[科普中国]-[原创]大豆的形态特征

一、根和根瘤1、根大豆根系由主根、支根、根毛组成。初生根由胚根发育而成，并进一步发育成主根。支根在发芽后3～7 d出现，根的生长一直延续到地上部分不再增长为止。在耕层深厚的土壤条件下，大豆根系发达，根量的80%集中在5～20 cm土层内，主根在地表下lO cm以内比较粗壮，愈向下愈细，几乎与支根很难分辨，人土深度可达60～80 cm。支根是从主根中柱鞘分生出来的。一次支根先向四周水平伸展，远达30～40 cm，然后向下垂直生长。一次支根还再分生二三次支根。根毛是幼根表皮细胞外壁向外突出而形成的。根毛寿命短暂，大约几天更新一次。根毛密生使根具有巨大的吸收表面（一株约100 ㎡）。2、根瘤在大豆根生长过程中，土壤中原有的根瘤菌沿根毛或表皮细胞侵入，在被侵入的细胞内形成感染线，根瘤菌进入感染线中，感染线逐渐伸长，直达内皮层，根菌瘤也随之进入内皮层。在内皮层根菌瘤的后产物诱发细胞进行分裂，形成根瘤的原基。大约在侵入后l周，根瘤向表皮方向隆起，侵入后2周左右，皮层的最外层形成了根瘤的表皮，皮层的第2层成为根瘤的形成层，接着根瘤的周皮、厚壁组织层及维管束也相继分化出来。根瘤菌在根瘤中变成类菌体。根瘤细胞内形成豆血红蛋白，根瘤内部呈红色，此时根瘤开始具固氮能力。3、固氮类菌体具有固氮酶。固氮过程的第一步是由钼铁蛋白及铁蛋白组成的固氮酶系统吸收分子氮。氮（N2）被吸收后，两个氮原子之间的三价键被破坏，然后被氢化合成NH3。NH3与α一酮戊二酸结合成谷氨酸，并以这种形态参与代谢过程。大豆植株与根瘤菌之间是共生关系。大豆供给根瘤糖类，根瘤菌供给寄主氨基酸。有人估计，大豆光合产物的12%左右被根瘤菌所消耗。对于大豆根瘤固氮数量的估计差异很大。张宏等根据结瘤、不结瘤等位基因系的比较，用15N同位素等手段测得，一季大豆根瘤菌共生固氮数量为96.75 kg/h㎡。这一数量为一季大豆需氮量的59.64%。一般地说，根瘤菌所固定的氮可供大豆一生需氮量的1/2～3/4。这说明，共生固氮是大豆的重要氮源，然而单靠根瘤菌固氮不能满足其需要。据研究，当幼苗第一对真叶时，已可能结根瘤，2周以后开始固氮。植物生长早期固氮较少，自开花后迅速增长，开花至子粒形成阶段固氮最多，约占总固氮量的80%，在接近成熟时固氮量下降。关于有效固氮作用能维持多久，目前尚无定论。大豆鼓粒期以后，大量养分向繁殖器官输送，因而使根瘤菌的活动党到抑制。二、茎大豆的茎包括主茎和分枝。茎发源于种子中的胚轴。下胚轴末端与极小的根原始体相连；上胚轴很短，带有两片胚芽、第一片三出复叶原基和茎尖。在营养生长期间，茎尖形成叶原始体和腋芽，一些腋芽后来长成主茎上的第一级分枝。第二级分枝比较少见。大豆栽培品种有明显的主茎。主茎高度在50～100 cm之间，矮者只有30 cm，高者可达150 cm。茎粗变化较大，直径在6～15 mm之间。主茎般有12～20节，但有的晚熟品种多达30节，有的早熟品种仅有8～9节。大豆幼茎有绿色与紫色两种。绿茎开白花，紫茎开紫花。茎上生茸毛，灰白或棕色，茸毛多少和长短因品种而异。大豆茎的形态特点与产量高低有很大的关系。据吉林省农业科学院研究，株高与产量的相关系数r=O.8304，茎粗与产量的相关系数r=0.5161。对亚有限品种来说，株高与茎粗的比值在80～120之间产量稳定。主茎节数与产量相关也颇显著。有资料表明，单株平均节间长度达5 cm，是倒伏的临界长度。按主茎生长形态，大豆可概分为蔓生型、半直立型、直立型。栽培品种均属于直立型。大豆主茎基部节的腋芽常分化为分枝，多者可达10个以上，少者1～2个或不分枝。分枝与主茎所成角度的大小、分枝的多少及强弱决定着大豆栽培品种的株型，按分枝与主茎所成角度大小，可分为张开、半张开和收敛三种类型。按分枝的多少、强弱，又可将株型分为主茎型、中间型、分枝型三种。三、叶大豆叶有子叶、单叶、复叶之分。子叶（豆瓣）出土后，展开，经阳光照射即出现叶绿素，可进行光合作用。在出苗后10～15 d内，子叶所贮藏的营养物质和自身的光合产物对幼苗的生长是很重要的。子叶展开后约3 d，随着上胚轴伸长，第二节上先出现2片单叶，第三节上出生一片三出复叶。大豆复叶由托叶、叶柄和小叶三部分组成。托叶一对，小而狭，位于叶柄和茎相连处两侧，有保护腋芽的作用。大豆植株不同节位上的叶柄长度不等，这对于复叶镶嵌和合理利用光能有利。大豆复叶的各个小叶以及幼嫩的叶柄能够随日照而转向。大豆小叶的形状、大小因品种而异。叶形可分为椭圆形、卵圆形、披针形和心脏形等。有的品种的叶片形状、大小不一，属变叶型。叶片寿命30～70 d不等，下部叶变黄脱落较早，寿命最短；上部叶寿命也比较短，因出现晚却又随植株成熟而枯死；中部叶寿命最长。除前面提及的子叶、复叶外，在分枝基部两侧和花序基部两侧各有一对极小的尖叶，称为前叶，已失去叶的功能。四、花和花序大豆的花序着生在叶腋间或茎顶端，为总状花序。一个花序上的花朵通常是簇生的，俗称花簇。每朵花由苞片、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊构成。苞片有两个，很小，呈管形。苞片上有茸毛，有保护花芽的作用。花萼位于苞片的上方，下部联合呈杯状，上部开裂为5片，色绿，着生茸毛。花冠为蝴蝶形，位于花萼内部，由5个花瓣组成。5个花瓣中上面一个大的叫旗瓣，旗瓣两侧有两个形状和大小相同的翼瓣；最下面的两瓣基部相连，弯曲，形似小舟，叫龙骨瓣）。花冠的颜色分白色、紫色两种。雄蕊共10枚，其中9枚的花丝连呈管状，1枚分离，花药着生在花丝的顶端，开花时，花丝伸长向前弯曲，花药裂开，花粉散出。一朵花的花粉约有5000粒。雌蕊包括柱头、花柱和子房三部分。柱头为球形，在花柱顶端，花柱下方为子房，内含胚珠1～4个，个别的有5个，以2～3个居多。大豆是自花授粉作物，花朵开放前即完成授粉，天然杂交率不到%。花序的主轴称花轴。大豆花轴的长短、花轴上花朵的多少因品种而异，也受气候和栽培条件的影响。花轴短者不足3 cm，长者在10 cm以上。现有品种中花序有的长达30 cm。（五）荚和种子1、荚大豆荚由子房发育而成。荚的表皮被茸毛，个别品种无茸毛。荚色有黄、灰褐、褐、深褐以及黑等色。豆荚形状分直形、弯镰形和弯曲程度不同的中间形。有的品种在成熟时沿荚果的背腹缝自行开裂（炸裂）。大豆荚粒数各品种有一定的稳定性。栽培品种每荚多含2～3粒种子。荚粒数与叶形有一定的相关性。有的披针形叶大豆，四粒荚的比例很大，也有少数五粒荚；卵圆形叶、长卵圆形叶品种以2～3粒荚为多。成熟的豆荚中常有发育不全的子粒，或者只有一个小薄片，通称秕粒。秕粒率常在15%～40%之间。秕粒发生的原因是，受精后结合子未得到足够的营养。一般先受精的先发育，粒饱满；后受精的后发育，常成秕粒。在同一个荚内，先豆由于先受精，养分供应好于中豆、基豆，故先豆饱满，而基豆则常常瘦秕。开花结荚期间，阴雨连绵，天气干旱均会造成秕粒。鼓粒期间改善水分、养分和光照条件有助于克服秕粒。2、种子种子形状可分为圆形、卵圆形、长卵圆形、扁圆形等。种子大小通常以百粒重表示。百粒重5 g以下为极小粒种，5～9.9 g为小粒种，10～14.9 g为中小粒种，15～19.9 g为中粒种，20～24.9 g为中大粒种，25～29.9 g为大粒种，30 g以上为特大粒种。子粒大小与品种和环境条件有关。东北大豆引到新疆种植，其百粒重可增加2 g左右。种皮颜色与种皮栅栏组织细胞所含色素有关。可分为黄色、青色、褐色、黑色及双色五种，以黄色居多。种脐是种子脱离珠柄后在种皮上留下的疤痕。在种脐的靠近下胚轴的一端有珠孔，当发芽时，胚根由此出生；另一端是合点，是珠柄维管束与种脉连接处的痕迹。脐色的变化可由无色、淡褐、褐、深褐到黑色。圆粒、种皮金黄色、有光泽、脐无色或淡褐色的大豆最受市场欢迎：但脐色与含油量无关。种皮共分三层：表皮、下表皮和内薄壁细胞层。由于角质化的栅栏细胞实际上是不透空气的，种脐区（脐间裂缝和珠孔）成为胚和外界之间空气交换的主要通道。胚由两片子叶、胚芽和胚轴组成。子叶肥厚，富含蛋白质和油分，是幼苗生长初期的养分来源。胚芽具有一对已发育成的初生单叶。胚芽的下部为胚轴。胚轴末端为胚根。有的大豆品种种皮不健全，有裂缝，甚至裂成网状，致使种子部分外露。气候干旱或成熟后期遇雨也常造成种皮破裂。有的子粒不易吸水膨胀，变成“硬粒”，是由于种皮栅栏组织外面的透明带含有蜡质或栅栏组织细胞壁硬化。土壤中钙质多，种子成熟期间天气干燥往往使硬粒增多。编辑：李敏审核专家：山西省农科院作物所研究员 张海生