第四节 大豆产量的形成和品质
一、大豆的产量形成
（一）大豆产量构成因素
大豆的子粒产量是单位面积的株数、每株荚数、每荚粒数、每粒重的乘积，即：
子粒产量(kg/hm2)=[每公顷株数×每株荚数×每荚粒数×每粒重(g)]/1000
产量构成因素中任何一个因素发生变化都会引起产量的增减。理想的产量构成是四个产量构成因素同时增长。这四个产量构成因素相互制约，在同一品种中，将荚多、每荚粒数多、粒大等优点结合在一起比较困难。尽管如此，许多大面积高产典型都证明，大豆要高产必须产量构成因素协调发展，只顾某一个或两个产量构成因素发展的措施，都不会获得预期高额子粒产量。
大豆品种间的株型不同，对营养面积的要求各异，因此，适宜种植密度也不一致。单株生长繁茂、叶片因而大、分枝多且角度大的品种，一般不适于密植，主要靠增加每株荚数来增产。株型收敛、叶片窄而小、分枝少且角度小的品种，一般适于密植，通常靠株数多来提高产量。
对同一个大豆品种来说，在子粒产量的四个构成因素中，单位面积株数在一定肥力和栽培条件下有其适宜的幅度，伸缩性不大。每荚粒数和百粒重在遗传上是比较稳定的。惟有每株荚数是变异较大的因素。国内外研究结果证实，单株荚数与产量相关显著。单株荚数受有效节数、分枝数等的制约，因此大豆要获得高产，必须增加有效节数，协调好主茎与分枝的关系。
总之，要根据不同大豆品种产量构成因素的特点，发挥主导因素的增产作用，克服次要因素对增产的限制，在一定的肥力、栽培水平上，协调各产量因素的关系，做到合理密植、结荚多、秕粒少、子粒饱满，才能发挥大豆品种的生产潜力，提高子粒产量。
(二)光合产物的积累与分配
1.大豆的光合作用
(1)光合速率 大豆作为典型的C3作物，光合速率比较低。不同品种之间，在光合速率上有较大的区别。杜维广等(1982)对24个品种的光合速率(C02)进行了测定，最低者为11mg/(dm2·h)，最高者为40mg/dm2·h)，平均为24.4（mg/dm2·h）。邹冬生等(1990)测定了25个大豆品种鼓粒期叶片的光合速率(CO2)，其变异幅度在25.5～38.18（mg/dm2·h）。满为群等(2002)以高产大豆品种黑农37为对照，观察了高光效品种黑农40和黑农41的光合作用，结果发现，在饱和光强、适宜温度条件下，高光效大豆品种和高产品种的光合速率存在明显差异。高光效品种的光合速率大于高产品种。冯春生等(1989)和傅永彩(1993)的研究结果证明，大豆的光合速率高峰出现在结荚鼓粒期。就一个单叶而言，从小叶展平后，随着叶面积扩大，光合速率增大，叶面积达到最大以后一周内，同化能力达到最大值，以后又逐渐下降。在ld之中，早晨和傍晚光合速率低，中午最高，并持续几个小时。国内外的许多研究者都指出，在作物叶片的光合速率和作物产量之间不存在稳定的和恒定的相关性。
(2)光呼吸 大豆的光呼吸速率比较高。由光合作用固定下来的二氧化碳有25%～50%又被光呼吸作用所消耗。张荣贵(1980)、郝西斌等(1981)的测定结果表明，大豆光呼吸速率(CO2)在4.57～7.03（mg/dm2·h)之间。即占饱和光下净光合速率的l/3左右。
2.大豆的吸收作用
(1)水分吸收 大豆靠根尖附近的根毛和根的幼嫩部分吸收水分。大豆根主要是从750px以内的土层中吸收水分的。在根系强大时，也能从30～1250px上层中吸收水分。大豆的根压大为0.05～0.25MPa，由于有根压，大豆根能够主动从土壤中吸收水分。为保障叶片的正常生理活动，其水势应维持在-1MPa以上。当水势大于-0.4MPa时，叶片生长速度快；小于-0.4MPa时，叶片生长速度很快下降，当水势在-1.2MPa左有时，叶片生长接近于零。据王琳等(1991)测定表明，一株大豆的总耗水量为35090ml。单株大豆耗水量的差异与供试品种的生长量大小有关。王琳等(1991)的测定还表明，春播大豆各生育时期的单株平均日耗水量分别为：分枝末期之前66ml，初花期317ml，花荚期600ml，荚粒期678ml，鼓粒期450ml，成熟期175ml。由此可见，结荚至鼓粒期间是春播大豆耗水的关键时期。在山东省的气候条件下，夏大豆各生育阶段的适宜供水量（公顷）分别为：苗期3406.5mm，花期1767mm，鼓粒l 732.5mm，成熟364.5mm(李永孝等，1986)。
(2)养分吸收 大豆植株生育早期阶段养分浓度较高。这是由于养分吸收速率比干物质积累速率快的缘故。后来，随着干物质积累速率加快，养分浓度普遍下降。董钻和谢甫绨(1996)以春大豆辽豆10号为试材，自出苗后2ld起，每隔14d取样一次，测定了植株各个器官养分的百分含量变化动态(表12-2)。结果表明，大豆自幼苗至成熟期间，叶片、叶柄、茎秆和荚皮中的全氮、五氧化二磷和氧化钾百分含量基本呈递降趋势。子粒中氮的百分含量则是渐升趋势，成熟之前2周达到最高值，成熟时则有所下降。子粒中的五氧化二磷百分含量变化幅度不大，氧化钾百分含量略呈下降趋势。
表12-2 春大豆辽豆10号各器官养分的百分含量变化动态
养分 |
器官 | 出 苗 后 天 数(d) | ||||||||
2l | 35 | 49 | 63 | 77 | 91 | 105 | 119 | 133 | ||
N
| 叶片 叶柄 茎秆 荚皮 子粒 | 5.07 3.12 3.77
| 5.08 2.6l 3.96
| 4.75 1.78 3.27
| 4.53 1.37 2.44
| 3.69 1.34 3.14 3.60
| 3.79 1.41 2.39 2.68 6.27 | 3.27 1.09 1.94 2.56 6.37 | 2.65 1.20 1.60 1.67 6.75 | 2.09 0.95 1.23 1.43 6.67 |
P2O5
| 叶片 叶柄 茎秆 荚皮 子粒 | 0.80 0.67 0.68
| 0.70 0.67 0.62
| 0.68 0.50 0.50
| 0.70 0.44 0.57
| 0.71 0.34 0.49 1.01
| 0.68 0.44 0.56 0.93 1.44 | 0.53 0.34 0.50 0.78 1.21 | 0.50 0.34 0.4 0.53 1.51 | 0.46 0.25 0.37 0.37 1.40 |
K20
| 叶片 叶柄 茎秆 荚皮 子粒 | 1.58 2.24 2.58
| 1.35 2.07 2.43
| 1.34 1.54 2.09
| 1.60 1.58 1.49
| 1.23 1.32 1.59 2.12
| 1.19 1.07 1.22 2.08 2.00 | 1.24 1.04 1.22 1.83 1.55 | 1.13 1.00 1.19 1.76 1.53 | 0.88 0.69 0.89 1.69 1.48 |
大豆植株对氮、五氧化二磷和氧化钾吸收积累的动态符合Logistic曲线，即前期慢，中期快，后期又慢。大豆植株吸收各种养分最快的时间不同。氮在出苗后第9～10周，五氧化二磷在第10周前后，而氧化钾则偏早，在8～9周。不同品种吸收养分最快的时间并不一样。从养分吸收的最大速率上看，不同品种也不相同，这与品种的株型、各器官的比例以及土壤肥力、施肥状况有很大关系(表12-3)。
表12-3 大豆植株养分吸收最快时间和最大速率
品 种 | 养 分 | 养分吸收的最快时间 (出苗后天数) | 养分吸收的最大速率 （mg/（株·d) |
辽豆3号
| N P205 K20 | 71.5 71.0 63.9 | 27.9 15.2 22.2 |
辽豆10号
| N P2O5 K20 | 65.4 70.6 58.2 | 35.0 11.2 15.7 |
(董钻和谢甫绨，1996)
3.大豆干物质的积累动态
(1)叶面积指数
适当地增大叶面积指数是现阶段提高大豆产量的主要途径。大豆出苗到成熟，叶面积指数有一个发展过程，一般在开花末至结荚初达到高峰，大致呈一抛物线。叶面积指数过小，即光合面积小，不能截获足够的光能；叶面积指数过大，中、下部叶片阳光被遮，光效率低或变黄脱落。适宜的叶面积指数动态：苗期0.2～0.3、分枝期1.1～1.5、开花末至结荚初期5.5～6.0、鼓粒期3.0～3.4。叶面积指数在3.0～6.0范围内，叶面积指数与生物产量、经济产量的相关性极显著。较大的叶面积指数维持较长时间对产量形成有利。
(2)生物产量的形成
大豆生物产量形成的过程大体可分为三个时期：指数增长期、直线增长期和稳定期。大豆植株生长初期，叶片接受阳光充分，光合产物与叶面积成正比，增长速度慢，此时，生物产量的积累曲线如指数曲线。从分枝期起，叶面积增长迅速，光合产物积累速大为提高。从分枝期至结荚期，生物产量增加最快，基本上呈直线增长。结荚期之后，叶片光速率降低，生物产量趋于稳定，在鼓粒中期前后达到最大值。生物产量是经济产量的基础。要获得高额的子粒产量，首先必须提高生物产量；其次，应注意光合产物多向子粒转移。
(3)子粒产量的形成
大豆生长发育的重要特点是生殖生长开始早，营养生长和生殖生长并进的时间长。一个生育期为125d的有限结荚习性品种，出苗后60d始花，此时生物产量占总物产量的20%～25%。由此可见，大豆的大部分干物质是在营养生长和生殖生长并进的时期内积累起来的。大豆早熟品种在出苗后50d左右、晚熟品种在出苗后75d左右，荚中子粒即已开始形成。整个子粒形成期为45～50d，最初10d左右增重较慢，中期增重较快，后期又较慢。若以每日每平方米土地子粒平均增重9.9g计算，每公顷子粒平均日增重达105kg左右。大豆子粒含蛋白质约40%，脂肪20%，碳水化合物30%，形成单位重量的蛋白质和脂肪所需要的能量显著高于碳水化合物，所以大豆的经济产量高低不能与以碳水化合物为主要产量构成成分的小麦、水稻作物相比较。
4.大豆干物质的分配
大豆干物质分配是指地上部分各个器官在生物产量中所占的比率。干物质的分配取决于许多因素：光合作用、库的强度、库与源的间距、环境条件等。在正常条件下，禾谷类作物的旗叶及其下方一张叶片是穗部同化物的主要供应者。大豆的腋生花和花序主要由同节位叶片供应同化物。库的数量、大小、位置是支配同化物运转和分配的主导因素。作物收获器的构成成分产生于初级光合产物，如葡萄糖。1个单位葡萄糖可以生产的淀粉、蛋白质和脂肪分别为0.84、0.38、0.31个单位。由于光合产物的转化效率不同，与禾谷类作物相比，以蛋白质和脂肪为主要成分的大豆，其经济系数往往稍低一些。有关研究结果表明，大豆晚熟品种的叶片、叶柄、茎秆、荚皮和子粒在生物产量中的最优比例应为24%、9%、20%、12%和35%，即经济系数为35%。早熟品种的茎秆比例应更小些(春播15%，夏播10%)，子粒比例则应更大些，在42%～45%之间或更高。
大豆干物质分配反映了光合产物的转移和“源一库”关系。从大豆栽培角度看，应当选择高肥水条件下生物产量高、干物质分配合理、经济系数高的品种，加之采用各种栽培措施，以较小的叶片、叶柄、茎秆和荚皮比率，取得较多的子粒产量。大豆的经济系数相对较稳定。同一品种，夏播的经济系数高于春播；同一品种，在中肥条件下的经济系数往往又比在高肥条件下为高。不同品种同期播种，只要能够正常成熟，一般早熟品种的经济系数比晚熟品种高。
二、大豆的品质
(一) 大豆子粒蛋白质的积累与品质
大豆子粒的蛋白质含量十分丰富，含量为40%左右。大豆蛋白质所含氨基酸有赖氨酸、组氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酸、苏氨酸、酪氨酸、缬（xie二声）氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、胱氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、丙氨酸和丝氨酸。其中谷氨酸占19%，精氨酸、亮氨酸和天门冬氨酸各占8%左右。人体必需氨基酸赖氨酸占6%；可是色氨酸及含硫氨基酸—胱氨酸、蛋氨酸含量偏低，均在2%以下。
在大豆开花后10～30d，氨基酸增加最快，此后，氨基酸的增加迅速下降。这标志着后期氨基酸向蛋白质转化过程大为加快。大豆种子中蛋白质的合成和积累，通常在整个种子形成过程中都可以进行。开始是脂肪和蛋白质同时积累，后来转入以蛋白质合成为主。后期蛋白质的增长量占成熟种子蛋白质含量的一半以上。
(二) 大豆子粒油分的积累与品质
大豆油是一种主要的食用植物油，通常子粒的油分含量在20%左右。大豆油中含有肉豆蔻酸、棕榈酸(软脂酸)、硬脂酸等三种饱和脂肪酸和油酸、亚油酸、亚麻酸等三种不饱和脂肪酸。大豆油中的饱和酸约占15%，不饱和酸约占85%。在不饱和酸中，以亚油酸居多，占54%左右。亚油酸和油酸被认为是人体营养中最重要的必需脂肪酸，它们有降低血液中胆固醇含量和软化动脉血管的作用。亚麻酸的性质不稳定，易氧化，使油质变劣。因此，大豆育种家们正试图提高大豆子粒中的亚油酸含量、降低亚麻酸含量，以改善大豆的油脂品质。
有人对大豆开花后52d内甘油三酯的脂肪酸成分的变化进行了研究。结果证明，软脂酸由13.9%降为10.6%，硬脂酸稳定在3.8%左右，油酸由11.4%增至25.5%，亚油酸由37.7%增至52.4%，而亚麻酸由34.2%降为7.6%。总的来说，大豆种子发育初期，首先形成游离脂肪酸，而且饱和脂肪酸形成较早，不饱和脂肪酸形成较迟，随着种子成熟，这些脂肪酸逐步与甘油化合。大豆子叶中的油分呈亚微小滴状态，四周被有含蛋白质、脂肪、磷脂和核酸的膜。
(三) 影响大豆子粒蛋白质和油分积累的因素
大豆子粒蛋白质与油分之和约为60%，这两种物质在形成过程中呈负相关关系。凡环境条件利于蛋白质的形成，子粒蛋白质含量即增加，油分含量则下降；反之，若环境条件利于油分形成，则油分含量会增加，蛋白质含量则下降。
1.大豆子粒的品质与气候条件的关系
据胡明祥等(1990)对不同生态区域大豆子粒品质的测定结果，大豆蛋白质含量与大豆生育期间的气温、降水量呈正相关，与日照和气温的日较差呈负相关。祖世亨(1983)对我国18个省大豆子粒含油量与气候条件关系的研究结果表明，大豆子粒含油量与生育期间的气温高低和降水多少呈负相关，与日照长短和气温的日较差大小呈正相关。总的来说，气候凉爽、雨水较少、光照充足、昼夜温差大的气候条件有利于大豆含油量的提高。
2.大豆子粒品质与地理纬度的关系
我国大豆子粒的蛋白质和油分含量与地理纬度有明显的相关性。总的趋势是原产于低纬度的大豆品种，蛋白质含量较高，而油分含量较低；原产于高纬度的大豆品种，油分含量较高，而蛋白质含量较低。因而，东北大豆以油用为主，子粒的蛋白质含量较低而含油量较高；南方一些地区的大豆以加工豆腐等食用为主，子粒的含油量较低而蛋白质含量较高。丁振麟(1965)采用3个杭州大豆品种进行的地理播种试验结果证明，大豆北种南引，有利于蛋白质的提高；南种北引，有利于油分的提高。然而，地理纬度与蛋白质、油分的相关性并不是绝对的。
3.大豆子粒品质与海拔高度的关系
据Gupta等(1980)的研究，海拔低处的大豆含蛋白质高，海拔高处的大豆蛋白质含量低。胡明祥等(1985)的研究也证明，在北纬33。以北地区，随着海拔升高蛋白质含量呈下降趋势，但在低纬度地区情况有所不同。大豆子粒含油量的变化规律与蛋白质有所不同。一般海拔低处的油分含量低，而高处的油分含量高。但低纬度地区的情况恰恰相反，即海拔低处的大豆子粒含油量高，海拔高处的大豆油分含量低。另外，研究报道还表明，大豆油分的碘价随海拔升高而提高，海拔高处棕搁酸(软脂酸)含量低，亚麻酸含量高；反之亦然。
4.大豆子粒品质与播种期的关系
大豆播种期不同，植株生长发育所遇到的环境条件各异，这些环境条件对大豆子粒品质造成一定影响。一般认为，春播大豆蛋白质含量较高，夏播或秋播稍低；油分含量春播普遍高于夏播或秋播。播种期不仅影响大豆油分的含量，而且影响脂肪酸的组成。春播大豆子粒的棕搁酸(软脂酸)、硬脂酸、亚油酸和亚麻酸含量低，而夏播或秋播的则较高。油酸含量则与此相反，春播高于夏播或秋播。
5.大豆子粒品质与施肥的关系
据报道，给大豆单施氮肥、磷肥或者氮磷混施均可增加子粒的蛋白质含量。给大豆单施农家肥会使子粒的含油量下降。在施用农家肥基础上再增施磷肥、氮磷肥、磷钾肥，或者不施农家肥而施氮、磷、钾化肥，都可以提高大豆子粒的含油量。国内外的研究结果还表明，硫、硼、锌、锰、铂和铁等元素均会对大豆子粒的品质形成产生影响。
另外，灌水、茬口、病虫为害等也会对大豆子粒的品质带来影响。大豆花荚期灌水会提高子粒的含油量。对大豆子粒含油量最有利的前作是玉米，最差的是甜菜。大豆受斑点病为害后，子粒含油量下降；子粒受食心虫为害后，蛋白质含量有所提高，含油量则下降。
(四)优质专用大豆的类型与品质指标
l.高蛋白质大豆 蛋白质含量45%以上，产量比当地同类品种增产5%。
2.高脂肪合量大豆 脂肪含量23%以上，产量比当地同类品种增产5%。
3.双高含量大豆 蛋白质含量42%，脂肪含量21%以上，产量比当地同类品种增产5%。
4.高豆腐产量品种 豆腐产量比一般大豆高10%～20%，子粒产量与当地高产品种相当。
5.无(低)营养成分抑制因子大豆 无胰蛋白酶抑制剂或无脂氧化酶。
6.适于出口的小粒豆(纳豆) 百粒重15～16g。
7.适于菜用的大粒品种 鲜荚长132.5px，宽32.5px，含糖量7%，蛋白质36%～37%。
8.高异黄酮含量大豆 长期以来，大豆异黄酮在食品中作为一种抗营养因子，但最近由于其雌激素特性，而使大豆异黄酮的抗肿瘤活性得到人们的广泛关注。大豆种子中的异黄酮含量达0.05%～0.7%，在种子下胚轴含量较高，子叶中相对较低，种皮中的含量就更少。
另外，国外大豆育种家正在选育的专用型大豆类型还有适于豆豉加工的黑豆类型；低亚麻酸含量或低棕榈酸含量品种类型；高油酸、高硬脂酸含量品种类型等。
