大豆绿籽形成的全球驱动因素及其对籽粒品质的影响：生理、遗传、农艺与采后综合评述

《Agronomy Journal》：Soybean greening: A global review of drivers and implications for kernel quality

　　

生理成熟大豆（Glycine max L.）种子中叶绿素的滞留（即大豆绿籽现象）通过损害种子品质、油脂澄清度和市场适销性，对全球大豆生产构成日益严峻的挑战。在本综述中，“绿色化”（greening）特指已到达 R7–R8 生育阶段的种子中叶绿素 a（Chl a）和叶绿素 b（Chl b）持续存在，导致可见绿色色素沉积和种子品质降低。叶绿素降解是一个受激素信号、氧化胁迫和分解代谢基因表达紧密调控的过程。干旱、高温和过早干燥等环境胁迫会破坏该过程，而遗传易感性和品种特异性响应，特别是涉及 G 基因和滞绿（stay-green, SGR）蛋白者，会调节其敏感性。农艺措施，包括播期、播种量、灌溉和干燥剂施用时机，也会影响绿籽发生率，尤其在于胁迫易发条件下。绿籽表现出油脂稳定性降低、蛋白质和氨基酸谱改变、发芽受损，并在采后处理过程中更易受损，特别是在较高干燥温度和某些贮藏条件下，进一步降低种子品质。尽管认识不断提高，相关研究仍较为碎片化，来自非洲和其他新兴产区的有限。本综述综合了有关大豆绿籽发生生理驱动因素及其品质影响的知识，强调需要将耐逆品种、优化农艺措施和改进采后规程相结合的集成管理策略。未来研究应优先开展多环境试验、针对叶绿素降解效率的分子育种，以及建立绿籽耐受阈值，以在气候变异加剧背景下支持可持续大豆生产。

1 引言（INTRODUCTION）
大豆（Glycine max L.）是全球重要的蛋白质和油料作物，近二十年来其生产因遗传育种、生物技术和农艺实践进步而快速扩张。然而，收获期绿籽问题日益突出，绿籽因成熟紊乱而滞留叶绿素，降低加工品质和市场价值，并在南美、北美、亚洲和南非造成经济损失。种子灌浆和成熟期环境胁迫，尤其干旱、高温和快速干燥，与成熟种子叶绿素滞留反复相关。绿籽伴随生化组成和品质性状改变，如油脂稳定性、蛋白质含量和感官特性下降，影响加工适宜性和终端用途。残留叶绿素与较高游离脂肪酸浓度和较低氧化稳定性相关，降低贮藏寿命并增加精炼成本；叶绿素还使油呈绿色，需额外脱色。虽然总油含量在绿籽和黄籽间可能无明显差异，但未成熟或绿籽在不利干燥和贮藏条件下氧化稳定性降低、游离脂肪酸升高。绿籽还与成熟不完全相关，蛋白质浓度通常较完全成熟种子低 1%–2%，降低豆粕营养价值和饲料效率，并改变氨基酸谱，如赖氨酸和蛋氨酸降低。脂氧合酶活性升高促进脂质氧化和豆腥或草味等异味。绿籽物理和生理品质降低，易受损、劣变和贮藏损失，发芽和幼苗活力较差，贮藏稳定性低。表面或子叶结构不规则证据混杂，可能为非特异性胁迫指标。农艺措施如播期、品种和干燥策略可影响绿籽风险。绿籽由环境、农艺和遗传因素复杂互作导致，机制仍不完全清楚。本综述整合田间和试验证据，构建环境×基因型×生理框架，考察环境胁迫、农艺管理和遗传背景如何影响叶绿素滞留、种子品质和活力，并识别知识空白及管理与育种优先事项。

1.1 生化与生理基础（Biochemical and physiological basis of seed greening）
大豆种子发育经历 R1–R8 生殖阶段，种子灌浆主要在 R5 和 R6，随后 R7 开始成熟，R8 完熟。可见退绿通常从 R7 开始，并持续至 R8。生理成熟在 R7 达到，此时干物质积累和种子干重最大，但水分仍较高；收获成熟在 R8，约 95% 豆荚达成熟色且水分降至适于机械收获和贮藏。叶绿素降解及叶绿体向贮藏质体转变与 R6–R8 晚期灌浆和成熟密切相关。叶绿素降解主要经脱镁叶绿酸 a 加氧酶（PAO）途径，由叶绿素分解代谢基因编码的酶介导。种子成熟由脱落酸（ABA）、细胞分裂素、乙烯和茉莉酸等激素信号网络调控。绿籽发生源于叶绿素生物合成与降解平衡被破坏，涉及激素、酶、抗氧化系统和氧化响应。叶绿素 b 先转化为 Chl a，镁去除形成脱镁叶绿素 a，再水解为脱镁叶绿酸 a，PAO 裂解氯素大环，产生红色叶绿素分解产物，并进一步还原为液泡中的非荧光分解产物。细胞分裂素在胁迫下可下调叶绿素 b 还原酶等关键分解酶，稳定叶绿素–蛋白复合体，拮抗 PAO 途径，导致绿籽滞留。胁迫诱导 ABA 则促进衰老和叶绿素降解，上调脱镁叶绿素酶和 PAO，并诱导 SGR 蛋白破坏捕光复合体。低细胞分裂素/ABA 比常与异常成熟及干旱、涝害等非生物胁迫相关。多数品种在适宜条件下完成叶绿素降解，但特定基因型在干旱和高温下，尤其 R4–R6，降解受损。SGR1、SGR2、脱镁叶绿素酶和 non-yellow coloring 1（NYC1）等关键基因在耐性与易感基因型间表达差异显著。耐涝品系中乙烯升高与叶绿素降解延迟和绿籽滞留相关。活性氧（ROS）积累可损害叶绿体膜并破坏叶绿素–蛋白复合体，损害酶促降解。隐性遗传变异可能仅在环境胁迫下显现，表明绿籽表达存在基因型×环境互作。

1.2 绿色化的遗传性状（Genetic traits of greening）
种皮色素和植物化学成分可增强胁迫韧性，却可能延迟叶绿素降解。按种皮和子叶颜色分类的大豆地方品种色素模式变异较大，并与胁迫响应有关。色素地方品种的抗氧化防御包括超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等酶，以及类黄酮和花青素等非酶化合物，增强 ROS 清除和耐逆性。抗氧化能力升高和激素信号改变可延长叶绿素–蛋白复合体稳定性，导致胁迫下绿色色素滞留。此类性状在低投入系统选育的地方品种中常见，尽管叶绿素滞留不利于品质，这些地方品种仍可能是有价值的遗传资源。G 基因的隐性 g 等位基因是成熟种子从绿色到黄色种皮转变的关键决定因子，非功能 g 等位基因在现代商业品种中广泛存在，因驯化选择黄色种子和有效叶绿素降解。gl 等位基因是绿叶（GL）基因即 G 同源基因的突变，较罕见且主要限于传统日本品系。仅 G 基因突变通常足以防止叶绿素滞留并产生黄籽，而 GL 基因突变并非必需，表明同源基因功能分化。功能性 G 等位基因与叶绿素持久性更相关，尤其在低温或干旱下。选择非功能 g 等位基因仍是育种策略，但环境胁迫仍可诱导残留叶绿素，即使 g 纯合品种也表明绿籽并非单一位点控制。主要位点和基因组区域包括 1 号染色体与 G 位点相关的主效数量性状位点（QTL）、8 号染色体附加 QTL，以及调控叶绿素降解的 D1 和 D2（SGR）基因。隐性 g 促进有效叶绿素降解和黄籽，功能性 G 则与种皮和子叶叶绿素持久相关。非连锁核基因 D1 和 D2 协同调控叶绿素分解，双隐性 d1d1d2d2 导致 SR 表型，使叶片、荚壁和成熟种子叶绿素滞留。热和干旱下 SGR1、SGR2、PPH2 和 NYC1 表达降低与绿籽形成相关，是育种重要目标。

1.3 遗传与胁迫因素（Genetics and stress factors）
当前证据表明，大豆绿籽受强基因型×环境互作调控，晚期生殖阶段环境胁迫破坏叶绿素降解，并因品种遗传易感性不同而产生差异。基因型显著影响绿籽发生率，某品种在不同地点可从 <1% 到 72%。一些品种绿籽率低且生理品质优，贮藏后发芽较高；另一些品种绿籽率高且发芽和苗活力降低。基因型响应还受环境和成熟组互作影响，存在显著年度×基因型互作，表明多环境试验的重要性。生理生化方面，干旱和高温下绿籽色素谱以脱镁叶绿素 a 和 b 为主，完整叶绿素较少，说明胁迫诱导膜损伤和细胞通透性增加，可能降低 pH，促进叶绿素非酶转化为脱镁叶绿素。收获时绿色并不表明种子未成熟，因脂质和蛋白合成未受损，叶绿素滞留反映胁迫诱导的生理失调。分子证据显示，易感品种在热旱胁迫下绿籽比例显著高于耐性品种，Chl a 和 Chl b 增加，叶绿素降解相关基因表达降低，呈轻度 SGR 表型；耐性品种则维持较低叶绿素水平并上调降解基因。环境胁迫强度、时机和持续时间调节叶绿素滞留和品质损失。高温结合水分限制在 R6 显著增加绿籽，而中温下严重水分胁迫未显著提高绿籽，表明温度起关键调节作用。冠层不同部位绿籽分布无显著差异。种子储备积累关键窗口为 R5–R7，电导率反映膜完整性，热胁迫降低活力，百粒重受温度和水分影响。成熟期温度和水分胁迫显著增加绿籽，晚熟品种更敏感，水分胁迫下绿籽比例可显著升高甚至达 58.6%，充分灌溉则无绿籽产生。绿籽高叶绿素含量与低叶绿素酶活性呈负相关。综上，热旱在 R5–R8 持续损害叶绿素分解，但基因型变异明显，需整合耐逆种质、多环境筛选和农艺管理。

2 农艺因素（AGRONOMIC FACTORS）
2.1 播种量（Seeding rate）
较高播种量在温度和水胁迫下可降低绿籽发生率。在 150,000 plants ha^?1 时绿籽约 20%，在 560,000 plants ha^?1 时降至 14%。这可能与高播种量促进较早冠层封闭、减少豆荚水平辐射截获、缓和冠层温度和蒸发需求有关，从而降低胁迫诱导的成熟和叶绿素降解干扰。低密度则可能因冠层覆盖减少，使豆荚和冠层上部暴露于更大温度波动、辐射负荷和蒸发需求，强化干旱和热胁迫，增加叶绿素降解不完全风险，尤其易感品种。非胁迫条件下，播种量未显著影响绿籽发生率，表明其主要通过与环境胁迫强度和品种易感性互作间接影响绿籽。

2.2 除草剂、病害动态与杀菌剂（Herbicides, disease dynamics, and fungicides）
预收获干燥剂和病害管理可影响叶绿素降解动态。florpyrauxifen-benzyl 在 R7.1 阶段以 2.5 g active ingredient ha^?1 或更高剂量施用，可有效干燥且不增加绿籽；而 diquat 和 glufosinate 尤其早于 R7.2 施用，会增加绿籽比例。病害如亚洲大豆锈病（Phakopsora pachyrhizi）可改变光合能力，扰乱衰老，并在高温干旱等胁迫下协同增加绿籽和降低活力。有效杀菌剂在正常成熟条件下对绿籽直接影响有限，但严重锈病与 R7 高温干旱同时发生时可显著增加绿籽。病害可损害叶面积持续期和同化物供应，导致过早或不均匀干燥、异步成熟和叶绿素分解不完全。某些病害综合征可诱导“stay-green”表型，但 SR 综合征指营养组织或豆荚绿色持久，应与成熟种子叶绿素滞留相区分。总体而言，化学干燥、生物胁迫、环境胁迫和品种易感性常协同作用，过早干燥、病害控制不足和晚期胁迫会干扰协调叶绿素降解。

2.3 采后加工（Postharvest processing）
收获和采后因素如过早干燥、干燥不足和不当贮藏可进一步破坏叶绿素降解。过早干燥，尤其生理成熟前，可中断酶促叶绿素分解；干燥方法、速率和贮藏条件影响色素降解程度。高温干燥 >40°C 可灭活色素分解酶并加剧叶绿素滞留，而约 25°C 缓慢干燥可保留酶活和种子完整性。收获成熟度和干燥温度影响 Chl a 和 Chl b 滞留；R6 收获种子叶绿素高，Chl a:b 约 2.5:1，至 R8 降至约 1.2:1，因 Chl a 降解更快。延长贮藏中色素降解可继续，20 个月后绿色色素可能几乎完全消失，种子类似正常黄籽，但可能因先前干旱胁迫而较小。整合采后调质与收获前胁迫减缓，通过品种选择、干旱管理和最佳收获时机，可减少绿籽积累；种子公司和加工者应建立绿籽污染监管阈值。

3 未来研究需求（FUTURE RESEARCH NEEDS）
未来研究应优先研究基因型×环境×管理（G×E×M）互作机制，特别是联系胁迫生理、叶绿素分解和成熟期农艺管理。需识别在环境胁迫下稳定叶绿素降解的分子标记和育种目标，包括关键叶绿素分解基因及其与激素和抗氧化途径的互作。还需理解触发叶绿素滞留的环境胁迫时机、强度和持续时间，表征生殖发育关键胁迫阈值，以支持预测风险模型和决策工具。应评估播期、群体、灌溉、病害控制和干燥剂使用等农艺措施如何与环境胁迫和基因型互作影响田间绿籽。绿籽对下游加工、油和蛋白品质、贮藏性能及种子寿命的影响仍需在广泛环境和品种中量化。标准化绿籽评估方法和商业可接受阈值十分必要。当前证据地理分布不均，多来自巴西，需比较研究和多环境试验。直接方法包括溶剂提取子叶或整粒种子并分光光度测定 Chl a 和 Chl b，间接方法包括视觉评分、叶绿素荧光和成像分析。

4 结论（CONCLUSION）
大豆绿籽由成熟种子叶绿素滞留导致，受基因型、环境胁迫、作物管理和采后处理复杂互作驱动。干旱、热、涝和过早干燥等环境胁迫破坏关键晚期生殖和成熟阶段叶绿素降解，基因型差异影响易感性。绿籽降低种子品质、市场适销性和贮藏潜力，因此有效缓解需集成耐逆品种、优化农艺管理、适宜干燥和收获时机及采后处理。随着气候变异增加和大豆生产扩展至更多变环境，整合遗传、生理、农艺和采后科学的系统方法对降低绿籽风险、维持种子品质至关重要。