菜豆種質資源的植物凝集素含量測定與評價

任三國+陳高+郭瑞

摘 要：以112份菜豆種質商品莢為試驗材料，測定了植物凝集素含量，分析評價其遺傳變異，擴大極端菜豆凝集素水平的篩查范圍。試驗結果表明，供試菜豆種質的凝集素均值為0.335 3 mg/g，變幅為0.000 3～1.607 8 mg/g，變異系數為82.26%，種質間水平差異極顯著（p<0.01）。研究還表明，供試菜豆植物凝集素含量的種質頻率分布曲線呈非連續分布但有明顯主峰，有極低和極高水平的種質分布。在已檢測的289份資源中，篩選出極低植物凝集素的菜豆材料2份，為低毒菜豆遺傳改良提供技術基礎。

關鍵詞：菜豆；種質；植物凝集素

中圖分類號：S643.1 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3547（2017）16-0036-03

菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是人類生活中重要的食用豆類之一，菜豆可分為粒用菜豆和莢用菜豆，2014年全世界普通菜豆籽粒產量為2 500萬t，占食用豆總產量的50%左右[1]。食莢菜豆是普通菜豆傳入中國后，果莢產生基因突變失去硬質層，并經過長期選擇及進化而形成的軟莢變種蔬菜作物[2]。食莢菜豆含有豐富的人體所需的營養物質，但含有包括皂苷、胰蛋白酶抑制劑、植酸和植物凝集素[3]等在內的抗營養因子，食用不當會造成人體中毒，中毒后會出現四肢麻木，胃燒灼，頭痛、胸悶等神經系統癥狀，嚴重者可昏迷，甚至可造成心腎肝多臟器損害或猝死[4]。前期研究曾對56份菜豆種質的4種抗營養因子水平進行差異分析[5]，結果表明，不同菜豆種質抗營養因子水平差異極大；并通過小鼠飼喂實驗模型構建[6]，發現菜豆凝集素（Phaseolus vulgaris agglutinin，PHA）是菜豆中的主要內源毒素；因而尋求低水平種質十分關鍵，故此后又對121份菜豆種質進行凝集素含量水平分析評價[7]。

本研究以未知凝集素水平的112份菜豆種質為材料進行測試，以進一步擴大篩查范圍，并結合前期研究，從中篩選出極低凝集素含量的種質，以期再利用其與綜合性狀如熟性、單株莢數、單莢長、單莢質量等優異品種雜交和回交，達到選育出綜合性狀優良的低凝集素含量的菜豆品種的目的，為菜豆食用安全和產業發展提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2016年秋季在江漢大學湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術研究中心試驗大田（位于武漢市蔡甸區永安鎮，E 113°47′，N 30°30′）開展了菜豆種質資源比較試驗，共計112份食莢菜豆種質參試，編號為1～112。試驗采用隨機區組設計，重復3次。每個小區10 m×1.6 m，面積為16 m2，株行距0.25 m×0.85 m。試驗場地土壤肥力均勻一致，8月20日地膜覆蓋播種，栽培管理按照當地常規技術進行。觀察農藝性狀，10月9日后觀察開花結莢情況。選取開花后15 d的鮮莢作為試驗材料，從每個品種每個試驗小區隨機選取若干豆莢（約50 g）作為 1 份樣品，共計336份樣品，用于植物凝集素含量測定。

1.2 PHA的檢測方法

采集的樣品材料置于-80℃冰箱低溫冰凍，備用。選取健康白兔靜脈取血，經胰蛋白酶處理，制備紅細胞體積10%的兔子紅細胞懸液；取PHA標準品制備1 mg/mL的PHA標準液，倍比稀釋6次，加等體積兔子紅細胞懸液，酶標法測定吸光度值，繪制標準曲線；稱取樣品適量（根據所需樣品量，即8 g左右為佳）于研缽研磨成漿，以樣品∶PBS液=1∶3的比例加入PBS液，4℃搖床振蕩浸提4 h，取出用Centrifuge 5804R離心機將菜豆提取液于8 000 r/min、4℃離心20 min，離心制備分離樣品上清液作為待測液（3份材料重復操作，得3份待測液）；加等體積兔子紅細胞懸液，酶標法測定樣品吸光度，代入標準曲線，計算得出菜豆植物凝集素含量。

1.3 數據統計分析方法

試驗數據皆通過WPS中Excel表格記錄處理。方差分析時，采用完全隨機設計，通過DPS 7.05軟件分析完成，采用Duncan's 新復極差法分析。

2 結果與分析

2.1 菜豆種質凝集素水平測定結果

112份菜豆種質植物凝集素含量（3次重復均值）如圖1所示。結果表明，菜豆凝集素總體含量差異較大，含量最高的為18號（1.607 8 mg/g），最低的是65號（0.000 3 mg/g）。經計算，112份菜豆種質的凝集素含量平均值為0.335 3 mg/g，變異系數為82.26%。

篩選出3份低凝集素含量的種質，分別為65號（0.000 3 mg/g），58號（0.001 5 mg/g）和47號（0.008 2 mg/g）。

2.2 菜豆種質凝集素水平方差分析

對112份菜豆凝集素含量進行方差分析的結果如表1，F值高達7.65（p<0.01），說明供試菜豆群體內種質間豆莢所含菜豆凝集素水平差異極顯著。

2.3 菜豆凝集素水平種質頻率分布

如112份菜豆植物凝集素含量水平所做的菜豆種質頻率分布曲線（圖 2）所示，其總體顯現非連續性，但主峰明顯，近1/3的菜豆種質（35份，占31.25%）凝集素含量分布在均值左右。可見此群體植物凝集素常規水平在0.335 3 mg/g左右，種質間極差很大。極高（1.6 mg/g以上）區域分布有1份種質，極低（0.01 mg/g以下）區域分布有3份種質。

3 小結

本試驗以112份菜豆鮮莢為材料，測定其菜豆凝集素水平，結果表明，該種質群體的菜豆凝集素含量均值為0.335 3 mg/g，種質群體內植物凝集素含量變幅為0.000 3～1.607 8 mg/g，變異系數為82.26%，水平差異極顯著（p<0.01）。種質頻率分布曲線表明，有少量極高菜豆凝集素含量的種質分布和少量極低菜豆凝集素含量的種質分布，并通過比較分析從中篩選出極低植物凝集素水平的菜豆種質3份，根據尚蕊等[5]、任三國等[6]試驗，其菜豆凝集素水平極低與極高的品種分別為97-5架豆（0.025 mg/g）、Bean Saint Esprit A Oeil Rouge品種（10.850 mg/g）和zyz-4886 （0.005 mg/g）、SJ-0193 （1.330 mg/g），而本試驗篩選得出，極低凝集素含量水平的種質分別為編號65號的SJ-0092（0.000 3 mg/g）、58號的SJ-0082（0.001 5 mg/g）和47號（0.008 2 mg/g），最高凝集素含量水平的菜豆品種為SJ-0053 （1.607 8 mg/g）。考慮綜合性狀如熟性、單株莢數、單莢長、單莢質量等，結合前期試驗已篩選檢測的177份種質，在目前檢測的289份菜豆種質中，篩選得出極低凝集素含量水平的菜豆種質SJ-0092 和SJ-0082。高凝集素水平方面，未檢測出超過Bean Saint Esprit A Oeil Rouge品種的種質。因此，SJ-0092和SJ-0082或可作為低凝集素水平的菜豆親本，通過與農藝性狀優異的菜豆品種雜交和回交育種程序，獲得低毒菜豆遺傳改良的機會。endprint

參考文獻

[1] 朱吉風，武晶，王蘭芬，等.菜豆普通細菌性疫病抗性基因定位[J].作物學報，2017，43（1）：1-8.

[2] 王艷，張越，陳姍姍，等.食莢菜豆氨基酸組成與含量及其品質評價[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2014，42（8）：156-161.

[3] Van Damme E M， Peumans W J， Barre A， et al. Plant lectins： a composite of several distinct families of structurally and evolutionary related proteins with diverse biological roles[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，1998， 17（6）： 575-692.

[4] 李明，黃涌，梁戈清，等.一起四季豆食物中毒的調查研究 [J].中國衛生監督雜志，1998，5（5）：203.

[5] 尚蕊，吳華，郭瑞，等.不同菜豆品種4種抗營養因子水平差異分析[J].園藝學報，2015，42（11）：2 163-2 173.

[6] 李佳楠，楊薇，彭娜，等.菜豆毒性分析及毒性預測模型建立[J].中國農業科學，2015，48（4）：727-734.

[7] 任三國，陳高，郭瑞，等.121份菜豆品種資源的植物凝集素含量分析[J].江漢大學學報：自然科學版，2016，44（6）：504-508.

Abstract： In order to analyze genetic variability， and select germplasm resources with the extremely low content of lectin， 112 kidney beans were took as materials and their lectin contents were determined. The results showed that the mean value of lectin content， amplitude of changes and coefficients of variation （CV） were 0.335 3 mg/g， 0.000 3-1.607 8 mg/g and 82.26% respectively， and the differences were extremely significant among the materials （p<0.01）. Meanwhile， the frequency distribution curve of 112 kidney beans lectin contens was discontinuous， but there was an obvious peak with long dual-tails， which indicated extremely low or high level of lectin existed in the 112 materials. Furthermore， two materials contained less lectin were screened out from all 289 germplasm resources. The paper provides technical basis for genetic improvement of low toxicity kidney bean.

Key words： Kidney bean； Germplasm resources； Lectinendprint