对不同品种蚕豆芽苗菜生长期内产量、品质及相关性的研究

2021-11-05白雅晖虞慧彬徐晓东武永军杨振超

中国农业大学学报 2021年10期

白雅晖虞慧彬徐晓东武永军杨振超*

(1.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学生命科学学院，陕西杨凌 712100)

蚕豆(ViciafabaL.)属于豆科野豌豆属的一年生或越年生草本植物，因其较高的营养价值和有效的生物固氮作用在世界上有重要的栽培地位[1-2]。蚕豆富含蛋白质、矿物元素、维生素、人体必需的大量和微量元素，是天然植物酚类的重要来源之一，且能满足人体对多种氨基酸的需求[3]。左旋多巴(L-DOPA)是一种非蛋白质氨基酸，被医疗界誉为是帕金森氏病治疗的“金标准”[4-6]。帕金森氏病是由于特定脑区的多巴胺能神经元退化，导致患者出现静止性震颤、肌肉强直、运动迟缓和姿势平衡障碍，常伴有认知功能缺陷[7]。然而，使用化学合成生产的左旋多巴价格昂贵并且容易引起多种副作用，如胃肠功能紊乱等。因此，从天然植物中提取左旋多巴变得尤为重要。

1913年，Guggenheim[8]第一次从蚕豆中鉴定出左旋多巴，后来又有大量学者研究发现左旋多巴广泛存在于蚕豆和黎豆等豆科植物中[9-10]。但由于黎豆驯化栽培种少、栽培面积小且含有毒素等原因[11]，并不适合大范围推广种植；而蚕豆驯化品种多、栽培面积广且富含营养，因此引起了广泛关注。临床研究表明[12]，富含左旋多巴的蚕豆芽具有抗帕金森氏症的作用，且没有人工合成药物的副作用，相较于成熟植株和蚕豆种子，发芽后的蚕豆苗内左旋多巴含量最高，而且大量食用也不会产生胀气等不良反应[13]。除了用于治疗帕金森氏症外，富含酚类的蚕豆芽提取物是一种有效的自由基直接淬灭剂，也是抗氧化酶反应的潜在调节剂，具有长期的调节作用[14-16]。丰富的多酚类和黄酮类等生物活性物质，作为天然的抗氧化剂，往往可以清除人体内多余的自由基，保护机体免受损伤，同时减缓衰老、增强人体免疫力和减少疾病的发生[17-20]。

植物内大量有益化合物的含量受品种类型、栽培条件、光照等遗传和环境因素的影响。因此，在植物天然成分萃取技术迅猛发展，功能性食品需求激增的社会背景下，寻找较好的蚕豆品种，结合蚕豆芽苗菜的最佳采收期，获得高含量的左旋多巴等生物活性物质，是蚕豆成为天然药用成分来源的关键竞争力。目前，国内对该方向的研究还鲜有报道，因此本研究从相关性角度分析了不同品种蚕豆在不同采收期下各品质指标含量的差异及其变化规律，并探讨了蚕豆芽苗菜营养品质与左旋多巴含量之间的关系，为选育左旋多巴含量高的蚕豆新品种和综合开发蚕豆资源提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

蚕豆种子购自杨凌农城种业有限公司，具体信息参照表1。

表1 供试品种明细Table 1 Details of test varieties

1.2 仪器与设备

LC-30A型超高效液相色谱仪(C18色谱柱)购自日本岛津公司；Freezone 2.5L型冷冻干燥机购自美国Labconco公司；CP213电子天平购自美国奥豪斯公司；SCIENTZ-48高通量组织研磨仪购自宁波新芝生物科技股份有限公司；Centrifuge5424R离心机购自德国Eppendorf公司；分光光度计购自上海美普达仪器有限公司；GZD-1000D3光照培养箱购自合肥右科仪器设备有限公司。

1.3 试验设计

2020年7月试验于西北农林科技大学设施园艺实验室内进行，参试品种6个，挑选粒大饱满无虫眼的蚕豆种子，每个品种取100粒种子。首先清水浸种16 h至生长点突出，后置于育苗盘内催芽，萌发后置于生化培养箱中25 ℃恒温培养，适时补水。试验于各品种蚕豆发芽后第3、6、9和12天取样，从茎基部剪取整株蚕豆苗。试验采用完全随机设计，重复3次。待测样品部分留取鲜样，部分采用冻干处理，干燥粉碎后过80目筛，置于干燥器中保存。

1.3.1生长指标测定

采用五点法取样，每个点取长势一致的5株蚕豆苗，用电子游标卡尺测量苗高(cm)。

用万分之一天平称量地上部鲜重(g)。

1.3.2营养指标测定

发芽蚕豆的左旋多巴提取和测定参考Polanowska等[21]的方法，采用干样进行测定。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[22]；游离氨基酸含量测定采用茚三酮法[22]；总多酚含量测定采用福林酚试剂法[23]；总黄酮含量测定采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法[24]。以上4种指标测定均采用鲜样。

1.4 统计分析

用Microsoft office Excel 2017整理与处理数据，用IBM SPSS Statistics 25进行方差分析、多重比较(Duncan)和相关性分析(Pearson)。

2 结果与分析

2.1 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜苗高的关系

供试品种的蚕豆芽苗菜苗高在12 d内均逐渐增高，前6 d增长缓慢，后6 d增长迅速。‘北斗七星’苗高在第3天和第6天没有显著差异，其余品种在各采收期间差异都达到了显著水平。在第12天采收时，‘海门大青皮’、‘黑蚕豆’、‘北斗七星’、‘临蚕二号’、‘启豆一号’和‘红香蕉’苗高依次为11.94、11.67、9.75、9.52、9.01和8.77 cm(图1)。‘海门大青皮’和‘黑蚕豆’在第12天时无显著差异且相较其他品种表现最好。

小写字母表示该品种在四个采收期间的显著性(P<0.05)，大写字母表示该采收期下不同品种间的显著性(P<0.05)。下同。Lowercase letters indicate the saliency of the variety during the four harvesting periods, and capital letters indicate the salience between different varieties during the harvesting period (P<0.05).The same below.图1 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜苗高的关系Fig.1 Relationship between growth days and sprout length of different varieties of faba bean sprouts

2.2 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜可食鲜重的关系

随着生长天数的增加，所有品种的可食鲜重都呈现不断增加的趋势。‘黑蚕豆’在各采收期可食鲜重均高于其他5个品种，且在第9天时较其他品种达到显著水平。‘海门大青皮’在前6 d可食鲜重增长幅度较为缓慢，但后期增长迅速，第9天及第12天采收时可食鲜重仅次于‘黑蚕豆’。‘北斗七星’前期长势良好，第9天和12天时可食鲜重稳定增长且均位于第三。在第12天采收时，可食鲜重从大到小排列依次是‘黑蚕豆’、‘海门大青皮’、‘北斗七星’、‘启豆一号’、‘红香蕉’和‘临蚕二号’，可食鲜重分别为23.25、21.65、20.51、18.00、16.55 和16.40 g/10株(图2)。‘黑蚕豆’在可食鲜重的突出表现使其在最终左旋多巴产量的计算时具有潜在优势。

图2 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜可食鲜重的关系Fig.2 Relationship between growth days and edible fresh weight of different varieties of faba bean sprouts

2.3 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜可溶性蛋白含量的关系

蚕豆芽苗菜内可溶性蛋白含量除‘红香蕉’外总体呈先升高后降低的趋势。除‘临蚕二号’和‘红香蕉’外的其他品种可溶性蛋白含量均在第6天采收时最大，之后逐渐降低。在第6天采收时，‘黑蚕豆’的可溶性蛋白质量分数最高，达10.02 mg/g，比质量分数最低的‘临蚕二号’高出了69.03%；排在第2和第3位的分别是‘启豆一号’和‘红香蕉’，可溶性蛋白质量分数分别为9.91和9.67 mg/g，但3者间差异并不显著。‘临蚕二号’的可溶性蛋白质量分数在整个采收期的变化规律略有差异，先逐渐增加至第9天时达到最大值7.92 mg/g，之后开始下降，第12天时最低为2.83 mg/g(图3)。‘红香蕉’在可溶性蛋白含量上略占优势，4个采收期内的总体含量最高，且第12天与其他品种差异均达到显著水平。

图3 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜可溶性蛋白含量的关系Fig.3 Relationship between growth days and soluble protein content of different varieties of faba bean sprouts

2.4 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜游离氨基酸含量的关系

‘黑蚕豆’在各采收期内的游离氨基酸含量呈逐渐降低的趋势，除‘临蚕二号’外其他品种蚕豆芽苗菜内游离氨基酸的含量随采收期的增加总体呈现先增后降的趋势。‘黑蚕豆’在第3天时游离氨基酸质量分数达到了最高值9.35 mg/g，且显著高于各个时期的所有品种，之后则逐渐降低，第12天降到最低7.42 mg/g但依然高于同采收期其他品种。‘启豆一号’、‘海门大青皮’和‘北斗七星’游离氨基酸含量变化规律相同，都是先增加至第9天达到峰值，然后呈下降趋势，第12天时分别比第9天下降了8.84%、14.57%和25.17%。‘红香蕉’则是提前在第6天达到最大值7.82 mg/g，然后开始下降(图4)。‘黑蚕豆’在游离氨基酸含量上相较其他品种变化差异较大，但规律明显，有待深入探究。

图4 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜游离氨基酸含量的关系Fig.4 Relationship between growth days and free amino acid content of different varieties of faba bean sprouts

2.5 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜总多酚含量的关系

总多酚含量的变化趋势整体先升高至第6天达到最大，然后开始下降并趋于稳定在7.00～8.00 mg/g。但‘红香蕉’表现特殊，总多酚质量分数在第3天达到最大值9.08 mg/g，之后开始下降，第6天降到最低约7.22 mg/g。在第12天采收时，总多酚含量从大到小依次是‘海门大青皮’、‘启豆一号’、‘红香蕉’、‘临蚕二号’、‘北斗七星’和‘黑蚕豆’，质量分数分别是8.01、7.98、7.76、7.75、7.54和7.51 mg/g(图5)。总体来看总多酚含量在蚕豆芽苗菜生长前期变化幅度较大，但后期变化稳定且品种间含量较为一致，仅个别品种差异显著。

图5 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜总多酚含量的关系Fig.5 Relationship between growth days and total polyphenol content of different varieties of faba bean sprouts

2.6 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜总黄酮含量的关系

蚕豆芽苗菜内总黄酮含量与采收期关系较为规律，所有品种均在第3天采收时含量达到最大值，总黄酮含量从大到小排序为‘黑蚕豆’、‘北斗七星’、‘海门大青皮’、‘红香蕉’、‘临蚕二号’和‘启豆一号’。其中‘黑蚕豆’总黄酮质量分数达84.71 mg/g，比最小值‘启豆一号’高出了25.18%，但与‘海门大青皮’、‘北斗七星’和‘红香蕉’差异不显著。第6天时，所有品种的总黄酮质量分数均迅速下降至20.00 mg/g 左右，品种间均无显著性差异。到第9天时整体含量稍有回升，第12天时又略有下降，此时含量依次为‘海门大青皮’、‘启豆一号’、‘临蚕二号’、‘北斗七星’、‘黑蚕豆’和‘红香蕉’(图6)。总黄酮含量在蚕豆芽苗菜中受生长期的影响较大，但品种间差异并无明显规律。

图6 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜总黄酮含量的关系Fig.6 Relationship between growth days and total flavonoid content of different varieties of faba bean sprouts

2.7 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜左旋多巴含量的关系

除‘临蚕二号’和‘启豆一号’外，其余品种蚕豆芽苗菜的左旋多巴含量都在第3天达到较高水平，之后呈下降趋势；‘临蚕二号’在第3天最低，‘黑蚕豆’在第6天降到最低值，其他品种均在第9天达到最低，然后在第12天稍有回升(图7)。左旋多巴产量的计算公式为左旋多巴总产量=左旋多巴含量×可食鲜重，结果显示(图8)左旋多巴产量是随着生长期的延长而增加的，所有品种均在第12天收获左旋多巴产量的最大值，根据左旋多巴产量从大到小排列依次为‘黑蚕豆’、‘海门大青皮’、‘启豆一号’、‘北斗七星’、‘临蚕二号’和‘红香蕉’。其中，‘黑蚕豆’表现良好，在第12天高达1 392.48 mg/10株，并在各采收期都显著高于其他5个品种。‘红香蕉’则不论是在含量还是产量上均表现最差，其左旋多巴产量只达到了‘黑蚕豆’的47.74%。‘启豆一号’虽然在第12天表现出最高的左旋多巴含量，但整体生物量较低，导致最终左旋多巴产量并没有达到理想值。

图7 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜左旋多巴含量的关系Fig.7 Relationship between growth days and the concent of levodopa in different varieties of faba bean sprouts

图8 采收期与不同品种蚕豆芽苗菜左旋多巴产量的关系Fig.8 Relationship between growth days and the yield of levodopa of different varieties of faba bean sprouts

2.8 采收期对蚕豆芽苗菜影响的相关性分析

采收期与苗高、可食鲜重、总多酚含量和左旋多巴产量呈极显著正相关关系，左旋多巴含量却与采收期呈负相关关系(r=-0.197)。说明在适宜采收范围内，生长时间越长蚕豆芽苗菜长势越好，但左旋多巴含量并不与生长天数呈线性增长，表明在一段时期内左旋多巴开始合成，达到某一最大值后开始下降，不过左旋多巴总产量逐渐增长的大趋势没有发生变化。可溶性蛋白含量和总黄酮含量与采收期间存在显著负相关关系。游离氨基酸含量除了与可溶性蛋白含量显著相关外(r=0.374)，与其他指标之间并没有显著相关性，各采收期内也无明显变化趋势。总黄酮含量与总多酚含量不仅变化趋势相反，还存在显著的负相关性(r=-0.634)。左旋多巴含量与可溶性蛋白含量和总多酚含量存在极显著负相关(r=-0.353)，与总黄酮的含量存在极显著正相关，与其他指标相关性并未达显著水平，具体原因还有待后续试验解释验证(表2)。综上，除了游离氨基酸含量和左旋多巴含量，采收期与其他指标间均有显著相关性。关键指标左旋多巴产量与采收期呈极显著正相关，与可溶性蛋白含量和总黄酮含量呈极显著负相关，但与游离氨基酸含量和总多酚含量无相关性。

3 讨论

3.1 不同采收期下各品种蚕豆芽苗菜生长的变化

本研究中，不同品种蚕豆芽苗菜的苗高和可食鲜重均随着采收期的延长而不断增加，在第12天采收期时达到最大，但各品种之间有显著性差异。其中‘海门大青皮’的长势最佳，第12天采收时苗高达到最大值，‘黑蚕豆’苗高虽然排第2位，但可食鲜重却达到了最大，说明‘黑蚕豆’长势更健壮，干物质含量更多。由于品种往往是芽苗菜产量的决定性因素，所以在实际生产中，为了增加蚕豆芽产出量, 提高经济效益, 普遍使用中小粒型品种作为芽用资源[25]，而‘黑蚕豆’的种粒大小也较为适宜。

3.2 不同采收期下各品种蚕豆芽苗菜品质的变化

可溶性蛋白是植物重要的渗透调节物质，其中包括大部分特异性调节代谢的功能酶。本研究结果证明，蚕豆芽苗菜在发芽后第6天可溶性蛋白含量较高，说明此时代谢酶的含量较高。苌淑敏等[26]认为从蚕豆萌发到采收的时间越长，可溶性蛋白就更容易被分解或结合成非游离态，这可能是导致后期测得含量下降的关键原因。游离氨基酸参与植物各个时期的生长发育，种子萌发时体内蛋白质在大量水解酶的作用下分解为游离氨基酸，然后进入根芽中重新合成新的蛋白质和其它物质[27-29]。本研究结果表明，蚕豆芽苗菜内游离氨基酸含量的变化较大，从表2中可以看出，游离氨基酸与可溶性蛋白之间存在极显著的正相关性(r=0.374)，可能是在种子萌发产生的大量水解酶的作用下，子叶内的蛋白质水解导致游离氨基酸含量显著升高，而这同时又为其他蛋白质的进一步合成提供了氨基酸碳骨架和能量，使植物生长顺利进行。

表2 蚕豆芽苗菜生长和品质指标的相关性分析表Table 2 Correlation analysis table of broad bean sprouts growth and quality indicators

植物在整个生长阶段都会合成一些具有不同功能的代谢产物，蚕豆内初生代谢物质包括一些氨基酸类，如左旋多巴；次生代谢物质有酚类、醌类、黄酮类和生物碱等。Okumura等[30]研究发现，蚕豆豆芽比豆类本身含有更多的多酚和左旋多巴，而且认为L-DOPA有助于提高蚕豆芽的抗氧化活性，幼苗内较高水平的酚类物质含量能帮助幼苗适应周围变化的环境，提高抗逆性[31-32]。鲁燕舞等[33]研究发现,萝卜芽苗菜酚类物质含量在培养初期(第5天)高于培养后期，随着培养时间的增加, 芽苗菜中的酚类物质含量有所减少。这与本研究结果较为一致，本研究结果得出蚕豆芽苗菜内总多酚的含量在第6天时达到了最大然后开始逐渐下降，或许是与种子萌发后部分酚类物质结合了其他有机物有关[34]。

左旋多巴是一种非蛋白质氨基酸，作为许多物质的代谢前体，其合成和分解都与细胞内的多种酶关系紧密[35]。由表2结果可以看出，左旋多巴含量和可溶性蛋白含量之间存在极显著的负相关性(r=-0.353)，说明其间确实存在某种此消彼长的联系。本研究测得左旋多巴含量在第6天时显著降低，推测是由于某种代谢酶的增多导致了左旋多巴的分解，具体原因还有待后期的试验证明。De等[36]试验证明了品种‘Cegliese’表现出最高的L-DOPA含量(10.14 mg/100 g,FW)。Goyoaga等[37]测得 L-DOPA 仅出现在蚕豆萌发后的胚轴中，且在吸胀后6 d测得‘Brocal’品种中L-DOPA质量分数最高，达84.39 mg/g(DW)。本研究通过对不同采收期下蚕豆芽苗菜的左旋多巴产量进行研究发现，随着时间的延长，左旋多巴产量也不断增加；但左旋多巴含量的变化则是首先在采收第3天时达到最大，之后开始下降至第9天，12 d左右含量稍有回升但部分品种差异并不显著。曹奕鸯等[13]研究发现，蚕豆萌发后蚕豆苗中的L-DOPA含量基本上是呈先上升然后再下降的变化趋势，部分品种蚕豆苗在出苗3 d时，L-DOPA 含量达最大值，此后L-DOPA含量逐渐降低至出苗9 d，当出苗10 d后，L-DOPA略有增加。该结论与本研究结果一致，说明蚕豆芽苗菜内左旋多巴含量的变化随着出苗的进程不断降低，但蚕豆苗L-DOPA经济产量却不断增加，这可能与蚕豆苗合成L-DOPA的速率低于蚕豆苗干物质形成的速率有关[38]。