1. 引言
大豆作为重要的粮食和油料作物，其种植面积在第二次世界大战后稳步增加 [1] ，从1961年全球2381.7万公顷种植面积到2015年的1.13亿公顷，增加了9000多万公顷。世界大豆5大主产国中巴西、阿根廷种植面积发展势头很强，且大豆单产水平升高趋势明显，而美国、印度和中国相比而言种植面积变化不大，单产水平升高趋势平缓。随着大豆种植面积与单产水平的提高，世界大豆总产量从1961年的2688.2万吨，到2015年的3.5亿吨以上 [2] ，上升势头强劲，生产趋势增幅十分明显。同时大豆常常作为重要的食品加工原料，保健功能和营养性很高。如大豆分离蛋白含具有极高的营养价值和保健功能 [3] [4] [5]。极性脂质结合蛋白对降低血液胆固醇含量效果显著 [6] [7] [8]。小分子肽具有氨基酸补给、抗辐射氧化、保护心脑血管等功能 [9] [10] [11]。胰蛋白酶抑制剂、大豆凝集素、露那辛具有营养拮抗作用和抗肿瘤等药理活性功能 [12] - [19]。
随着经济水平的快速发展和人们不断提升的生活质量，对于大豆的需求不单单是产量，对品质的要求也达到了更高的层次。许多科学工作者曾针对大豆品质进行过各方面的研究，如播期 [20]、收获期 [21]、土壤和肥料 [22]、重迎茬 [23] [24]、除草剂 [25]、间作 [26] 等。群体结构和单株会影响大豆产量，而种植密度在群体结构和单株形态占有极大的地位，合理的种植密度会保证作物整体与个体之间达到一个新的平衡关系，保证单株作物可以获取足够的光照，水分和养分供应，大豆是具有分支的作物，叶片彼此蒙蔽，叶片功用得不到充分发挥，致使零落结实器官和养分器官徒长，光能利用率不高，所以为了使大豆生殖生长与营养生长达到共赢，确保足够的光照和正常的光合作用，合理密植显得尤为重要 [27]。因此许多学者针对密度展开了研究，但其研究热点大多局限于其对产量的影响，而密度对大豆品质影响的探究较少 [28]。本文通过设置不同的种植密度探讨密度对不同大豆品种品质的影响，从而得出适宜东北部地区的种植密度，提供该地区大豆高产、优质栽培的理论指导。
本试验利用东北农业大学大豆遗传改良团队培育的五个高蛋白大豆稳定品系于2017年进行单年试验，分别在香坊试验农场以10万株/公顷、12万株/公顷、14万株/公顷、16万株/公顷和18万株/公顷的密度种植，并在成熟收货后调查其蛋白质、脂肪含量情况，得到了完整的试验数据，进行统计分析。
2. 材料与方法
2.1. 试验地概况
本研究在东北农业大学香坊试验农场进行，试验地位于我国中温带大陆性季风气候的哈尔滨市香坊区境内，北纬45˚44'，东经126˚43'，海拔145~175米，积温2700℃以上，全年平均降水量569.1毫米，年均日照26,410小时。试验农场面积较大，长期流水浸蚀，微起伏，土层扎实，土质沃腴，灌排方便。
2.2. 试验材料
供试品种为东北农业大学大豆遗传改良团队培育的高蛋白大豆稳定品系，东农豆251、东农豆252、东农豆253、东农42E (东农42的后代品系)以及东农42E包衣处理，各品系的生物学特性见表1。
2.3. 试验设计
采用种植密度与品种二因素裂区试验，主区为种植密度，以5种密度(10万株/公顷、12万株/公顷、14万株/公顷、16万株/公顷、18万株/公顷)作为参试密度 [29] ，分别以A1、A2、A3、A4、A5表示；上面所提的五个品种(东农豆251、东农豆252、东农豆253、东农42E、东农42E包衣处理)作为副区，依次以B1、B2、B3、B4、B5表示，共25个处理，三次重复，二行区，5 m行长，行距0.65 m (见表2)。生育
Table 1. Biological characteristics of experiment lines
表1. 供试品系生物学特性
Table 2. Experiment design and block number
表2. 试验设计各处理及编号
期内田间管理与常规生产田相同。所有小区统一施肥，底肥和种肥配比施肥，肥料配比N:P:K = 13:18:(9~15)，亩施肥量20 kg。不浇水。
2.4. 大豆品质指标的测定
籽粒中蛋白质和脂肪的含量选用FOSS公司生产的Infratec1225型近红外整粒谷物快速测定仪测定 [30]。
2.5. 数据统计分析
试验数据统计利用Microsoft Excel和SPSS Statistics进行处理分析，采用Duncan法进行相关指标的数值比较分析 [31]。
3. 结果与分析
3.1. 描述性分析
3.1.1. 东农豆251的描述性分析
表3和表4分别是不同密度下东农豆251蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表3可以看出，251在密度为16万株/公顷种植的大豆蛋白质平均值和变异系数均高于其他密度，即在密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为10、12、14和18万株/公顷。密度为18万株/公顷的大豆蛋白质极差高于其他密度，说明前者变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。14万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质最大值、变异系数和极差均低于其余密度，即密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于10、12、16和18万株/公顷，14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值集中。
从表4可以看出，该品种在密度为18万株/公顷种植的大豆脂肪含量极差和变异系数均高于其他密度，即在密度为18万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为10、12、14和16万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。10万株/公顷为密度种植的大豆脂肪最大值和变异系数均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
Table 3. Protein content of Dongnongdou251 under different planting density
表3. 东农豆251不同播种条件下蛋白质的表型数据
Table 4. Oil content of Dongnongdou251 under different planting density
表4. 东农豆251不同播种条件下脂肪的表型数据
3.1.2. 东农豆252的描述性分析
表5和表6分别是不同密度下东农豆252蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表5可以看出，252在密度为16万株/公顷种植的大豆蛋白质平均值和变异系数均高于其他密度，即在密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为10、12、14和18万株/公顷。密度为18万株/公顷的大豆蛋白质极差高于其他密度，说明其变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。14万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质最大值、变异系数和极差均低于其余密度，即密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于10、12、16和18万株/公顷，14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值集中。
从表6可以看出，该品种在密度为18万株/公顷种植的大豆脂肪含量极差和变异系数均高于其他密度，即在密度为18万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为10、12、14和16万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。10万株/公顷为密度种植的大豆脂肪最大值和变异系数均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
3.1.3. 东农豆253的描述性分析
表7和表8分别是不同密度下东农豆253蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表7可以看出，253在密度为14万株/公顷种植的大豆蛋白质极差、最大值、平均值和变异系数均高于其他密度，即在密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为10、12、16和18万株/公顷，变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。10万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质变异系数和极差均低于其余密度，即密度为10万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于12、14、16和18万株/公顷，10万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值较为集中。
从表8可以看出，该品种在密度为14万株/公顷种植的大豆脂肪含量最大值、极差和变异系数均高于其他密度，即在密度为18万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为10、12、14和16万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。10万株/公顷为密度种植的大豆脂肪最大值和变异系数均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
Table 5. Protein content of Dongnongdou252 under different planting density
表5. 东农豆252不同播种条件下蛋白质的表型数据
Table 6. Oil content of Dongnongdou252 under different planting density
表6. 东农豆252不同播种条件下脂肪的表型数据
Table 7. Protein content of Dongnongdou253 under different planting density
表7. 东农豆253不同种植密度下蛋白质的表型数据
Table 8. Oil content of Dongnongdou253 under different planting density
表8. 东农豆253不同种植密度下脂肪的表型数据
3.1.4. 东农品系42E的描述性分析
表9和表10分别是不同密度下东农品系42E蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表3~表7可以看出，品系42E在密度为10万株/公顷种植的大豆蛋白质最大值、平均值和变异系数均高于其他密度，即在密度为10万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为12、14、16和18万株/公顷。密度为18万株/公顷的大豆蛋白质极差高于其他密度，说明其变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。12万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质最大和极差均低于其余密度，即密度为12万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于10、14、16和18万株/公顷，12万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值集中。
从表3~表8可以看出，该品种在密度为10万株/公顷种植的大豆脂肪含量最大值和变异系数均高于其他密度，即在密度为10万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为12、14、16和18万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。10万株/公顷为密度种植的大豆脂肪最大值、极差和变异系数几乎均均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
3.1.5. 东农42E包衣处理的描述性分析
表11和表12分别是不同密度下东农42E包衣处理蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表11可以看出，在密度为14万株/公顷种植的大豆蛋白质平均值和最大值均高于其他密度，即在密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为10、12、16和18万株/公顷。密度为10万株/公顷的大豆蛋白质极差高于其他密度，变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。16万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质最大值、变异系数和极差均低于其余密度，即密度为16万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于10、12、14和18万株/公顷，16万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值集中。
从表12可以看出，该品种在密度为10万株/公顷种植的大豆脂肪含量极差和变异系数均高于其他密度，即在密度为10万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为12、14、16和18万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。16万株/公顷为密度种植的大豆脂肪极差、最大值和变异系数几乎均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
3.1.6. 综合统计分析
表13和表14分别是不同密度下试验品种蛋白质和脂肪的表型数据的Min、Max、Range、Mean、Var、Std以及CV。从表13可以看出，在密度为14万株/公顷种植的大豆蛋白质变异系数高于其他密度，即在密度为14万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度高于密度为10、12、16和18万株/公顷。密度为18万株/公顷的大豆蛋白质最大值和极差高于其他密度，其变异幅度显著，数据普遍性较低，参考性不高。
Table 9. Protein content of Dongnong42E under different planting density
表9. 东农42E不同种植密度下蛋白质的表型数据
Table 10. Oil content of Dongnong42E under different planting density
表10. 东农42E不同种植密度下脂肪的表型数据
Table 11. Protein content of Dongnong42E (Seed coating) under different planting density
表11. 东农42E包衣处理不同种植密度条件下蛋白质的表型数据
Table 12. Oil content of Dongnong42E (seed coating) under different planting density
表12. 东农42E包衣处理不同种植密度条件下脂肪的表型数据
10万株/公顷为密度种植的大豆蛋白质最大值、变异系数和极差均低于其余密度，即密度为10万株/公顷的大豆蛋白质含量变异度低于12、14、16和18万株/公顷，10万株/公顷的大豆蛋白质含量变异范围较小，数值集中。
从表14可以看出，在密度为18万株/公顷种植的大豆脂肪含量极差和变异系数均高于其他密度，即在密度为18万株/公顷的大豆脂肪含量变异度高于密度为10、12、14和16万株/公顷，变异范围较大，数值分散，其平均数的代表性较差。14万株/公顷为密度种植的大豆脂肪极差、最大值和变异系数几乎均低于其余密度，表明其变异范围较小，数据较为集中，其平均数具有代表性。
3.2. 均值的多重比较分析
t检验法适用于较少的样本之间的比较，而本试验设置比较的样本均数组数要高于两组，这种情况下采用t检验势必增加两类错误的可能性(如原先a设定为0.05，这样做多次的t检验将使最终推断时的a > 0.05)，因此分析采用SPSS Statistics软件中Duncan法进行均值的多重比较。
3.2.1. 种植密度间蛋白质、脂肪含量的多重比较
方差分析表明，在五种不同种植密度下，供试大豆品种的蛋白质和脂肪含量均达到显著性差异(表15)。
Table 13. Protein content under different planting density
表13. 不同种植密度条件下蛋白质的表型数据
Table 14. Oil content under different planting density
表14. 不同种植密度条件下脂肪的表型数据
Table 15. Multiple comparisons of seed protein and oil content under different planting density
表15. 不同种植密度间蛋白质、脂肪含量的多重比较(%)
注：abcd代表在SPSS软件分析时的差异达显著水平(P < 0.05)。
在A4处理(16万株/公顷)栽培时蛋白质含量达到最高，当设置的种植密度高于此值时，蛋白质含量随种植密度上升而下降。蛋白质含量的变化方差分析结果表明：不同种植密度处理间显著性差异表现为A4 > A3 > A5 > A2 > A1，其中在均值的95%置信区间，A1处理的下限为43.05，上限为43.29，A2处理的下限和上限分别为43.13和43.36，A3处理的下限为43.16，上限为43.37，A4处理的下限和上限分别为43.27和43.47，A5处理的下限为43.17，上限为43.37。其中A2、A3、A4、A5处理蛋白质含量均值在43.24%~43.37%之间变化，相对来说浮动较小，不存在显著性差异，而A1与A2、A3、A4、A5相比，蛋白质含量均值相差较大，浮动较大，存在显著性差异。
脂肪含量的变化方差分析结果表明：在A3处理(14万株/公顷)栽培时脂肪含量最低，A2处理(12万株/公顷)栽培时脂肪含量达最高，密度介于14万株/公顷~18万株/公顷时，脂肪含量随栽培密度的增加而提高。不同种植密度处理间显著性差异表现为A2 > A5 > A1 > A4 > A3，其中A1处理的脂肪含量标准差为0.28，标准误为0.02，在均值的95%置信区间，下限为21.06，上限为21.15；A2处理的脂肪含量标准差为0.29，标准误为0.02，在均值的95%置信区间，下限为21.10，上限为21.19；A3处理的脂肪含量标准差为0.30，标准误为0.02，在均值的95%置信区间，下限和上限分别为21.04和21.12；A4处理的脂肪含量标准差为0.31，标准误为0.02，在均值的95%置信区间，下限和上限分别为21.05和21.13；A5处理的脂肪含量标准差为0.32，标准误为0.02，在均值的95%置信区间，下限为21.09，下限为21.17。其中A1、A2、A4和A5处理脂肪含量均值在21.09~21.15之间变化，数值波动较小，不存在显著性差异，而A3与A1，A3与A2，A3与A4，A3与A5相比，脂肪含量均值相差较大，浮动较大，存在显著性差异。
3.2.2. 不同品种间蛋白质、脂肪含量的多重比较
方差分析表明，五种不同供试大豆品种在相同的田间管理及种植方式下，蛋白质和脂肪含量均达到显著性差异(表16)。不用处理下蛋白质含量的显著性差异表现为B1 > B5 > B4 > B3 > B2，B1与B2、B3、B4、B5均达到显著差异水平，B4与B5未达到显著差异水平。五个品种中，B1蛋白质含量最高为43.71，比B2、B3、B4和B5分别高出0.89、0.58、0.40、0.33。B1处理的蛋白质含量标准差为0.78，标准误为0.05，均值的95%置信区间下限为43.60，上限为43.82；B2处理的蛋白质含量标准差为0.65，标准误为0.05，均值的95%置信区间下限为42.73，上限为42.91；B3处理的蛋白质含量标准差为0.78，标准误为0.06，均值的95%置信区间下限为43.03，上限为43.25；B4处理的蛋白质含量标准差为0.73，标准误为0.05，均值的95%置信区间下限为43.20，上限为43.41；B5处理的蛋白质含量标准差和标准误分别为0.68、0.05，均值的95%置信区间下限为43.28，上限为43.47。
不同处理下的脂肪含量的显著性差异表现为B5 > B4 > B2 > B3 > B1，B5与B1、B2、B3、B4均达到显著差异水平，B2与B3未达到显著差异水平。五个品种中，B5脂肪含量最高为21.31，比B1、B2、B3和B4分别高出0.5、0.19、0.21、0.08。B1处理的脂肪含量标准差为0.32，标准误为0.02，均值的95%置信区间下限为20.77，上限为20.86；B2处理的蛋白质含量标准差为0.20，标准误为0.01，均值的95%置信区间下限为21.09，上限为21.15；B3处理的蛋白质含量标准差为0.25，标准误为0.02，均值的95%置信区间下限为21.06，上限为21.13；B4处理的蛋白质含量标准差为0.23，标准误为0.02，均值的95%置信区间下限为21.20，上限为21.26；B5处理的蛋白质含量标准差和标准误分别为0.24、0.02，均值的95%置信区间下限为21.27，上限为21.34。
3.2.3. 各因素水平对蛋白质、脂肪含量的多重比较
从表17结果可以看出，影响蛋白质含量的主要因素是品种，其次是密度，不同因素间蛋白质含量不同，表明大豆蛋白质的含量不仅受制于品种自身，也受种植密度的影响。不同品种间以B1 (东农豆251)蛋白质含量最高，随着密度的上升，蛋白质含量整体呈现逐渐增加趋势，当密度达到A4 (16万株/公顷)时，
Table 16. Multiple comparisons of seed protein and oil content for different experimental lines
表16. 不同品种间蛋白质、脂肪含量的多重比较
注：abcd代表在SPSS软件分析时的差异达显著水平(P < 0.05)。
Table 17. Multiple comparisons of seed protein and oil content under different factors
表17. 各因素水平对蛋白质、脂肪含量的多重比较
注：abcd代表在SPSS软件分析时的差异达显著水平(P < 0.05)。
蛋白质含量达到峰值。脂肪含量的变化与蛋白质有共通之处，品种自身遗传效应要高于种植密度效应，不同供试品种间存在显著差异，表明遗传因素在影响脂肪含量的因素中占有很大比重，其中B5 (品系42E包衣处理)脂肪含量高于其他供试品种。脂肪含量大致呈现先上升后下降的表象，密度为A2 (12万株/公顷)时，脂肪含量达到最大值。
4. 讨论
优质大豆的获得主要包含以下三个方面：首先是品种，获得优质的前提需要高品质的品种，当品种自身生物学特性达不到比较高水平，靠外界条件进行提升尤为困难，遗传因素和环境因素对大豆品质含量的高低影响是不同的，分别约为70%~80%和20%~30%，因此加强高品质育种是得到优质大豆的重要方法 [32]。其次是环境条件，环境条件优越，能满足大豆对外部环境的要求，品种才会在这种生态环境下优质的表达。最后是栽培措施，栽培措施的实质是通过改变与改善生态环境中某些不符合大豆高产优质的生态因子来达到高产优质的目的。栽培密度在栽培措施中占有重要的地位，合理的密度能够使大豆品质含量显著的上升。因此本试验对不同种植密度、不同品种间大豆蛋白质、脂肪含量差异进行分析研究。
为了解大豆品质的影响因素，本试验采用裂区试验设计方法。裂区试验设计是把一个或多个完全随机设计、随机区组设计结合起来的试验方法 [33]。先选定种植密度作为主区，将5种密度作为参试密度；再将参试的五个品种作为副区，接受不同种植密度的处理。在试验中，每一次均是随机抽取150个大豆植株进行蛋白质、脂肪含量测定，整理数据后，利用Microsoft Excel和SPSS Statistics进行处理分析，采用Duncan法进行均值的多重比较 [29]。
与前人研究相比较 [34] [35] ，本试验中采用的将密度和品种作为主区和副区试验因素的方法较为少见，而且通过分析得知：种植密度、品种间对大豆蛋白质、脂肪含量的影响都有显著差异，密度对大豆蛋白质、脂肪含量显著的作用效果的结论与前人基本一致。不足之处是参试密度和参试品种数量较少，可以进一步设计梯度试验，来探究在不同密度和品种间二者的变化。
5. 结论
对本试验所得数据经Duncan法进行均值多重比较可以得到下列结论：不同的种植密度和不同的品种对大豆蛋白质含量、脂肪含量的差异影响是显著的。品种对大豆品质的影响较显著，是影响蛋白质和脂肪含量的主要因素，这与章建新 [36] 等人的研究结果一致。不同的供试品种间以东农豆251蛋白质含量最高，东农品系42E脂肪含量最高。密度对蛋白质和脂肪含量的影响呈现截然不同的趋势，表明两者之间存在着负相关，蛋白质含量在种植密度为16万株/公顷时最高，密度为18万株/公顷时脂肪含量达到最高值，蛋白质和脂肪之间存在着消长关系，相同栽培措施下二者同时提高很困难。
NOTES
*通讯作者。