全 文 ：此文于 1994 年 5 月 16 日收到。
本课题为联合国国际原子能机构资助项目。
应用15N 稀释法筛选
高固氮能力的大豆品种
李海先　李新民　Seth K. A. Danso
(黑龙江省农业科学院大豆研究所　哈尔滨　150086)
　　应用15N 稀释法筛选出了具有高固氮能力的大豆品种和品系。大豆品系 1005、
8502、2096、1454、943 和东农 42 是高固氮品系 ,它们的固氮效率高达 70 % ,大豆品系
1454 和 1555 既高产又高固氮。根据方差分析 ,不同大豆品种或品系固氮效率差异
显著 ,固氮效率与产量无相关关系 ,与成熟期呈正相关 ,成熟期越长 ,固氮效率越高。
有 10 个品种或品系在 1992 和 1994 年两次进行试验 ,尽管两年的降雨情况有较大的
差异 ,10 个品种或品系中有 7 个品种或品系固氮效率是一致的 ,说明在不同年份大
多数大豆品种的固氮效率是稳定的。但是 ,有两个品系 8502 和 2096 ,在降雨较多的
1994 年固氮效率增长了 19 % ,说明个别大豆品种 ,在不同条件下固氮效率可能改变。
关键词 :15N 　同位素稀释法 　固氮 　大豆
前 　　　言
随着世界人口的增长 ,人类对于粮食的需求在不断地增加 ,作为蛋白质源的食用豆类 ,显
得特别的重要 ;另一方面 ,由于豆科作物的固氮作用 ,在提高土壤肥力和节省氮肥方面也起着
重要的作用。因此 ,科学家们对于豆科作物固氮作用的研究都给予特别的重视。自 1883 年凯
氏定氮法出现以后 ,很长时间以来 ,人们一直应用固氮植物全氮减去非固氮植物全氮的方法来
估测生物固氮量 ,但是这种方法受到很多因素的干扰。1966 年 Schollnern 等发现固氮酶可以
将乙炔还原为乙烯 ,Hardy[1 ]建议用乙炔还原的方法来估测生物的固氮量 ,尽管这种方法很灵
敏 ,但用于田间估测固氮也受多种因素的影响。应用15 N2 或13 N2 示踪法估测生物固氮量 ,必
须将被测植物置于密闭的容器之中 ,然后给植物高丰度的15N2 或较高放射性比活度的13N2 ,实
际上已改变了植物的天然环境 ,测得的结果难以说明天然的实际情况。Fried 和 Broeshaert 提
出用15N 同位素稀释法估测固氮[2 ] 。本文应用15N 稀释法估测大豆的固氮量 ,并应用这种方法
筛选出了具有高固氮能力的大豆品种。
材 料 与 方 法
1992 年供试材料为 36 个大豆品种和品系 ,哈罗索无瘤大豆品系作为不固氮的对照作物。
992核 农 学 报　1998 ,12 (5) :299～303
Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
大豆品种包括 A 组 8 个早熟品种或品系 ,来自黑龙江省农科院绥化研究所 ,成熟期 120～
125d。B 组 20 个中熟品种 ,来自黑龙江省农科院大豆研究所 ,成熟期 125～130d。C 组 8 个晚
熟品种 ,来自吉林省农科院 ,成熟期 130～135d。所有大豆品种或品系于 1992 年 5 月 12 日播
种 ,由于田间土壤中具有大量的根瘤菌 ,播种种子没有接种根瘤菌 ,重复 3 次 ,每个小区 4 条
垅 ,垅长 6m ,垅距 70cm ,株距 8cm ,每小区收获全部大豆籽粒测定产量。另外在每一小区的一
端设立 1 个微区 ,垅长 1m , 4 垅 ,选择其中 1 垅 ,在出苗时施入 315g 含 1011 % 15 N 的
(N H4) 2SO4 (010113g 15N/ m2) ,收获微小区全部植株 ,烘干 ,按照茎、叶、荚和种籽比例 ,混合粉
碎 ,取样进行凯氏定氮 ,用质谱计测定15N 丰度 ,并根据 Fried 提出的15N 稀释法公式进行计算 :
%Ndfa = 1 -
%15NaeF
%15NaeNF　同 ×100
式中 , %Ndfa 为固氮百分率 ; %15 NaeF 为固氮作物15 N 原子百分超。%15 NaeNF为非固氮作物
15N原子百分超。求出固氮百分率 ,进行方差分析和 t 检验。
1994 年进行了同样的试验 ,但品种有所不同 ,而且仅用 20 个中熟期的品种或品系 ,播种
期为 5 月 1 日。
结 　　　果
(一) 1992 年各品种或品系的 %15N at1excess 和 % Ndfa 列于表 1。早熟品种组固氮效率
平均为 36 % ,绥农 5377 (51 %)和绥农 6003 (41 %)是这个熟期组的高固氮品系。中熟期组 ,固
氮效率平均为 50 % ,8821173 (62 %) 、8721004 (60 %) 、黑农 26 (59 %) 和 8821218 (59 %) 是这个
熟期组的高固氮品种。晚熟品种组 ,固氮效率平均为 57 % ,吉林 25 (71 %) 和吉林 26 (66 %) 是
这个熟期组的高固氮品种。早熟组各品种的固氮效率平均数与中熟组各品种的固氮效率平均
数进行比较 ,方差分析差异极显著 ,早熟组与晚熟组的差异也极显著 ,中熟与晚熟差异显著。
可见 ,不同熟期组的品种或品系具有不同的固氮水平 ,它们的固氮效率与成熟期呈正相关 ,成
熟期越长 ,固氮效率越高。
(二) 1994 年测定的各品种或品系的15N at1excess 和 %Ndfa 列于表 2。不同大豆品种或品
系具有不同的固氮水平。根据方差分析和 t 测验 ,不同的大豆品种或品系固氮效率差异显著。
大豆品系 1005、8502、2096、1454、943 和大豆品种东农 42 为高固氮能力的大豆品种或品系 ,它
们的固氮效率为 70 %左右。1454 和 1555 为既高产又高固氮品系。
(三) 1994 年各品种或品系的各小区产量列于表 2。分析结果表明 ,固氮效率与产量无相
关关系。
(四)有 10 个品种或品系同时在 1992 年和 1994 年做过两次试验 ,测出的固氮效率列于表
3 ,其中有 7 个品种或品系 ,两年的固氮效率是一致的 ,两次测定结果相差不超过 5 %。但 1086
品系在 1992 年固氮效率是 47 % ,1994 年为 39 %。8502 和 2096 在 1992 年测定的固氮效率为
52 % ,而 1994 年测定是 71 % ,两品系均增加了 19 %。
讨 　　　论
11 按产量与固氮效率分析 ,大豆可分 4 类 :A1 高产但不高固氮。如黑农 32 和黑农 37。
003 核　农　学　报 12 卷
表 1 　15 N原子百分超、%Ndfa 及大豆产量
Table 1 　%15N at . excess , % Ndfa and yield for cultivars or lines of soybean in 1992
品系
Line
% 15N at . excess % Ndfa
产量
Yield (kg/ ha)
早熟 Early2maturing
Suinong 8 01105 31 2620
Suinong 7 01099 35 2951
Sui 5365 01108 29 2510
Sui 6003 01090 41 2729
Sui 5668 01107 30 2637
Sui 5377 01075 51 2778
Sui 5674 01104 32 2624
Sui 5065 01094 39 2830
中熟 Middle2maturing
Heinong 26 01062 59 2602
Heinong 32 01088 43 3034
Heinong 33 01116 24 2728
Heinong 36 01060 61 2192
Heinong 37 01105 31 2771
3331 01078 49 2993
1005 01068 56
8526439 01097 37 2780
8921136 01078 49 2618
862231 01087 43 2193
8722149 01085 44 2573
8821150 01071 54 2645
8921086 01081 47 2930
8921039 01073 52 2372
8921176 01088 42 3044
8721004 01061 60 1770
8821218 01063 59 2912
8821173 01058 62 3032
1008 01076 50
8821148 01068 56 3000
晚熟 Late2maturing
Jilin 23 01066 57 2388
Jilin 26 01052 66 2568
Jilin 21 01060 61 1683
Jilin 25 01044 71 2352
Jilin 27 01083 46 2159
8502 01073 52 2267
8922073 01073 52 2670
8922096 01074 52 2174
Reference
不结瘤系 Non2nodule
Harosoy
01153 0 732
103　5 期 应用15N 稀释法筛选高固氮能力的大豆品种
表 2 　15 N原子百分超、%Ndfa 及大豆产量
Table 2 　The at. %15N excess , % Ndfa and yield for cultivars or lines of soybean in 1994
品系
Line
% 15N at . excess % Ndfa
产量
Yield
(kg/ ha)
排序
Order
不结瘤系 No nodule 01198 0
Harosoy
1067 01095 52 3066 17
1454 01061 69 3573 2
1555 01075 62 3570 3
1005 0155 72 3144 13
1008 01086 57 3120 14
1176 01119 40 3021 18
1086 01120 39 3099 15
1218 01087 56 3099 16
1173 01084 58 3000 19
1135 01074 63 3285 8
2149 01121 39 3150 11
1150 01088 56 3150 12
Heinong 37 01084 58 3849 1
Heinong 32 01103 38 3378 4
Dongnong 42 01062 69 3168 10
943 01063 68 2919 20
8502 01058 71 3300 7
2096 01057 71 3330 5
2073 01123 38 3270 9
Heinong 4 01086 57 3315 6
表 3 　不同年份的 %Ndfa
Table 3 　% Ndfa in different years
年　份
Year
Keng 4 8502 1005 1176 1086 1218 1173 1150 2096 2149
1992 62 52 72 42 47 59 62 54 52 44
1994 57 71 72 40 39 56 58 56 71 39
X1994 - X1992 - 5 19 - - 2 - 8 - 3 - 4 2 19 - 5
我们认为 ,这一类大豆是需 N 肥多的品种 ,它们适宜种植在肥沃的土壤 ,或在生育期施入少量
N 素肥料可能有增产作用。B1 高固氮但不高产。这类品种如 943、1005 ,它们有较强的固氮
能力 ,需外源 N 素养分少 ,适宜种植在贫脊的土地上。C1 既高产又高固氮。如大豆品系 1454
和 1555 ,这类品种通过固氮能提高土壤肥力 ,适应性广 ,能种植在贫脊土地上 ,是今后大豆育
种的方向。D1 既不高产也不高固氮 ,这类品种无应用前途。
21 不同熟期的大豆品种 ,固氮效率水平不同。今后在筛选高固氮大豆 ,进行固氮效率比
较时 ,应注意在同一熟期内比较。另一方面 ,大豆成熟期越长 ,固氮效率越高。因此 ,高温多雨
生长期长的热带 ,生产大豆具有更大的潜力。然而大豆是短日照作物 ,纬度越低 ,日照越短 ,大
203 核　农　学　报 12 卷
豆的生育期也就越短 ,固氮效率也就越低 ,产量也就相应低。因此 ,如果在低纬度地区培育成
熟期长的大豆品种 ,我们将获得更高的产量。
31 从 10 个大豆品种或品系在降雨与积温差异较大的 1992 和 1994 年的测定看 ,7 个品种
固氮效率是一致的 ,说明大多数大豆品种固氮效率是稳定的 ,15 N 稀释法是可信的。个别品种
固氮效率的变化可能是生物体个体的差异。
41 大豆品系 8502 与 2096 固氮效率相同 ,并非偶然 ,因为它们来自同一亲本吉林 20。
2096 为吉林 20 经60 Coγ线辐照后选择的后代。8502 是未经辐照的吉林 20 选择的后代。它
们有相同的固氮能力 ,并在多雨的年份有较高的固氮力 ,因此这两个品系适于在多雨的地区种
植。
参 　考 　文 　献
1 　Hardy R WF , Holsten R D. A Treatise on Dinitrogen Fixation , Section Ⅳ( Eds R. W. F. Hardy and A. H. Gibson) , Wiley2In2
ter2science , New York , 1977 , 451
2 　Fried M , Broeshart H. An independent measurement of the amount of nitrogen fixed by legume crops. Plant and Soil , 1975 ,
43 :707～711
USE OF 15 N DIL UTION METHOD FOR SCREENING SOYBEAN
L INES WITH HIGH YIELD
AND HIGH NITROGEN FIXATION ABIL ITY
Li Haixian 　Li Xinmin 　Seth K. A. Danso
( Instit ute of Soybean , Heilongjiang Academy of A gricult ural Sciences , Haerbin 150086)
ABSTRACT
15 N dilution method was used for screening soybean l ines with high nitrogen f ixation abil i2
ty. Screened l ines 1005 ,8502 ,2096 ,943 ,1454 and Dongnong242 have high nitrogen f ixation a2
bil ity with their %Ndfa of about 70 %. 1454 and 1555 are both high yield and high nitrogen f ix2
ation l ines. The abil ity of nitrogen f ixation was not related to the yield , but related to maturing
time. The cultivars with different maturing time have different levels of nitrogen f ixation abil i2
ty. The longer the maturing period is , the greater the abil ity of nitrogen f ixation it has. There
were ten cultivars or l ines used in the test of 1992 and 1994. Although the weather condtion
were greatly different bet ween the t wo years the results of seven cultivars or l ines were the same ,
indicating that nitrogen f ixation abil ity of the soybean is stable with years. Using 15 N dilution
method to estimate nitrogen f ixation abil ity of soybean is rel iable , however , the %Ndfa of l ines
8502 and 2096 increased by 19 % in 1994 , a rainy year , indicating that a change in %Ndfa with
a few varieties maybe caused by weather.
Key words :15N isotope dilution method , soybean , nit rogen fixation
303Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1998 ,12 (5) :299～303