1、1.农学定义 （广义）的农学仅指农业生产科学，这里的农业生产是指种植业、畜牧业、林业和渔业，它所涉及的学科包括作物学、园艺学、农业资源利用学、植物保护学、畜牧学、兽医学、林学、水产学等。 （狭义）的农学是指研究农作物生产的一门科学，它所涉及的学科包括作物学、土壤学、植物营养学和植物保护学等。3. 农学的性质与特点性质： 农学是以自然科学和社会经济科学为基础的一门应用科学 农学是服务于种植业的一门综合学科 农学是以可持续发展为目标的一门应用生态学科 特点： 系统的复杂性 技术的实用性 生产的连续性 生长的规律性 明显的季节性 严格的地域性 二、作物生产的地位与作用 农业是国民经济的基础，这是由于
2、农产品具有特殊的使用价值，是人类生存最基本、最必需的生活资料。作物生产又是农业生产的基础，这是由于作物生产不但直接供给人类所需的生活资料，而且还要供给农业中的畜牧业、渔业等所需的饲料。农学和作物生产的地位和作用主要表现在以下几个方面。1. 人类生活资料的重要来源2. 工业原料的重要来源 农产品为工业生产提供了重要的原材料。目前，我国约40工业原料、70的轻工业原料来源于农业生产。3. 出口的重要物资 我国工业与世界先进水平还有相当大的差距，在世界市场上的竞争力还较弱，而农副产晶及其加工产品在国家总出口额中占有较大的比重。4. 农业的基础产业 农业是由种植业、畜牧业、林业和渔业组成。畜牧业和渔业
3、的发展极大程度上依赖于种植业即作物生产的发展。5. 农业现代化的组成部分 实现农业现代化是我国社会主义现代化的重要内容和标志，是体现一个国家社会经济发展水平和综合国力的重要指标。作物生产业是农业的基础，没有现代化的作物生产，就没有现代化的农业和现代化的农村。因此，随着社会的发展和科技的进步，作物生产业也会得到现代科技的武装和改造，从而实现作物生产的现代化、科学化和产业化。 农业发展历史：原始农业、传统农业、现代农业 第三节 作物生产概况及发展趋势一、作物生产概况1. 世界作物生产概况 作物总产的增加主要得益于单产的提高，而单产的提高主要依赖于现代农业科学技术的进步和农业生产条件的改善，特别是下
4、列6个方面的因素起了决定性的作用。 品种改良 增施肥料与施肥技术 节水技术 设施栽培 作物病虫草害的防治 高新技术的推广应用 2. 我国作物生产概况 作物品种的改良 间作、套作多熟制种植技术 作物栽培技术 病虫草鼠防治技术 作物生产条件的改善二、作物生产的发展趋势1. 作物生产发展的目标生产率目标、可持续性目标、营养安全目标、经济高效目标2. 作物生产发展的途径 建设高产农田 改革种植制度 普及优良品种 发展先进适用技术第二章 作物的起源、分类与分布1. 研究作物起源的意义 研究作物起源，可使人类了解众多的植物遗传资源并建立基因库，利用有用的基因改造现有的作物并选育新品种。其次，作物的特性与起
5、源地气候生态条件密切相关，具有特定的气候生态适应性。通过了解作物起源地的生态地理条件，达到人为控制作物生长的目的。此外，研究作物的起源还有助于研究人类的农耕文化。“文化”的含义又有“栽培”的含义。2、作物的传播小麦发源于近东，大豆原产于中国，马铃薯原产于南美，玉米、甘薯起源中美洲，水稻起源印度斯坦中心。3、根据作物的生物学特性分类1. 按作物感温特性可分为喜温作物，耐寒作物2. 按作物对光周期反应特性可分为长日照作物、短日照作物、中日照作物和定日照作物。3. 按作物对二氧化碳同化途径可分为C3作物、C4作物和CAM（景天科酸代谢）作物。4、根据作物用途和植物学系统相结合分类（一）粮食作物1.
6、禾谷类作物 2. 豆类作物3. 薯芋类作物（根茎类作物）（二）经济作物(工业原料作物)1. 纤维作物 2. 油料作物3. 糖料作物4. 嗜好类作物5. 其他作物 主要有桑、橡胶、香料作物(如薄荷、留兰香等)、编织原料作物(如席草、芦苇)等。（三）饲料及绿肥作物饲料是发展畜牧业生产的物质基础。饲料作物种类很多，包括禾谷类、豆类、块根块茎类、饲用叶菜类和瓜类。我国人多地少，在农业区单纯种饲料的面积并不大。作为绿肥而栽培的作物大多为豆科，许多豆科作物既可肥田又可做饲料，如苕子、黄花苜蓿、紫云英等。（四）药用及调味品作物药用作物主要有三七、天麻、人参、黄连、贝母、枸杞、白术、白芍、甘草、半夏、红花、百
7、合、何首乌、五味子、板蓝根、灵芝等。调料作物有花椒、胡椒、八角、小茴香、辣椒、葱、蒜、生姜等。 有些作物可以有几种用途，例如玉米可食用，又可做优质饲料，也是油料作物；大豆可食用，又可榨油；马铃薯可作为粮食，又是蔬菜和食品加工原料；亚麻既是纤维，种子又是油料；红花种子是油料，其花是药材。因此上述分类不是绝对的，同一作物，根据需要可划分为不同的类型。5，作物分布与环境条件的关系。作物通过扩散，在不同地理区域位置上种植后形成了不同的空间配置情况，称为作物的分布。作物的分布与作物的生物学特性、气候条件、土壤条件、社会经济条件、生产技术水平、人们的习惯和社会需求状况等各种因素有关。同一作物不同品种长期生
8、长在不同的环境条件或人工选择条件下，形成不同的生态型，包括气候生态型、水分生态型、土壤生态型等。例如，大豆是短日照作物，由于长期分布生长在地理纬度不同的地区，形成一些对日照反应不同的类型。在长日照的北方形成了短日性弱的品种，而日照短的南方，形成了短日性强的品种。6，我国几种主要优势农产品(农作物)区域布局规划 1. 专用小麦 重点发展优质强筋小麦和弱筋小麦，稳定发展中筋小麦。2. 专用玉米 以提高玉米的商品质量和专用性能为突破口，大力发展饲用玉米和加工专用玉米，优化玉米品种结构。3. 高油大豆 以提高单产和含油率为重点。4. 棉花 以提高棉花强度为中心，重点发展目前市场短缺的陆地长绒棉和中短绒
9、棉生产，大幅度减少“三丝”含量，提高棉花质量。5. “双低”油菜 以提高“双低”油菜的含油率和单产水平、降低芥酸和硫苷含量为重点。6. “双高”甘蔗 以引进、培育和推广高产、高糖甘蔗良种为重点，大力提高甘蔗单产和含糖率。第三章 作物的生长发育与产量、品质作物的温度反应特性：作物生长发育过程中需要一定的温度和光周期诱导，才能从营养生长转为生殖生长的特性。作物温光反应特性对栽培实践的意义： 长日照作物的小麦北种南移，生育期变常长；短日照作物的水稻北种南移，生育期变短。 小麦品种的温光特性与分蘖数、成穗数、穗粒数有很大关系，若要精播高产，应选用适于早播的冬性偏强、分蘖成穗偏高的品种。营养生长和生殖生
10、长之间的关系 两者之间既相互依赖又相互制约。绝大部分作物都是先进行营养器官的生长，后进行生殖器官的生长。生殖器官的生长需要消耗营养，营养器官生长越健壮，生殖器官的分化与生长也就愈好。种子休眠：有些作物的种子在适宜的环境条件下仍不能正常萌发，这一现象称为种子的休眠。种子休眠的原因有：种皮厚，透气差。胚未发育完全。后熟作用未完成。抑制物质的存在。为适期播种，促进种子提早萌发，应采取相应措施解除休眠。对于种皮厚、透性差的种子，可采取机械摩擦、加温或强酸等处理的方法。因胚发育不完全和后熟作用引起休眠的种子，常采用层积法、变温处理和激素处理等方法解除其休眠。层积法是将处理的种子与湿沙分层堆积，温度保持在
11、o5，堆放13个月，主要用于林、果种子。农作物常采用晒种或化学药荆处理等方法，促进种子后熟完成。对于因抑制物质的存在而引起休眠的种子，可采用水浸泡、冲洗、低温等方法解除其休眠。当作物因过早发芽而造成损失时，可采取措施适当延长休眠期。如马铃薯、洋葱在储藏期，常用25萘乙酸甲酯抑制发芽。2种子萌发的环境条件 (1)温度(2)水分(3)氧气3种子萌发的过程 (1)吸水膨胀(2)萌动(3)发芽(二)作物根，茎，叶的功能 根的主要功能是吸收、输导、支持、合成和储藏。根从土壤中吸收水、二氧化碳和无机盐类，通过维管组织输送到茎和叶；而叶制造的有机物经过茎输送到根。根系固着在土壤中，使茎叶得以伸展，并能经受风
12、雨和其他机械力量的袭击，大多数作物根群主要分布在耕层o30cIIl范围内。茎的主要功能是支持和运输，其次也有储藏和繁殖的功能。叶的主要功能是光合作用、蒸腾作用及一定的吸收作用，少数作物的叶还具有繁殖功能。花的组成与基本结构 双子叶植物的花多为典型花，由花柄、花托、花被、雄蕊群和雌蕊群5部分组成生物产量作物在整个生育期间生产和积累有机物的总量，即整个植株(一般不包括根系)的干物质重量称为生物产量。经济产量是指单位面积上所获得的有经济价值的主产品数量，也就是生产上所说的产量。经济系数在一定的生物产量中，获得经济产量的多少，要看生物产量转化为经济产量的效率，这种转化效率称为经济系数或收获指数，即经济
13、产量与生物产量的比率。产量构成因素作物产量是指单位土地面积上的作物群体的产量。作物产量可以分解为几个构成因素，并依作物种类而异(表3 3)。田问测产时，只要测得各构成因素的平均值，便可计算出理论产量。产量构成因素间的相互关系1相互制约2相互补偿源、库、流理论源是指光合产物供给源或代谢源，是制造和提供养料的器官，主要指作物茎叶为主体的全部营养器官。库是光合产物储存库和代谢库，是指储藏，利用或消耗有机物的器官如子粒，花果幼叶根系等。流则指光合产物的转运和分配，它与作物体内输导系统的发育状况及其转运速率有关。源、流、库之间的关系 研究表明，库、源的大小及其活性对流的方向、速率、数量都有明显影响，起着
14、“拉力”和“推力”的作用。凌启鸿等(1982)研究，采用剪叶、疏茎、整穗处理所造成的不同粒叶比，对稻株光合产物分配状况有明显影响。相对于叶片的库容量越大，即粒叶比越高，叶片光合产物输向穗部的越多，而滞留在叶片和茎鞘中的较少；当粒叶比减小时，光合产物分配到穗部相对减少，滞留在茎鞘中的增多。另据wardlaw(1965)试验，摘除小麦穗子的23子粒时，标记的同化产物在剑叶的运输速度和运输量都不变，但当同化产物到达茎以后，在茎中向上运输到穗的速度至少比完整穗存在时减慢l3，同时发现标记的同化产物在根中积累增加。可见库的多少对流量、流速及流向都有明显的作用。新生的幼嫩器官和代谢旺盛的器官，一般来说竞争
15、力较强，分配同化物较多。库离源的距离越近，同化物也分配得越多。棉花、大豆等腋生花序作物，主要是靠各侧叶供应其相应叶腋间花序所需的同化物。但如果对向棉桃供应的那片叶遮光，该棉桃就会从另一片受光的幼叶中夺取养分，从而导致该幼叶叶腋里的幼铃脱落。可见，库的吸力大小或库的优劣，是决定同化物分配的关键。根据这些规律，在栽培上即可设法调节和改善同化物分配方向和数量。例如，水稻、小麦等作物分蘖的促控，拔节孕穗肥的施用；棉花整枝、打权、摘心；矮壮素等生长调节剂在多种作物上的应用等，都能影响作物生长中心和代谢方式的转移，控制茎、叶徒长，促进同化产物向收获储藏器官的分配，从而提高作物产量和品质。 综上所述，源、库
16、、流在植物代谢活动和产量形成中是不可分割的统一整体，三者的发展水平及其平衡状况决定着作物产量的高低，源小库大、源大库小或源库皆小均难以获得高产。在生产上力争“源大、库足、流畅”，获得高产。 四、提高作物产量的途径 (一)作物产量现状和潜力提高作物对太阳能的利用率是农业生产上各种增产措施的主要目的。国内外学者从不同角度，根据光能利用的基本理论，均提出作物增产的潜力还是很大的，理论光能利用率的最大值为5左右。据FAO资料，19881990年世界谷物单产平均为2 638 kgh群，光能利用率为o3左右。目前我国的光能利用率o5左右。高亮之(1984)按水稻生育期光合辐射，计算我国各主要地区单季水稻的
17、潜在生产力、现实生产力及其光能利用率，指出把光能利用率由152提高到2738，理论产量均在15 oOo kghm2以上。而我国目前耕地的全年太阳能平均利用率为有效辐射能的o4o5，远低于潜在光能利用率。全国各地区之间亦有较大的差异。这不仅与不同地区农业技术水平有关，而且也受各地气候条件、太阳辐射的总能量不同的影响。光能利用率不高的原因主要有：漏光损失，作物从播种到出苗期间全部太阳辐射不能都被利用，苗期也由于很大一部分光照射在地面上而浪费，成熟期及以后，一部分光也要被浪费掉；反射和透射损失，植物体包括叶片要将一部分光反射掉，透射损失较少；光饱和现象，光照度超过光饱和点的那部分光，植物不能利用；环
18、境条件不适宜，如干旱、缺肥、温度过高或过低、涝害、二氧化碳浓度过低等，都降低光能利用率。 (二)提高光能利用率的途径 1选育高光合效率的品种从提高光合效率的角度培育超高产品种，选择目标很复杂。因为具有高光合效率的作物群体，不仅整株的碳素同化能力强，更重要的是群体水平上的碳素同化能力强。这些光合性状的表现，涉及形态、解剖结构、生理生化代谢以及酶系统等各个层次。 研究表明，提高作物生产力，应从能提高群体光合生产力的性状来考虑，特别是根据植株形态特征、空间排列及各性状组合与产景形成的关系进行遗传改良，创造具有理想株型的新品种，对于提高作物产量潜力当有显著效果。如水稻半矮秆直立叶型、直立穗型品种，玉米
19、紧凑型杂交种等，群体叶片反射损失明显减少，单位叶面积接受的太阳辐射量有所降低，量子效率提高，同时适宜密植，增加光合面积。已选育出玉米紧凑株型品种单产达到15 000 kghm2以上，单季稻直立叶型品种单产达到13 200 kghmz左右。目前在生理水平上提高光合效率的遗传改良重点正在向以下方向努力：改变光合色素的组成与数量，改造叶片的吸光特性，提高光饱和点，缓解光抑光合；改变二氧化碳固定酶，提高酶活性及对二氧化碳的亲和力。从研究现状看，在解剖结构和形态学水平上，育种者主要对叶色、叶形、叶片厚度、叶片伸展角度等形态特征相当重视。 2提高作物群体的光能截获量 提高作物群体的光能截获量主要是提高群体
20、叶面积指数(LAI)和叶面积持续时间(LAD)。作物群体叶面积一生中需保持最适宜的叶面积指数，低于最适宜值，即光能未充分利用；高于最适宜值，群体过大，郁闭加重，导致减产。一般要求前期叶面积增长速度要快而稳，最大叶面积指数要适宜，高峰期限持续的时间较长，叶面积衰退缓慢。如高产优质棉花群体中叶面积指数的消长动态大致是：现蕾期为o2，初花期为2左右，盛花期达高峰35左右，不宜超过4，并持续一个月左右的时间，吐絮期25左右。 3降低呼吸消耗通过抑制光呼吸来提高净光合生产率，如3的低氧条件下种植水稻，光呼吸受到抑制，干物重增加了54。硫代硫酸钠、羟基甲烷磺酸、a一羟基一2吡啶甲磺酸等化学药剂有抑制光呼吸
21、的作用，但采用这些药剂喷洒，在大面积生产中尚未发现明显增产效果。总之，通过环境调控，防止逆境引起的呼吸过旺，减少光合产物损耗，是提高光合生产力的途径之一。 4改善栽培环境和栽培技术 作物的环境有两种，一是自然环境，包括气候、地形、土壤、生物、水文等因子，难以大规模加以控制；另一种是栽培环境，指不同程度人工控制和调节而发生改变的环境，即作物生长的小环境。作物产量潜力是由自身的遗传特性、生物学特性、生理生化过程等内在因素决定的，产量的表现受外部环境物质能量输入和作用效率所制约。(1)复种与问作、套种 通过改一熟制为多熟制或采用再生稻等种植方式，采用问作套种的复合群体，既可以相对延长光合时间，有效地
22、利用全年的太阳能，又能使得单位时间和单位面积上增加对太阳能的吸收量，减少反射、透射和漏射的损失。 (2)合理密植使生长前期叶面积迅速扩大，生长中后期达到最适叶面积指数，且持续时间长，后期叶面积指数缓慢下降，增大叶面积，保持较高的光合速率，可提高大田光合产物总量。(3)培育优良株型的群体通过合理栽培，特别是延缓型或抑制型植物生长调节剂的使用，能在某种程度上改善作物株型和叶型，形成田间作物群体的最佳多层立体配置，造成群体上层和下层都有较好的光照条件。如棉花在旺盛生长期使用缩节胺对于调控株型、协调营养生长与生殖生长的矛盾十分有效。 (4)改善水肥条件改善农田水肥条件，培育健壮的作物群体，可增强植株的
23、光合能力。 (5)增加田问C02浓度在大田生产中要注意合理密植及适宜的行向和行距，改善通风透光条件，促使空气中c02不断补充到群体内部，有利于增强光合作用。另外，在土壤中适当增施有机肥，有机肥分解时可放出co。在温室和塑料大棚中施用c02(如干冰)可提高产量。 (6)使用植物生长调节剂矮壮素、缩节胺、多效唑等植物生长延缓剂不仅可有效防止植株徒长，在培育壮苗、提高植株光合能力等方面也具有很好的作用。萘乙酸等植物生长促进剂，在水稻、小麦等作物的开花末期或灌浆初期喷施，可显著调节光合产物的分配方向，达到增加粒数、千粒重和产量的作用。第三节 作物品质及其形成一、作物品质及其评价指标长期以来，由于我国人
24、均耕地较少，为了解决温饱问题，人们重视产品数量，对质量重视不够。随着我国市场经济的发展、人们生活水平的提高和加入WTO后国际市场的冲击，人们逐渐认识到农产品质量的重要性，农产品质量已成为影响我国种植业持续发展的重要因素。(一)作物品质的概念作物品质是指收获目标产品达到某种用途要求的适合度。作物种类和用途不同，人们对它们的品质要求也各异。一般而言，根据人类栽培作物的目的，可大致将作物分为两大类：一类是为人类及动物提供食物的作物，如各种粮食作物和饲料作物等；另一类是为轻工业提供原料的作物，即各种经济作物。对提供食物的作物，其品质主要包括食用品质和营养品质等方面；对经济作物而言，其品质主要包括工艺品
25、质和加工品质等。同一作物也会因产品用途不同，对品质的要求也不同。如大麦作为饲料作物栽培时，要求蛋白质含量高，淀粉含量低；而作为啤酒大麦栽培时，则要求淀粉含量高，蛋白质含量低。又如，大豆子粒用于榨油时，要求脂肪含量高；用于制作豆腐时要求蛋白质含量高。再如，油菜子油作为工业用油时，要求芥酸含量高；但作为食用油时，要求芥酸含量必须低。随着市场经济的发展，有时人们根据各自的经济利益，也会制定不同的质量标准。例如，同样是小麦子粒，种植者追求的是子粒饱满，整齐度好，容重大等外观品质；面粉厂家则要求的是子粒出粉率高、易磨等物理品质；而消费者则希望口感好等食用品质和营养丰富等营养品质。再如，同样是大豆子粒，农
26、户追求的是子粒光亮、饱满、淡脐等外观品质；豆腐作坊要求的是出豆腐率高，榨油厂要求的是出油率高等加工品质。实际上。作物品质的优劣是相对的，它随着人类的需要、科学技术的进步和社会的发展等而发生变化。例如，小麦的品质与加工产品有关，在不考虑加工产品时，其品质主要根据子粒的容重划分，但要加工制作面包时，要求用强筋小麦(角质率不低于70)；制作蛋糕和酥性饼干等食品时则要求用弱筋小麦(粉质率不低于70)。随着人们生活水平的提高，作物产品的保健作用将会引起重视。因此作物品质的评价标准也是相对的，不可能用统一的标准去衡量种类繁多、用途各异的各种作物。(二)作物品质的评价指标尽管对作物品质的评价不可能有统一的标
27、准，但随着人们对作物品质研究的深入，逐渐建立了一些评价作物品质优劣的指标。当前，用于评价各种作物品质的指标归结起来主要有两类：形态指标和理化指标。1形态指标形态指标是指根据作物产品的外观形态来评价品质优劣的指标，包括形状、大小、长短、粗细、厚薄、色泽、整齐度等，如大豆子粒的大小、棉花种子纤维的长度、烤烟的色泽等。2理化指标理化指标是指根据作物产品的生理生化分析结果评价品质优劣的指标，包括各种营养成分(如蛋白质、氨基酸、淀粉、糖分、纤维素、矿物质等)的含量、各种有害物质(如残留农药、有毒重金属)的含量等。对于某一作物而言，通常以一二种物质的含量为准。例如，小麦子粒的蛋白质含量、大豆子粒的蛋白质和
28、油分含量、玉米子粒的赖氨酸含量、甘蔗和甜菜的含糖量、油菜子的芥酸含量、特用作物的特定物质含量等。在评价作物品质时，一般需要对形态指标和理化指标加以综合评价，才能确定其优劣。作物的形态指标与理化指标不是彼此独立的，某些理化指标常与形态指标密切相关。例如，优质啤酒大麦的特点为：发芽率和发芽势高，机械损伤的破粒少，谷壳密度小，蛋白质含量低，淀粉含量高。对大多数粮食作物及饲料作物来说，除了其产品需要有良好的外观形态品质以外，判断其品质优劣的主要指标是理化性状，具体体现在食用品质和营养品质两个方面。而对大多数经济作物而言，评价品质优劣的标准通常为工艺品质和加工品质。 (三)作物品质的主要类型1食用品质作
29、物的食用品质是指蒸煮、口感和食昧等的特性。例如，稻谷加工后的精米，大约90的内含物是淀粉，因此大米的食用品质很大程度上决定于淀粉的理化性状，如直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度、胀性和香味等。又如，小麦子粒中含有的面筋是谷蛋白和醇溶蛋白吸水膨胀后形成的凝胶体，小麦面团因有面筋而能拉长延伸，发酵后加热又变得多孔柔软。为此，小麦的食用品质很大程度上取决于面筋的特性，如谷蛋白和醇溶蛋白的含量及其比例等。2营养品质作物的营养品质主要是指蛋白质含量、氨基酸组成、维生素含量和微量元素含量等。一般来说，有益于人类健康的成分丰富，如蛋白质、必需氨基酸、维生素和矿物质等的含量越高，则产品的营养品质就越好。例如，高赖
30、氨酸玉米植株外观上与普通玉米没有什么不同，主要特点是营养价值高，生物效价比普通玉米高。胚乳赖氨酸含量一般在o4以上，是普通玉米的2倍多。胚乳中蛋白质总含量与普通玉米相同，但优质蛋白质(非醇溶性蛋白)的含量是普通玉米的15倍左右。再如，小麦子粒的蛋白质含量是小麦营养品质中最重要的指标，一等优质强筋小麦子粒的蛋白质含量必须高于15(干基)。3工艺品质作物的工艺品质是指影响产品质量的原材料特性，例如，棉花纤维的长度、细度、整齐度、成熟度、强度等。烟叶的色泽、油分、成熟度等外观品质也属于工艺品质。工艺品质不同可以加工成不同质量的产品，为了保证产品质量的稳定性，必须根据工艺品质对原材料进行分级。不同等级
31、的原材料用于生产不同的产品，做到物尽其用。例如，棉花纤维长度与成纱指标有密切的关系，在其他品质指标相同时，纤维越长，其纺纱指数越高，强度越大。优质棉要求纤维长度在2931 rnrn。棉花纤维成熟度差时，纱布棉结多，染色性能较差，纺织价值较小。4加工品质加工品质是指不明显影响加工产品质量，但又对加工过程有影响的原材料特性。例如，糖料作物的含糖率、油料作物的含油率、棉花的衣分、向日葵和花生的出仁率、稻谷的出糙率和小麦的出粉率等，均属于加工品质性状。作物的加工品质会直接影响企业的效益，例如，大豆子粒的脂肪含量不同，加工后单位重量的产油量也不同，尽管产出的油质量没有大的差异，但生产同样量的产品，加工费
32、用会明显增加，使效益降低。又如，甜菜的含糖量低于规定要求，生产成本会大幅上升，甚至因企业无利可图而拒绝收购。二、作物品质的形成 (一)糖类的形成与积累作物产量器官中储藏的糖类主要是蔗糖和淀粉。蔗糖以液体的形态、淀粉以固体(淀粉粒)的形态积累于薄壁细胞内。作物产量器官中累积的糖类，有的以蔗糖为主，例如甘蔗和甜菜中主要是蔗糖，其含量分别可达12和20左右；有的以淀粉为主，例如禾谷类作物种子中淀粉含量高达70左右，薯芋类作物也可达20左右。蔗糖的积累过程比较简单，即通过叶片等器官形成的光合产物，以蔗糖的形态经维管束输送到储藏组织后，先在细胞壁部位被分解成葡萄糖和果糖，然后进入细胞质合成蔗糖，最后转移
33、到液泡中被储存起来。淀粉的积累过程与蔗糖有相似之处，光合产物以蔗糖的形式经维管束输送，并分解成葡萄糖和果糖后，进入细胞质，在细胞质内果糖转变成葡萄糖，然后葡萄糖以累加的方式合成直链淀粉或支链淀粉，形成淀粉粒。通常禾谷类作物在开花几天后，就开始积累淀粉。另外，由非产量器官内暂时储存的一部分蔗糖(如麦类作物的茎、叶鞘)或淀粉(如水稻的叶鞘)，也能以蔗糖的形态(淀粉需预先降解)通过维管束输送到产量器官后被储存起来。油菜、花生、大豆等油料作物尽管成熟种子内积累大量的脂肪，但在种子形成初期却以积累糖类为主，到种子形成后期糖类才转化为脂肪。(二)蛋白质的形成与积累豆类作物种子内含有特别丰富的蛋白质，如大豆
34、种子的蛋白质含量一般可达40左右。蛋白质是由氨基酸合成而来。在子粒形成过程中，氨基酸等可溶性含氮化含物从植株的各个部位转移到子粒中，然后在子粒中转变为蛋白质，以不溶性蛋白质体的形态储藏于细胞内。在豆类子粒成熟过程中，荚壳常常能起暂时储藏的作用。即从植株其他部位运输而来的含氮化合物及其他物质先储存在荚壳内，到子粒形成后期才转移到子粒中去。所以，在豆荚发育早期，荚壳内的蛋白质含量增加；到发育后期，荚壳内的蛋白质则开始降解、转移，含量也就随着下降。大豆在开花后1030 d内种子中氨基酸增加最快，此后氨基酸含量迅速下降，说明后期氨基酸向蛋白质转化的过程加快。蛋白质的合成和积累，通常在整个种子形成过程中
35、都可以进行，但后期蛋白质的增长量可占成熟种子蛋白质含量的一半以上。谷类作物种子中的储藏性蛋白质，在开花后不久便开始积累。在成熟过程中，每粒种子所含的蛋白质总量持续增加，但蛋白质的相对含量则由于子粒不断积累淀粉而逐渐下降。 (三)脂类的形成与积累作物种子中储藏的脂类(脂肪或油分)主要为甘油三酯，它是由甘油与各种脂肪酸在脂肪酶作用下形成的产物，它们以小油滴的状态存在于细胞内。油料作物种子富含脂肪，例如向日葵可达56左右，花生为50左右，油菜为40左右，大豆为20左右。在种子发育初期，光合产物和植株体内储藏的同化物是以蔗糖的形态被输送至种子后，以糖类的形态积累起来，以后随着种子的成熟，糖类转化为脂肪
36、，脂肪含量逐渐增加。油料作物种子在形成脂肪的过程中，先形成的是饱和脂肪酸，然后转变成不饱和脂肪酸，所以脂肪的碘价(每100 g植物油可吸收的碘的克数)随种子成熟而增大。同时，在种子成熟时，先形成脂肪酸，以后才逐渐形成甘油三酯，因而酸值(中和1 g植物油中的游离脂肪酸所需的KOH的毫克数)随种子的成熟而下降。所以，种子只有达到充分成熟时，才能完成这些转化过程。如果油料作物的种子未完全成熟时收获，会因为脂肪的合成、转化过程尚未完成，造成种子的含油量低且油质较差。在玉米子粒发育的全过程中，普通玉米子粒含油量随着子粒的发育只有缓慢增长。而高油玉米在授粉后1428 d，尤其1421 d之间含油量迅速增长
37、，在这个阶段以前和以后增长较缓慢，在子粒成熟的最后几天里甚至还有所减少。从脂肪酸组成的变化过程来看，授粉后714 d脂肪酸的组成变化最大，油酸占的比例迅速增加，而软脂酸和亚麻酸所占的比例迅速下降，此后的比例分布变化不大。 (四)纤维素的形成与积累纤维素是植物体内广泛分布的一种多糖，但一般作为植株的结构成分存在。纤维素的积累过程与淀粉的积累过程基本相似。但纤维素不属于储藏物质，一般也不能为人类作为食物利用，而是重要的轻工业原料。作为纤维作物被人类利用的主要是棉花和麻类，棉花利用的是种子表皮纤维，麻类作物利用的是韧皮部纤维。棉花种子的初纤维比例为20左右，棉纤维中纤维素的含量可达9395；在麻类作
38、物中，苎麻的纤维素和半纤维素含量可占到原麻的85，黄麻也可达70以上。棉纤维的发育要经过纤维细胞伸长、胞壁淀积加厚和纤维脱水形成转曲3个阶段。胞壁淀积加厚阶段是纤维素积累的关键阶段，历时2535 d。在开花510 d后，于初生胞壁内一层层向内淀积纤维素，使细胞壁逐渐加厚。纤维素在气温较高时淀积较致密，气温较低时则淀积疏松多孔。由于昼夜温差的关系，纤维素淀积在纤维断面上表现出明显的层次结构。麻类作物属于不同的科、属，其纤维形成过程也有所不同。由于麻类作物主要利用茎韧皮部纤维，因此从出苗到现蕾开花期(植株快速伸长期)是纤维形成的重要时期，此后则对纤维的厚度等工艺品质有一定的影响。然而，除留种用植株
39、外，麻类作物在果实发育盛期开始前就应收获，这样可以避免积累于茎秆内的营养物质向果实转移，影响纤维的品质。生产上常采用一些抑制生殖生长的措施来保证麻类纤维的品质。 (五)一些特殊物质的形成与积累1. 烟碱烟碱是衡量烟草质量的重要指标。烟草中植物碱含量较多，烟株中已鉴定出的植物碱有45种，其中主要的有烟碱(又称为尼古丁)、去甲基烟碱、新烟碱等。在烤烟中，烟碱占总植物碱的90以上。烟碱在烤烟中的含量为1535，雪茄烟中为36。烟草种子中不含烟碱，随着种子萌发，幼苗中烟碱越来越多。随着烟株生长，烟碱含量不断增加，打顶之后，烟叶成熟期叶片中烟碱含量达到高峰。就不同器官而言，叶片含烟碱最多，根次之，茎最少
40、；就叶位而言，上部叶含烟碱量高于中部和下部叶；烟碱在同一张叶片上分布也不均衡，自基部向叶尖渐次增加，自中脉向边缘渐次增加；在整个叶片中，叶肉积累烟碱最多，细脉次之，中脉最少。2. 硫苷菜子饼粕中的硫苷对菜子饼粕的利用影响较大。不同类型油菜种子的脱脂饼粕中，硫苷含量差异较大，白菜型油菜硫苷含量最高，甘蓝型最低，芥菜型居中。油菜角果开始形成时，果壳中已含有较多的硫苷，以后逐渐增加。油菜种子中的硫苷含量，初期增长缓慢，至果龄2030d时迅速增长，以后又趋缓慢。果壳和种子中硫苷含量的消长，在高硫苷和低硫苷品种之间存在极显著差异。5 d果龄时高硫苷品种种子与果壳中硫苷含量之比为0.14；l，低硫苷品种为
41、0.13：1，成熟时高硫苷品种为1.12：l，低硫苷品种则为0.61：1。3. 单宁许多作物的子粒在其外层和胚乳中累积有多酚物质，其中有一种特殊的多酚物质单宁。单宁是与蛋白质互作并使之沉淀的多酚物质。在植物中有两种单宁，即可水解的单宁和凝聚的单宁。所谓的抗鸟害高粱，就含有相当数量的凝聚性单宁。这种高粱的凝聚性单宁含量与皮层中的褐色素含量有关，皮色越深，含单宁越多。在油菜种子的种皮中也含有单宁，菜子饼粕中的平均含量为3.65。这种单宁溶于水，并易与铁离子作用产生沉淀，使菜子饼粕变黑，具有苦涩味。4. 维生素禾谷类作物的维生素是在营养器官，特别是在叶片中合成，当这些器官衰老时转运至子粒。维生素E在
42、禾谷类作物子粒中约含1 mg100g，仅有些豆类作物和绿叶植物超过此含量。在由禾谷类作物子粒的胚提取的油中维生素E含量特别高，如小麦胚油中含0.260.27，玉米胚油中含0.23。三、影响作物品质的因素与产量性状一样，作物的品质既受遗传因素的制约，也受环境条件和栽培技术等因素的影响。 (一)遗传因素1常规育种与作物品质的改良业已证明，作物品质的诸多性状(例如形状、大小、色泽、厚薄等形态品质，蛋白质、糖分、维生素、矿物质含量及氨基酸组成等理化品质)都受到遗传因素的控制。因此，可以采用育种方法来有效地改良作物品质。但值得注意的是，大多数品质性状受许多具有累加效应的微效基因或基因群控制，遗传规律比较
43、复杂，因而在作物品质改良时，有时见效甚微。例如，小麦的蛋白质含量在F1代有各种类型的遗传表现，但多数情况下为中间型，一般倾向于低值亲本。作物品质改良的主要障碍是品质与产量存在相互制约关系，如禾谷类作物的蛋白质含量与产量、油料作物的含油量与产量、棉花纤维强度与皮棉产量之间常呈负相关关系。虽然这种关系并不是绝对的，但无疑会加大品质改良的难度。既高产又优质的农作物新品种是作物品质改良的重点发展方向。 另外，作物品质内部成分问也会出现相互制约现象，例如大豆的含油量与蛋白质含量之间呈负相关关系。由于油分含量和蛋白质含量均是大豆品质的重要指标，因此在确立大豆育种目标时必须根据实际需要协调二者关系，或者有所
44、取舍，即培育专用的高油大豆或高蛋白大豆。再如，水稻子粒的蛋白质含量与食用口感之间常呈负相关，蛋白质含量越高，往往口感越差，有“食味与营养不可兼得”之说。因此在品质改良时要协调大米营养与食用口感之间的矛盾。 2利用生物技术改良作物品质生物技术可将一些用传统育种方法无法培育出的性状通过基因工程的手段引入作物。如将单子叶作物中的性状导入双子叶作物中，或将双子叶作物中的性状导入单子叶作物中，以提高作物的营养价值；改进食用和非食用油料作物的脂肪酸成分；引入甜味蛋白质改善水果及蔬菜的口味等。人类和多数动物都不具有合成某些氨基酸如赖氨酸等的能力，因此必须从食物中获取这些必需氨基酸。谷物和豆类是人类食物的主要
45、来源，但种子所储存的蛋白质中所含的氨基酸种类有限，特别是赖氨酸等必需氨基酸含量偏低，严重影响作物产品的品质。科学家们正在如下方面开展品质改良工作：将某作物的特定基因转到另一作物中，以提高相应作物中特定物质的含量。例如通过分析发现，玉米的B菜豆蛋白富含蛋氨酸，将此蛋白基因转入豆科植物中，就可以大大提高豆科植物种子储存蛋白的蛋氨酸含量，而蛋氨酸正是豆科植物种子储存蛋白所缺少的成分。对种子储存蛋白的编码基因进行改造，使其氨基酸组成发生改变。用基因工程的方法提高种子中某种氨基酸的合成能力，从而提高相应的氨基酸在储存蛋白中的含量。例如，可以对赖氨酸代谢途径中的各种酶进行修饰或加工，从而使细胞积累更大量的
46、赖氨酸。油脂是人类希望从植物中获得的另一大类物质。油菜是世界较大的油料作物之一，也是最早成功进行了基因转化的植物之一，其转化技术相对来说较为成熟。迄今为止，在世界范围种植的良种油菜有许多是转基因品种，如用于生产人造黄油、可可奶油的含40硬脂酸的品种；用于生产去污剂的含60月桂酸的品种等。3品质优异的作物种质资源的利用 随着市场经济的发展，人们越来越重视对品质优异的作物种质资源的利用。例如，高油玉米新品种选育的材料主要来源于普通玉米，除了含油量高以外，高油玉米的其他生物学特性与普通玉米差别很小。籼稻的直链淀粉含量通常明显高于粳稻，但当高直链淀粉含量品种与低含量品种杂交时，F1代的直链淀粉含量表现
47、为中等含量，且不能固定遗传下去，因此在水稻淀粉性质改良时一定需要一个直链淀粉含量中等的品种做亲本。大量的测定结果证明，糯稻的直链淀粉含量通常在02间，粳稻含量在20以下，籼稻的含量大多在25以上。随着人们对稻米品质需求的提高，香味也就逐渐受到育种家的重视。在稻种资源中有不少香味品种，如我国地方品种的“香粳晚”(太湖流域地区)、“香米”(陕西域固)、“香紫糯”(云南)和“有芒香糯”(广西)等。利用这些种质资源，育种家们已育成了大量香型品种供市场需要。大豆蛋白中的胰蛋白酶抑制剂会妨碍人体和动物对大豆蛋白的消化利用，甚至会引起胰脏肥大和含硫氨基酸短缺，在国外大豆资源中已发现了不含蛋白酶抑制剂的种质(P1157440、L834387和L814590)。在大豆成熟种子中，脂氧酶占蛋白质含量的12，脂氧酶的存在会使大豆蛋白制品产生豆腥味，降低豆制品的可食性和营养价值，因此需要尽可能地将其降低或除去。消除脂氧酶活性，去除豆腥味的主要手段是加热处理。但培育无脂氧酶的大豆则是消除豆腥味的根本方法。美国、日本和我国的大豆专家已从大豆资源中筛选鉴定出了脂氧酶缺失材料，并利用这些材料育成了高产优质新品种。(二)环境因素实践证明，很多品质性状都受环境条件的影响，这是利用栽培技术改善作物品质的理论基础。1光照由于光合作用是形成作物产量和品质的基础，因此光照不足会严重影响作物的
