大豆是我国主要的油料作物,也是需钾较多的作物。由于我国土壤速效钾缺乏,钾肥资源短缺,限制了大豆产量的提高。利用植物对环境胁迫的遗传多样性,发掘耐低钾种质资源,选育耐低钾大豆品种是解决这一问题的有效途径。本试验通过低钾土壤大田试验对72份东北三省新老大豆品种(系)进行筛选,并以筛选获得的不同低钾耐性的典型品种(系)为试材,通过大田、盆栽和水培试验,系统地对不同低钾耐性大豆的生长发育特性进行比较,并进行大豆耐低钾性状的遗传分析,其目的是为今后更好地应用大豆耐低钾种质资源、培育适合于缺钾土壤的大豆耐低钾新品种提供技术资料和理论依据。研究结果如下：1.耐低钾大豆基因型的筛选对72份大豆品种(系)的筛选结果表明,不同大豆品种(系)的耐性系数和叶片缺钾症状差异十分明显,多数大豆品种(系)对低钾胁迫的适应性为中等水平,对低钾胁迫比较敏感和耐性较强品种(系)较少。根据耐性系数和叶片缺钾症状可将供试品种(系)划分为3种类型,低钾敏感型、中间类型和耐低钾型。以筛选获得的典型材料耐低钾品种(系)铁豆36和T40,低钾敏感品系GD2910和GD8521进一步深入研究。2.不同低钾耐性大豆茎叶性状的差异低钾胁迫下不同的大豆品种(系)的株高总体上呈下降的趋势,但耐低钾品系T40的株高受低钾胁迫的影响最小。低钾胁迫下,不同耐性大豆品种(系)的主茎节数增加,开花以后增加的幅度较大,低钾敏感品系GD8521的主茎节数增加的最多。低钾胁迫使不同低钾耐性的大豆品种(系)的茎粗均减少,低钾敏感品系GD8521的茎粗减少幅度最大,低钾耐性品系T40的茎粗减少幅度较小。低钾胁迫对叶长影响最明显的时期是开花期,不同耐性大豆品种(系)的叶片长度均减少,耐低钾品种(系)的减少幅度比低钾敏感品系小。不同耐低钾性大豆品种(系)的叶柄长受低钾胁迫的影响并不一样,低钾敏感品系GD8521的叶柄长在低钾胁迫下明显受到抑制,耐低钾品系T40的叶柄长受低钾胁迫的影响较小。从分枝期开始,随着生长发育的推移,耐低钾大豆品种(系)症状叶比率逐渐降低或保持在低的水平；低钾敏感大豆品系症状叶比率逐渐上升或一直保持在高的水平。低钾胁迫下,低钾敏感品系的分枝数受到严重抑制,耐低钾品种(系)的分枝数受低钾胁迫的影响较小。低钾胁迫使不同低钾耐性大豆品种(系)的底荚节数升高,耐低钾品种(系)的升高幅度比低钾敏感品系小。3.不同低钾耐性大豆根系性状的差异盆栽试验表明,低钾胁迫下,不同耐性品种(系)的主根长、侧根长、侧根数和根瘤数均减少,低钾耐性品种(系)的变幅较小,敏感品种(系)的变幅较大。水培试验表明,在低钾胁迫下,不同低钾耐性的大豆品种(系)的根系总长、根系表面积、根系体积和根尖数均下降,耐低钾品种(系)的减少幅度明显小于低钾敏感品种(系)。低钾胁迫使敏感品种(系)的根系平均直径增加,耐性品种(系)的根系平均直径减少。4.不同低钾耐性大豆花荚性状的差异低钾胁迫下不同低钾耐性大豆始花期延迟,成熟期也延迟。低钾胁迫下,敏感品种(系)的单株荚数减少,耐性品种(系)的单株荚数增加；敏感品种(系)的单株粒数、百粒重的减少幅度大,耐性品种(系)的减少幅度小；不同低钾耐性大豆品种(系)的每荚粒数减少幅度大致相同。5.不同低钾耐性大豆干物质积累和分配的差异低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆的各器官干物质积累均减少,总体上耐性品种(系)受低钾胁迫的影响较小,敏感品种(系)受低钾胁迫的影响较大。在分枝期,敏感品种(系)的茎秆干重受到低钾胁迫的影响较大,耐性品种(系)的根系受低钾胁迫的影响较小。开花以后,低钾耐性品种(系)的根系、叶片和茎秆干重的下降幅度均明显小于敏感品种(系)。成熟期,低钾下耐性品种(系)籽粒干重的下降幅度明显小于敏感品种(系)。耐性品种(系)开花前干物质分配合理,根、茎、叶生长比较协调,茎杆的干物质分配比例高于敏感品种(系),有利于光合产物运输和贮存。开花以后,耐性品种(系)根和叶的干物质分配比例减少幅度小,根和叶生长良好,有利于后期产量的形成。6.不同低钾耐性大豆钾素营养特性的差异低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆叶片、茎秆、荚和籽粒的钾含量均降低,但是降低幅度不同,耐性品种(系)的各指标下降幅度小,并且低钾下的叶片、茎秆、荚和籽粒的钾含量相对较高,敏感品种(系)的各指标下降幅度大,钾含量相对较低。低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆的钾积累量均下降,耐性品种(系)的钾积累量的下降幅度小,钾积累量比敏感品种(系)高。低钾胁迫下,不同低钾耐性大豆的钾利用效率明显升高,耐性品种(系)的钾利用效率的变化幅度小于敏感品种(系)。7.耐低钾大豆叶片缺钾症状和总根长的遗传分析以低钾耐性大豆Υ40为母本与两个敏感型大豆GD8521、GD2910为父本配制2个杂交组合,对2个组合的P1、P2、F1、F2和F2:35个世代,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法,以缺钾症状叶片数为指标,进行大豆低钾耐性的遗传分析,结果表明,2个组合的遗传模型相同,主要由1对加性主基因+加性-显性多基因控制,两个组合F2控制叶片缺钾症状的主基因遗传率分别为56.72%和59.31%,多基因遗传率分别为20.28%和9.19%；F2:3控制叶片缺钾症状的主基因遗传率分别为50.32%和40.68%,多基因遗传力分别为17.72%和23.32%；主基因遗传力均高于多基因遗传率,主基因效应显著。低钾耐性大豆T40和低钾敏感大豆GD8521及其F1、F2和F2:35个世代总根长的遗传分析,结果表明,总根长受加性-显性-上位性多基因控制,在F2和F2:3世代,多基因遗传率分别为38.266%和41.884%,环境变异占表型变异分别为61.734%和58.116%。环境对植物总根长有较大的影响。
