《Agronomy Journal》：Influence of environment and management practices on soybean seed composition in North Carolina
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大豆[Glycine max (L.) Merrill]是用于工业、农业和烹饪用途的蛋白质和油的重要来源。了解管理措施的变化如何影响大豆产量以及大豆品质参数（如蛋白质和油含量）至关重要。在2019年至2023年间，研究人员在北卡罗来纳州19个不同环境中安装了田
大豆[Glycine max (L.) Merrill]是用于工业、农业和烹饪用途的蛋白质和油的重要来源。了解管理措施的变化如何影响大豆产量以及大豆品质参数（如蛋白质和油含量）至关重要。在2019年至2023年间，研究人员在北卡罗来纳州19个不同环境中安装了田间试验，本研究共使用了2775个小区。试验旨在评估管理因素（如大豆种植日期和成熟组（maturity group, MG））对大豆产量、大豆蛋白质和油含量、大豆损伤和紫斑病的影响。在北卡罗来纳州各地区、MG和种植日期中，大豆蛋白质和油含量呈负相关。大豆产量与蛋白质之间的关系较弱。晚熟品种（>MG4）的蛋白质含量通常较高，而油含量则相反，晚熟品种的油含量较低。在所有环境中，随着平均生殖温度（reproductive temperature）升高，产量、蛋白质和油含量通常也随之增加。大豆产量与大豆种子损伤和紫斑病之间的关系较微弱。种植者可以利用这些信息，就种植日期和MG选择对大豆种子成分和品质的影响做出更明智的管理决策。
**环境与管理措施对北卡罗来纳州大豆种子成分的影响——基于19个环境的多年田间试验研究解读**
**一、研究背景与科学问题**
大豆[Glycine max (L.) Merrill]是全球重要的植物源蛋白质和油料作物，其籽粒中蛋白质和油含量直接决定了加工利用价值。食品及饲料市场偏好高蛋白大豆，而工业市场则对油脂品质有特定需求。长期以来，加工商对高蛋白、高油大豆给予价格溢价，因此种植者需要在产量和品质之间取得平衡。已有研究表明，大豆种子成分高度受遗传、管理措施与生长环境互作的影响，其中环境条件可解释蛋白质和油含量变异的70%左右。尽管种植者无法直接控制田间气候，但可以通过调整种植日期和成熟组选择来改变生育期与温度窗口的匹配关系。
过去二十年间，美国中南部地区通过推广早播和早熟品种成功缩小了与中西部玉米带之间的产量差距。北卡罗来纳州种植者据此也转向较早的成熟组和更早的播种日期以提升产量。然而，这一管理策略转变可能给种子品质带来潜在风险——部分研究表明早播或迟播对蛋白质和油含量的影响存在区域差异，甚至出现矛盾结论。此前Morris等人在北卡罗来纳州的初步研究虽观察到种植日期与成熟组的互作趋势，但两年数据受温度和降水波动影响较大，且未系统解析产量与种子成分之间的关系。
为此，本研究利用2019—2023年间北卡罗来纳州19个环境（地点-年份组合）的2775个小区的多年多点田间试验数据，系统量化了环境因子（生殖期温度）、管理措施（种植日期、成熟组）对大豆产量、蛋白质、油含量、种子损伤和紫斑病的影响，并首次探索了该州条件下产量与蛋白质/油成分之间的关联。该研究发表于《Agronomy Journal》。
**二、试验设计与主要技术方法**
研究采用裂区随机完全区组设计，以7个种植日期（3月至7月）为主区，6个成熟组（II–VII）为裂区，每个环境4—6个重复。数据由两个独立试验合并而来：其一为2019—2023年开展的种植日期×成熟组×播种密度试验，其二为2021—2022年开展的农药喷施时期试验，两者在重叠年份和地点使用相同品种，仅保留相同播种密度（247,105 seeds ha
-1）的小区数据，最终形成2775个观测值。收获时取约100 g籽粒样品，参照USDA大豆分级流程量化损伤籽粒和紫斑病（purple seed stain, PSS）比例；采用近红外光谱法测定蛋白质和油含量，产量及成分统一校正至13%水分。使用SoyStage模型预测各群体R1（始花期）、R5（始粒期）、R7（始熟期）的日期范围，气象数据来源于北卡罗来纳州气候办公室。统计分析采用SAS 9.4的PROC CORR进行相关性分析，PROC GLIMMIX进行种植日期、成熟组及其互作的混合模型方差分析，并以Tukey法调整多重比较（p ≤ 0.05）。
**三、主要研究结果**
**3.1 产量对大豆蛋白质和油组成的影响**
合并所有数据后，产量与种植日期呈显著负相关（r = ?0.32，p < 0.0001），与油含量呈微弱正相关（r = 0.04，p = 0.03），但与蛋白质含量相关系数不显著（r = 0.02，p = 0.28）。按成熟组分别分析时，MG III（r = ?0.096）和MG IV（r = ?0.121）的产量与蛋白质显著负相关，而MG VII呈显著正相关（r = 0.14）。在北卡罗来纳州三个种植区域中，皮德蒙特（Piedmont）和潮水（Tidewater）区域产量与蛋白质呈显著负相关，沿海平原（Coastal Plain）区域未达显著水平。产量与油含量之间的正相关在MG II（r = 0.16）、MG III（r = 0.11）和MG IV（r = 0.09）中显著，但在MG V—VII中不显著；仅潮水区域产量与油含量显著正相关（r = 0.23）。蛋白质和油含量总体呈负相关（r = ?0.48，p < 0.0001），且除MG V外，成熟组越晚，该负相关越强；潮水区域负相关最强（r = ?0.69），其次为沿海平原（r = ?0.48）和皮德蒙特（r = ?0.33）。
**3.2 生殖期温度对种子品质和产量的影响**
研究分析了R1—R7阶段平均温度与种子成分的关系。结果显示，蛋白质和油含量均随生殖期平均温度升高而显著增加（蛋白质r = 0.18，油r = 0.21，均p < 0.0001），产量也随温度升高而增加（r = 0.22，p < 0.0001）。这与Wolf等人（1982）报道的R5后温度升高增加蛋白质和油含量的趋势一致。但不同研究区域的结果存在差异——Mourtzinis等人（2017）在中北部地区发现温度升高降低蛋白质但增加油含量，Naeve和Huerd（2008）在明尼苏达州则发现温度升高对蛋白质无影响而油含量增加。这反映了温度-成分关系具有明显的区域特异性。
**3.3 种植日期和成熟组对种子品质的影响**
**3.3.1 蛋白质和油组成**
种植日期与成熟组的互作对蛋白质、油含量和产量均有显著影响（p < 0.0001）。蛋白质含量最高的组合出现在3月和4月的早播处理中，随后随种植日期推迟而逐渐下降，至6月中旬和7月中旬降至最低。早播高蛋白的趋势与Morris等人（2021）的研究一致，但与北方地区部分研究结果相反。油含量方面，MG II—IV在各种植日期均高于平均水平，而MG V—VII则低于平均水平，反映出晚熟品种油含量偏低的趋势。产量方面，5月中旬前种植的MG III、IV、V组合获得最高产量，这为北卡罗来纳州推广早播和中早熟品种提供了进一步支撑。
**3.3.2 种子损伤和紫斑病**
种子损伤和紫斑病与产量的相关性均较弱（r = ?0.08和?0.09），但管理措施对二者的影响显著。早种植日期和早熟MG（如MG II、III）处理的种子损伤和紫斑病比例最高，随种植日期和成熟组推迟，二者显著下降。高湿度和较高温度有利于病原菌滋生，是导致早播早熟群体籽粒损伤增加的重要环境因素。
**四、讨论与结论**
本研究的核心发现在于：北卡罗来纳州大豆产量与蛋白质含量之间不存在显着的总体负相关，而产量与油含量之间仅存在微弱正相关；蛋白质和油含量对种植日期、成熟组及生殖期温度变化的响应呈相反趋势。这些结果与该州近年推行早播、早熟品种以提高产量的管理策略并不矛盾——通过选择适宜种植日期（5月中旬前）搭配MG III—V，种植者可在获得较高产量的同时维持可接受的蛋白质和油含量水平。环境条件（而非产量本身）是驱动种子成分变异的主导因素，局部区域的精细化管理决策至关重要。研究结论指出，优化种植日期和成熟组搭配有助于在缩小产量差距的同时保持大豆蛋白质和油的品质，为北卡罗来纳州大豆种植者提供了基于多年多点实证数据的管理决策依据。
