芸豆（Phaseolus vulgaris L.），又称普通菜豆，属于豆科菜豆属植物，因其籽粒富含蛋白质和多种生理功效成分，能促进脂肪代谢、增强人体免疫力而备受关注^[1]。黑龙江省是我国芸豆的主要产地，有20万/hm²的种植面积^[2]。与玉米和大豆等主要粮食作物相比，芸豆的生产管理较为粗放，栽培技术发展滞后，存在产量不稳、单产提高困难、籽粒商品品质不高等问题，严重限制了芸豆生产效益的整体提升。韩文革等^[3]和华劲松^[4]研究表明，构建合理群体结构、加强养分管理是协调芸豆籽粒产量与品质形成的有效途径。

适宜的群体密度与合理的群体结构能充分利用光能、水分和养分等自然资源，协调个体与群体关系，进而提高作物群体产量^[5]。种植密度对芸豆“英国红”籽粒产量与品质影响的研究^[6]表明，芸豆各生育阶段光合势随着密度增加而增加，在开花结荚期达到峰值，且种植密度越大单位面积收获荚数和荚粒数越大。但种植密度过大导致芸豆群体的叶面积指数（LAI）越大，LAI的高值期持续时间较短，干物质积累量和产量反而下降^[7]。合理的种植密度能够保证芸豆个体生育状况和群体通风透光条件，充分利用地力和空间，实现产量构成因素的最佳配置而获得高产^[4]。芸豆籽粒蛋白绝大部分为贮藏蛋白，贮藏蛋白的积累会直接影响作物的产量和品质^[8]。随着种植密度的增大，籽粒蛋白质含量极显著增加，但外观品质变劣，淀粉和脂肪含量显著降低^[9]。此外，芸豆籽粒商品率、均匀度、容重均与种植密度呈负相关，磷、钾元素的含量受种植密度的影响不显著^[6]。

黄腐酸为腐殖酸类物质，具有分子量小、水溶性高等特征^[10]，同时含有丰富的醌基、羟基等官能团，能广泛参与植物的氧化还原反应，改善植物产品品质，增产效果显著^[11]。黄腐酸能刺激淀粉合成酶的活性，使光合作用产生的单糖转化为淀粉，从而提高淀粉含量，通过加强对糖分、淀粉、蛋白质的合成运转而改善作物品质^[12]。矿源黄腐酸钾拌种的大豆结荚情况、千粒重、单株粒数均显著增加^[13]。

综合分析芸豆产量与品质形成的文献发现，其主要集中于籽粒蛋白质和淀粉的形成过程，而鲜见农艺措施对芸豆籽粒品质和功效成分的积累研究。近年来，对芸豆活性成分的提取与功效的研究方兴未艾^[14]。本文探讨了不同群体密度和叶面喷施黄腐酸对芸豆籽粒产量和内含物质积累的影响，以明确栽培技术对芸豆籽粒品质，尤其是功效成分积累的作用效果，为黑龙江芸豆主产区的芸豆高产优质栽培技术研究与应用提供参考。

试验于2021和2022年在黑龙江省嫩江市九三科研所科技园区（125°19′ E，48°51′ N）进行。试验田地处温带大陆性季风气候区，生育时期降水量如图1所示。试验材料为“奶花芸豆”，直立型，株高40~60 cm，生育期120 d，分枝数1.5~3.0。化学肥料为尿素（N 46%）、磷酸二铵（N 18%，P₂O₅ 46%）、硫酸钾（K₂O 50%）。黄腐酸为山东优索化工科技有限公司生产，含黄腐酸65%，N 3.0%，P₂O₅ 0.5%，K₂O 10%。

试验采用二因素裂区设计。主区为群体密度：20万（D1，稀植处理）、23万（D2，当地常规密度）和26万株/hm²（D3，密植处理）。副区为黄腐酸浓度：清水（C0，对照）、0.37（C1）、0.45（C2）、1.12（C3）和1.50 kg/hm²（C4），共15个处理，4次重复。

小区面积57.42 m²（8.7 m×6.6 m），共60个小区，试验面积3445.2 m²。采用1.1 m宽大垄双行种植，前茬作物为玉米，试验地土壤养分含量见表1。化肥春季一次性基施于播种带的侧深18~20 cm处，其中，尿素35 kg/hm²，磷酸二铵95 kg/hm²，硫酸钾60 kg/hm²。芸豆开花期一次性叶面喷施黄腐酸溶液，液量为430 L/hm²。其他管理同大田生产。

在芸豆成熟收获时，选择长势均匀，具有代表性的植株，每小区连续取样30株考种。小区单独收获、脱粒、测产。取收获的籽粒500 g于烘箱内80 ℃烘干至恒重，研磨粉碎，过80目筛待测品质。

对考种样株分别测定单株有效荚数、单荚粒数、百粒重。对小区单独收获的籽粒清选、风干后称重，并折算成单位面积产量（籽粒含水量14%）。

用硫酸―过氧化氢（H₂SO₄- H₂O₂）消煮，采用凯氏定氮法（FOSS 2300全自动凯氏定氮仪）测定粗蛋白含量。参照Yoshida等^[15]方法测定籽粒淀粉、蔗糖和可溶性糖含量。采用亚硝酸钠―硝酸铝―氢氧化钠比色法^[16]测定黄酮含量。采用香草醛―冰醋酸和高氯酸体系的分光光度法^[17]测定皂苷含量。采用福林―西奥卡特（Folin-Ciocaileu）比色法^[18]测定总酚含量。采用三氯化铁比色法^[19]测定植酸含量。

采用Excel 2013整理分析数据；采用SPSS 24.0软件进行方差分析（差异显著性水平为P<0.05）。

由表2可知，2021年试验中随着群体密度的增加芸豆籽粒产量显著提高，密度处理中D2和D3处理平均产量较D1处理，分别显著提高了26.6%和48.1%，且D3处理的产量较D2显著提高了16.9%。从产量构成因素分析可知，处理间产量的差异主要依存于种植密度的不同，因为中、高密度处理间的平均单株产量无显著差异，而高密度处理产量显著高于中密度处理。尽管D2处理的平均单株粒数较D3处理显著增加了14.1%，但百粒重较D3处理显著降低了2.79 g。

黄腐酸处理中C1与C4处理的平均产量较清水对照C0处理分别提高了12.3%和7.3%，而C2和C3处理较C0分别降低了13.1%和13.3%，但处理与对照间差异不显著。C2和C3处理主要是显著降低了单株粒数，进而降低了单株产量，进而影响了产量的形成，而C1和C4处理显著增加了单株荚数，但粒数增加不明显，对单株产量形成的贡献度降低。

由表3可知，2022年试验结果表明，D2和D3处理的产量较D1显著降低了27.6%和25.5%。虽然D3处理的群体收获株数显著高于D2处理，但2个密度处理间的平均单株产量无显著差异，且产量构成因素的单株荚数、粒数及百粒重间均无显著差异，致使D3处理产量与D2处理无显著差异。D1群体下植株单株荚数较D2和D3处理平均增加4.0~4.5，单株粒数平均增加21.0，因此，单株产量显著提高了34.6%~35.8%，单位面积产量分别显著增加了1351和1248 kg/hm²，显著增产了27.6%和25.3%。

黄腐酸处理中除C2处理的芸豆产量较对照C0降低了9.4%，差异不显著，其他处理均较C0显著降低了16.6%~20.7%。由产量构成因素分析，黄腐酸处理对百粒重影响不显著，主要是降低了粒数导致单株产量的降低，进而降低了籽粒产量。

由于2021年试验地涝害严重，生长条件较差，芸豆结荚数较低，单株产量不高，群体压力较小，受群体密度的影响百粒重与单株粒数的增长构成矛盾；2022年试验地降雨适中，生长条件较好，结荚数受到群体密度的影响，表现为D2、D3处理显著低于D1处理，且百粒重在较高的群体压力下，也较2021年降低了2.2~6.8 g。结合单株荚数和单株粒数分析可知，在试验地区的生产条件下，缓解群体压力，增加有效花荚数是提高芸豆产量的重要途径。

由图2可知，2年试验中芸豆成熟期收获时，未熟荚占比差异较大。在生长条件较差的2021年试验中，除D1密度下的C0处理未熟荚占比较大，其他处理条件下的芸豆未熟荚占比均较小。而生长条件较好的2022年试验中，收获时各处理间芸豆未熟荚占比均较大。群体密度对不同年份芸豆收获时的未熟荚占比均有较强的影响，而黄腐酸处理对未熟荚占比影响较弱。

蔗糖是光合产物在器官间运输的主要形式，蔗糖含量是产量器官“库”活力的重要体现，群体密度和黄腐酸处理显著影响芸豆籽粒蔗糖含量（图3）。2021年D2和D3处理的蔗糖含量较D1处理分别显著增加了12.8%和11.8%，而2022年试验中D2和D3处理较D1处理分别显著降低了12.9%和16.6%。可见，群体密度的增加降低了芸豆籽粒灌浆过程中的“库”活力，有可能是百粒重随之变化的重要原因。

叶面喷施黄腐酸在一定程度上促进了蔗糖向芸豆籽粒的运输和积累，2021年黄腐酸处理的蔗糖含量较C0显著增加了20.6%~37.3%，且随着黄腐酸用量的提高，芸豆籽粒蔗糖含量呈降低的趋势；2022年试验中黄腐酸处理的蔗糖平均含量低于C0，但处理间差异不显著。黄腐酸处理对芸豆灌浆成熟期间“库”活力的调控效应与群体密度效应相似，在生长条件不良情况下（2021年）加强了籽粒灌浆活力。

籽粒可溶性糖含量是贮藏性物质积累能力的重要表现，是衡量籽粒“库容拉力”大小的重要指标。群体密度和黄腐酸处理对芸豆籽粒可溶性糖含量影响显著（图4）。随着群体密度的增加可溶性糖含量增加，2021年D2和D3处理的可溶性糖含量较D1处理分别增加了7.0%、7.4%，2022年分别增加了6.5%、7.7%。黄腐酸提高了籽粒可溶性糖含量，且随着黄腐酸浓度的增加可溶性糖含量增加，尤其是C3和C4处理的可溶性糖含量显著高于对照C0。群体密度的增加及叶施黄腐酸均提高了籽粒贮藏性物质积累能力，且生长条件较差（2021年）的情况下积累能力强于生长条件较好的2022年。

由图5可知，在不利于芸豆生长的条件下（2021年），籽粒偏重于蛋白质代谢，蛋白质含量较生长条件较好的2022年高。2021年D2和D3处理籽粒蛋白质含量较D1处理分别增加了4.93和4.43个百分点；而2022年群体密度处理间的平均籽粒蛋白质含量无显著差异。2021年叶面喷施黄腐酸不同程度上降低了籽粒蛋白质的积累，而2022年黄腐酸处理对籽粒蛋白质含量没有显著影响。

由图6可知，芸豆籽粒淀粉含量均随着群体密度的增加呈增长趋势，尤其是2021年试验中籽粒淀粉含量由45.7%（D1处理）显著增加到59.0%（D3处理）。黄腐酸对籽粒淀粉积累的影响不同，总体上蛋白质含量较高时，籽粒淀粉含量较低。

由图7和图8可知，在生长环境较差的2021年试验中，各处理的籽粒黄酮和皂苷的含量高于2022年试验中的相同处理。2021年试验中群体密度的增加导致籽粒黄酮含量降低，而2022年试验中黄酮含量反而增加。黄腐酸处理与群体密度的调控效应相似，尤其是高浓度的黄腐酸处理（C4），2021年的籽粒黄酮含量较对照C0显著降低了18.2%，2022年则显著增加了11.1%。

群体密度对芸豆籽粒皂苷含量的影响与黄酮相似，2021年试验中D3处理的皂苷含量较D1处理显著降低了13.4%，而2022年D3皂苷含量略高于D1处理，但差异不显著。黄腐酸处理显著提高了芸豆籽粒皂苷的含量，其中，2021年试验中C1~C4处理的籽粒皂苷含量较对照C0显著增加了15.4%~25.3%，2022年试验中C3和C4处理较C0对照分别显著增加了19.0%和16.3%。

由图9可知，在生长环境较差的2021年试验中，各处理的籽粒总酚含量高于2022年试验中的相同处理；而不同年份间，各处理的芸豆籽粒植酸含量差异较小。2021年总酚含量随着群体密度的增加表现为先升高再降低，而2022年试验中总酚含量随群体密度增加而增加，2021年D2处理的总酚含量较D1处理增加了83.9%，而2022年D2和D3处理籽粒总酚含量较D1处理分别显著增加了24.3%和25.7%。黄腐酸处理对2021年试验中籽粒总酚含量的影响较弱，但在2022年试验中随着黄腐酸浓度的增加籽粒总酚含量呈降低的趋势。其中，C1~C4处理的籽粒总酚含量较C0处理降低了12.0%~33.3%。

由图10可知，群体密度对芸豆籽粒植酸含量影响显著，2021年试验中D3处理的植酸含量较D2处理提高了8.8%，而2022年试验中群体密度对植酸含量的影响与总酚含量调控效应相似，D2和D3处理的籽粒植酸含量显著高于D1处理。黄腐酸处理对不同年份芸豆籽粒植酸含量影响效果不同，2021年试验中C3处理较对照C0处理增加了8.8%，而2022年试验中不同黄腐酸浓度处理对籽粒植酸含量影响不显著。

由表4可知，芸豆籽粒蔗糖含量与籽粒的可溶性糖、淀粉、蛋白质、皂苷、总酚含量具有显著的直接相关性，而可溶性糖和淀粉含量与其他各项指标均显著相关。可见，灌浆活力决定着籽粒碳水化合物合成能力，而籽粒碳代谢水平是产量与品质形成的关键。

本试验中，2021和2022年芸豆群体密度处理对芸豆的产量及其构成因素有较强的影响，2021年芸豆产量随着密度的增加而增加，而2022年芸豆产量在低密度获得最高产量。这是由于2021年芸豆生长的条件较差，造成植株个体生长不够繁茂，单株产量较低，高密度则通过提高群体密度弥补单产低的损失，从而获得更高的产量。2022年生长条件较好，高密度条件下，群体与个体矛盾凸显，而低密度条件下群体与个体之间矛盾较弱，芸豆植株个体能获得更好的生长条件，更有利于提高产量。于崧等^[2]研究表明，在正常年份下，密度为20万株/hm²时芸豆产量最高，而高密度处理不利于产量的提高，这与本试验2022年的结果一致，群体密度过高不利于产量的形成，适宜的群体密度更容易提高产量。群体密度对芸豆产量构成因素影响较显著，杨广东等^[20]研究表明，随着群体密度的增加芸豆单株荚数和百粒重呈下降趋势。这一研究结果与本试验中正常年份2022年试验结果一致，低密度条件下平均单株荚数显著高于高密度群体，是由于低密度更有利于建成合理的群体结构。黄腐酸在2021年对芸豆产量影响显著，在植物生长发育受胁迫的情况下，黄腐酸对芸豆光合作用和生长发育的调节作用表现更加明显，但在正常年份2022年对芸豆产量的影响较弱。

2021年试验田涝害严重，芸豆根部长时间泡在水中，无法进行有氧呼吸，芸豆为适应逆境，叶片提前变黄脱落，豆荚脱落较早，导致收获时芸豆未熟荚的占比较小。因此，个别处理未熟荚占比较高，可能是由于试验区域地势不平造成的。而在生长环境良好的（2022年）条件下，芸豆植株生长旺盛，普遍存在分批开花、分批成熟的现象^[21]，因此芸豆未熟荚比例较高。

本研究发现，芸豆籽粒蔗糖含量受到年份、群体密度和黄腐酸处理的多重影响。作为光合产物的运输形式，蔗糖含量是光合源端向贮存库端分配、积累活力的综合体现^[22]。籽粒库活性是库器官卸载向其输入的同化物质的能力，在籽粒形成期主要与蔗糖转化酶活性有关，而黄腐酸可以有效刺激蔗糖代谢关键酶的活性^[23]，从而提高籽粒中蔗糖含量的积累。本试验中，2021年由于气候原因造成芸豆群体生长质量较差，田间植株个体不够繁茂，群体竞争压力小，中、高密度处理（D2、D3）运输至籽粒的光合产物固化程度弱于低密度处理（D1）；而2022年试验中芸豆田间群体长势良好，群体竞争压力加大，中、高密度处理（D2、D3）的籽粒库活跃性不及低密度处理，但物质固化速率强于D1处理。黄腐酸处理对胁迫环境下的芸豆蔗糖含量有显著提升，在正常环境下黄腐酸处理对芸豆蔗糖含量的影响效果不明显。

植物体内可溶性糖含量的变化是碳水化合物体内代谢的重要标志，它既能反映碳水化合物的合成情况，也可说明碳水化合物在植物体内的运输状况，同时碳水化合物的含量变化也反映环境对植物生长发育造成的影响^[24]。2021年与2022年试验中，芸豆籽粒可溶性糖含量均随群体密度的增加而增加。高密度条件下，群体竞争压力大，籽粒属于弱势粒，可溶性糖含量高，表明其固化能力较弱；而低密度条件下，群体竞争压力较小，植株个体发育较好，籽粒属强势粒，可溶性糖含量较低，表明其固化能力较强。本试验表明，籽粒可溶性糖含量与黄腐酸浓度总体呈正相关，随着黄腐酸浓度的增加对籽粒可溶性糖含量的影响有升高的趋势，但处理间差异不显著。黄腐酸可以促进作物对养分的吸收，为光合作用提供充足的合成原料，并可以刺激糖代谢过程中关键酶的活性^[13]，所以黄腐酸处理对可溶性糖含量有一定程度提高。

在提高芸豆产量的同时，人们也越来越重视芸豆的品质，蛋白质和淀粉是芸豆籽粒的主要品质成分。本试验中芸豆的蛋白质和淀粉含量受不同年份、群体密度和喷施黄腐酸处理的多因素影响。2年试验中，在低密度条件下，黄腐酸处理与对照相比显著提高了芸豆的蛋白质含量，而中、高密度条件下，黄腐酸处理的蛋白质含量与对照相比有所降低。植株氮素的吸收、同化和转运利用对籽粒蛋白质含量有直接影响，黄腐酸溶液可以刺激氮代谢相关酶的活性^[25]，提高叶片中硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性有利于铵的同化和氮素的转运^[26-27]，从而提高籽粒蛋白质的含量。蛋白质与淀粉含量之间存在密切联系，王修法等^[28]研究表明，小麦籽粒蛋白质和淀粉含量之间呈显著负相关。本试验在正常年份（2022年）群体密度处理下的芸豆籽粒淀粉含量和蛋白质含量之间呈负相关，黄腐酸处理对芸豆籽粒淀粉的影响与蛋白质含量影响基本一致，与对照相比均有不同程度的降低。本试验可能是在生长环境较好的条件下，植株个体长势好，多是强势粒且籽粒充实度高，而籽粒库容量有限，淀粉含量增加，蛋白质含量就会减少。由于群体密度对籽粒蛋白质和淀粉含量有较强的影响，而黄腐酸的调控作用较弱，所以对籽粒蛋白质和淀粉含量影响不明显。2021年芸豆蛋白质与淀粉含量变化趋势基本一致，高密度处理显著高于低密度处理，黄腐酸各处理与对照相比，均有不同程度降低。这是由于2021年在鼓粒期到成熟期降水量过大，造成芸豆落叶落荚，单株荚数变少，通过控制结荚的数量调控同化物的供给，使芸豆蛋白质含量增加。有试验^[29]表明，在生殖发育后期对大豆籽粒进行水分胁迫，使大豆籽粒中蛋白质含量的降低水平平均低于其他组分，会导致大豆的蛋白质浓度显著增加。

黄酮和皂苷均具有较强的生理活性，与总酚和植酸都是芸豆生长过程中形成的次生代谢产物。有研究^[30]发现，生态环境对大豆籽粒异黄酮含量有很大的影响。本试验中，在生长环境较差的情况下（2021年），群体密度处理对黄酮含量的影响表现为随群体密度的增加而降低，皂苷和总酚含量均表现为先升高后降低；在黄腐酸处理下，黄酮和皂苷含量均表现为随黄腐酸浓度的增加，呈先升高再降低的趋势，而对总酚和植酸含量影响较弱。在环境胁迫的条件下，植物体内的次生代谢产物的含量呈显著降低趋势，合成受到抑制^[31-32]，不利于功效成分的积累。在生长环境良好的情况下（2022年），群体密度与黄腐酸处理对芸豆籽粒黄酮和皂苷含量均有显著的提升效果，但对总酚含量有明显抑制作用。肥料的施入对作物次生代谢途径中关键酶基因表达量有显著影响，从而影响作物有效成分的合成与积累^[33]。2年试验结果不同是由于气候原因造成的，2021年降水量多于往年，并且在鼓粒期到成熟期之间日照时数较少，导致芸豆群体生长较差，低密度处理的黄酮含量显著大于中、高密度处理；而2022年气候因素正常，芸豆植株长势良好，中、高密度处理芸豆籽粒黄酮含量较低密度处理有所提高。

不同的生长条件下群体密度与黄腐酸处理对芸豆籽实产量及品质形成影响存在较大差异，生长条件较差的年份主要表现为群体效应，正常年份的芸豆籽实产量主要受制于单株结荚数量，低密度群体中籽粒灌浆活性更强，易获得较高的产量。总体而言，环境压力较大时籽实蛋白质积累加强，更利于功效成分的合成，而叶面喷施黄腐酸具有一定的调节效应。在试验地生态区建立20万株/hm²的群体，并于芸豆开花期喷施0.45 kg/hm²的黄腐酸溶液430 L/hm²，可提高奶花芸豆的籽粒产量，稳定品质。