大豆耐低氮资源的苗期鉴定与筛选

刘芯欣; 侯云龙; 杜楠琳; 李健琳; 陈亮; 崔正果; 姬文秀; 邱红梅; 王跃强; LIU Xin-xin; HOU Yun-long; DU Nan-lin; LI Jian-lin; CHEN Liang; CUI Zheng-guo; JI Wen-xiu; QIU Hong-mei; WANG Yue-qiang

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大豆耐低氮资源的苗期鉴定与筛选 PDF

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1. 延边大学农学院，吉林延吉 133002； 2. 吉林省农业科学院大豆研究所/国家大豆工程中心，长春 130033； 3. 东北农业大学农学院，哈尔滨 150030

最近更新：2023-03-13

DOI：10.13430/j.cnki.jpgr.20220914004

摘要

本研究拟利用丰富的大豆种质资源，探索大豆苗期耐低氮种质资源的鉴定方法和指标，筛选出强耐低氮的种质资源。以260份大豆资源材料为试材，正常氮水平和低氮水平两种处理下进行苗期盆栽试验，在大豆第4片复叶展开期测定SPAD、株高、地上部鲜重等9个指标。通过对低氮胁迫下大豆品种的表型差异进行分析，利用耐低氮系数进行相关性分析、主成分分析、聚类分析以及回归分析，鉴定和筛选具有耐低氮特性的大豆品种。结果表明，不同氮水平下，大豆苗期各指标均存在显著性差异，但指标间和品种间的差异情况有所不同。主成分分析将上述9个单项指标转化为3个综合指标，经隶属函数值和品种耐低氮综合评价值，结合聚类分析将供试260份大豆品种资源分为强耐低氮、耐低氮、中间型、不耐低氮和极不耐低氮5种类型，其中强耐低氮资源17份、极不耐低氮资源7份，同时通过逐步回归分析得出总干重、地下部干重、地上部鲜重、第2片复叶SPAD（SPAD2）以及第1片复叶SPAD（SPAD1）的耐低氮系数可作为鉴定大豆苗期耐低氮能力的主要指标。

关键词

大豆; 苗期; 耐低氮; 指标

氮是植物生长和发育的必要元素，它是氨基酸、核酸和许多次生代谢产物的基本组成部分，也是形成叶绿素的骨架^［

1-2］。植物不能直接利用大气中的氮，而从土壤或生物中可利用的氮都十分有限，缺氮影响了作物产量的提高和品质改良。我国一直努力增加粮食产量以确保充足粮食供应，农业生产中严重依赖于氮肥，但为追求高产常常出现过度施氮的现象，导致氮肥利用率下降、农业生产成本增加、环境污染等问题日益严重^{［参考文献 3

百度学术}3］。

大豆是一种高需氮作物，氮素缺乏易致使大豆发育缓慢和产量降低，也可导致大豆的籽粒蛋白质含量下降、品质降低^［

4］。大豆根部共生的根瘤菌具有固氮作用，将大气中的氮转化为植株能够利用的形式。共生固氮可提供大豆总需氮量的70%左右，但过量的氮肥施用也会影响根瘤形成，降低共生固氮效率。此外，大豆苗期根瘤数量少，共生固氮系统发育不完全，产生的氮素无法充分满足苗期需求，大豆需从土壤和氮肥中获取氮素^{［参考文献 5

百度学术}5］。康筱湖等^{［参考文献 6

百度学术}6］研究表明，根瘤形成初期的固氮作用并不显著，直至开花期后才有所增加。姚玉波等^{［参考文献 7

百度学术}7］研究表明，虽然不同生育期大豆品种有关不同氮素来源的积累和分配有所不同，但绝大部分的大豆品种叶、茎和柄中积累的氮来源于土壤，根瘤所固定的氮素主要被分配至籽粒中。土壤氮是大豆生育前期的重要氮源，但我国耕地土壤全氮含量普遍低于0.2%，大豆苗期常出现氮素营养不足现象。肖能遑等^{［参考文献 8

百度学术}8］研究表明，大豆苗期出现的氮素饥饿往往贯穿大豆一生，整个生育期的氮素营养都会呈现较低水平，营养生长势弱。丁洪等^{［参考文献 9

百度学术}9］研究表明，大豆氮素累积量与荚数、粒数以及产量显著相关。因此，就目前生产条件，提高大豆氮肥利用效率，针对作物自身氮素利用的遗传差异性，评价和筛选大豆耐低氮种质资源，是保障我国大豆产业可持续绿色发展的重要途径。

已有研究表明，水稻^［

10］、玉米^{［参考文献 11

百度学术}11］、谷子^{［参考文献 12-13}12-13］、大麦^{［参考文献 14

百度学术}14］、烟草^{［参考文献 15

百度学术}15］、棉花^{［参考文献 16

百度学术}16］和糜子^{［参考文献 17

百度学术}17］等作物已进行了耐低氮性研究，已初步建立耐低氮评价指标体系。李强罗等^{［参考文献 11

百度学术}11］利用玉米在两种氮处理下的相对值归一化的变异系数进行指标划分，利用主成分分析以及隶属函数分析法对玉米进行综合评价。连盈等^{［参考文献 13

百度学术}13］提出综合耐低氮系数法和隶属函数法两种综合评价谷子耐低氮能力的方法。范文静等^{［参考文献 18

百度学术}18］用主成分分析法和回归分析筛选耐低氮能力评价指标，鉴定出甘薯耐低氮型品种7个，不耐低氮型107个和中间型12个。郝青南等^{［参考文献 5

百度学术}5］通过观察大豆苗期在低氮胁迫下叶片黄化程度以及对低氮胁迫指数分析，最终筛选出氮高效品种坡黄和氮敏感品种84-70。远月丽等^{［参考文献 19

百度学术}19］利用78份大豆种质资源进行苗期耐低氮分析，最终认为总干重、整株氮含量等6个指标可作为筛选指标，通过变异分析、相关分析、主成分分析最终筛选出氮高效材料2011-X-618和低氮敏感型材料2011-X-531。大豆具有共生固氮功能，其耐低氮性较水稻、小麦等禾本科作物复杂，国内外有关大豆耐低氮种质资源的筛选鉴定报道较少，其分级评鉴体系仍有待完善。本研究以260份大豆材料进行盆栽试验，研究低氮下大豆资源间的苗期性状差异，以性状的耐低氮系数为基础进行多元统计分析，鉴定和筛选大豆耐低氮资源，为耐低氮大豆的生理特性和遗传机制研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取260份大豆种质资源作为供试材料（表1），均由吉林省农业科学院提供，品种编号依次为1~260，其中来自吉林省94份（编号1~94）、黑龙江省106份（编号95~200）、辽宁省35份（编号201~235）以及其他地区25份（编号236~260）。

表1 参试大豆种质资源信息

Table 1 Information on participating soybean germplasm resources

编号 No.	品种 Varieties	编号 No.	品种 Varieties	编号 No.	品种 Varieties	编号 No.	品种 Varieties	编号 No.	品种 Varieties
1	吉育67	9	白城市场秣食豆	17	前郭紫花兰脐	25	蓑衣领	33	和龙早熟豆
2	公野04L-141	10	黑秣食豆	18	褐大金黄	26	白脐	34	汪清鸡冠
3	九农21	11	农安平顶四	19	桦甸紫花苕条豆	27	铁荚子	35	吉育76
4	吉育66	12	群选1号	20	舒兰满仓金	28	小白豆	36	吉育87
5	怀德白花大粒	13	双辽茶豆	21	黄豆	29	九台猪眼豆	37	吉育88
6	吉林茶里花	14	舒兰水里站	22	紫花矬子	30	榆树长茶豆	38	吉育92
7	吉林30	15	通化平顶黄	23	灰铁荚	31	吉林铁荚豆	39	吉育93
8	吉育71	16	东丰油豆	24	黄脐豆	32	国育100-4	40	吉育99
41	吉育97	85	吉密豆2号	129	黑农24	173	克豆31	217	锦育5号
42	吉育105	86	军农68	130	张宝大豆	174	黑河101	218	牛毛黄
43	吉育203	87	吉育109	131	大金黄	175	合农92	219	大白脐
44	吉育302	88	公P06-4-1	132	昭农1号	176	垦丰20	220	抚豆18
45	吉育403	89	吉林18	133	嫩江平顶香	177	合丰41	221	抚豆20
46	吉育406	90	吉育204	134	关石锁	178	合农76	222	辽豆24
47	吉育501	91	公P04-1-28	135	勃利白花矬	179	黑农75	223	辽豆30
48	吉育505	92	吉农81	136	单枝豆	180	绥农71	224	沈农11
49	长农25	93	吉育48	137	肇源紫花矬子	181	东农46	225	沈农12
50	吉农20	94	吉育259	138	红丰3号	182	合农114	226	奎丰1号
51	吉农24	95	黑河25	139	猫眼	183	绥无腥3号	227	铁豆42
52	吉农26	96	黑河29	140	干枝密	184	绥农48	228	铁豆43
53	欧科豆25	97	黑河27	141	双色豆	185	垦农18	229	铁豆44
54	平安豆49	98	北丰11	142	铁荚青	186	绥无腥1号	230	铁豆46
55	吉丰4号	99	克北1号	143	牡丰1号	187	黑河44	231	铁豆47
56	吉大豆1号	100	方正秣食豆	144	龙品03-311	188	龙豆3号	232	铁豆48
57	延农12	101	合丰35	145	木兰上等豆	189	垦农36	233	猫眼豆
58	金园20	102	庆安黑豆	146	哈尔滨本地种	190	垦鉴豆43	234	青皮
59	吉育57	103	绥农10号	147	大粒黄	191	合丰34	235	辽黑豆4号
60	吉育94	104	合丰52	148	黑河38	192	绥农53	236	蒙豆9号
61	辽源金元	105	丰收6号	149	黑农37	193	绥农43	237	蒙豆14
62	吉青3号	106	紫花4号	150	黑农69	194	垦丰13	238	大白眉
63	中吉602	107	黄宝珠	151	抗线虫6号	195	黑农93	239	蒙豆26
64	吉育401	108	嫩丰11	152	抗线虫11	196	垦丰22	240	赤382
65	吉育299	109	东农47	153	绥农6号	197	红丰11	241	蒙豆12
66	吉育303	110	垦丰16	154	克4430-20	198	东农55	242	蒙豆18
67	长农14	111	东大2号	155	东农4号	199	合农74	243	蒙豆640
68	吉林小粒8号	112	哈尔滨中粒黑	156	东农60	200	绥农14	244	蒙豆1137
69	九农36	113	泰来四粒黄	157	黑河48	201	六十天还仓	245	蒙豆33
70	华力1号	114	宝清黑豆	158	黑农52	202	锦州4-1	246	石大豆1号
71	吉农16	115	千斤黄	159	绥农52	203	铁丰8号	247	昌吉黄豆
72	吉育69	116	小豆	160	黑农84	204	凤交66-22	248	新大豆1号
73	吉育508	117	青冈大粒	161	垦农38	205	黄脐	249	Tokachi nagaha
74	吉育47	118	五常豆	162	合丰29	206	锦豆33	250	MONETA
75	吉育72	119	桦南小金黄	163	黑生101	207	铁5621	251	G.maxN136
76	吉林36	120	嫁接大豆	164	华疆12	208	铁丰29	252	Proto
77	吉林3号	121	小灰脐	165	黑河4号	209	小油豆	253	Glacier
78	吉育101	122	黄中戈	166	黑河18	210	白皮豆	254	G.max-46
79	公95196-14	123	小黄脐	167	克豆29	211	油葫芦	255	Browneas Ⅱ-2-153
80	公96171-8	124	六十天还家	168	华疆2号	212	洋黄豆	256	SWHN Ⅱ-2-186
81	吉黑6号	125	穆棱60天还家	169	绥小粒豆2号	213	黄金元	257	C-5
82	中吉601	126	宁丰豆	170	黑河26	214	满仓金	258	Conrad
83	吉育257	127	张德恒大豆	171	合丰24	215	四粒黄	259	Jim
84	吉育39	128	黑金元	172	克豆44	216	黑铁荚	260	Newton

1.2 试验设计

试验于2021年6月在吉林省农科院公主岭院区试验基地内进行。按照裂区设计，设低氮和正常施氮（对照）处理，重复3次。采用盆栽，精选饱满均匀且无病斑的种子进行播种，用次氯酸钠与盐酸反应产生的氯气进行种子消毒，然后进行播种。将种子直播于由蛭石和珍珠岩按2∶1的比例组成的培养基质中，混合均匀后经40 min高压灭菌，定量统一标准装入盆中。每个处理每份材料6盆，每盆播种1穴，1穴3粒，待第一片真叶完全展开后定苗1株。播种初期在育苗盘里加入2 L水，出苗后分别加入2 L低氮和正常氮营养液，以后每隔7 d分别浇2 L低氮和正常氮营养液。

正常氮营养液组分为354.2 mg/L Ca（NO₃）₂·4H₂O，180 mg/L KNO₃，150 mg/L Na₂HPO₄·12H₂O，120 mg/L MgSO₄·7H₂O，27.8 mg/L Fe，37.2 mg/L EDTA，2.86 mg/L H₃BO₃，0.22 mg/L ZnSO₄·7H₂O，2.03 mg/L MnSO₄·2H₂O，1.26 mg/L Na₂MoO₄·2H₂O。低氮营养液组分为34.5 mg/L Ca（NO₃）₂·4H₂O，18 mg/L KNO₃（参照远月丽等^［

19］），其他成分不变，缺少的Ca²⁺使用225 mg/L CaCl₂·2H₂O进行补充。同时，在试验过程中为了防止由于大豆根瘤造成的试验误差，在施用营养液中按照1∶0.1分别混入氨基芐青霉素、卡那霉素溶液进一步进行灭菌处理（预实验表明此浓度抗生素的混合液不影响大豆植株生长发育，且能抑制根瘤产生）。待大豆植株至第4片复叶展开期，测量大豆植株SPAD（Soil and plant analyzer development）值，清洗大豆根部，最后测量株高、生物量等相关指标。

1.3 指标测定

利用SPAD-502型便携式叶绿素仪测定植株第1、第2、第3片复叶的叶绿素含量（SPAD值），每个复叶测量3个点取平均值。

株高测定：测量从子叶节点至生长点的长度，重复3次。

地上部鲜重测定：将植株在子叶痕处剪断分为地上部和根部，用万分之一天平称量地上部鲜重，重复3次。

地上部干重测定：将地上部装入纱网袋，烘箱110 ℃杀青10 min，然后60 ℃烘干至恒重，用万分之一天平称量地上部干重，重复3次。

地下部干重测定：将地下部装入纱网袋，烘箱110 ℃杀青10 min，然后60 ℃烘干至恒重，用万分之一天平称量地下部干重，重复3次。

总干重：用地上部干重+地下部干重计算出总干重。

根冠比：用地上部干重/地下部干重计算出根冠比。

1.4 数据分析

采用Microsoft Office Excel（2013）和IBM SPSS Statistics 21.0软件整理分析数据，应用 DPS 数据处理系统进行显著性分析，R语言绘制聚类图。采用基于隶属函数的综合评价法对供试材料的耐低氮能力进行评价，参考相关文献，计算公式如下：

各指 标耐 低氮 系数 (X) = \frac{指标 的低 氮处 理值}{指标 的正 常氮 处理 值}

（1）

\begin{matrix} 各综 合指 标隶 属函 数值 μ (X_{j}) = \frac{X_{j} - X_{j m i n}}{X_{j m a x} - X_{j m i n}} \\ \begin{matrix} j = 1, 2, 3 \cdot \cdot \cdot n \end{matrix} \end{matrix}

（2）

μ（X_j）为第j个综合指标隶属函数值，X_j为第j个指标的耐低氮系数，X_jmin为第j个指标耐低氮系数的最小值，X_jmax为第j个指标耐低氮系数的最大值。

各综合指标权重

W_{j} = \frac{P_{j}}{\sum_{j = 1}^{m} P_{j}} \begin{matrix} j = 1, 2, 3 \cdot \cdot \cdot n \end{matrix}

（3）

W_j表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重，P_j为各品种第j个综合指标的贡献率。

大豆的耐低氮能力综合评价值

D = \sum_{j = 1}^{n} [μ (X_{j}) \times W_{j}] \begin{matrix} j = 1, 2, 3 \cdot \cdot \cdot n \end{matrix}

（4）

D表示在低氮胁迫条件下各品种耐低氮能力的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 苗期低氮胁迫下大豆资源间的性状差异

对260份大豆品种进行盆栽试验，结果表明第1复叶的叶绿素含量、第2复叶的叶绿素含量、第3复叶的叶绿素含量、株高、地上部鲜重、地上部干重、地下部干重、总干重、根冠比9个指标均呈现显著变化（表2）。低氮处理的大豆种质苗期性状主要表现为SPAD值降低，株高减小，生物量减小，根冠比变大。通过耐低氮系数可初步评价各大豆品种的耐低氮能力，SPAD值、株高、地上部鲜重、地上部干重、地下部干重以及总干重8个指标的耐低氮系数平均值均小于1，表明低氮处理影响大豆的生长发育。

表2 两种氮处理下大豆的苗期性状差异

Table 2 Differences in seedling traits of soybean under the two nitrogen treatments

性状 Traits	正常氮 Normal nitrogen		低氮 Low nitrogen		耐低氮系数 Low nitrogen tolerance coefficient
性状 Traits	平均值 Mean	变异系数（%） CV	平均值 Mean	变异系数（%） CV	平均值 Mean	变异系数（%） CV
第1复叶的叶绿素含量SPAD1	33.91a	15.25	26.28b	18.95	0.78	16.27
第2复叶的叶绿素含量SPAD2	36.43a	11.43	28.16b	13.23	0.78	12.12
第3复叶的叶绿素含量SPAD3	37.39a	12.66	29.67b	11.69	0.80	10.39
株高（cm）PH	38.36a	28.85	32.94b	30.29	0.87	13.03
地上部鲜重（g）SFW	7.79a	28.04	6.24b	23.15	0.82	14.82
地上部干重（g）SDW	1.82a	23.14	1.40b	20.36	0.78	13.91
地下部干重（g）RDW	0.51a	23.47	0.46b	22.41	0.92	17.27
总干重（g）TDW	2.32a	21.90	1.86b	18.74	0.81	13.02
根冠比RSR	0.29b	19.25	0.34a	22.37	1.19	16.48

同行中不同小写字母表示差异达P<0.05显著水平

Different lowercase letters in same line indicate significant difference at P<0.05 level. SPAD1： SPAD value of the first compound leaf； SPAD2： SPAD value of the second compound leaf； SPAD3： SPAD value of the third compound leaf； PH： Plant height； SFW： Shoot fresh weight； SDW： Shoot dry weight； RDW： Root dry weight； TDW： Total dry weight； RSR： Root shoot rati； The same as below

在正常氮和低氮处理条件下大豆各项筛选指标都表现出一定的变异，并且各筛选指标的变异程度差距较大。9个指标在两种氮处理下的变异系数以及耐低氮系数的变异系数均大于10%，表明不同基因型的大豆耐低氮性存在较大差异。同时，由于耐低氮系数的大小不仅能够反映指标在两种氮处理的差异，还能消除种间误差及生物学差异，利用耐低氮系数进行后续分析更加真实可靠。

2.2 苗期耐低氮测量指标统计分析

2.2.1 相关性分析

对所测定的9个指标的耐低氮系数进行相关性分析（图1），总体来讲叶绿素含量（SPAD）的耐低氮系数与株高（PH）、地上部鲜重（SFW）、地上部干重（SDW）、地下部干重（RDW）的耐低氮系数负相关。表明低氮处理下叶绿素含量的耐低氮系数越小，干物质重的耐低氮系数越大；即低氮处理下叶绿素含量变化越大，干物质相对变化越小。以上表明这9个指标可作为筛选大豆耐低氮品种的指标，但多指标间相关性存在显著或极显著水平，所提供的耐低氮信息具有重叠性。

图1 大豆苗期耐低氮系数的相关性分析

Fig.1 Correlation analysis of low nitrogen tolerance coefficient in soybean seedling stage

*表示在0.05水平上显著相关；**表示在0.01水平上显著相关

* and ** represent significant difference at 0.05 and 0.01 leve， respectively

2.2.2 主成分分析

大豆的耐低氮能力受到多重因素影响，且各指标的耐低氮系数存在不同程度的相关性，单一指标的耐低氮系数不能准确评价大豆耐低氮能力，因此需要对耐低氮系数进行综合评价。对260个种质材料9个指标的耐低氮系数进行主成分分析（表3），根据特征值大于1的原则，将原来9个单项指标转化为3个相互独立的综合指标。

表3 大豆耐低氮系数的主成分分析

Table 3 Principal component analysis of the low nitrogen resistance coefficient in soybean

指标 Index	主成分1 Component 1	主成分2 Component 2	主成分3 Component 3
第1复叶的叶绿素含量 SPAD1	-0.433	0.734	0.273
第2复叶的叶绿素含量 SPAD2	-0.472	0.774	0.132
第3复叶的叶绿素含量 SPAD3	-0.393	0.754	-0.001
株高 PH	0.517	-0.016	-0.431
地上部鲜重 SFW	0.786	0.338	-0.162
地上部干重 SDW	0.86	0.423	-0.056
地下部干重 RDW	0.625	0.018	0.765
总干重 TDW	0.887	0.354	0.204
根冠比 RSR	-0.092	-0.362	0.871
特征值 Eigenvectors	3.376	2.255	1.691
贡献率（%） Contribution ratio	37.509	25.057	18.793
累计贡献率（%） Cumulative contribution ratio	37.509	62.566	81.359

主成分分析结果表明，3个主成分的贡献率分别是37.509%、25.057%和18.793%，累计贡献率达81.359%，代表了参试大豆品种耐低氮指标的绝大部分信息^［

18］。其中，第1主成分中特征向量较大的为地上部鲜重、地上部干重、地下部干重及总干重，将其归为生物量因子。第2主成分中，特征向量较大的为SPAD1、SPAD2以及SPAD3，将其归为叶绿素含量因子。第3主成分中，特征向量较大的为根冠比，将其归为根冠因子。

2.3 低氮高效及敏感大豆种质筛选

根据各品种的综合指标值和贡献率，利用模糊隶属函数法计算每个综合指标的隶属函数值，得出各性状指标的权重，并计算了大豆品种耐低氮综合评价值D。供试材料D值的范围为0.213~0.803，平均值和标准差分别为0.569和0.102，变异系数为17.96%。将D值根据大小进行排名，靠前的大豆品种耐低氮综合评价值D较高，说明该大豆品种对低氮环境的耐受性强，如黑生101、克豆44、辽黑豆4号、绥无腥3号和黑河27，D值分别为0.803、0.799、0.782、0.768和0.761。相反，排名靠后的大豆品种耐低氮综合评价值D较小，说明该大豆品种对低氮环境的耐受性弱，如吉林小粒8号、吉育508、华力1号、吉育401和大粒黄、D值分别为0.213、0.232、0.250、0.268和0.276（表4、图2）。

表4 低氮高效及敏感大豆品种各指标耐低氮胁迫指数及综合评价值D分析

Table 4 Analysis of tolerance coefficient of different response soybean varieties under low nitrogen stress

编号No.	品种Varieties	耐低氮系数 Low nitrogen tolerance coefficient									综合评价值D
编号No.	品种Varieties	第1复叶的叶绿素含量SPAD1	第2复叶的叶绿素含量SPAD2	第3复叶的叶绿素含量SPAD3	株高PH	地上部鲜重SFW	地上部干重SDW	地下部干重RDW	总干重TDW	根冠比 RSR	综合评价值D
163	黑生101	0.83	0.83	0.90	0.98	0.98	0.96	1.27	1.01	1.33	0.803
172	克豆44	0.77	0.72	0.72	0.95	1.04	0.91	1.36	1.00	1.49	0.799
235	辽黑豆4号	0.85	0.76	0.69	0.96	0.85	0.79	1.59	0.94	2.02	0.782
183	绥无腥3号	0.70	0.71	0.74	1.01	0.98	0.95	1.25	1.00	1.31	0.768
97	黑河27	0.93	0.84	0.88	0.99	0.95	0.96	1.11	0.99	1.16	0.761
68	吉林小粒8号	0.48	0.71	0.75	0.96	0.42	0.38	0.6	0.43	1.6	0.213
73	吉育508	0.86	0.83	0.88	0.78	0.4	0.39	0.4	0.39	1.08	0.232
70	华力1号	0.79	0.87	0.78	1.01	0.43	0.44	0.37	0.42	0.85	0.250
64	吉育401	0.91	0.95	0.89	0.51	0.58	0.5	0.49	0.5	0.98	0.268
147	大粒黄	0.97	0.91	0.87	0.8	0.58	0.52	0.46	0.5	0.88	0.276

图2 不同氮浓度下强耐低氮和极不耐低氮大豆材料植株表型

Fig.2 Plant phenotypes of strong resistant and most sensitive tolerant soybean materials at different nitrogen concentrations

a图为强耐低氮资源辽黑豆4号（235），b图为极不耐资源吉林小粒8号（68）；NN：正常氮处理； LN：低氮处理

a figure shows the strong resistant resource Liaoheidou 4（235）， b figure shows the extremely intolerant resource Jilinxiaoli 8 （68）； NN： Normal nitrogen treatment； LN： Low nitrogen treatment

为更加客观的描述本研究结果，按照欧式距离平均联接方法，利用耐低氮综合评价值D对260份大豆品种进行聚类分析。结果将其分为强耐低氮型（Ⅰ）、耐低氮型（Ⅱ）、中间型（Ⅲ）、不耐低氮型（Ⅳ）、极不耐低氮型（Ⅴ）5个类群，D值均值分别为0.742、0.651、0.559、0.438、0.265，标准差分别为0.032、0.024、0.037、0.031、0.034，类群间D值存在显著差异（表5、图3）。

表5 不同类群耐低氮系数及综合评价值

Table 5 Low nitrogen tolerance coefficients and comprehensive evaluation values of different taxa

类群Group	耐低氮系数 Low nitrogen tolerance coefficient									耐低氮综合评价值 D
类群Group	第1复叶的叶绿素含量 SPAD1	第2复叶的叶绿素含量 SPAD2	第3复叶的叶绿素含量 SPAD3	株高 PH	地上部鲜重SFW	地上部干重SDW	地下部干重RDW	总干重TDW	根冠比 RSR	耐低氮综合评价值 D
Ⅰ	0.78a	0.77a	0.79a	0.97A	0.96A	0.91A	1.20A	0.96A	1.33a	0.742A
Ⅱ	0.78a	0.77a	0.79a	0.89B	0.90A	0.87B	1.01B	0.90B	1.17a	0.651B
Ⅲ	0.79a	0.78a	0.81a	0.86BC	0.81B	0.77C	0.90C	0.80C	1.18a	0.559C
Ⅳ	0.76a	0.76a	0.79a	0.83C	0.70C	0.65D	0.78D	0.68D	1.21a	0.438D
Ⅴ	0.80a	0.85a	0.83a	0.76C	0.51D	0.47E	0.51E	0.47E	1.12a	0.265E

同列不同大写字母表示在P<0.01水平显著，不同小写字母表示在P<0.05 水平显著

Different capital letters in the same column indicate significant at P<0.01 level， different lowercase letters indicate significant at P<0.05 level

图3 大豆苗期耐低氮系数聚类图

Fig.3 Clustering diagram of low nitrogen resistance coefficient in soybean seedling stage

图中数字为表1中的品种编号

The numbers in the figure are the variety numbers of table 1

第Ⅰ类包括163（黑生101）、172（克豆44）、235（辽黑豆4号）等17份资源，属于强耐低氮型大豆品种（系），这类资源在低氮处理下生物量几乎不减少，平均减少4%（表5、表6）。第Ⅱ类包括1（吉育67）、15（通化平顶黄）、20（舒兰满仓金）等76份资源，属耐低氮型大豆品种（系），这类资源在低氮处理下生物量减少幅度较低，生物量平均减少10%。第Ⅲ类包括3（九农21）、4（吉育66）、5（怀德白花大粒）、6（吉林茶里花）等116份资源，属于中间型大豆品种（系），这类资源在低氮处理下生物量减少程度增加，生物量平均减少20%。第Ⅳ类包括2（公野04L-141）、8（吉育71）、9（白城市场秣食豆）等44份资源，属于不耐低氮型大豆品种（系），这类资源在低氮处理下生物量平均减少32%。第Ⅴ类包括68（吉林小粒8号）、70（华力1号）、73（吉育508）等7份资源，属于极不耐低氮型大豆品种（系），这类资源在低氮处理下生物量平均减少53%，表明低氮严重抑制这些资源生长。

表6 17个强耐低氮品种耐低氮系数及综合评价指标

Table 6 Low nitrogen tolerance coefficients and comprehensive evaluation indexes of 17 strong resistant varieties

编号No.	品种Varieties	耐低氮系数 Low nitrogen tolerance coefficient									综合评价值 D
编号No.	品种Varieties	第1复叶的叶绿素含量 SPAD1	第2复叶的叶绿素含量 SPAD2	第3复叶的叶绿素含量 SPAD3	株高PH	地上部鲜重SFW	地上部干重SDW	地下部干重RDW	总干重TDW	根冠比 RSR	综合评价值 D
163	黑生101	0.83	0.83	0.90	0.98	0.98	0.96	1.27	1.01	1.33	0.803
172	克豆44	0.77	0.72	0.72	0.95	1.04	0.91	1.36	1.00	1.49	0.799
235	辽黑豆4号	0.85	0.76	0.69	0.96	0.85	0.79	1.59	0.94	2.02	0.782
183	绥无腥3号	0.70	0.71	0.74	1.01	0.98	0.95	1.25	1.00	1.31	0.768
97	黑河27	0.93	0.84	0.88	0.99	0.95	0.96	1.11	0.99	1.16	0.761
96	黑河29	0.97	0.90	0.86	0.85	0.95	0.89	1.22	0.94	1.38	0.755
57	延农12	0.66	0.75	0.74	0.87	0.99	0.93	1.21	1.00	1.32	0.751
192	绥农53	0.59	0.70	0.80	1.02	1.02	0.94	1.17	0.98	1.21	0.743
80	公96171-8	0.61	0.66	0.67	0.97	0.92	0.91	1.32	0.97	1.47	0.740
101	合丰35	0.89	0.94	0.99	1.02	0.87	0.92	1.09	0.96	1.13	0.731
93	吉育48	0.71	0.80	0.80	1.02	0.95	0.93	1.11	0.97	1.18	0.725
58	金园20	0.79	0.77	0.74	0.90	0.89	0.95	1.08	0.99	1.13	0.713
132	昭农1号	0.79	0.77	0.72	0.86	0.97	0.87	1.16	0.93	1.36	0.709
184	绥农48	0.77	0.72	0.84	1.04	0.96	0.88	1.12	0.93	1.27	0.709
19	桦甸紫花苕条豆	0.80	0.85	0.99	1.02	0.93	0.83	1.15	0.89	1.46	0.708
86	军农68	0.79	0.65	0.73	0.99	1.00	0.89	1.10	0.94	1.23	0.706
119	桦南小金黄	0.78	0.80	0.70	1.03	1.01	0.93	1.00	0.95	1.08	0.705

2.4 回归分析及耐低氮指标鉴定筛选

根据耐低氮综合评价值（D）对各指标耐低氮系数（X）进行逐步回归分析，建立预测耐低氮数字模型，有选择性地测定与综合评价值密切相关的指标，简化鉴定耐低氮能力品种的工作量。以耐低氮综合评价值D为因变量、各指标的耐低氮系数X为自变量，建立苗期大豆耐低氮能力鉴定的回归方程：D=-0.370+0.587X_TDW+0.179X_RDW+0.215X_SFW+0.094X_SPAD2+0.064X_SPAD1。得到的回归方程的决定系数R²=0.996，F检验达极显著水平，其解释能力强，预测精度高。根据D值的回归方程可知，总干重（TDW）、地下部干重（RDW）、地上部鲜重（SFW）、第2片复叶SPAD（SPAD2）以及第1片复叶SPAD（SPAD1）的耐低氮系数可作为鉴定大豆苗期耐低氮能力的主要指标。

3 讨论

耐低氮资源的筛选和鉴定需要注意时期、方法和指标的选择。苗期鉴定的优势在于复制性强、时限短和环境影响小等^［

20］，同时大豆苗期的氮素缺乏也会导致大豆叶片发黄甚至早衰，影响生物累积量和产量。本研究拟建立大豆苗期氮高效评价指标体系，采用以蛭石和珍珠岩为基质的盆栽试验方法，精确营养基质、贴近自然环境、减少筛选时间以及相关工作难度，所测的叶绿素含量、干物质等更接近自然环境下直观值。

植物氮素营养差异相关研究开始于20世纪30年代，评价作物的耐低氮能力体系已在一些作物中逐渐成熟^［

21］。参考评价作物耐低氮能力的鉴定指标目前较多，其中多表现为SPAD值^{［参考文献 22

百度学术}22］、植株生物量^{［参考文献 23

百度学术}23］和含氮量^{［参考文献 24

百度学术}24］等，目前还未统一标准。大豆具有共生固氮功能，氮素营养的吸收利用生理机制更为复杂，到目前为止相关研究报道较少。在低氮胁迫环境下，叶片的光合特性将直接受到抑制。相关研究表明，SPAD可以用于准确预测多种作物叶片的叶绿素含量和氮浓度，且在水稻、玉米等作物耐低氮评价中有所应用^{［参考文献 25-26}25-26］，利用SPAD值建立大豆苗期耐低氮能力筛选体系更简单和快捷。李小红等^{［参考文献 27

百度学术}27］通过水培方法研究大豆苗期不同部位叶片SPAD值对不同氮素浓度培养液的响应来进行筛选大豆耐低氮种质，发现以真叶、第2复叶、顶1叶和顶2叶的SPAD值作为大豆苗期耐低氮种质筛选指标较好。株高是影响大豆单株产量的重要性状，大豆株高在一定程度上随着氮素含量的减少而降低^{［参考文献 28

百度学术}28］。王业建^{［参考文献 29

百度学术}29］以耐低氮胁迫大豆品种116和低氮胁迫敏感84-70为材料研究不同耐性品种在低氮胁迫环境下的形态和生理差异，认为不同耐性品种在根系和光合作用特性影响大。结合大豆自身特点以及综合参考其他作物评价耐低氮能力指标，选取了SPAD、株高、地上部鲜重等9个指标进行测定，同时采用耐低氮系数进行分析，不仅能反映该指标受低氮胁迫的影响，同时减少环境因素以及养分和病虫害造成的影响。利用相关分析、基于主成分的隶属函数分析以及回归分析进行指标筛选，利用聚类分析分级评鉴大豆耐低氮能力。同时，由于参试大豆品种较多，连盈等^{［参考文献 13

百度学术}13］、李俊杰等^{［参考文献 30

百度学术}30］的五类分级划分的标准更利于评价大豆耐低氮能力，本研究将供试260份大豆品种资源分为强耐低氮、耐低氮、中间型、不耐低氮和极不耐低氮5种类型。其中强耐低氮资源17份，这些品种资源可在土壤缺氮地区应用，提高氮素利用效率^{［参考文献 21

百度学术}21］。

4 结论

在低氮和正常氮两种水平下，总干重、地下部干重、地上部鲜重、第2片复叶SPAD（SPAD2），以及第1片复叶SPAD（SPAD1）的耐低氮系数，可作为鉴定大豆苗期的耐低氮能力的主要指标。根据9个指标的耐低氮系数进行基于隶属函数值的主成分法筛选出黑生101、克豆44、辽黑豆4号、绥无腥3号、黑河27等强耐低氮大豆种质资源；吉林小粒8号、华力1号、吉育508等极不耐低氮大豆种质资源。

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