[00131522]海拔对不同生育期组大豆的自然选择效应

1. 项目来源 甘肃省科学技术厅 2. 项目背景 大豆是原产于我国的最具影响力的作物,是国民重要的蛋白质与植物油脂的来源之一。目前我国对大豆的需求量在日益增长,而自给能力却严重不足。 甘肃位于我国西部,势自西南向东北倾斜,地形狭长,生态类型复杂,海拔梯度差异巨大,而海拔梯度造成的温度、水分和土壤肥力等环境异质性会极大地影响到植物的生长,其中,温度受海拔影响最大。随着海拔升高,月平均气温和土壤温度降低,气温日较差增大,易出现冰雹及霜冻灾害。 大豆是典型的短日植物,其光温反应十分敏感,是最早用于研究光周期现象的重要模式植物。大豆的生育期性状反映了大豆的光温反应特性,是大豆最重要的适应性生态性状,也决定了大豆的最适种植区域。选育具有良好适应性品种是获得高产的基本条件,而性状的表现是基因与环境共同作用的结果。大豆农艺和产量性状是受多基因控制的数量性状,受环境条件的影响较大,增加了遗传研究和育种工作的难度。自然选择利用个体中所发生的不定向变异,使群体遗传结构向更适应于环境的方向变化,因此研究大豆重要生育期性状在不同海拔条件下的自然选择效应,为探寻生态因子对大豆适应性的影响,阐明大豆对海拔变化的对这些性状的遗传研究和育种利用具有重要意义。 3. 主要结果 项目完成了项目目标及考核指标。通过对引进收集高纬度地区黑河、赤峰以及俄罗斯等地育成的大豆样品900份样品（760个品种（系））,分别在海拔2865 m的武威市天祝藏族自治县抓喜秀龙乡（经度：102.80,纬度：37.19,2019年,487份样品）,和海拔2455 m 的武威市天祝藏族自治县华藏寺镇（经度：103.12,纬度：37.00,2020年,900份样品）进行生态适应性观察。研究结果表明,2865 m的海拔条件对大豆生长发育过于严苛,收集的487份样品无一进入生理成熟期（R7）,但仍有66个品种（系）达到R3.0-3.9,有4个品种（系）达到R4.0-4.9。相对于2865 m的海拔条件,2455 m海拔的环境更适宜大豆的生长,有90个品种（系）达到完全成熟期（R8）,有189个品种（系）进入R7,468个品种（系）进入灌浆期（R5-6）。 不同海拔高度下,平均营养生长期均随着降霜时品种（系）生育时期的递增而呈下降趋势,2455 m海拔条件下的生殖生长期和VE-R7天数与降霜时生育时期间的关系也呈现相似的趋势。但不同海拔条件下,株高、节数与降霜时生育时期的关系却呈相反。随着降霜时生育时期的递增,2866 m海拔条件下株高、节数均呈上升趋势,但在2455 m海拔条件下,平均株高、节数均呈下降趋势。 通过生育期、降霜时的生育时期以及株高、节数等性状对不同海拔高度的参试样品进行聚类分析,将海拔2865 m的477份参试样品,按是否达到R1阶段被分为2大类,R1大类被划分为5个类群,占比最高的类群降霜时的生育时期显著高于其他类群,V大类被分为3各类群,占比最高的类群株高显著高于其他类群;将海拔2455 m的895份按不同关键生育期阶段分为3大类,3个大类分别分为5个类群,其中,R1类中占比最高的类群节数高于其它类群,R7类中占比最高的类群VE-R7天数低于其它类群,R8类中占比最高的类群VE-R7天数降霜时生育时期高于其它类群。 从株高、节数、VE-R1以及降霜时的生育时期方面来看,2986 m海拔条件对品种生育期性状的鉴别能力明显低于2455 m海拔,不同性状在两试验点间均存在正相关关系,但VE-R1天数和节数的相关性并不显著。在不同海拔条件下对同一品种的生长情况进行对比,可以明确该品种对不同环境的适应能力。其中,32个样品（XV和XII类）的营养生长期性状稳定性良好,15个样品（V类）的降霜时生育时期性状稳定性最佳,45个样品（I类）的节数性状稳定性最佳,12个样品（I类）的株高性状稳定性最佳。 4. 经济效益及存在问题 （1） 经济效益 本项目属于应用基础研究,无成果转化,并未产生直接经济效益。 （2）存在问题 因该项目实施目的是要在真实的自然环境中,鉴定多份大豆品种（系）对不同海拔高度的适应性和耐逆性,以筛选出核心种质资源,挖掘耐逆机理以及解析不同种质对环境的响应差异。而真实的大田环境要求试验必须以自然年为实施周期,导致项目实施时间延长。 5. 推广应用前景 目前我国对大豆耐寒能力、耐紫外辐射的研究极少,针对高海拔条件下研究大豆适应能力的基本空白,而本项目研究成果开辟了我省高海拔生态环境下作物研究新方向,鉴定品种资源在高海拔环境中的适应性,建立抗性突出的核心种质,可为今后的耐寒、耐紫外辐射基因挖掘、机理解析以及优良新品种培育奠定基础。同时,为高海拔地区保障饲用蛋白供给、改善种植业结构提供理论依据。 6. 成果向全社会公开 及时向全社会公开研究成果,实现理论研究与生产实践的有机结合,是成果尽快发挥应有的社会经济效益。