黑豆共生固氮效率的遗传参数分析与优良品系间接选育研究

这篇研究通过评估黑豆（Phaseolus vulgaris L.）在共生固氮（SNF）系统中的遗传变异，揭示了利用籽粒产量（GY）作为选择标准筛选高效固氮品系的可行性。研究发现，特定根瘤重量（SWN）、叶绿素含量（CC）和地上部干重（SDW）可作为间接选择指标，为培育适应SNF系统的黑豆品种提供了关键依据。研究还通过温室与田间试验结合，验证了品系在低氮环境下的稳定性，为可持续农业提供了新思路。

　　

遗传参数与共生固氮效率的关联分析

研究以黑豆群体BRS FP403/BRS Esplendor的76个品系为材料，在冬季（2021-2022年）通过9×9三重格子设计评估了共生固氮（SNF）系统的表现。结果表明，籽粒产量（GY）的遗传力高达80.7%，且基因型×年份互作方差（σ_gy²）显著低于遗传方差（σ_g²），证实了品系在低氮环境下的稳定性。通过选择GY最高的10个品系（如CNFP 21622，产量3312 kg ha^?1），实现了20.4%的遗传增益，而底部10个品系则表现出18.6%的负增益。

温室试验揭示关键性状关联

在温室控制实验中，顶部品系的特定根瘤重量（SWN，0.48 mg nodule^?1）显著高于底部品系（0.38 mg nodule^?1），表明SWN是区分固氮效率的关键指标。叶绿素含量（CC）与SWN呈强正相关（r=0.66），而根瘤干重（NDW）与根瘤数量（NN）和根系干重（RDW）显著相关（r=0.52-0.82）。主成分分析显示，GY与CC、SWN的向量重叠，暗示其非线性关联。

间接选择的实践意义

研究提出，在育种初期可通过田间GY筛选高效品系，后期结合温室性状（如CC和SWN）验证固氮潜力。例如，品系CNFP 21651同时具备高CC（33.4 FCI）和SWN（0.78 mg nodule^?1），展示了协同优势。此外，地上部干重（SDW）与100粒重（100SW）的关联（r=0.49）为多性状协同选择提供了依据。

可持续农业的应用前景

八个性状优良的品系被推荐进入高级试验，其平均GY（2836 kg ha^?1）超越对照品种BRS FP403（2554 kg ha^?1）。研究强调了在低氮土壤中开发SNF依赖性品种的潜力，为减少化学氮肥使用、降低环境污染提供了可行方案。

结论与展望

该研究证实了黑豆在SNF系统中的遗传改良可行性，并建立了CC、SDW和SWN的间接选择体系。未来需进一步解析氮吸收效率与固氮能力的互作机制，以优化育种策略。