羽扇豆研究現狀及其南方紅壤中的應用前景

張小麗，楊溪華，陳 璐，王小玲，高 柱 *，王 斌

(1.井岡山生物技術研究院，343016，江西，吉安；2.于都縣羅田巖森林公園管理處，342300，江西，贛州；3.江西省科學院生物資源研究所，330096，南昌；4.江西博科農業開發有限公司，330000，南昌)

0 引言

羽扇豆(LupinspolyphyllusLindl)又稱魯冰花，豆科蝶形花亞科羽扇豆屬，因葉形狀如一把“羽毛扇”而名[1]，為一年生或多年生草本植物，能適應各種氣候條件和不同土壤類型，較耐干旱、貧瘠[2-3]。羽扇豆起源于地中海地區和北美西部[4]，因其營養價值高、觀賞性強，被多個國家熟知并開展引種馴化和應用開發研究。羽扇豆花型美觀，顏色艷麗，葉片翠綠，花期較長，極具觀賞價值，廣泛應用于景觀園林美化。此外，羽扇豆富含蛋白質和膳食纖維，不僅可作為優質食品，還能作為蛋白質來源添加于雞、鴨、豬等畜禽的飼料中。羽扇豆具有對土壤固態磷的高效利用能力和根瘤菌固氮作用，也作為綠肥被國內外廣泛種植。本文從羽扇豆多功能開發現狀進行闡述，旨在為羽扇豆的發展及在紅壤中的高效應用提供理論參考。

1 羽扇豆高效利用研究現狀

1.1 景觀園林美化技術研究現狀

羽扇豆花序挺拔碩大、顏色艷麗且豐富，花期長達2個月，葉叢常綠且生機勃勃，是一種花葉同賞的花卉[5]。羽扇豆可露地栽培，用于花壇、花境以及小區、廣場等室外綠化，也可以盆栽，用于裝飾和美化室內環境[6]。羽扇豆根系具有固肥作用，廣泛種植于中國臺灣的茶園中，享有“母親花”的美稱，也因此成為眾多家庭盆栽觀賞的首選之一。一直以來，羽扇豆新品種的培育是眾多學者的重點研究內容之一。1911年開始，喬治·羅素運用多葉羽扇豆和雙色羽扇豆雜交，培育出羅素品種[5]，經過20多年的努力，擴展了多種羽扇豆的花色，被人們稱之為“羅素雜交群”，現已廣泛用于世界各地的花園綠化；1937年，Gollmick運用種間雜交，成功培育出新品種[7]；2005年，王小玲等成功引進并栽培出藍花、紅花、黃花、紫花、白花5個花色品系，進一步豐富了國內羽扇豆的色系。羽扇豆花系豐富，花色組成也不盡相同。Takedal[8]等對授帶系列(LupinusRussell hybrids)的多葉羽扇豆花色組成進行了分析，表明藍花由飛燕草素和芹菜素組成；劉安成[9]等對多葉羽扇豆不同花色品種的花色和花青苷進行了研究，共檢測出9種花青皂，其中紅色、藍色和紫色多葉羽扇豆花瓣的花青素苷元類型主要為矢車菊素、天竺葵素和飛燕草素。

隨著國內羽扇豆的引種推廣，近年來，江西省科學院園藝植物高值利用研究團隊在羽扇豆引種篩選、栽培關鍵技術、工廠化生產技術體系等方面進行了深入的研究，取得了顯著成效。團隊共引進不同生態類型的羽扇豆品種10個、不同色系15個，從中篩選出適宜我國南方種植的觀賞品種4個、盆栽品種1個、切花品種2個，抗逆性強品種1個[10]。通過開展羽扇豆栽培關鍵技術研究，篩選出了穴盤育苗基質的最佳配方，采用泥炭土：珍珠巖：河沙為2: 1: 0.5時，種子發芽率、成苗率和移栽成活率分別達98%、93%和92%[11]。建立了工廠化種苗繁育技術體系，優化組培快繁培養，提出了提高試管苗生根培養及移栽成活率的方法[11-12]，揭示了生根過程中POD、IAAO、PPO、IAA、ABA及可溶性蛋白含量的動態變化規律[13-14]，為羽扇豆的高效栽培和工廠化生產提供了技術理論基礎。通過不斷的科研創新，提出了羽扇豆高效栽培方法，種子采收期提前8—10 d，單株種子產量提高57.6%，花期延長10—15 d，開花整齊度提高到85%[15]。創新丘陵獼猴桃等果園套種羽扇豆等多元化生態果園經營管理模式，相關技術得到推廣，在江西、陜西、福建等7省16個市縣共計推廣種植500萬株以上，為科技產業脫貧貢獻力量[10]。

南方羽扇豆的推廣種植，受夏季高溫高濕影響，羽扇豆的安全越夏問題仍是限制南方羽扇豆產業化發展的最重要因素。研究羽扇豆的抗性機制，選育抗逆性強的羽扇豆新品種，將有利于促進羽扇豆產業化的發展。

1.2 食品利用開發現狀

羽扇豆蛋白質和膳食纖維含量高、脂肪含量低、淀粉少，并含有植物雌激素、植物甾醇類等一系列生物活性因子[16]，是一種可替代大豆進行開發利用的豆科植物。與大豆相比，羽扇豆膳食纖維和蛋白質含量高，價格便宜，市場價格約為大豆的70%～75%，但因其種子富含生物堿，制約了食品行業的開發與利用。1958年，John Gladstones運用雜交技術，成功選育出生物堿含量較低的藍花羽扇豆[17]，羽扇豆開始在現代澳大利亞逐步發展起來。目前，澳大利亞是世界上最大的羽扇豆生產國，種植面積達全國食用豆種植面積的30%～40%，年生產量約占世界總產量的80%[4]。羽扇豆在食品應用主要集中在小麥制品中，如面包、蛋糕、餅干等，不僅可提高必需氨基酸含量和吸收水分能力，延長貨架期[18]，還能增添蛋白質含量，提高食品營養價值[19-21]。羽扇豆可用做豆芽，其生長速度和產量高于大豆豆芽[22]，且制成的豆芽生物堿、低聚糖等含量減少，植物甾醇、維生素等營養成分含量增加[23]。羽扇豆還可作為脂肪替代物和植物蛋白填充劑用于香腸等肉制品，增加口感和營養含量[24]。另外，羽扇豆還可用于發酵食品。羽扇豆生產的丹貝膳食纖維含量高，成本低，現已進行商業化生產[16]。而羽扇豆在我國食品行業的應用還較少，一方面由于食用羽扇豆的資源引種較少，未能形成地方栽培技術體系，另一方面是加工技術不夠成熟。為加快羽扇豆在我國食品中的應用開發，應收集優良的農用種質資源，培育適宜不同地方的高蛋白品種，加快羽扇豆加工技術的研究，同時加大羽扇豆健康食品的宣傳，形成消費者食用導向，擴展羽扇豆食品的應用市場。

1.3 畜禽健康養殖飼料技術開發現狀

目前，羽扇豆以全株或籽粒用作飼料的開發較多。研究表明，羽扇豆的粗蛋白含量為32%～36%[25]，接近大豆，且含有少量的淀粉和大量的多聚半乳糖[26]，可替代大豆用于畜禽飼料。采用10%～20%的羽扇豆草粉代替谷物蛋白質研制混合飼料，喂養綿羊可以獲得較好的生產性能[27]；在肉用仔雞日糧中添加不同比率的熱處理羽扇豆籽，結合加入蛋氨酸、賴氨酸，提高了飼料轉化率和肉用仔雞的日增重[28]；羽扇豆取代豆粕作為雞的飼料，不僅可以降低蛋雞回腸短鏈脂肪酸濃度，提高盲腸短鏈脂肪酸濃度，還能降低氨水平[29]；藍羽扇豆替代轉基因豆粕，作為蛋白質添加到育肥豬的混合飼料中，育肥豬的生產效果和體內穩態不會受到影響[30]。在羔羊的精料日糧中添加白羽扇豆籽粒比添加大豆和魚粉的飼料轉化率更高[31]；在生長育肥肉兔飼料中，羽扇豆可以完全替代飼料中的豆粕成為蛋白原料[32]。越來越多的研究表明，羽扇豆作為畜禽健康養殖飼料的蛋白來源，市場前景更為廣闊。

1.4 生態綠肥利用現狀

羽扇豆能夠高效利用土壤固態磷，其根瘤菌具有固氮作用，且莖葉中含有豐富的營養，每百千克約含氮0.54 kg、磷0.04 kg、鉀0.42 kg[33]，是一種優質的綠肥植物。將羽扇豆種于主作物行間，開花時翻壓至土中，2周后在干旱條件下顯現肥效，可增加作物產量，改良作物品質[34]。羽扇豆用作綠肥與有機谷物輪作，能提高有機谷物的產量。研究表明，將羽扇豆作為有機谷物的前作植物，隨后兩年，有機谷物的產量獲得額外升高，質量也有所提升[35-36]。研究已經表明，羽扇豆作為綠肥具有增肥的功效，但作為綠肥時生物量、翻壓時期對土壤肥力的影響，可與哪些有機肥混施、如何混施、混施量以及與其他經濟作物不同耕作方式的具體效益指標等方面的研究較少，還有待繼續探索。

1.5 藥劑提取開發現狀

羽扇豆醇是存在于藥用植物中的三萜類化合物，具有止痛、抗炎癥、抗誘變、抗氧化、抗腫瘤等作用[37-38]。羽扇豆醇能在羽扇豆種子、種子表皮以及豆莢中提取并利用[39]。羽扇豆醇毒性低、安全性高，是很好的抗腫瘤先導物[40]。有實驗表明羽扇豆醇通過誘導細胞凋亡來發揮抗腫瘤作用，并具有濃度和時間依賴性[41]。

羽扇豆醇能夠抑制眾多癌細胞的增值，誘導其凋亡，在不同病癥中表現出不同的生理及代謝機制。在肝癌中，羽扇豆醇抑制肝癌細胞株SMMC7721的生長，加快癌細胞的凋亡[42]，機制可能是下調死亡受體DR3的表達[43]，也可能與羽扇豆醇對肝癌細胞的S期阻滯相關[44]；羽扇豆醇通過抑制c-Jun/miR-21通路，調控下調該通路下游靶基因MMP-9的mRNA表達，抑制肝癌細胞Huh-7的增殖作用[45]。在乳腺癌中，羽扇豆醇抑制人乳腺癌MDA-MB-231侵襲和轉移，其機制可能是下調MMP-2、MMP-9、COX-2及相關NF-κB信號通路的表達[46]；羽扇豆醇增強抑制乳腺癌MDA-MB-231細胞侵襲轉移能力，作用機制可能是羽扇豆醇和唾液酸轉移酶ST3Ⅲ共同作用于PI3K/Akt/NF-κB通路，影響和侵襲轉移直接相關的外分泌蛋白MMP-2、-9的表達[47]；羽扇豆醇抑制人乳腺癌MCF-7細胞增殖，可能是抑制了三羧酸循環代謝途徑中生成琥珀酰輔酶A以及底物磷酸化生成ATP的反應[48]，也可能與促進MAPKs信號通路相關調控蛋白的磷酸化有關[49]。在前列腺癌中，羽扇豆醇抑制了前列腺癌細胞株LNCaP和CWR22Rrl生長，激活了fas受體介導的凋亡途徑[50]，也有研究認為是抑制了雄性激素受體的轉錄活性，阻斷了前列腺癌細胞與雄性激素受體的結合[38,51]。研究表明，羽扇豆醇在胰腺癌、膀胱癌、結腸癌等癌癥中都具有一定的抗性作用[52-54]。此外，羽扇豆粉還具有良好的潤腸通便和輔助降血糖功能[55]，羽扇豆種子的提取物對慢性濕疹也具有良好的治療效果[56]。

羽扇豆醇是一種良好的天然抗癌藥物，具有重要的開發價值，為了獲得更高的產量，黃鳳珍等利用AtLUP1超量表達體系在擬南芥中合成羽扇豆醇，大大提高了羽扇豆醇的數量，為羽扇豆醇的工業化生產提供了新的思路[57]。目前羽扇豆醇的抗癌特效在臨床研究的報道較少，如能開發應用于臨床癌癥治療，將極大推動人類醫學事業及羽扇豆原料產業的發展。

2 羽扇豆在南方紅壤中的應用前景

南方紅壤是我國重要的土地資源，具有占地面積廣、環境條件好、發展潛力大等優點，但因其土質粘重、呈酸性、有機質含量少，不適合植物生長，開發利用受到了制約。實現南方紅壤的高效利用，要針對南方紅壤的不良形狀進行改良，提高紅壤肥力，改善土壤結構。近年來，綠肥在土壤增肥中發揮著巨大的作用，綠肥直接翻壓土壤中，可為土壤提供大量有機質，提高土壤肥力[58]；豆科植物擁有根瘤菌，具有固氮作用，還能提供豐富的氮素資源；綠肥有利于紅壤有機碳活性組分的大幅增加[59]，綠肥配施有機肥可以有效地改良紅壤果園肥力低下的問題，提高果園的產量[60]。

羽扇豆適宜在酸性、貧瘠土壤中生長，又有較強的耐濕能力，降雨過多仍能生長較好[33]。羽扇豆是豆科較好的綠肥作物，能吸收其他作物不能利用的磷酸鹽的磷酸，養分吸收能力強，在紅壤改良及綜合開發利用中具有顯著的發展潛力。羽扇豆與其他經濟作物、果樹如獼猴桃等輪作或間作，配施相應的有機肥，結合適當的農藝措施，可實現南方紅壤改良及高效開發利用。

南方夏季持續高溫不利于羽扇豆的生長，安全越夏是南方羽扇豆種植的關鍵問題之一。推動羽扇豆在南方紅壤中的應用，還需引進耐熱型或更多基因型的生態類型資源，選育出耐高溫、紅壤適應性強、土壤改良效果好的羽扇豆新品種。同時，優化羽扇豆栽培技術，創新作物耕作及種植模式，結合施肥等其他農藝措施，充分發揮羽扇豆的綠肥植物功效。

3 結論與展望

羽扇豆是一種集觀賞、營養、經濟價值于一身的豆科植物，在景觀設計、飼料加工、食品開發、綠肥應用等方面均展現較好的利用前景，相關的研究正在深入，產業鏈正在逐步完善，相關藥用機理和藥品研制正在推進，在南方紅壤改良的利用中正在顯現效益。

目前，羽扇豆在景觀、飼料、食品、綠肥等方面的研究開發較多，而在藥用方面的臨床報道較少。羽扇豆含有的羽扇豆醇具有抵抗多種癌癥的作用，如果能夠研制成抗癌藥物，將為世界抗癌事業做出巨大貢獻，也會極大促進羽扇豆規?；N植和發展。此外，羽扇豆在南方紅壤改良與利用中具有很大的發展潛力，如果能選育出耐高溫、抗逆性強的羽扇豆新品種，并在南方紅壤區域大規模推廣種植，不僅豐富了當地的觀賞花卉品種，還能改良紅壤土質，為紅壤創造更大的經濟價值。

羽扇豆利用前景廣闊，但我國品種類型單一、南方越夏困難、紅壤改良機理不明確等問題限制了羽扇豆產業化及南方紅壤區域化利用，今后可從以下3個方面加大羽扇豆的發展及在南方紅壤中的應用研究。

一是多渠道開發羽扇豆，提升產業效益。結合羽扇豆的多功能特性，從不同渠道充分利用開發，如將羽扇豆作為谷類作物的前茬作物，植株用作綠肥改善土壤結構，提高谷物的產量和質量，花期作為觀賞植物，籽粒用作飼料或食品加工，全株利用，多渠道開發，高值化運用產物，形成羽扇豆產業鏈。

二是加快育種進程，培育適宜南方紅壤的新型種質。羽扇豆在我國的研究還處于初始階段，引進的品種單一，高適應性品種的選育研究也較少。為加快羽扇豆在我國南方的發展，首先應引進收集不同生態類型的種質資源，在不同地點開展適應性研究，篩選出適應南方氣候的高抗品種，同時采用傳統雜交育種及現代分子技術育種等技術手段，結合組織培養等無性繁殖技術，縮短育種年限，加快耐高溫、紅壤適應性強的種質創制。

三是研究紅壤改良機理，加快改良進程。首先深入了解南方紅壤特性，針對性實施紅壤改良措施，研究羽扇豆不同品種的改良機理，采用綠肥、有機肥、生物肥料、土壤調節劑等改良技術，探索紅壤改良措施的優良搭配，建立高效特有的紅壤改良體系，實現區域紅壤快速、精確改良。