菜豆抗營養(yǎng)因子器官分布特異性分析

陳 高，朱慧玲，胡格格，劉巧玲，繆宇嫻，朱 洵，陳禪友

（江漢大學 生命科學學院；湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術研究中心，湖北 武漢 430056）

菜豆（Phaseolus vulgarisL.），又名四季豆，蕓豆，屬豆科（Leguminosa）、蝶型花亞科（Papilionideae）一年生纏繞性草本植物，分為食莢菜豆和糧用普通菜豆。菜豆具有豐富的營養(yǎng)價值及藥用價值，含有豐富的蛋白質、多種維生素及礦物質，并且可促進新陳代謝，緩解慢性疾病，提高免疫力［1］。菜豆不僅在我國各地廣泛栽培，在亞洲、非洲及拉丁美洲的許多地區(qū)也已成為當地居民日常飲食中主要的植物蛋白來源之一。

菜豆中含有植物凝集素（phaseolus vulgaris agglutinin，PHA）、胰蛋白酶抑制劑（trypsin inhibitor，TI）、皂苷（saponin）和植酸（phytic acid）等抗營養(yǎng)因子，這些抗營養(yǎng)因子影響了人畜對營養(yǎng)元素的吸收，干擾其正常的新陳代謝，嚴重時導致食物中毒，制約了人類對菜豆及菜豆制品進一步的開發(fā)利用。早期由于抗營養(yǎng)因子對動物飼料營養(yǎng)吸收有影響，對于抗營養(yǎng)因子的研究多集中于大豆［2］、蠶豆［3］等飼料用豆科植物?，F在隨著菜豆作為一種主要的植物蛋白來源越來越受到人們的重視，因而菜豆抗營養(yǎng)因子的研究也逐漸展開［4-5］。但對于菜豆葉片和豆莢抗營養(yǎng)因子的水平分布及相關分析的研究還鮮見報道。

本研究選取13 份國內外具有代表性的菜豆品種為材料，通過測定其成熟后的豆莢和葉片的植酸、皂苷、胰蛋白酶抑制劑和植物凝集素含量或活性，分析13 個菜豆品種的葉片和豆莢的抗營養(yǎng)因子的水平分布及器官特異性，并對其進行相關分析和聚類分析，以期為菜豆育種及其進一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

菜豆由江漢大學湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術研究中心實驗基地提供。試驗樣品均選取開花后15 d 的鮮莢作為試驗材料，共計13 個品種，其編號、名稱、來源地和特性分別列于表1。

1.2 試驗方法

凝集素含量的測定采用文獻［6］的血凝法；皂苷含量的測定采用文獻［7］提供的酶標儀三波長比色法略有改動；胰蛋白酶抑制劑活性的測定參照標準文獻［8］；植酸含量的測定參照標準文獻［9］。

1.3 數據統(tǒng)計分析

通過Excel 2010 軟件完成菜豆抗營養(yǎng)因子基礎數據分析。通過DPS7.05 完成相關分析、方差分析、聚類分析等分析。其中相關分析先將變量標準化處理，繼而采用柏森雙側相關性分析處理數據。方差分析采用完全隨機設計，Duncan 新復極差法分析處理數據。聚類分析先將變量標準化處理，繼而采用系統(tǒng)聚類分析處理數據。

2 結果與分析

2.1 菜豆葉片和豆莢植物凝集素的水平分布

菜豆葉片和豆莢植物凝集素的水平分布見圖1。由圖1 可見，菜豆葉片的凝集素含量變幅為0.569 ～ 1.164 mg/g，1 號含量最高為 1.164 mg/g，10 號含量最低為 0.569 mg/g；菜豆豆莢的凝集素含量變幅為1.034 ～ 1.588 mg/g，8 號含量最高為1.588 mg/g，11 號含量最低為1.034 mg/g。13 個菜豆品種豆莢的凝集素含量均高于葉片。

表1 13 個菜豆品種來源及主要性狀特征Tab.1 Source and the main characteristic of 13 cultivars of common beans

圖1 菜豆葉片和豆莢植物凝集素的水平分布Fig.1 Level distribution of lectins in common bean′s leaf and pod

2.2 菜豆葉片和豆莢胰蛋白酶抑制劑的水平分布

菜豆葉片和豆莢胰蛋白酶抑制劑的水平分布見圖2。由圖2 可知，菜豆葉片的胰蛋白酶抑制劑活性變幅為0.230 ～ 2.974 TIU/g，13 號含量最高為2.974 TIU/g，8 號含量最低為0.230 TIU/g；菜豆豆莢的胰蛋白酶抑制劑活性變幅為0.154 ～5.781 TIU/g，3 號含量最高為5.781 TIU/g，12 號含量最低為 0.154 TIU/g。1 號、2 號、3 號、6 號、7 號、8 號、9 號 7 個菜豆品種豆莢的胰蛋白酶抑制劑活性均高于葉片；4 號、5 號、10 號、11 號、12 號、13 號 6 個品種葉片胰蛋白酶抑制劑活性均高于豆莢。

2.3 菜豆葉片和豆莢皂苷的水平分布

菜豆葉片和豆莢皂苷的水平分布及相關分析見圖3。由圖3 可知，菜豆葉片的皂苷含量變幅為9.438 ～ 13.011 mg/g，3 號含量最高為 13.011 mg/g，5 號含量最低為 9.438 mg/g；菜豆豆莢的皂苷含量變幅為 12.624 ～ 18.708 mg/g，11 號含量最高為 18.708 mg/g，7 號含量最低為 12.624 mg/g。13 個菜豆品種豆莢的皂苷含量均高于葉片。

圖2 菜豆葉片和豆莢胰蛋白酶抑制劑的水平分布Fig.2 Level distribution of trypsin inhibitor in common bean′s leaf and pod

圖3 菜豆葉片和豆莢皂苷的水平分布Fig.3 Level distribution of saponins in common bean′s leaf and pod

2.4 菜豆葉片和豆莢植酸的水平分布

菜豆葉片和豆莢植酸的水平分布見圖4。由圖4 可知，葉片植酸的含量變幅為11.853 ～14.221 mg/g，9 號含量最高為14.221 mg/g，7 號含量最低為11.853 mg/g；豆莢植酸含量變幅為12.252 ～ 14.039 mg/g，9 號含量最高為 14.039 mg/g，3 號含量最低為 12.252 mg/g。7 號、8 號、13 號 3 個菜豆品種豆莢植酸含量均高于葉片；1 號、2 號、3 號、4 號、5 號、6 號、9 號、10 號、11 號、12號10 個品種葉片植酸含量均高于豆莢。

圖4 菜豆葉片和豆莢植酸水平分布Fig.4 Level distribution of phytic acid in common bean′s leaf and pod

2.5 菜豆抗營養(yǎng)因子相關性分析

菜豆的葉片和豆莢的4 種抗營養(yǎng)因子的相關性分析見表2。由表2 可知，菜豆葉片的皂苷含量與葉片的胰蛋白酶抑制劑含量呈正相關顯著，相關系數為0.59；葉片的植酸含量與豆莢的皂苷含量呈負相關顯著，相關系數為-0.56；其他函數相關性均不顯著?？梢姴硕沟娜~片與豆莢之間同種抗營養(yǎng)因子的含量/活性均不顯著，沒有顯著的相關性。

表2 相關性分析Tab.2 Correlation analysis

2.6 菜豆抗營養(yǎng)因子聚類分析

抗營養(yǎng)因子含量/活性數據標準轉化后，對13 個菜豆品種進行系統(tǒng)聚類分析。如圖5 所示，在歐氏距離為1.050 3 時，4 號和6 號首先聚在一起。當歐氏距離為4.780 4 時，聚為4 個品種群，即 I：1 號、2 號、4 號、5 號、6 號、11 號、12 號；II：10 號、13 號；III：7 號；Ⅳ：3 號、8 號、9 號。歐式距離為6.001 6 時，所有品種聚為一群。

結合4 種抗營養(yǎng)因子含量總體進行分析，可以發(fā)現種群I 中菜豆品種葉片及豆莢4 種抗營養(yǎng)因子含量或活性均處于整體偏下水平，可用于低毒菜豆品種的育種；種群III 和種群Ⅳ中菜豆品種葉片及豆莢4 種抗營養(yǎng)因子含量或活性均為整體偏上水平，可用于菜豆毒性物質研究；種群II中菜豆品種葉片及豆莢4 種抗營養(yǎng)因子含量或活性均為整體中等水平。

圖5 基于4 種抗營養(yǎng)因子水平的菜豆品種聚類分析圖Fig.5 Cluster analysis of common beans based on four anti-nutritional factors level

3 結論與討論

13 個菜豆品種的葉片和豆莢中的4 種抗營養(yǎng)因子含量或活性均不相同，且植物凝集素、胰蛋白酶抑制劑、皂苷主要分布在菜豆的豆莢中，植酸在葉片中分布較多，可見4 種抗營養(yǎng)因子在菜豆葉片和豆莢中水平分布是不同的，具有器官特異性?？範I養(yǎng)因子與植物抗性有一定的關系。研究［10-11］表明植物凝集素能抑制多類昆蟲生長，對抵御病蟲害有一定作用，并且對動物有毒素作用。John 等［12］研究表明皂苷與植株抗病蟲害機制有關。江均平等［13］研究表明胰蛋白酶抑制劑可以抑制南瓜蔓枯病、辣椒疫病、菜豆角斑病和辣椒炭疽病等病原菌的生長。本實驗中菜豆的植物凝集素、胰蛋白酶抑制劑、皂苷主要集中于豆莢中，可能是植物在長期的自然進化中為了更加有效地保護菜豆豆莢免遭病蟲害的侵蝕而導致的。

相關性分析表明菜豆葉片的4 種抗營養(yǎng)因子與豆莢的4 種抗營養(yǎng)因子之間相關性均不顯著，難以通過葉片的抗營養(yǎng)因子水平來預測豆莢的抗營養(yǎng)因子水平。綜合性狀分析和聚類分析發(fā)現種群Ⅰ中菜豆品種抗營養(yǎng)水平偏低，且均為蔓生品種（除6 號外）；種群Ⅲ、Ⅳ中菜豆品種抗營養(yǎng)因子水平偏高，且均為矮生品種（除3 號外）?？梢酝茰y矮生菜豆品種可能比蔓生菜豆品種具有更高的抗營養(yǎng)因子水平，這可能是由于矮生菜豆品種離地面更近，更易受到病蟲害的侵襲。同時，抗營養(yǎng)因子含量低的品種可用于低抗營養(yǎng)因子水平菜豆的育種（如低植酸、低PHA 菜豆的培育等），而抗營養(yǎng)因子含量高的品種可用于提取純化抗營養(yǎng)因子進行進一步研究，或用于抗蟲轉基因工程研究。