个杂交组合产量比对照晋豆19 增产。其中，增产幅度超过12%的杂交组合有7 个，分别为组合H3A×TH40 增产25.0%，组合JY20A×JD78增产21.8%，组合JY20A×ZJ045387 增产18.9%，组合H3A×LAO3 增产18.2%，组合JY20A×TH40增产18.2%，组合H3A×TH46 增产16.9%，组合JY20A×TH46 增产 14.8%。

表3 2017 年杂交大豆强优势组合的农艺性状及产量结果

从表4 可以看出，2018 年15 个大豆杂交组合中有9 个杂交组合产量比对照晋豆19 增产。其中，增产幅度超过12%的杂交组合有3 个，分别为组合JY20A×TH32 增产18.6%，组合H3A×TH40增产15.0%，组合JY20A×TH43 增产14.5%。

表4 2018 年杂交大豆强优势组合的农艺性状及产量结果

综合以上分析，2 a 共筛选出10 个超过12%的杂交组合，2 a 中相同的组合H3A×TH40 产量都表现优异，为下一步的品种审定及大面积的推广示范奠定基础。

2.3 不育系H3A、JD24A 和JY20A 配合力的初步比较

从表 3、4 可以看出，以不育系 H3A、JD24A 和JY20A 为母本配制的杂交组合，2 a 中相同的恢复系是 TH40 和 TH46。

从表5 可以看出，不同的不育系以恢复系TH40和TH46 为父本配制杂交组合。2017 年，以H3A 为母本配制的杂交组合，平均产量为4 436.3 kg/hm2，以JD24A 为母本配制的杂交组合，平均产量为4 053.8 kg/hm2，以JY20A 为母本配制的杂交组合，平均产量 4 272.8 kg/hm2。2018 年，以 H3A 为母本配制的杂交组合，平均产量为3 008.3 kg/hm2，以JD24A为母本配制的杂交组合，平均产量为2 085.0 kg/hm2，以JY20A 为母本配制的杂交组合，平均产量为2 895.0 kg/hm2。2 a 平均结果，以H3A 为母本配制的杂交组合，平均产量为3 722.3 kg/hm2，以 JD24A 为母本配制的杂交组合，平均产量为3 069.4 kg/hm2，以JY20A 为母本配制的杂交组合，平均产量为3 583.9 kg/hm2。综合来看，以相同的恢复系为父本，3 个不育系为母本配置的杂交组合，杂交组合产量高低依次为H3A 优于JY20A，JY20A 优于JD24A，初步表明，3 个不育系的配合力依次为H3A＞JY20A＞JD24A。

表5 以相同恢复系、不同不育系配制的杂交组合产量比较 kg/hm2

3 结论与讨论

生物界普遍存在着杂种优势现象，利用杂种优势已成为提高作物产量及经济效益的重要途径。杨加银等[18]通过大豆常规种配制的杂交种在不同年份、不同地点研究杂种优势，发现大豆的杂种优势明显。王曙明等[17]对大豆杂种优势进行了大规模的测定研究，表明大豆有较强的杂种优势，地理远缘与杂交优势有着较大的关系。黄承运等[19]对15 个大豆杂交组合进行研究，结果表明，中亲优势平均为18.7%。RAUT等[20]对8 个大豆杂交组合进行研究，结果表明，超亲优势平均为25.11%。赵丽梅等[21]对国内外402 个大豆组合杂种优势分析发现，超亲优势平均为19.4%，一些超亲优势可达50%以上，组合间的杂种优势差异较大。本研究通过2 a 对32 个组合开展了大豆杂种优势分析，大豆杂交种较保持系和恢复系在株高、主茎节数、百粒质量和产量指标上都存在着较大的杂种优势指数、中亲优势和超亲优势，各个组合间差异甚大。以产量为例，杂种优势指数平均为121.1%，变幅为88.7%～148.1%；中亲优势平均为20.4%，变幅为-11.3%～48.1%；超亲优势平均为10.2%，变幅为-18.4%～46.1%。表明大豆有较强的杂种优势，利用杂种优势提高大豆产量是切实可行的。

强优势组合的筛选是杂交大豆产业化的瓶颈技术之一。鉴于杂交种的制种成本高于常规种，因此，选育出比对照增产更高的杂交种，才能提高大豆杂交种的经济效益和社会效益。目前，杂交大豆品种审定标准是2 a 区域试验平均产量比对照增产幅度≥8.0%，且每年增产不低于5.0%，生产试验产量比对照增产≥5.0%。“十三五”国家重点研发计划“大豆杂种优势利用技术与强优势杂交种创制”项目中杂交种较对照增产12%为强优势组合的判断任务指标。本研究2 a 共筛选出10 个超过12%的杂交组合，特别是，组合H3A×TH40 的2 a 产量都表现优异，为下一步的品种审定及大面积的推广示范奠定基础。针对3 个不育系H3A、JD24A 和JY20A的配合力，以恢复系TH40 和TH46 为父本分别配制杂交组合，初步分析表明，以H3A 配制的杂交组合优于JY20A 配制的杂交组合，JY20A 配制的杂交组合优于JD24A 配制的杂交组合。可见，不育系的配合力高低关系到所配的组合能否高产。同时，不育系是大豆杂种优势研究与应用的基础，按目前的技术，一个新不育系的转育成功需要5 a 以上的时间，因此，不育系的转育要有预见性、目的性，扩大其遗传基础，利用已有的骨干亲本、优良品种及材料加以选育，才有可能获得更大的杂种优势。