大豆异黄酮遗传机制及育种技术体系研究 汇报人: 梁 慧 珍 博 士 河南省农科院经济作物研究所 国家大豆改良中心郑州分中心
目 录 一、 研究目的和意义 二、 研究方法 三、研究结果
第一部分 研究目的和意义 1.1大豆异黄酮是近年来国内外高度重视的一类大豆功能活性物质，具有抗癌、抗雌激素、抗病原菌、抗氧化、抗溶血、治疗心血管病、降低胆固醇、调节人体代谢和提高免疫力及植物抗病虫害等功能。目前仅在预防更年期综合症这一领域，中国大豆异黄酮年需求量就为225吨，因此高异黄酮含量大豆生产具有很大发展潜力。但是，我国现有大豆品种异黄酮含量较低，提取成本太高，特别是缺乏专用型大豆品种，难以满足大豆加工业的需求。
1.2 针对目前大豆生产中对高异黄大豆品种的需求，我们在广泛收集高异黄酮大豆种质资源的基础上，立项开展大豆异黄酮含量遗传机制和配套栽培技术方面的研究，探索高异黄酮大豆育种技术，提高我国高异黄酮大豆选育和专用型大豆生产水平，推动我国大豆生产及产业化的发展。
第二部分 研究方法 2.1 大豆异黄酮含量遗传机制研究 第二部分 研究方法 2.1 大豆异黄酮含量遗传机制研究 1、采用包括胚(子叶)、细胞质和母体植株三套遗传体系的基因主效应以及基因型×环境互作效应在内的双子叶植物种子遗传模型和统计分析方法，研究大豆籽粒异黄酮含量遗传效应和不同遗传体系基因效应和环境互作效应关系；2、按NCⅡ交配设计研究大豆子粒异黄酮组分及其含量的遗传，明确不同品种间各组份含量的差异；3、通过对不同亲本组合配合力测定差异合理选配亲本；4、开展大豆异黄酮及其五种组分分子标记和基因定位技术。
通过不同生态区种植及分期播种试验，采用逐步回归分析方法确定大豆异黄酮含量与日照、温度、降水及土壤中有机质含量之间的关系。 2. 2大豆异黄酮含量生态效应研究 通过不同生态区种植及分期播种试验，采用逐步回归分析方法确定大豆异黄酮含量与日照、温度、降水及土壤中有机质含量之间的关系。
2.3 高异黄酮大豆育种技术体系 研究 1、研究高异黄酮大豆亲本选配技术； 2、研究多种高异黄酮大豆改良方法； 3、研究大豆异黄酮鉴定与选择技术。
第三部分 研究结果 3.1 大豆异黄酮含量遗传效应研究 3.2 大豆子粒异黄酮及其组分含量的配合力和杂 种优势 第三部分 研究结果 3.1 大豆异黄酮含量遗传效应研究 3.2 大豆子粒异黄酮及其组分含量的配合力和杂 种优势 3.3 大豆异黄酮及其5种组分的遗传分布及QTL定位 3.4 大豆异黄酮及其组分含量与脂肪、蛋白含量及与粒 形相关性分析 3.5 大豆异黄酮含量与生态因子相关性研究 3.6 高异黄酮大豆育种技术体系研究与应用
3.1 大豆异黄酮含量遗传效应研究 3.1.1亲本及杂种后代异黄酮含量的表现 3.1 大豆异黄酮含量遗传效应研究 3.1.1亲本及杂种后代异黄酮含量的表现 基因型 P1 P2 P3 P4 P5 P6 平均 P 2.5405 2.6234 2.5524 2.2323 1.7160 2.0961 2.2934 F1 2.3234 2.8593 2.1565 2.4353 2.1062 2.3761 F2 2.0669 2.5640 1.9466 2.2072 1.9308 2.1431 r(P/F1) 0.901** r(P/F2) 0.918** 0.813* 由表亲本和F1、F2种子异黄酮含量的平均值可见异黄酮在基因型之间的遗传差异达到极显著水平；在杂交后代中，多数平均值位于双亲之间，但也有超亲现象，组合之间存在较大差异
3.1.2 大豆子粒异黄酮含量的遗传方差分量估计值 指导高异黄酮大豆选育合理选择父母本 3.1.2 大豆子粒异黄酮含量的遗传方差分量估计值 指导高异黄酮大豆选育合理选择父母本 1、大豆子粒中异黄酮含量同时受制于这3套不同遗传体系基因效应的影响。2、在配制杂交组合时双亲的选择特别是母本尤为重要。母体加性互作方差较大，3、由于胚显性方差和母体显性方差均为极显著，种子杂种优势和母体杂种优势会同时存在，而且是不受环境影响的主效应基因。4、大豆子粒中还明显受到环境机误或抽样误差的影响。
3.1.3 大豆子粒异黄酮含量的遗传效应预测值 指导合理选配亲本得到高异黄酮大豆后代 1、各遗传体系的基因主效应尤为明显。2、各个亲本中以P2表现为最好；P4亲本在不同环境中的遗传效应具有较好的稳定性。P2和P4作为高异黄酮大豆育种中改良异黄酮含量的亲本，可能会取得较好的效果。3、P3和P6等亲本则会明显减少后代的异黄酮含量。亲本P1和P5的遗传效应在不同环境中具有不同的表现,在一年中表现增值作用,另一年为减值作用。
3.1.4杂交组合显性效应预测及杂种优势分析 1、胚优势主要表现为增加F2大豆子粒中异黄酮含量。由胚显性效应引起的杂种优势在总体上会增加F2大豆子粒中异黄酮含量；2、由母体植株基因型引起的显性效应中，母体优势在总体上也能够降低F2异黄酮含量。3、母体互作优势对大豆子粒中异黄酮含量的影响在不同环境条件下会有所差异。
3.2大豆子粒异黄酮及其组分含量的配合力和杂种优势 3.2.1 配合力方差分析 1、异黄酮含量和黄豆苷元既受加性效应又受非加性效应的影响；2、染料木苷主要受非加性效应控制；4、大豆苷元和大豆苷这2个性状的遗传以加性效应为主。
3.2.2亲本遗传效应预测GCA value of characters among parents 1、同一性状不同亲本的GCA效应差异较大，表现为同一性状高异黄酮含量亲本的GCA效应不一定（P1、P2都属于高异黄酮含量亲本，但是P2的GCA效应值远远大于P1的GCA效应值）；2、同一亲本不同性状的GCA效应也不一样，往往在某些性状上表现较差，而在另些性状上表现突出。如GCA效应较低的P2 ；3、在高异黄酮大豆育种的亲本选配中，除要求亲本本身的农艺性状、产量因素表现较好及异黄酮含量外，还要注意选配GCA效应值大做亲本。
16个组合不同性状的SCA效应值SCA Value of characters of 16 crosses 3.2.3特殊配合力效应 16个组合不同性状的SCA效应值SCA Value of characters of 16 crosses 结果指导合理选配高异黄酮最佳组合 1、同一组合不同性状的SCA效应有较大差异P1×P8 ；2、各类型间性状SCA总体效应为，高×高优于低×低类型优于高×低，低×高类型表现最不好；3、具有共同亲本组合，其SCA效应也表现有一定差异。故同类型间可采用较为灵活的杂交组合方式。P2×P7的SCA效应皆为正值，而P2×P8却全为负值。
子粒异黄酮含量和其组分的平均杂种优势和变异幅度 3.2.4杂种优势分析 子粒异黄酮含量和其组分的平均杂种优势和变异幅度 3.2.4杂种优势分析 1、要获得F1代异黄酮含量的杂种优势（尤其是超亲优势）很困难。大多中亲优势及超亲优势均为负值，并且大多数性状杂种优势指数小于100%。2、各性状变异幅度差异较大，从极距来看。说明通过选择还是可以选出较好后代甚至超亲类型。 CV为变异系数R为极距
3.3大豆异黄酮及其5种组分的遗传分布及QTL定位 利用晋豆23号和灰布支杂交构建的F14代大豆重组自交系群体的474个家系为作图群体，构建了一个含有231个SSR标记的图谱。通过随机区组田间试验和分子标记分析，研究了大豆异黄酮及其五种组分相关分析 性。相关性分析结果与异黄酮及其组分含量在RIL群体中的分离及遗传分析结果是一致的。
图1 复合区间作图法对异黄酮及其组分含量进行QTL定位的图谱 采用复合区间作图法，通过500次排列测验分别确定各性状的LOD闭值，对异黄酮及其组分含量共定位22个QTL
图9 影响异黄酮及其组分含量基因所在染色体的位置 图9 影响异黄酮及其组分含量基因所在染色体的位置
晋豆23/灰布支RILs检测出的影响异黄酮及其组分含量的QTLs
3．3．2异黄酮含量QTL定位 用复合区间作图法定位到3个异黄酮含量的QTLs（图3），分布在N和J_1染色体上，其中单个QTL贡献率在25.2%～33.29%之间。所有3个QTL中，以qYHT_N_1的效应最大，加性效应为-0.4594mm,可解释性状变异的33.29%。这3个QTLs共解释性状变异的91.06%。 图3 复合区间作图法对异黄酮进行QTL定位的图谱
3．3．3大豆苷含量QTL定位 运用复合区间作图法，定位到3个大豆苷含量QTL s（图4），分别位于C1和M染色体上；其中单个QTL贡献率在17.24%～19.85%之间。所有3个QTL中，以qDDD_M_2的效应最大，加性效应为-1.3831 mm,可解释性状变异的19.85%。这3个QTLs共解释性状变异的54.59%。 图4 复合区间作图法对大豆苷进行QTL定位的图谱
3．3．4染料木苷含量QTL定位 用CIM法定位到5个染料木苷含量QTL s（图5），分别位于A1、D1b、D2和M染色体上。其中单个QTL贡献率在10.50%～35.70%之间。所有5个QTL中，以qRLMD_D2_1的效应最大，加性效应为-2.5921mm,可解释性状变异的35.70%。 图5 复合区间作图法对染料木苷进行QTL定位的图谱
3．3．5大豆苷元含量QTL定位 用CIM法检测到3个大豆苷元含量QTLs（图6），分布在A2和l染色体上，其中单个QTL贡献率在10.24%～32.32%之间。所有3个QTL中，以qDDDY_A2_2的效应最大，加性效应为5.6940 mm,可解释性状变异的32.32%。这3个QTLs共解释性状变异的68.83%。 图6 复合区间作图法对大豆苷元进行QTL定位的图谱
3．3．6黄豆苷元含量QTL定位 用CIM法检测到5个黄豆苷元含量QTLs（图7），分布在B1、D1a、和D1b染色体上，其中单个QTL贡献率在11.41%～22.86%之间。所有5个QTL中，以qHDDY_D1a_2的效应最大，加性效应为1.4023 mm,可解释性状变异的22.86%。这5个QTLs共解释性状变异的82.94%。 图7复合区间作图法对黄豆苷元进行QTL定位的图谱
3．3．7染料木素含量QTL定位 用CIM法检测到3个黄豆苷元含量QTLs（图8），分布在A2和l染色体上，其中单个QTL贡献率在21.84%～33.26%之间。所有3个QTL中，以qRLMS_A2_1的效应最大，加性效应为4.8250 mm,可解释性状变异的26.07%。这3个QTLs共解释性状变异的81.17%。 图8 复合区间作图法对染料木素进行QTL定位的图谱
3.4 大豆异黄酮及其组分含量与脂肪、蛋白含量相关性分析 对河南大豆育成品种及品种资源共369份种子进行两年试验并对其主要品质成分异黄酮及其五种组分和脂肪、蛋白的含量进行了分析。通过研究筛选出一批高异黄酮优异种质资源。
3.5大豆异黄酮粒长、粒宽、粒厚相关性结果
3.6大豆异黄酮含量与生态因子相关性研究 对109个样本大豆异黄酮含量与气象、土壤养分和海拔等33个生态因子的数量关系进行逐步回归统计分析的结果，大豆异黄酮含量与生态因子大小依次为有机质含量、鼓粒成熟期温度、分枝期温差、出苗期降水、鼓粒成熟期均温、出苗期均温、分枝期降水、出苗期日照、硫含量、出苗期降水、分枝期降水。 （见下表）
3.5.2自变量对因变量异黄酮的贡献 证明环境因子对异黄酮含量造成的变异非常大。同时也表明即使高异黄酮品种也需要有配套的优质栽培技术措施，才能很好地发挥高异黄酮品种的生产潜力。
3.5.3 大豆异黄酮含量与土壤养分的关系 较高的有机质含量利于异黄酮的积累,较低的硫含量利于异黄酮的形成。 变量 variable 最大 max 最小 min 平均 mean 标准差 σ 异黄酮含量 Isoflavones (%) 3.427 1.29 2.09 0.4586 锰 Mn mg/kg 16.47 0.99 9.02 5.21 铁 Fe mg/kg 41.69 0.87 7.65 12.04 硫 S mg/kg 41.70 5.84 20.30 10.06 氮 Total nitrogen % 0.11 0.06 0.09 0.01 磷 Total phosphorus % 0.10 0.05 0.07 0.02 钾 Total potassium % 1.66 0.83 1.40 0.25 速效氮 Hydrolyzable nitrogen mg/kg 95.76 53.40 77.07 11.86 速效磷 Available phosphorus mg/kg 57.00 8.00 24.47 14.89 速效钾 Available potassium mg/kg 228.50 24.14 130.27 64.64 有机质 Organic matter % 2.36 1.01 1.61 0.42 Ph 7.89 6.95 7.35 0.26 较高的有机质含量利于异黄酮的积累,较低的硫含量利于异黄酮的形成。
3.6 高异黄酮大豆育种技术体系研究与应用 3.6.1创建高异黄酮大豆亲本选配技术体系 为了能在大豆异黄酮及其组分的育种中合理选配亲本，利用杂种优势，本研究选用8个异黄酮含量不同的大豆品种采用NCⅡ设计配置杂交组合，对大豆籽粒异黄酮及其组分含量进行遗传分析。研究结果认为在高异黄酮大豆育种中应选择高异黄酮材料作为母本，选配组合时亲本最好采用高×高类型或高×低类型配置组合。
3.6.2建立高异黄酮大豆高效改良体系 在广泛收集资源的基础上。通过有性杂交、修饰回交、系谱选择、早代测产和南繁加代，加速育种进程；结合分子标记辅助选择,将这些种质中的有利基因转入综合性状优良的高产品系中去，实现高产优质与抗病虫统一。
3.6.3形成一套大豆异黄酮鉴定与选择技术体系 通过以上技术筛选出一批高异黄酮优异种质资源。 由于大豆异黄酮含量分析化验成本高、程序复杂、效率低,针对这个问题开展了大豆异黄酮含量与其它品质相关及表型相关性分析。对河南大豆育成品种及品种资源共369份种子进行两年试验并对其主要品质成分异黄酮及与脂肪、蛋白的含量进行了相关性分析，由此形成一套大豆品质选择技术；根据大豆异黄酮含量与表型相关性分析，形成一套大豆表型性状选择技术。 通过以上技术筛选出一批高异黄酮优异种质资源。
3.6.4 高异黄酮含量大豆栽培技术体系 根据大豆异黄酮含量与生态因子相关性研究结果，形成一套高异黄酮含量大豆栽培技术体系。 通过区划将高异黄酮品种种植于适宜区,使高异黄酮品种有配套的优质栽培技术措施，发挥高异黄酮品种的生产潜力。
Thanks! 谢谢!
致 谢 感谢山西农科院刘学义研究员为大豆异黄酮定位群体所做的贡献！