綠豆品種篩選及乙烯對綠豆芽生長形態的影響

趙天瑤，劉保全，薛文通*

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2.北京方圓平安生物科技股份有限公司，北京 101127）

綠豆（Vinga radiata）是我國最重要的食用豆類之一，具有悠久的栽培歷史。綠豆不僅營養價值豐富，含有蛋白質、碳水化合物、膳食纖維等[1]，還具有保健功能，如降低膽固醇、降低血脂、預防癌癥、抗腫瘤、抗氧化等，因而受到消費者的普遍歡迎[2]。以綠豆種子為原料，在適宜的溫度、濕度和黑暗條件下，以水為培植基礎，培育而成的芽體稱為綠豆芽[3]。作為一種新型健康的有機蔬菜，綠豆芽生產成本低、生長周期短、栽培技術簡單易操作，同時含有豐富的維生素C、氨基酸和礦物質，在抗高血壓、抗糖尿病、預防慢性疾病方面具有很大的潛力，是一種重要的功能性蔬菜[4-5]。此外，綠豆芽在保障國家蔬菜應急供應、滿足人們的營養需求及弘揚芽菜文化等方面發揮著十分重要的作用，具有廣闊的市場前景。

隨著經濟社會的不斷發展，居民生活水平的提高和膳食結構的變化，人們對綠豆芽的需求量和外觀形態的關注度正在不斷增長。然而，一些生產者為達到外形美觀和高產的目的，濫用化學物質，從而引發了綠豆芽的安全問題，嚴重危害到人類健康[6]。因此，探索提高綠豆芽產量和外觀品質的高效安全生產方式，顯得尤為重要。

乙烯是一種僅含有兩個碳原子的烯烴氣體，作為一種天然的植物激素，在植物種子萌發、根系發育、葉片脫落、果實成熟和細胞程序性死亡等生理過程中起著十分重要的作用[7-9]。由于乙烯分子結構簡單，安全無公害，目前已在工廠化豆芽生產中得到廣泛地應用[10]。本研究以篩選出的優質綠豆品種為試驗材料，在其生長過程中，采用乙烯處理，以期改善綠豆芽的外觀品質，為豆芽的高質量生產提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料為來自全國主要綠豆產區的10份綠豆品種，包括冀綠13號、科綠2號、科綠17-1、苑綠4號、中綠6號、張綠1號、白綠8號、白綠9號、綠豆522和大鸚哥925，收集的種子保存于4℃冰箱中備用。

考馬斯亮藍G-250、牛血清蛋白、乙醇、磷酸、苯酚、濃硫酸、蔗糖（均為分析純）：北京廣達恒益科技有限公司；乙烯（高純）：北京希望爾康有限公司。

UV759CRT紫外分光光度計：上海佑科儀器儀表有限公司；RADWAG分析天平：北京乾明基因技術有限公司；Centrifuge 5810 R冷凍離心機：德國Eppendorf公司；DMT-2500漩渦混合器：杭州米歐儀器有限公司；HW.SY21-KP4智能恒溫水浴鍋：北京市長風儀器儀表公司；DYJ-K豆芽機：濰坊市金銀條豆芽機有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 綠豆種質資源的描述

收集的綠豆種子統一參照《綠豆種質資源描述規范和數據標準》[11]進行形態性狀的觀察記載和數據采集，測定的表型性狀包括粒長、粒寬、均勻度、籽粒大小和百粒重。

1.2.2 綠豆種子的發芽與處理

挑選大小一致、成熟飽滿的綠豆種子，分別用清水清洗后，采用80℃的蒸餾水燙種2 min，均勻攪拌后置于黑暗環境中25℃水浸種6 h。待種子充分吸水膨脹以后，選擇活力基本一致的種子均勻鋪于發芽盤中，并置于配備有乙烯充氣系統、排進風系統的豆芽機中避光培育，生長環境條件設置為溫度（23±1）℃、濕度（80±5）%，每隔6 h淋水一次，淋水時間 15 s。于生長第5天收獲，分別測定各綠豆芽品種的生長指標，后經液氮處理后保存于-40℃冰箱中備用。

將篩選出的優質綠豆品種置于豆芽機中培養24 h后，注入0.5 mg/L乙烯氣體處理2 min后打開內置風扇混勻氣體，作用1 h后打開排進風系統，將乙烯氣體排出豆芽機。然后每隔24 h進行相同的操作，取樣測定其生長指標，直至綠豆芽生長120 h為止。對照（CK）為未經過乙烯氣體處理的綠豆芽。

1.2.3 測定方法

采用直尺測定綠豆芽的下胚軸長、根長，游標卡尺測定綠豆芽的下胚軸粗；用天平稱量綠豆種子的百粒重和綠豆芽的單株鮮質量。采用考馬斯亮藍法測定綠豆種子中的可溶性蛋白含量[12]；采用苯酚法測定綠豆種子的可溶性糖含量[13]。

1.2.4 數據處理

試驗采用隨機區組設計，每個處理重復3次。運用Excel 2010整理各指標的測定結果，采用SPSS 20.0進行數據統計分析，以Duncan's新復極差法進行差異顯著性分析（P＜0.05）。作圖軟件為SigmaPlot12.5，圖表中各結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 優質綠豆品種的篩選

2.1.1 不同綠豆品種種質性狀描述

表型性狀是描述植物個體性狀遺傳多樣性最直觀的方法，也是評價現代育種最基礎的方法[14]。對10份綠豆品種進行了表型性狀的觀察與測定，結果見表1。

表1 不同綠豆品種種質性狀描述Table 1 Germplasm characterization of different mung bean cultivars

由表1可知，10份綠豆品種粒長為4.39 mm～5.80 mm，其中粒長最長的品種是白綠9號，其與白綠8號和大鸚哥925的粒長差異不顯著（P＞0.05）；粒長最短的品種是冀綠13號，與其他品種的粒長差異顯著（P＜0.05）。綠豆種子粒寬為3.30 mm～4.16 mm，粒寬最寬和最窄的品種分別是白綠8號、冀綠13號，與其他品種差異顯著（P＜0.05）。綠豆百粒重為4.65 g～7.42 g，其中白綠8號的百粒重最大，科綠17-1的百粒重最小。10份綠豆品種的籽粒均為均勻，小籽粒的品種有冀綠13號、科綠2號、科綠17-1、苑綠4號和中綠6號；大籽粒的品種主要包括張綠1號、白綠8號、白綠9號、綠豆522、大鸚哥925。研究發現，粒長和粒寬越大的綠豆品種，其百粒重越大。

2.1.2 不同綠豆品種的可溶性蛋白和可溶性糖含量

對10份綠豆品種進行了可溶性蛋白和可溶性糖含量的測定，結果見圖1。

由圖1（a）可知，綠豆可溶性糖含量為6.09 mg/g～9.76 mg/g，含量最高和最低的品種分別為白綠9號和中綠6號，高于可溶性糖含量平均值（8.44 mg/g）的品種有苑綠4號、張綠1號、白綠8號、白綠9號和綠豆522。

圖1 不同綠豆種子的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量Fig.1 Soluble sugar and soluble protein content of different mung bean seeds

由圖1（b）可知，10份綠豆的可溶性蛋白含量為6.55 mg/g～11.56 mg/g，最高和最低的品種分別是白綠8號、白綠9號，高于可溶性蛋白含量平均值（9.61 mg/g）的品種有冀綠13號、科綠2號、科綠17-1、苑綠4號、白綠8號、大鸚哥925。可溶性蛋白和可溶性糖含量均較高的綠豆品種是白綠8號和苑綠4號。

2.1.3 不同綠豆芽生長指標

種子萌發是指干種子吸收水分后，在適宜的環境條件下，胚突破種皮，完成從休眠狀態到生理活躍狀態，生長成自養型幼苗的過程。對10份綠豆種子進行發芽處理，測定其生長指標以篩選出具有芽用特性的綠豆品種，結果見圖2。

由圖2（a）可知，10份綠豆芽的下胚軸長為7.89cm～13.20 cm，下胚軸最長和最短的綠豆品種分別是苑綠4號和白綠9號，高于下胚軸長平均值（10.82 cm）的品種有5個，包括冀綠13號、科綠17-1、苑綠4號、中綠6號、白綠8號。

圖2 10份綠豆芽的生長指標Fig.2 Growth indexes of ten mung bean sprouts

由圖2（b）可知，10份綠豆芽下胚軸粗為1.78 mm～2.34 mm，其中，下胚軸最粗和最細的品種分別是白綠8號、綠豆522，高于下胚軸粗平均值（2.10 mm）的品種有6個，主要是冀綠13號、科綠17-1、苑綠4號、中綠6號、白綠8號和白綠9號。

根是綠豆芽吸收水分和礦物質的重要器官，能直接影響其生長狀況。由圖2（c）可知，綠豆芽根長為5.07 cm～7.84 cm，根最長的品種是冀綠13號，最短的品種是大鸚哥925，低于根長平均值（6.54 cm）的品種有科綠2號、苑綠4號、中綠6號、白綠8號、大鸚哥925。

產出比是衡量綠豆芽產量最重要的指標之一。由圖2（d）可知，10份綠豆品種產出比的變化范圍為9.00～13.72，其中產出比最高和最低的品種分別是白綠8號和白綠9號，高于產出比平均值（11.21）的品種有：冀綠13號、科綠17-1、苑綠4號、中綠6號、白綠8號。

綜上所述，從生產角度出發，具有芽用特性的綠豆品種更易推廣向市場，同時結合營養價值考慮，白綠8號是優質的綠豆品種，具有重要的研究價值。因此，選用白綠8號作為乙烯處理的試驗材料。

2.2 乙烯對綠豆芽生長形態的影響

乙烯處理綠豆芽后的生長形態變化見圖3。

圖3 乙烯處理對綠豆芽生長指標的影響Fig.3 Effect of ethylene treatment on growth indexes of mung bean sprouts

由圖3（a）可知，隨著生長時間的延長，乙烯處理下的綠豆芽下胚軸長呈逐漸增長的趨勢，從48 h的2.83 cm增長到120 h的8.70 cm，增長了207.06%，各生長期綠豆芽下胚軸長差異顯著（P＜0.05）。乙烯處理明顯抑制了綠豆芽的下胚軸長，CK處理下的綠豆芽下胚軸長分別是乙烯處理下的1.20、1.29、1.20、1.21倍。

由圖3（b）可知，隨著生長時間的延長，乙烯處理下的綠豆芽下胚軸粗呈先上升后下降的趨勢，96 h達到最大值，為3.53 mm。與CK相比，乙烯處理顯著增加了72 h～120 h生長的綠豆芽下胚軸粗，分別增粗了1.21、1.20倍和1.26倍。

由圖3（c）可知，隨著生長時間的延長，乙烯處理下的綠豆芽根長呈逐漸上升趨勢，變化范圍為2.71 cm～4.81 cm，其中，48 h～96 h的綠豆芽根長差異不顯著（P＞0.05）；120 h的綠豆芽根長達到最大值。乙烯處理極顯著地抑制了綠豆芽的根長（P＜0.05），CK的根長分別是乙烯處理下的1.71、2.10、2.06、1.93倍。

綠豆芽的鮮質量可以反映產量和經濟效益的高低。由圖3（d）可知，隨著生長時間的延長，乙烯處理下的綠豆芽單株鮮質量呈逐漸上升趨勢，48 h的綠豆芽單株鮮質量最低，為0.28 g，120 h的綠豆芽單株鮮質量最高，達到0.82 g，增長了191.68%；各生長期綠豆芽單株鮮質量差異顯著（P＜0.05）。72 h～120 h生長過程中，乙烯處理的綠豆芽單株鮮質量均高于CK，分別提高了 1.10、1.14、1.18 倍。

綜上所述，乙烯處理抑制了綠豆芽下胚軸和主根的伸長生長，促進了綠豆芽下胚軸的橫向生長，提高了其單株鮮質量，有效地改善了綠豆芽的外觀品質。

3 討論

對種質資源的性狀進行描述與評估是育種和加工的前提[15]。黃夢迪[16]研究了22個綠豆種子的表型性狀，發現其粒長、粒寬、百粒重的變化范圍分別為3.60 mm～5.61 mm，3.45 mm～4.09 mm、4.03 g～7.08 g，這與本研究的結果相一致。各綠豆品種的粒長、粒寬、百粒重、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量變化范圍較廣，產生這種差異的原因可能是綠豆品種種植區域的栽培管理方式、氣候條件、生態環境等因素不同[17]。

種子萌發受內在因素（種子成熟度、大小和硬實度等）和外在因素（浸種時間、溫濕度、水分、二氧化碳、氧氣等）的影響[18]。Wang等[19]測定了26個綠豆品種的芽用特性指標，發現其下胚軸長、下胚軸粗、產出比的變化范圍分別為6.18 cm～8.72 cm、1.79 mm～2.31 mm、4.91～7.06。本研究中的綠豆品種下胚軸長、產出比遠高于Wang等[19]的研究結果，這可能是由于品種的遺傳特性導致的。篩選出具有芽用特性的綠豆品種有苑綠4號、中綠6號和白綠8號，其莖間細胞分裂速度快，促進了下胚軸的生長，長勢優良，產量較高。今后可以考慮作為芽菜專用品種，推廣到家庭培育。若要進行規?；a，還需綜合考慮種子產量、抗逆性、抗病性等田間農藝性狀以及感官評價、市場需求等因素。

乙烯作為最主要的植物激素之一，常以氣態的形式參與調節植物的生長發育，具有一定的調控效應[20]。許多研究者發現，黑暗環境條件下，乙烯對幼苗的生長具有三重反應，即抑制胚軸、根的伸長生長，促進胚軸徑向增粗[21]。例如，外源乙烯處理會抑制擬南芥下胚軸的伸長生長[22]；采用30 mg/L乙烯處理促進了綠豆芽下胚軸軸徑的增粗，明顯提高其產量[23]；與未經過乙烯利處理的大豆芽菜相比，0.05 mmol/L乙烯利處理下的大豆芽菜下胚軸縱向生長受到明顯抑制，并且隨著乙烯利濃度的增加抑制程度加深[24]。這與本研究的結果一致，乙烯處理顯著抑制了綠豆芽下胚軸的縱向伸長生長，促進了綠豆芽下胚軸的橫向生長，這種生長形態的變化可能與綠豆芽下胚軸微管的排列方式密切相關。乙烯通過促進細胞微管的縱向排列，促使細胞橫向生長，從而改善綠豆芽的外觀品質[25]。此外也有研究發現，乙烯對綠豆芽下胚軸的調控，主要是通過其細胞壁的降解代謝和合成代謝來實現的[26]。乙烯對綠豆芽主根的抑制效應主要是通過抑制其伸長區細胞的伸長來實現的[27]，而細胞的延伸與細胞壁的延展性密切相關，作為細胞壁的重要組成部分，木質素對細胞的生長方向和大小有一定的影響，因此推斷乙烯可能是通過增加木質素的含量來改變細胞壁的延展性，從而抑制綠豆芽主根的伸長生長[28]。同時有學者發現，外源乙烯會調節綠豆芽內源IAA、ZR和iPA的平衡比例，從而抑制其根的生長[28]。

今后可以進一步開展乙烯對不同綠豆芽品種生長性狀、營養品質、物質代謝的影響研究，同時可以設置不同的乙烯濃度處理綠豆芽，以期探索出改善綠豆芽外觀品質及營養價值的最適乙烯濃度。

4 結論

10份綠豆種質資源中，白綠8號無論是從芽用特性還是營養品質方面，均具有重要的研究價值，是優質的綠豆品種。乙烯處理抑制了綠豆芽下胚軸和主根的伸長生長，促進了綠豆芽下胚軸的橫向生長，提高了其單株鮮質量，有效地改善了綠豆芽的外觀品質。