大豆(Glycine max(L.)Merill)是一种传统的可食用豆科作物，也是公认的重要双子叶植物，它的种子为人类提供了丰富的蛋白(约18%)、高质量的植物油(约38%)、矿物质和维生素等资源。另外，大豆异黄酮、皂角苷、磷脂酰、胆碱、铁蛋白等也作为重要的功能化合物存在于大豆种子中^[1-4]。

近十年来, 每年我国大豆消费量基本都维持在5 500万吨以上，在这5 500万吨中约70%用于食用，其余的30%则被用作饲料、种用、压榨等^[5-6]。大豆中的植物油脂和蛋白质对我国城乡居民的营养膳食结构的构成起到了重要作用。而今，我国经济稳定发展将带动大豆食用及压榨消费需求的持续稳定增长^[7]。正是这种正相关性使得我国对培育植物油脂及蛋白质含量高的大豆的需求日益迫切。

随着生物技术手段的长足发展，转基因技术和诱变育种技术在水稻、玉米及大豆等作物上都得到了广泛的应用，这些技术均可大大加速优质大豆品种的选育进程，培育出适合不同消费需求的多样化优质大豆品种^{[5, 8-11]}。转基因技术可对调节大豆品质形成的关键基因进行定向操作。而诱变育种是运用物理因素和化学诱变剂诱导遗传变异，在较短时间内能获得有利用价值的突变体，创造新的种质资源并育成新的品种^[11-12]。目前较常用的物理诱变方法有：γ射线(急、慢照射)、热中子、快中子等。较常用的化学诱变剂有：甲烷磺酸乙酯(EMS)、叠氮化钠(NaN3) 等。

为了改良大豆品质，培育高植物油脂及蛋白含量的大豆新品种，近几年来我们实验室采用EMS化学诱变剂处理“荷豆12号”和“鲁豆11号”大豆品种，研究了在不同大豆品种中EMS诱变对大豆籽粒粗脂肪(干基)、水溶性蛋白(干基)组成等性状的作用，探索改良大豆品质的可行途径。

实验采用2个优质大豆品种：鲁豆11号，荷豆12号。种子由山东省潍坊市农业科学研究院提供。

取荷豆12号及鲁豆11号种子各1 000粒，纯水浸种约4小时后用0.4%的EMS浸种8小时，再用流水冲洗一小时，风干后于2011年6月播种在山东省潍坊市农业科学研究院试验场。

2011年6月在山东省潍坊市农业科学研究院试验场将EMS诱变的1000粒荷豆12号种子及1000粒鲁豆11号种子进行播种，两个品种分别出苗约400株，10月按单株收获。2012年6月播种M₁代种子，10月份按株行收获M₂代种子，获得了1950株荷豆12号突变体后代及5500株鲁豆11号突变体后代。2013年将获得的M₂代种子种下，10月份收获M₃代种子。于2014年6月份播种，各选取100株有目标表型的M₃代种子进行种植，每株种植30粒，同年10月份收获M₄代种子。通过田间观察及单株考种，筛选出66株具有表型变异的鲁豆11号M₄代突变体。及24株具有表型变异的荷豆12号M₄代突变体。2015年6月份播种M₄代种子，10月份收获M₅代种子。

近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy，NITS)技术是利用有机物质在近红外光谱区的振动吸收而快速测定样品中多种化学成分含量的一项新技术，因其样品无需预处理、无损耗、准确快速、重现性好、多成分同步分析、成本低、无试剂污染等特点，是一种高效、快速的现代分析技术^[13-15]。所以本实验采用近红外光谷物分析仪进行大豆品质测定，选用瑞典波通公司生产的PERTEN近红外光谷物分析仪(机器型号DA 7250) 进行测定。将分析仪调试好后，在样品杯中放入30粒健康饱满的大豆籽粒，进行100次/s的高速光谱数据采集。扫描波长范围950~1650 nm，每份样品重复扫描3次，测得光谱图，利用Unscrambler软件系统自动计算得到相应样品的粗脂肪(干基)、水溶性蛋白(干基)。数据为3次重复样品平均值±标准误。

“荷豆12号”及“鲁豆11号”种子经0.4% EMS诱变，M₁代出苗率均约为45.6%左右，产生了大量致死突变。M₁代植株出现大量不育株，贪青晚熟，无荚无粒。但是这种表型在其后代中可逐渐恢复，到M₄代出苗率就已经稳定在95%左右。在M₂、M₃代有大量的突变性状出现，但是推测这些突变性状受环境因素影响较大，所以在M₄代只表现出一些可稳定遗传的表型，这同时也说明了EMS诱变效应在后代并不都能稳定表现。

大豆籽粒中水溶性蛋白(干基)含量往往作为评价其优劣的重要指标。参照国家标准《豆制食品业用大豆》(GB/T 8612-88)^[16-17]，按大豆中水溶性蛋白(干基)含量，可将适用于豆制食用业大豆分为三个等级，其中水溶性蛋白(干基)含量大于34%评价为第一级，最适于豆制食用业大豆。32%~34%评价为第二级，30%~32%评价为第三级。为了对EMS诱变突变体籽粒进行品质评价，我们利用近红外光谷物分析仪(机器型号DA 7250) 分别对“荷豆12号”及“鲁豆11号”的M₄、M₅代种子进行了水溶性蛋白(干基)含量测定，分别利用“荷豆12号”及“鲁豆11号”野生型作为阴性对照(如图 1-4)。由图可知“鲁豆11号”突变体M4代约44%的籽粒水溶性蛋白(干基)含量在40%~50%之间，明显高于野生型“鲁豆11号”中水溶性蛋白(干基)的含量。55%的籽粒水溶性蛋白(干基)含量低于对照组。这55%的“鲁豆11号”M4代籽粒可为寻找影响“鲁豆11号”蛋白合成的关键基因提供实验材料。“荷豆12号”突变体M₄代约45.83%的籽粒中水溶性蛋白(干基)的含量在46%~52%范围内起伏。可以初步判断这种突变材料均为高蛋白突变材料，该高蛋白突变体具有进一步研究的价值。根据等级可将其划分为一级：最适于豆制食用业大豆。

图 1(Figure 1)

图 1 “鲁豆11号”M4代突变体籽粒中水溶性蛋白(干基)含量测定/%

图 2(Figure 2)

图 2 “荷豆12号”M4代突变体籽粒中水溶性蛋白(干基)含量测定/%

图 3(Figure 3)

图 3 “鲁豆11号”M5代突变体籽粒中水溶性蛋白(干基)含量测定/%

图 4(Figure 4)

图 4 “荷豆12号”M5代突变体籽粒中水溶性蛋白(干基)含量测定/%

而在“荷豆12号”突变体M₅代籽粒及“鲁豆11号”突变体的M₅突变体籽粒及野生型的水溶性蛋白(干基)含量百分数均有下降，其中突变体籽粒中水溶性蛋白(干基)含量维持在25%左右，野生型则维持在17%左右。推测是由种植的环境因素及种子贮存问题造成。由表 4、表 5可知有99%的“鲁豆11号”M5代籽粒水溶性蛋白含量高于“鲁豆11号”，约71%的“荷豆12号”M5代籽粒水溶性蛋白含量高于相应野生型。

除蛋白含量外，大豆含油率高低也是大豆品质优劣的主要标志^[18]。参照国家标准《油脂业用大豆》(GB/T861-88)^[16-17]，根据粗脂肪含量(干基%)、杂质(%)、水分(%)、子叶变色粒(%)、不完善粒(%)及色泽气味等可将适用于油脂业的大豆划分为5个等级，其中粗脂肪含量(干基%)大于20%则评价为一级油脂用大豆，15%~20%则评价为二级油脂用大豆。我们利用近红外光谷物分析仪(机器型号DA 7250) 分别对“荷豆12号”及“鲁豆11号”的M₄、M₅代种子进行了粗脂肪(干基)含量测定，将“荷豆12号”及“鲁豆11号”野生型作为阴性对照(如图 5-8)。由图可知，“鲁豆11号”突变体M₄代约67%的籽粒中粗脂肪(干基)含量在20%~21.3%之间，明显高于野生型“鲁豆11号”中粗脂肪(干基)含量。这可以初步判断这“鲁豆11号”突变体M₄代材料为高油脂突变材料。根据等级可将其划分为一级：最适于油脂制造业用大豆。“鲁豆11号”突变体M₅代约90%籽粒中粗脂肪(干基)含量低于“鲁豆11号”，“荷豆12号”突变体M₄、M₅代籽粒中粗脂肪(干基)含量的含量在16%~19%范围内起伏。其中M₄代约72%的籽粒中粗脂肪(干基)含量低于“荷豆12号”阴性对照植株，这一结果有助于发掘并克隆“鲁豆11号”、“荷豆12号”籽粒油脂合成相关重要基因。

图 5(Figure 5)

图 5 “鲁豆11号”M4代突变体籽粒中粗脂肪(干基)含量测定/%

图 6(Figure 6)

图 6 “荷豆12号”M4代突变体籽粒中粗脂肪(干基)含量测定/%

图 7(Figure 7)

图 7 “鲁豆11号”M5代突变体籽粒中粗脂肪(干基)含量测定/%

图 8(Figure 8)

图 8 “荷豆12号”M5代突变体籽粒中粗脂肪(干基)含量测定/%

大豆(Glycine max(L.)Merill)是重要的粮食作物和经济作物，大豆种质资源研究是大豆遗传育种及其相关学科发展的基础。加之我国对大豆需求的日益增加，提高和优化大豆品质成为人们关注的热点。本实验室利用EMS诱变技术对大豆籽粒进行化学诱变，构建大豆EMS突变体库获得了大量的稳定遗传表型，同时利用近红外光谷物分析仪对突变体籽粒进行品质的鉴定，为改良大豆品质提供了一个新思路。