《Cogent Food & Agriculture》：Selection of soybean genotypes combining reduced trypsin inhibitors with protein enrichment and yield superiority
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大豆改良必须整合高产、优良营养品质以及降低抗营养因子，以满足生产力和食品安全需求。本研究旨在鉴定在孟加拉国田间条件下，兼具降低胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）、高蛋白含量和可接受产量的大豆基因型。于2023–2024年和2024–2025年两个冬季，在孟加拉国嘎兹
大豆改良必须整合高产、优良营养品质以及降低抗营养因子，以满足生产力和食品安全需求。本研究旨在鉴定在孟加拉国田间条件下，兼具降低胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）、高蛋白含量和可接受产量的大豆基因型。于2023–2024年和2024–2025年两个冬季，在孟加拉国嘎兹普尔农业大学农学系开展了两次田间试验。最初，研究人员利用描述性排序和多元分析（包括主成分分析、聚类分析、判别函数分析和马氏距离）对来自中国台湾、日本、韩国和孟加拉国的282份大豆基因型进行了筛选。从该筛选中选出20份基因型，并在重复试验中评估其物候学特性、产量构成因素、种子蛋白含量和TIA。BS-217产量最高（2.27 Mg ha?1），蛋白含量高（42.01%），但TIA也较高。BS-96兼具高蛋白含量（42.42%）、可接受产量（1.79 Mg ha?1）、早熟性和降低的TIA，而BS-110表现出最低TIA和最早熟性，但产量降低。相关性分析表明TIA、产量性状、成熟期和种子重量之间存在表型关联。总体而言，BS-96和G00056被鉴定为有前景的种质资源，值得进一步开展多点及分子水平评价。
大豆基因型协同筛选：降低胰蛋白酶抑制剂活性、提升蛋白含量与产量优势的研究解读
一、研究背景与意义
大豆（Glycine max L.）是全球最重要的油料作物，其产量约占全球油料作物总产量的一半。凭借高蛋白（36–40%）和高油（18–22%）含量，大豆是植物基营养的重要来源，也是食品、饲料和工业应用的关键原料。然而，在许多发展中国家，由于气候条件胁迫、现有品种适应性差以及优良种质利用不足等因素，大豆生产力仍远未达到其潜在水平。
大豆营养价值在很大程度上取决于贮藏蛋白β-伴大豆球蛋白和球蛋白，二者占种子总蛋白的85%以上。尽管早熟基因型具有改良的农艺性状，但由于抗营养化合物（主要是胰蛋白酶抑制剂）的存在，其营养和功能价值可能降低。胰蛋白酶抑制剂会降低蛋白质消化率和营养利用率，导致人类和动物生长迟缓和消化紊乱。虽然热处理可以灭活这些抑制剂，但会增加生产成本、消耗更多能源，并可能降低对热敏感的营养素水平。因此，培育低胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）的大豆品种是一种更节能、更经济的方法，可改善营养品质和加工效率。
目前，全球范围内的大豆育种大多分别针对产量或成熟期适应性、种子蛋白浓度或抗营养因子进行单一性状改良。然而，在单个基因型中同时实现低TIA、高蛋白含量、早熟性和可接受产量，在许多大豆种质资源中仍未得到充分表征，尤其是在孟加拉国的农业生态条件下。由于这些性状通常在生理和表型上相互关联，鉴定能够平衡营养品质和农艺性能的基因型，对大豆改良计划构成了重要挑战。本研究的创新之处不在于多元统计方法本身，而在于对大型大豆种质资源群体进行抗营养、营养、物候和产量相关性状的综合表型评价。
二、研究设计与技术方法
研究人员在孟加拉国嘎兹普尔农业大学农学系研究田开展了两个连续冬季（2023–2024年和2024–2025年）的田间试验。试验地位于Madhupur Tract的Salna系列，属于农业生态区（AEZ）-28，土壤为砂壤土，pH 6.20。
第一年试验对来自亚洲蔬菜研究发展中心（AVRDC，中国台湾）、日本、韩国和孟加拉国不同地区的282份大豆基因型进行了大规模种质筛选。采用增广种质评价试验，播种于2023年12月5日。筛选基于种子产量、每株荚数、百粒重、成熟期、出苗天数以及主成分分析（PCA）/聚类位置的综合标准化排名，最终选出20份基因型进入第二年试验。
第二年试验于2024年2月7日播种20份选定基因型，采用随机完全区组设计（RCBD），三次重复。测定的性状包括：出苗50%天数、三出复叶期天数、开花50%天数、成熟天数、每株荚数、每荚粒数、百粒重和种子产量。收获种子用于品质分析：胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）按照Liu（2019）方法测定，使用紫外-可见分光光度计（UV-1800，岛津），结果以每毫克样品的胰蛋白酶抑制剂单位（TIU mg?1）表示；蛋白含量按照Dola等人（2022）方法，采用凯氏定氮系统（VELP Scientifica UDK 169）测定，氮含量乘以6.25换算为粗蛋白。
统计分析使用R软件4.2.2版本。第一年数据用于探索性种质筛选和表型分类，进行皮尔逊相关分析以去除高度冗余变量，调整后的PCA使用八个非冗余农艺性状。第二年数据采用方差分析（ANOVA），使用Scott-Knott聚类检验进行均值分离，并用Tukey HSD检验进行保守比较。TIA分组采用K-means聚类（k=3）客观分类为低、中、高三个等级。热图和层次聚类分析采用欧氏距离和Ward's D2连接算法。
三、主要研究结果
3.1 第一年试验：282份基因型的筛选
对282份大豆品种的八个农艺性状进行主成分分析（PCA），前两个主成分占总表型变异的56.0%，其中PC1占39.62%，PC2占16.38%。PC1主要与产量（Y）、每株荚数（PP）和百粒重（SW）等生殖和产量性状相关，PC2主要受开花天数（DF）和成熟天数（DM）等物候性状影响。层次聚类将282份基因型分为五个主要簇，其中簇I的平均籽粒产量最高（9.08 g plant?1）、每株荚数最多（39.59）和每株粒数最多（67.97）。判别函数分析（DFA）表明出苗50%天数、首次开花天数、百粒重和籽粒产量是基因型区分最重要的变量。马氏距离分析显示簇IV和簇I之间的簇间距离最大（2.96），簇I和簇II之间距离最小（1.29）。基于农艺排名和簇I的多元模式，选出20份基因型进入重复试验。
3.2 第二年试验：20份基因型的关键农艺性状
20份基因型在大多数性状上存在显著差异（p < 0.05）。出苗50%天数在6至7天之间。BS-54和BU Soybean 5达到三出复叶期所需天数最少（15.00天），而BS-110所需时间最长（18.67天）。BS-96形成每株40.67个荚，比BS-217（每株69.00个荚）少41.06%。BS-96的百粒重最高（20.07 g），比BS-217（15.47 g）高29.73%。BS-110是开花最早的基因型（47.00天），比BS-217（61.00天）早22.95%；BS-110成熟期（100.00天）比BS-217（114.67天）早14.67天。BS-110的TIA最低（24.61 TIU mg?1），低于BS-217（34.28 TIU mg?1），BS-96也表现出相对较低的TIA（28.12 TIU mg?1）。BS-96蛋白含量最高（42.42%），其次为BS-194（42.27%）和BS-217（42.01%）。产量方面，BS-217产量最高（2.27 Mg ha?1），BS-110产量最低（0.93 Mg ha?1），相对BS-217降低59%。
3.3 性状间相关性分析
皮尔逊相关分析显示，籽粒产量（Y）与TIA（r = 0.35，p < 0.01）和开花天数（DF，r = 0.35，p < 0.01）呈正相关。百粒重（SW）与每株荚数（r = ?0.47，p < 0.001）、开花天数（r = ?0.67，p < 0.001）和成熟天数（DM，r = ?0.52，p < 0.01）呈负相关，表明种子大小与种子产量之间存在权衡。开花天数与成熟天数高度正相关（r = 0.79，p < 0.001），每株荚数与开花天数（r = 0.64，p < 0.001）和成熟天数（r = 0.50，p < 0.01）显著相关。
3.4 胰蛋白酶抑制剂活性的基因型间变异
TIA值在BS-110的24.61 TIU mg?1到BS-143的44.36 TIU mg?1之间变化。K-means聚类将20份基因型分为三个TIA类别：低TIA类包括BS-110、BS-163、BS-162、BS-96、G00056和BS-175；中TIA类包括BS-188、BS-206、BS-209、BS-192、BS-217、BS-194和BS-201；高TIA类包括BS-186、BS-203、BS-54、BS-22、BU soybean 5、BU soybean 3和BS-143。
3.5–3.6 不同开花和成熟期组的TIA变异
在早花组中，TIA范围为BS-110的24.61 TIU mg?1到BS-143的44.36 TIU mg?1；中花组范围为BS-162的27.44 TIU mg?1到BS-186的38.22 TIU mg?1；晚花组范围为BS-194的36.08 TIU mg?1到BS-22的42.16 TIU mg?1。在早熟组中，TIA范围为BS-110的24.61 TIU mg?1到BU soybean 5的42.26 TIU mg?1；中熟组范围为BS-162的27.44 TIU mg?1到BS-143的44.36 TIU mg?1；晚熟组范围为BS-194的36.08 TIU mg?1到BS-22的42.16 TIU mg?1。成熟期类别本身不足以解释所有基因型的TIA变异。
3.7 TIA对大豆产量的影响
在低TIA组中，BS-96产量为1.79 Mg ha?1，TIA为28.12 TIU mg?1；BS-162产量为1.78 Mg ha?1，TIA为27.44 TIU mg?1。在中TIA组中，BS-217产量最高（2.27 Mg ha?1），TIA为34.28 TIU mg?1。在高TIA组中，BS-203产量为1.88 Mg ha?1，TIA为39.12 TIU mg?1。结果表明TIA与产量之间未观察到明确的线性关系。
3.8 TIA与蛋白含量的关系
蛋白含量在低、中、高TIA类别之间没有明显区分，各TIA组内均存在差异。BS-96兼具相对较低的TIA、高蛋白含量、可接受的产量和相对较早的成熟期，是进一步多环境评价的有前景基因型。
3.9 选定基因型的主成分分析
对20份选定基因型进行PCA，前两个主成分占总变异的67.1%（PC1 = 44.0%，PC2 = 23.1%）。PC1主要由产量（Y）、每株荚数（PP）、开花天数（DF）和成熟天数（DM）等农艺性状决定；PC2主要由蛋白含量（Pro）、出苗天数（GP）和百粒重（SW）等种子品质性状决定。BS-96、BS-110和BS-217因性状组合不同而位于排序空间的不同位置。
3.10 关键生长、形态和产量性状热图分析
热图分析显示，BS-96、BS-162和G00056是TIA值相对较低且成熟期和产量性状理想的基因型。BS-96表现出低TIA、高蛋白、可接受产量和相对较早成熟的最佳组合，BS-162和G00056也具有有用的性状组合，值得进一步评价。
四、讨论与结论
讨论部分指出，本研究通过评估20份大豆基因型，鉴定出具有低胰蛋白酶抑制剂含量和早收特性的基因型。多元分析有效总结了表型变异并辅助基因型选择。BS-110和BS-96被鉴定为相对早花和早熟基因型，早熟性有利于短季种植制度。BS-217每株荚数最多（69个），而BS-96百粒重最高（20.07 g），荚数与粒重之间存在负相关关系。TIA方面，BS-110和BS-96的TIA值相对较低，且BS-96蛋白含量最高（42.42%），表明降低TIA并未影响蛋白浓度。TIA与产量之间未观察到明确关系，低TIA和高TIA基因型中均有高产材料，表明降低抗营养因子与维持农艺性能并非互斥的育种目标。相关性分析显示TIA与成熟相关性状正相关，与百粒重负相关，但这些为表型关联而非因果关系。PCA和热图分析均支持BS-96、BS-162和G00056作为进一步育种开发的候选材料。
研究结论为：BS-96和G00056两份大豆基因型在当前试验条件下表现出良好的生长和营养特性。BS-96的籽粒产量表现可接受，成熟期相对较早，TIA低，蛋白含量高。G00056具有可接受的籽粒产量、早熟性、相对较低的TIA和较高的蛋白含量。这些性状表明它们可作为大豆改良的宝贵种质资源，兼顾更好的营养价值和更短的生长周期。然而，本评价仅在一个地点进行两个季节，未探讨基因型与环境互作效应，因此这些基因型的表现属于初步评价结果，需要进行更多多地点、多年份的试验来评估其农艺和营养特性，确认其育种价值和市场潜力。
