波兰北部不同气候条件下大豆栽培品种产量与种子组成的适应性评估及其对气候变化的响应

《Scientific Reports》：Assessment of soybean cultivars’responses to diverse climatic conditions in Northern Poland in terms of yield and seed composition

本研究针对波兰北部地区大豆栽培受气候条件限制的问题，通过多环境田间试验评估了13个大豆栽培品种在产量、蛋白质含量及脂肪含量方面的表现。研究采用AMMI模型、WAAS和GSI等统计方法，发现环境因素（尤其是温度和降水）对大豆性状的影响大于品种本身，其中Kofu和Moravians品种在产量和蛋白质产量方面表现出较强的适应性。该研究为高纬度地区大豆栽培的品种选择提供了重要依据，对应对气候变化下的农业生产具有指导意义。

　　

在全球气候变化的大背景下，农业生产面临着前所未有的挑战。作为重要的植物蛋白和油脂来源，大豆（Glycine max）的栽培对气候条件极为敏感。在波兰这样的高纬度国家，大豆种植原本被认为风险较高，但由于气候变暖和植物蛋白需求增长，其栽培面积正逐步扩大。然而，波兰北部的气候条件——较短的生长季、较低的温度和变化的降水模式——对大豆栽培构成了显著限制。如何在这一地区选择适应性强、产量稳定的大豆栽培品种，成为保障当地大豆生产的关键问题。

为了回答这一问题，由Beata Kaliska、Andrzej Kotecki等研究人员组成的团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究。该研究通过在波兰北部10个地点、连续三年（2017-2019）的田间试验，系统评估了13个已注册大豆栽培品种在产量、蛋白质含量、脂肪含量及蛋白质产量等方面的表现，并采用先进的统计方法分析了品种与环境的互作效应。

研究人员主要采用了多环境田间试验设计、AMMI（加性主效应和乘性交互作用）模型、WAAS（加权平均绝对得分）稳定性指数和GSI（基因型选择指数）等关键技术方法。试验样本来源于波兰品种测试研究中心（COBORU）在波兰北部10个地点设置的田间试验，每个试验点均采用随机区组设计，重复三次。

研究结果

方差分析揭示环境主导大豆性状变异

通过对种子产量、蛋白质含量、脂肪含量和蛋白质产量进行方差分析，研究人员发现环境因素（地点和年份的组合）是影响这些性状的最主要因素。在种子产量方面，环境效应解释了总变异的86.3%，而品种效应仅占2.1%。类似地，在蛋白质含量和脂肪含量方面，环境因素分别解释了86.8%和61.4%的变异。这一结果表明，在波兰北部地区，气候和土壤条件对大豆表现的影响远大于品种本身的遗传差异。

栽培品种在不同性状中表现出差异化适应性

通过对各栽培品种在不同环境中的表现进行详细分析，研究人员发现不同品种在不同性状上具有特异性适应模式。在种子产量方面，Kofu（晚熟）品种表现最佳，平均产量达34.0 dt·ha^-1，而Erica品种产量最低（27.7 dt·ha^-1）。在蛋白质含量方面，Sultana品种最高（380 g·kg^-1），Kofu品种最低（351 g·kg^-1）。脂肪含量则以Merlin品种最高（244 g·kg^-1），Brunensis最低（224 g·kg^-1）。值得注意的是，蛋白质产量这一综合指标更能反映大豆栽培的经济价值，其中Abelina品种最高（10.2 dt·ha^-1），而Aligator最低（8.9 dt·ha^-1）。

稳定性分析识别出广适性品种

通过WAAS稳定性指数和GSI选择指数的综合分析，研究人员评估了各品种在不同环境中的稳定性。在种子产量方面，Petrina品种表现出最高的稳定性（WAAS值为0.51），而Naya品种稳定性最差（WAAS值为2.06）。在蛋白质产量这一关键指标上，Moravians品种不仅产量高（10.0 dt·ha^-1），而且稳定性最佳（WAAS值为0.29）。根据WTOP₃适应性指数，Kofu品种在种子产量和蛋白质产量方面表现出最强的广泛适应性，而Sultana品种在蛋白质含量方面适应性最佳。

讨论与结论

本研究通过系统的多环境试验和先进的统计分析方法，全面评估了13个大豆栽培品种在波兰北部地区的适应性。研究结果明确显示，环境因素（特别是温度和降水）对大豆产量和品质的影响远大于品种间的遗传差异。这一发现强调了在高纬度地区进行大豆栽培时，必须充分考虑当地的气候和土壤条件。

研究最重要的发现是识别出了在波兰北部条件下表现优异的栽培品种。其中，Moravians（中晚熟）品种在蛋白质产量方面表现出最佳的稳定性和适应性，而Kofu（晚熟）品种在种子产量和蛋白质产量方面具有最强的广泛适应性。这些品种的成功识别为波兰北部地区的大豆生产提供了具体的技术指导。

从更广泛的意义来看，本研究为气候变化背景下高纬度地区的大豆栽培提供了重要科学依据。随着全球气候变暖，传统大豆栽培区可能面临更多不确定性，而高纬度地区反而可能成为新的潜在种植区。通过精准的品种选择和环境匹配，可以有效提高大豆生产的稳定性和可持续性。

此外，本研究采用的AMMI模型、WAAS指数和GSI指数等统计方法，为作物适应性研究提供了有力的分析工具。这些方法不仅适用于大豆，也可推广到其他作物的适应性评价中，为作物育种和栽培管理提供科学支持。

综上所述，本研究通过严谨的实验设计和先进的分析方法，为波兰北部地区大豆栽培的品种选择提供了具体指导，同时也为气候变化背景下高纬度地区的大豆生产提供了重要参考。研究结果对提高植物蛋白自给率、保障粮食安全具有重要意义，也为类似气候条件下的作物生产提供了可借鉴的研究范式。