對不同品種蠶豆芽苗菜生長期內產量、品質及相關性的研究

白雅暉 虞慧彬 徐曉東 武永軍 楊振超*

(1.西北農林科技大學 園藝學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西 楊凌 712100)

蠶豆(ViciafabaL.)屬于豆科野豌豆屬的一年生或越年生草本植物，因其較高的營養價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]。蠶豆富含蛋白質、礦物元素、維生素、人體必需的大量和微量元素，是天然植物酚類的重要來源之一，且能滿足人體對多種氨基酸的需求[3]。左旋多巴(L-DOPA)是一種非蛋白質氨基酸，被醫療界譽為是帕金森氏病治療的“金標準”[4-6]。帕金森氏病是由于特定腦區的多巴胺能神經元退化，導致患者出現靜止性震顫、肌肉強直、運動遲緩和姿勢平衡障礙，常伴有認知功能缺陷[7]。然而，使用化學合成生產的左旋多巴價格昂貴并且容易引起多種副作用，如胃腸功能紊亂等。因此，從天然植物中提取左旋多巴變得尤為重要。

1913年，Guggenheim[8]第一次從蠶豆中鑒定出左旋多巴，后來又有大量學者研究發現左旋多巴廣泛存在于蠶豆和黎豆等豆科植物中[9-10]。但由于黎豆馴化栽培種少、栽培面積小且含有毒素等原因[11]，并不適合大范圍推廣種植；而蠶豆馴化品種多、栽培面積廣且富含營養，因此引起了廣泛關注。臨床研究表明[12]，富含左旋多巴的蠶豆芽具有抗帕金森氏癥的作用，且沒有人工合成藥物的副作用，相較于成熟植株和蠶豆種子，發芽后的蠶豆苗內左旋多巴含量最高，而且大量食用也不會產生脹氣等不良反應[13]。除了用于治療帕金森氏癥外，富含酚類的蠶豆芽提取物是一種有效的自由基直接淬滅劑，也是抗氧化酶反應的潛在調節劑，具有長期的調節作用[14-16]。豐富的多酚類和黃酮類等生物活性物質，作為天然的抗氧化劑，往往可以清除人體內多余的自由基，保護機體免受損傷，同時減緩衰老、增強人體免疫力和減少疾病的發生[17-20]。

植物內大量有益化合物的含量受品種類型、栽培條件、光照等遺傳和環境因素的影響。因此，在植物天然成分萃取技術迅猛發展，功能性食品需求激增的社會背景下，尋找較好的蠶豆品種，結合蠶豆芽苗菜的最佳采收期，獲得高含量的左旋多巴等生物活性物質，是蠶豆成為天然藥用成分來源的關鍵競爭力。目前，國內對該方向的研究還鮮有報道，因此本研究從相關性角度分析了不同品種蠶豆在不同采收期下各品質指標含量的差異及其變化規律，并探討了蠶豆芽苗菜營養品質與左旋多巴含量之間的關系，為選育左旋多巴含量高的蠶豆新品種和綜合開發蠶豆資源提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蠶豆種子購自楊凌農城種業有限公司，具體信息參照表1。

表1 供試品種明細Table 1 Details of test varieties

1.2 儀器與設備

LC-30A型超高效液相色譜儀(C18色譜柱)購自日本島津公司；Freezone 2.5L型冷凍干燥機購自美國Labconco公司；CP213電子天平購自美國奧豪斯公司；SCIENTZ-48高通量組織研磨儀購自寧波新芝生物科技股份有限公司；Centrifuge5424R離心機購自德國Eppendorf公司；分光光度計購自上海美普達儀器有限公司；GZD-1000D3光照培養箱購自合肥右科儀器設備有限公司。

1.3 試驗設計

2020年7月試驗于西北農林科技大學設施園藝實驗室內進行，參試品種6個，挑選粒大飽滿無蟲眼的蠶豆種子，每個品種取100粒種子。首先清水浸種16 h至生長點突出，后置于育苗盤內催芽，萌發后置于生化培養箱中25 ℃恒溫培養，適時補水。試驗于各品種蠶豆發芽后第3、6、9和12天取樣，從莖基部剪取整株蠶豆苗。試驗采用完全隨機設計，重復3次。待測樣品部分留取鮮樣，部分采用凍干處理，干燥粉碎后過80目篩，置于干燥器中保存。

1.3.1生長指標測定

采用五點法取樣，每個點取長勢一致的5株蠶豆苗，用電子游標卡尺測量苗高(cm)。

用萬分之一天平稱量地上部鮮重(g)。

1.3.2營養指標測定

發芽蠶豆的左旋多巴提取和測定參考Polanowska等[21]的方法，采用干樣進行測定。可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[22]；游離氨基酸含量測定采用茚三酮法[22]；總多酚含量測定采用福林酚試劑法[23]；總黃酮含量測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法[24]。以上4種指標測定均采用鮮樣。

1.4 統計分析

用Microsoft office Excel 2017整理與處理數據，用IBM SPSS Statistics 25進行方差分析、多重比較(Duncan)和相關性分析(Pearson)。

2 結果與分析

2.1 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜苗高的關系

供試品種的蠶豆芽苗菜苗高在12 d內均逐漸增高，前6 d增長緩慢，后6 d增長迅速。‘北斗七星’苗高在第3天和第6天沒有顯著差異，其余品種在各采收期間差異都達到了顯著水平。在第12天采收時，‘海門大青皮’、‘黑蠶豆’、‘北斗七星’、‘臨蠶二號’、‘啟豆一號’和‘紅香蕉’苗高依次為11.94、11.67、9.75、9.52、9.01和8.77 cm(圖1)。‘海門大青皮’和‘黑蠶豆’在第12天時無顯著差異且相較其他品種表現最好。

小寫字母表示該品種在四個采收期間的顯著性(P<0.05)，大寫字母表示該采收期下不同品種間的顯著性(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.圖1 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜苗高的關系Fig.1 Relationship between growth days and sprout length of different varieties of faba bean sprouts

2.2 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜可食鮮重的關系

隨著生長天數的增加，所有品種的可食鮮重都呈現不斷增加的趨勢。‘黑蠶豆’在各采收期可食鮮重均高于其他5個品種，且在第9天時較其他品種達到顯著水平。‘海門大青皮’在前6 d可食鮮重增長幅度較為緩慢，但后期增長迅速，第9天及第12天采收時可食鮮重僅次于‘黑蠶豆’。‘北斗七星’前期長勢良好，第9天和12天時可食鮮重穩定增長且均位于第三。在第12天采收時，可食鮮重從大到小排列依次是‘黑蠶豆’、‘海門大青皮’、‘北斗七星’、‘啟豆一號’、‘紅香蕉’和‘臨蠶二號’，可食鮮重分別為23.25、21.65、20.51、18.00、16.55 和16.40 g/10株(圖2)。‘黑蠶豆’在可食鮮重的突出表現使其在最終左旋多巴產量的計算時具有潛在優勢。

圖2 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜可食鮮重的關系Fig.2 Relationship between growth days and edible fresh weight of different varieties of faba bean sprouts

2.3 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜可溶性蛋白含量的關系

蠶豆芽苗菜內可溶性蛋白含量除‘紅香蕉’外總體呈先升高后降低的趨勢。除‘臨蠶二號’和‘紅香蕉’外的其他品種可溶性蛋白含量均在第6天采收時最大，之后逐漸降低。在第6天采收時，‘黑蠶豆’的可溶性蛋白質量分數最高，達10.02 mg/g，比質量分數最低的‘臨蠶二號’高出了69.03%；排在第2和第3位的分別是‘啟豆一號’和‘紅香蕉’，可溶性蛋白質量分數分別為9.91和9.67 mg/g，但3者間差異并不顯著。‘臨蠶二號’的可溶性蛋白質量分數在整個采收期的變化規律略有差異，先逐漸增加至第9天時達到最大值7.92 mg/g，之后開始下降，第12天時最低為2.83 mg/g(圖3)。‘紅香蕉’在可溶性蛋白含量上略占優勢，4個采收期內的總體含量最高，且第12天與其他品種差異均達到顯著水平。

圖3 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜可溶性蛋白含量的關系Fig.3 Relationship between growth days and soluble protein content of different varieties of faba bean sprouts

2.4 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜游離氨基酸含量的關系

‘黑蠶豆’在各采收期內的游離氨基酸含量呈逐漸降低的趨勢，除‘臨蠶二號’外其他品種蠶豆芽苗菜內游離氨基酸的含量隨采收期的增加總體呈現先增后降的趨勢。‘黑蠶豆’在第3天時游離氨基酸質量分數達到了最高值9.35 mg/g，且顯著高于各個時期的所有品種，之后則逐漸降低，第12天降到最低7.42 mg/g但依然高于同采收期其他品種。‘啟豆一號’、‘海門大青皮’和‘北斗七星’游離氨基酸含量變化規律相同，都是先增加至第9天達到峰值，然后呈下降趨勢，第12天時分別比第9天下降了8.84%、14.57%和25.17%。‘紅香蕉’則是提前在第6天達到最大值7.82 mg/g，然后開始下降(圖4)。‘黑蠶豆’在游離氨基酸含量上相較其他品種變化差異較大，但規律明顯，有待深入探究。

圖4 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜游離氨基酸含量的關系Fig.4 Relationship between growth days and free amino acid content of different varieties of faba bean sprouts

2.5 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜總多酚含量的關系

總多酚含量的變化趨勢整體先升高至第6天達到最大，然后開始下降并趨于穩定在7.00～8.00 mg/g。但‘紅香蕉’表現特殊，總多酚質量分數在第3天達到最大值9.08 mg/g，之后開始下降，第6天降到最低約7.22 mg/g。在第12天采收時，總多酚含量從大到小依次是‘海門大青皮’、‘啟豆一號’、‘紅香蕉’、‘臨蠶二號’、‘北斗七星’和‘黑蠶豆’，質量分數分別是8.01、7.98、7.76、7.75、7.54和7.51 mg/g(圖5)。總體來看總多酚含量在蠶豆芽苗菜生長前期變化幅度較大，但后期變化穩定且品種間含量較為一致，僅個別品種差異顯著。

圖5 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜總多酚含量的關系Fig.5 Relationship between growth days and total polyphenol content of different varieties of faba bean sprouts

2.6 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜總黃酮含量的關系

蠶豆芽苗菜內總黃酮含量與采收期關系較為規律，所有品種均在第3天采收時含量達到最大值，總黃酮含量從大到小排序為‘黑蠶豆’、‘北斗七星’、‘海門大青皮’、‘紅香蕉’、‘臨蠶二號’和‘啟豆一號’。其中‘黑蠶豆’總黃酮質量分數達84.71 mg/g，比最小值‘啟豆一號’高出了25.18%，但與‘海門大青皮’、‘北斗七星’和‘紅香蕉’差異不顯著。第6天時，所有品種的總黃酮質量分數均迅速下降至20.00 mg/g 左右，品種間均無顯著性差異。到第9天時整體含量稍有回升，第12天時又略有下降，此時含量依次為‘海門大青皮’、‘啟豆一號’、‘臨蠶二號’、‘北斗七星’、‘黑蠶豆’和‘紅香蕉’(圖6)。總黃酮含量在蠶豆芽苗菜中受生長期的影響較大，但品種間差異并無明顯規律。

圖6 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜總黃酮含量的關系Fig.6 Relationship between growth days and total flavonoid content of different varieties of faba bean sprouts

2.7 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜左旋多巴含量的關系

除‘臨蠶二號’和‘啟豆一號’外，其余品種蠶豆芽苗菜的左旋多巴含量都在第3天達到較高水平，之后呈下降趨勢；‘臨蠶二號’在第3天最低，‘黑蠶豆’在第6天降到最低值，其他品種均在第9天達到最低，然后在第12天稍有回升(圖7)。左旋多巴產量的計算公式為左旋多巴總產量=左旋多巴含量×可食鮮重，結果顯示(圖8)左旋多巴產量是隨著生長期的延長而增加的，所有品種均在第12天收獲左旋多巴產量的最大值，根據左旋多巴產量從大到小排列依次為‘黑蠶豆’、‘海門大青皮’、‘啟豆一號’、‘北斗七星’、‘臨蠶二號’和‘紅香蕉’。其中，‘黑蠶豆’表現良好，在第12天高達1 392.48 mg/10株，并在各采收期都顯著高于其他5個品種。‘紅香蕉’則不論是在含量還是產量上均表現最差，其左旋多巴產量只達到了‘黑蠶豆’的47.74%。‘啟豆一號’雖然在第12天表現出最高的左旋多巴含量，但整體生物量較低，導致最終左旋多巴產量并沒有達到理想值。

圖7 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜左旋多巴含量的關系Fig.7 Relationship between growth days and the concent of levodopa in different varieties of faba bean sprouts

圖8 采收期與不同品種蠶豆芽苗菜左旋多巴產量的關系Fig.8 Relationship between growth days and the yield of levodopa of different varieties of faba bean sprouts

2.8 采收期對蠶豆芽苗菜影響的相關性分析

采收期與苗高、可食鮮重、總多酚含量和左旋多巴產量呈極顯著正相關關系，左旋多巴含量卻與采收期呈負相關關系(r=-0.197)。說明在適宜采收范圍內，生長時間越長蠶豆芽苗菜長勢越好，但左旋多巴含量并不與生長天數呈線性增長，表明在一段時期內左旋多巴開始合成，達到某一最大值后開始下降，不過左旋多巴總產量逐漸增長的大趨勢沒有發生變化。可溶性蛋白含量和總黃酮含量與采收期間存在顯著負相關關系。游離氨基酸含量除了與可溶性蛋白含量顯著相關外(r=0.374)，與其他指標之間并沒有顯著相關性，各采收期內也無明顯變化趨勢。總黃酮含量與總多酚含量不僅變化趨勢相反，還存在顯著的負相關性(r=-0.634)。左旋多巴含量與可溶性蛋白含量和總多酚含量存在極顯著負相關(r=-0.353)，與總黃酮的含量存在極顯著正相關，與其他指標相關性并未達顯著水平，具體原因還有待后續試驗解釋驗證(表2)。綜上，除了游離氨基酸含量和左旋多巴含量，采收期與其他指標間均有顯著相關性。關鍵指標左旋多巴產量與采收期呈極顯著正相關，與可溶性蛋白含量和總黃酮含量呈極顯著負相關，但與游離氨基酸含量和總多酚含量無相關性。

3 討 論

3.1 不同采收期下各品種蠶豆芽苗菜生長的變化

本研究中，不同品種蠶豆芽苗菜的苗高和可食鮮重均隨著采收期的延長而不斷增加，在第12天采收期時達到最大，但各品種之間有顯著性差異。其中‘海門大青皮’的長勢最佳，第12天采收時苗高達到最大值，‘黑蠶豆’苗高雖然排第2位，但可食鮮重卻達到了最大，說明‘黑蠶豆’長勢更健壯，干物質含量更多。由于品種往往是芽苗菜產量的決定性因素，所以在實際生產中，為了增加蠶豆芽產出量, 提高經濟效益, 普遍使用中小粒型品種作為芽用資源[25]，而‘黑蠶豆’的種粒大小也較為適宜。

3.2 不同采收期下各品種蠶豆芽苗菜品質的變化

可溶性蛋白是植物重要的滲透調節物質，其中包括大部分特異性調節代謝的功能酶。本研究結果證明，蠶豆芽苗菜在發芽后第6天可溶性蛋白含量較高，說明此時代謝酶的含量較高。萇淑敏等[26]認為從蠶豆萌發到采收的時間越長，可溶性蛋白就更容易被分解或結合成非游離態，這可能是導致后期測得含量下降的關鍵原因。游離氨基酸參與植物各個時期的生長發育，種子萌發時體內蛋白質在大量水解酶的作用下分解為游離氨基酸，然后進入根芽中重新合成新的蛋白質和其它物質[27-29]。本研究結果表明，蠶豆芽苗菜內游離氨基酸含量的變化較大，從表2中可以看出，游離氨基酸與可溶性蛋白之間存在極顯著的正相關性(r=0.374)，可能是在種子萌發產生的大量水解酶的作用下，子葉內的蛋白質水解導致游離氨基酸含量顯著升高，而這同時又為其他蛋白質的進一步合成提供了氨基酸碳骨架和能量，使植物生長順利進行。

表2 蠶豆芽苗菜生長和品質指標的相關性分析表Table 2 Correlation analysis table of broad bean sprouts growth and quality indicators

植物在整個生長階段都會合成一些具有不同功能的代謝產物，蠶豆內初生代謝物質包括一些氨基酸類，如左旋多巴；次生代謝物質有酚類、醌類、黃酮類和生物堿等。Okumura等[30]研究發現，蠶豆豆芽比豆類本身含有更多的多酚和左旋多巴，而且認為L-DOPA有助于提高蠶豆芽的抗氧化活性，幼苗內較高水平的酚類物質含量能幫助幼苗適應周圍變化的環境，提高抗逆性[31-32]。魯燕舞等[33]研究發現,蘿卜芽苗菜酚類物質含量在培養初期(第5天)高于培養后期，隨著培養時間的增加, 芽苗菜中的酚類物質含量有所減少。這與本研究結果較為一致，本研究結果得出蠶豆芽苗菜內總多酚的含量在第6天時達到了最大然后開始逐漸下降，或許是與種子萌發后部分酚類物質結合了其他有機物有關[34]。

左旋多巴是一種非蛋白質氨基酸，作為許多物質的代謝前體，其合成和分解都與細胞內的多種酶關系緊密[35]。由表2結果可以看出，左旋多巴含量和可溶性蛋白含量之間存在極顯著的負相關性(r=-0.353)，說明其間確實存在某種此消彼長的聯系。本研究測得左旋多巴含量在第6天時顯著降低，推測是由于某種代謝酶的增多導致了左旋多巴的分解，具體原因還有待后期的試驗證明。De等[36]試驗證明了品種‘Cegliese’表現出最高的L-DOPA含量(10.14 mg/100 g,FW)。Goyoaga等[37]測得 L-DOPA 僅出現在蠶豆萌發后的胚軸中，且在吸脹后6 d測得‘Brocal’品種中L-DOPA質量分數最高，達84.39 mg/g(DW)。本研究通過對不同采收期下蠶豆芽苗菜的左旋多巴產量進行研究發現，隨著時間的延長，左旋多巴產量也不斷增加；但左旋多巴含量的變化則是首先在采收第3天時達到最大，之后開始下降至第9天，12 d左右含量稍有回升但部分品種差異并不顯著。曹奕鴦等[13]研究發現，蠶豆萌發后蠶豆苗中的L-DOPA含量基本上是呈先上升然后再下降的變化趨勢，部分品種蠶豆苗在出苗3 d時，L-DOPA 含量達最大值，此后L-DOPA含量逐漸降低至出苗9 d，當出苗10 d后，L-DOPA略有增加。該結論與本研究結果一致，說明蠶豆芽苗菜內左旋多巴含量的變化隨著出苗的進程不斷降低，但蠶豆苗L-DOPA經濟產量卻不斷增加，這可能與蠶豆苗合成L-DOPA的速率低于蠶豆苗干物質形成的速率有關[38]。

4 結 論

本研究通過對不同采收期下不同品種蠶豆芽苗菜的品質及產量進行綜合分析得出，‘黑蠶豆’的產量最高，長勢均一，營養品質突出，利于進行蠶豆芽苗菜的規模化生產，是適宜左旋多巴生產的較優品種，最適采收期為第12天。