1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
{title}一、研究的意义菜用大豆（Glycine max(L.)Merri）也称毛豆（或青毛豆）、枝豆等，是指在大豆生长发育的R6（鼓荚盛期）至R7（初熟期）豆荚鼓粒饱满，籽粒填充80%-90%，荚色、籽粒翠绿时采青食用的特用大豆品种。
菜用大豆富含蛋白质和多种游离氨基酸及维生素等，较易被人体吸收利用，对调节人们膳食结构和改良营养状况具有重要作用。
20世纪90年代以来，随着人们健康意识的增强和对大豆保健功能的不断认识，菜用大豆受到广大消费者的青睐，生产和贸易量不断增加[1]。
中国是世界上最大的菜用大豆生产、消费和出口国，菜用大豆在我国国民生产中占有重要地位[2]，但是对其的研究却处于起步阶段，与国外差距较大，主要表现在食味品质差，很难满足国际市场对菜用大豆品质多样化的需求[3]。
菜用大豆的食味性状可分为甜度、质地、香味和鲜味[4]，普遍认为可溶性糖含量高的品种具有较强的甜味，淀粉含量高的品种糯性较强，脂肪含量高的品种质地较软，蛋白质中游离氨基酸含量较高的品种有较强的鲜味[4]。
消费者一般喜欢有甜味、清香味、质地柔软的菜用大豆[6]。
目前关于菜用大豆品质的研究中对硬度的研究较少，尤其是对其遗传机理的研究现有报道。
本课题通过对籽粒硬度性状进行条件和非条件QTL定位，以阐明R6期控制菜用大豆籽粒硬度的主效QTL，剖析不同时期控制的籽粒硬度的动态QTL和固定水分效应之后的条件QTL，从而为将分子设计育种应用于菜用大豆硬度品质改良提供参考，提高育种效率。
二、国内外研究概况、应用前景1 硬度性状相关研究进展1.1 籽粒硬度的测定方法在小麦硬度的研究中常用的测定方法有：研磨体积法、颗粒指数法( PSI)、近红外法( NIR)、角质率法、单籽粒谷物特性测定仪( SKCS)法等，袁翠平等[7]认为SKCS法是一种重复性和稳定性好、快速有效的籽粒硬度测定方法。
由于大豆种皮颜色变异很大，且主要加工用途不同于小麦磨粉，因此对于大豆籽粒硬度的测定多采用质构仪法，通过记录大豆籽粒破碎过程中力量变化曲线直接从最大破碎力或破碎能层面体现。
最常见的方法通常是柱状探头挤压法[8, 9]、剪切盒或单刀片切割[10, 11]和探针穿刺法[10, 11]。
1.2 含水量对籽粒硬度的影响含水量是菜用大豆籽粒硬度相关的重要性状。
籽粒的硬度包含两方面：种皮硬度和种子内含物硬度，本课题通过研究鲜食期大豆籽粒蛋白质（x1）、脂肪（x2）、可溶性糖（x3）、淀粉（x4）、水分（x5）、Ca2 （x6）、Mg2 （x7）含量和籽粒体积（x8）与鲜食期大豆籽粒硬度（y）的相关性，结果表明籽粒中的含水量与硬度之间极显著负相关（r =﹣0.977，p<0.01）并选择出相关性较大的因素x1，x4和x5作为关键因素进一步拟合多元回归模型y=1438.486＋33.523*x1﹣53.344*x4﹣1997.810*x5。
fraczek j等[14]研究了水分含量对蚕豆籽粒若干物理和机械特性的影响，认为水分含量升高，破碎力降低，可能是因为高水分下蚕豆籽粒质地较松软；而破碎所需能量增加，原因是因为水分增加破碎形变量增大所以需要做功较多。
大豆因含水率不同而内部组织、机械强度不同，含水率高时大豆内部组织变软、机械强度下降，抵抗破裂的能力减弱，受压容易变形且破裂强度随之下降；反之，含水率低时大豆内部组织硬度、强度提高，抵抗破裂能力变强，但显现出脆性，受压时子叶在小变形情况下产生裂纹[8]。
="" 1.3="" 大豆硬度相关性状的qtl定位="" 尽管籽粒硬度是衡量食品级大豆品质的主要性状，但是对于籽粒硬度的遗传分析却鲜有报道。
p.="" keim等[8]使用g.="" maxg.="" soja="" 杂交群体研究了硬粒种子对种子发芽的影响，发现了5个rflp标记与之相关。
这些标记对硬实种子影响种子发芽的遗传变异的解释率为71%。
同时阐述了5个qtls之间的三个交互作用对硬实种子总遗传变异的解释率为38%。
对大豆籽粒硬度的遗传机制的研究也比较少。
在大豆中，由于实验手段与仪器的限制及大豆硬度本身的复杂性，国内外对其研究不多。
zhang等[11]利用大豆品种ss-516（soft）camp（hard）杂交衍生的159个f2:3、f2:4、f2:5家系对大豆的籽粒硬度进行了qtl定位，鉴定出两个稳定的qtls="" (ha1和ha2)，分别位于l连锁群的satt229附近和d1a连锁群的satt531附近，ha1的r2="12.7%，LOD=6.17；Ha2的R2=36.1%，LOD=5.08。
Ha1和Ha2之间存在显显上位性，对表型变异的解释率为7.9%。
随后该团队使用区间作图法在大约46cM的区间内定位到一个硬度相关的新的QTL(Ha3)，与16号染色体上的标记" satt547="" 和satt414="" 连锁，这个qtl在ks4303sppi407818="" b="" 群体中对硬度的贡献率为32%。
并且使用该定位群体再一次定位到ha2，这将对于提高食品级大豆的育种效率具有重大意义[10]。
hirata="" k等[12]使用具有显著硬度差异的两个日本大豆栽培natto-shoryu和hyoukei-kuro="" 3杂交衍生的重组自交家系群体，分别在3号和6号染色体上定位到了2个烹煮后大豆子叶硬度相关的显著稳定的qtl：qhbs3-1和qhbs6-1。
随后经过精细定位分析，找到一个与烹煮后大豆子叶硬度相关的候选基因glyma03g03360。
该基因为果胶甲酯酶（pme）基因同源基因，对glyma03g03360进行dna序列分析，显示了三种模式的突变，其中有两种导致截短蛋白，一种导致一个氨基酸的替换，截短蛋白可能缺乏glyma03g03360基因的酶活性[13]。
="" 2="" 非条件qtl与条件qtl定位方法="" 2.1="" 非条件和条件qtl的区别="" 非条件qtl和条件qtl都是分子遗传图谱结合表型数据进行的数量性状基因表达的遗传分析。
但条件qtl是根据作物生长过程中不同阶段、环境等给定条件下性状的净增加值进行基因定位，解析不同时段、不同农艺措施及不同相关性状间的遗传，是对作物生长发育过程中多个数量性状基因综合表达的遗传信息的分解和解析，而非条件qtl是根据作物生长发育终端或独立条件和性状的表型数据，获得的是数量性状基因综合表达的累加效应，不能充分反映生长发育过程中qtl/基因的真实作用方式，也不能精确完整地定位在某个阶段或某个条件下显著影响植株生长的众多qtl。
因此相比非条件qtl分析，条件qtl分析可以有效解析性状发育过程中的遗传信息，揭示不同时间段不同环境qtl的表达动态，提高qtl定位的灵敏度和准确性，丰富qtl定位的内容和扩大qtl定位的应用范围。
可检测影响同一性状但在不同生长阶段表达的qtl/基因或同一位点在各种环境下表达的等位基因，能鉴定出更多的在非条件qtl中不能检测到的新qtl/基因。
="" 2.2="" 发育数量性状研究="" 大豆的r6~r7期是大豆籽粒迅速充实饱满的时期，蛋白质、脂肪和糖类代谢旺盛，是籽粒质地形成的关键时期。
大豆品质的优劣主要与其发育过程有关[13]，关于大豆粒荚发育及组分积累过程，国内外学者已有大量报道。
现代发育遗传学已经探明在生物体的不同发育阶段，基因是按一定的时空秩序有选择地表达的[17]，控制复杂性状的遗传机制在个体发育过程中会发生显著的变化[18]。
因此要研究清楚大豆青籽粒硬度相关的遗传机制，对大豆籽粒硬度的发育行为的研究十分必要。
zhu="" jun[19]提出的发育数量遗传分析新方法可有效估算不同发育时期的条件遗传方差分量和净遗传效应：采用包括基因型环境互作的ad遗传模型，分析0→t时段大豆籽粒硬度的遗传变异，其表型值y的分量可分解为：y(t)="μ(t) E(t) A(t) D(t) AE(t) DE(t) B(t) ε(t)" 其中μ(t)是t时刻的群体均值，e(t)是t时刻的环境效应，a(t)是t时刻的加性效应，d(t)是t时刻的显性效应，ae(t)是t时刻的加性环境互作效应，de(t)是t时刻的显性环境互作效应，ε(t)是t时刻的机误。
="" 度量t-1→t时段净遗传变异的条件遗传模型：="" y(t│t-1)="μ(t│t-1) E(t│t-1) A(t│t-1) D(t│t-1) AE(t│t-1) DE(t│t-1) B(t│t-1) ε(t│t-1)" 该方法已经被用于分析棉花、水稻、小麦、玉米等作物的发育性状的遗传研究中。
大豆中sun="" d等[20]对大豆主茎荚数及株高的发育行为做了qtl定位，主茎荚数性状，在7个连锁群上lod值大于3.4的定位到10个非条件qtl，5个条件qtl；株高性状，在7个连锁群上定位到13个非条件qtl和12个条件qtl。
随后又有很多研究者对大豆种子的粒重、蛋白质含量、油份含量、亚麻酸含量和开花数等发育性状的qtl进行了研究。
="" 2.3="" 关联性状因果关系的条件qtl="" 解析两个关系密切、但又相互独立的性状间的遗传关系的qtl定位关联性状因果关系的条件qtl（cause-effect="" qtls），也称因变量与自变量互作的条件qtl。
例如小麦、玉米、水稻等谷类作物的籽粒蛋白质含量与淀粉含量一般是负相关；小麦的单位面积穗数、每穗粒数和千粒重都与单位面积产量呈显著正相关，而单位面积穗数、每穗粒数和千粒重间又互为极其显著的负相关。
这些性状间或因变量与自变量间的关系对作物的高产优质至关重要。
因此，许多遗传育种学家一直在探讨多性状间存在正（负）相关的基因基础。
相关性状间的条件qtl分析，可以对关系密切、但又相互独立的性状间的遗传关系进行分析，从基因水平上阐明两性状间正负关系，鉴定出更多传统qtl定位方法检测不到的qtl，尤其重要的是可以鉴定出通过增加某一有利性状，而对另一性状不降低的重要qtl，对打破数量性状间负相关的矛盾关系有非常重要的意义。
="" 参考文献：="" [1]="" 韩天富，盖钧镒.="" 世界菜用大豆生产,="" 贸易和研究的进展[j].="" 大豆科学.="" 2002,="" 21(4):="" 278-284.="" [2]="" sams="" c="" e,="" pantalone="" v="" r,="" kopsell="" d="" a,="" et="" al.="" edamame:="" a="" potential="" high="" value="" crop="" for="" growers[c].="" 2012.="" [3]="" 顾卫红，郑洪建，张燕，等.="" 菜用大豆的国际需求及科研生产动态(综述)[j].="" 上海农业学报.="" 2002,="" 18(2):="" 45-48.="" [4]="" tsou="" s,="" hong="" t="" l.="" application="" of="" ntrs="" for="" quality="" evaluation="" of="" soybean="" and="" vegetable="" soybean[c].="" 1990.="" [5]="" 张玉梅，胡润芳，林国强.="" 菜用大豆品质性状研究进展[j].="" 大豆科学.="" 2013(05):="" 698-702.="" [6]="" shanmugasundaram="" s,="" cheng="" s,="" huang="" m,="" et="" al.="" varietal="" improvement="" of="" vegetable="" soybean="" in="" taiwan[c].="" 1991.="" [7]="" 袁翠平，田纪春，王永军.="" 小麦品种籽粒硬度测定方法比较研究[j].="" 麦类作物学报.="" 2004,="" 24(2):="" 106-109.="" [8]="" gao="" lianxing，jiao="" weipeng，yang="" dexu，等.="" 含水率对大豆静压机械特性的影响[j].="" transactions="" of="" the="" chinese="" society="" of="" agricultural="" engineering.="" 2012,="" 28(15):="" 40-44.="" [9]="" altuntas="" e,="" yildiz="" m.="" effect="" of="" moisture="" content="" on="" some="" physical="" and="" mechanical="" properties="" of="" faba="" bean="" (vicia="" faba="" l.)="" grains[j].="" journal="" of="" food="" engineering.="" 2007,="" 78(1):="" 174-183.="" [10]="" orazaly="" m,="" chen="" p,="" zeng="" a,="" et="" al.="" identification="" and="" confirmation="" of="" quantitative="" trait="" loci="" associated="" with="" soybean="" seed="" hardness[m].="" 2015:="" 688.="" [11]="" zhang="" b,="" chen="" p,="" chen="" c="" y,="" et="" al.="" quantitative="" trait="" loci="" mapping="" of="" seed="" hardness="" in="" soybean[j].="" crop="" science.="" 2008,="" 48(4):="" 1341-1349.="" [12]="" hirata="" k,="" masuda="" r,="" tsubokura="" y,="" et="" al.="" identification="" of="" quantitative="" trait="" loci="" associated="" with="" boiled="" seed="" hardness="" in="" soybean[j].="" breed="" sci.="" 2014,="" 64(4):="" 362-370.="" [13]="" toda="" k,="" hirata="" k,="" masuda="" r,="" et="" al.="" relationship="" between="" mutations="" of="" the="" pectin="" methylesterase="" gene="" in="" soybean="" and="" the="" hardness="" of="" cooked="" beans[j].="" journal="" of="" agricultural="" and="" food="" chemistry.="" 2015,="" 63(40):="" 8870-8878.="" [14]="" fraczek="" j,="" hebda="" t,="" slipek="" z,="" et="" al.="" effect="" of="" seed="" coat="" thickness="" on="" seed="" hardness[j].="" canadian="" biosystems="" engineering.="" 2005,="" 47:="" 1-4.="" [15]="" p.="" keim.="" genetic="" analysis="" of="" soybean="" hard="" seededness="" with="" molecular="" markers[j].="" theor="" appi="" genet.="" 1990.="" [16]="" 韩立德，盖钧镒，邱家驯.="" 菜用大豆荚粒品质发育过程及适宜采摘期分析[j].="" 大豆科学.="" 2003(03):="" 202-207.="" [17]="" lewis="" j.="" the="" genetic="" basis="" of="" development[j].="" 1982,="" 148(1):="" 157.="" [18]="" atchley="" w="" r.="" ontogeny,="" timing="" of="" development,="" and="" genetic="" variance-covariances="" structure[j].="" american="" naturalist.="" 1984,="" 123(4):="" 519-540.="" [19]="" zhu="" j.="" analysis="" of="" conditional="" genetic="" effects="" and="" variance="" components="" in="" developmental="" genetics.[j].="" genetics.="" 1995,="" 141(4):="" 1633-1639.="" [20]="" sun="" d,="" li="" w,="" zhang="" z,="" et="" al.="" quantitative="" trait="" loci="" analysis="" for="" the="" developmental="" behavior="" of="" soybean="" (glycine="" max="" l.="" merr.)[j].="" theoretical="" and="" applied="" genetics.="" 2006,="" 112(4):="" 665-673.="" [21]="" fehr="" w="" r,="" caviness="" c="" e,="" burmood="" d="" t,="" et="" al.="" stage="" of="" development="" descriptions="" for="" soybeans,="" glycine="" max="" (l.)="" merrill[j].="" crop="" science.="" 1971,="" 11(6):="" 929-931.="" [22]="" song="" j="" y,="" an="" g="" h,="" kim="" c="" j.="" color,="" texture,="" nutrient="" contents,="" and="" sensory="" values="" of="" vegetable="" soybeans="" [glycine="" max="" (l.)="" merrill]="" as="" affected="" by="" blanching[j].="" food="" chemistry.="" 2003,="" 83(1):="" [23]="" yang="" j,="" zhu="" j.="" methods="" for="" predicting="" superior="" genotypes="" under="" multiple="" environments="" based="" on="" qtl="" effects[j].="" theoretical="" 2017.8：查阅相关文献资料，选定课题，拟定实验方案，准备实验用具和材料。
2017.82017.10：进行大豆籽粒的硬度和含水量的测定；预期进展为得到籽粒发育过程不同时期硬度的变化曲线和与硬度测定时对应的含水量的数据。
2017.112018.4：利用大豆分子标记连锁图谱，采用条件和非条件遗传效应分析方法，对籽粒硬度性状进行QTL定位，查阅相关文献，整理所有数据并学习数据的分析方法，掌握分析数据的方法。
2018.5：分析所有实验数据，探究规律，以阐明R6期控制菜用大豆籽粒硬度的主效QTL，剖析不同时期控制的籽粒硬度的动态QTL和固定水分效应之后的条件QTL，撰写完成毕业论文
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