紫色豇豆FZJ-1生長發(fā)育過程中部分指標的動態(tài)觀測

隋益虎, 張強強, 劉 標

(安徽科技學院 農(nóng)學院，安徽 鳳陽 233100)

豇豆(VignaunguiculataL.Walp)屬一年生豆科植物，在我國栽培廣泛，面積常年在33萬公傾以上[1-2]，尤其北方地區(qū)豇豆普及程度在各類蔬菜中居第一位[3-4]。豇豆是耐熱性蔬菜作物，在夏秋蔬菜淡季有重要的補充作用[5-6]。一般市場上銷售的豇豆多為白綠莢和深綠莢，鮮有紫莢。紫色豇豆因莢中富含花青素，其營養(yǎng)和保健價值高于常規(guī)品種[7-8]。隨著科技和人們消費觀念的不斷進步，紫色豇豆的市場需求量也越來越大，但目前與紫色豇豆研究有關(guān)的文獻較少，有限的文獻主要涉及高產(chǎn)栽培方法[9]、抗性生理[10-11]、新品種選育[12]及其花色苷的提取和理化性質(zhì)[13-14]等，而對其生長發(fā)育、花青素積累等方面的研究不系統(tǒng)，不深入[15-16]。近年來安徽科技學院遺傳育種室通過雜交與系統(tǒng)育種方法育成了紫色豇豆新品系FZJ-1，本試驗通過對FZJ-1的生長發(fā)育的系統(tǒng)觀測，為其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的肥水管理及提交省級審定提供基礎(chǔ)性參考。

1 材料與方法

1.1 材料與田間試驗設(shè)計

供試紫豇豆FZJ-1由安徽科技學院園藝育種課題組提供；試驗于2016年3～6月在安徽科技學院種植科技園中心基地2號大棚進行，完全隨機設(shè)計。3月20日播種，4月1日(幼苗2片真葉)～6月28日期間每隔4天測量1次株高、莖粗、葉長、葉寬；5月28日～6月19日期間每隔2天測量1次其莢長和莢寬；6月10日測定不同生長時期的豆莢和側(cè)枝花青素含量。各指標測定時隨機選取3株，取其均值。

1.2 測定項目與方法

株高統(tǒng)一從地平面的紫豇豆植株基部量至莖頂部，莖粗即用游標卡尺測植株第一節(jié)主莖中部，葉長、葉寬即用直尺分別從葉最基部和最寬處進行測量。豆莢長寬即用游標卡尺和直尺分別從果實的最基部至最頂部測其長度，從基部處測其寬度。所有指標均3次重復。用SPSS 16.0及Excel 2003軟件分析相關(guān)數(shù)據(jù)[17-18]。

制備提取液：取主莖、側(cè)枝的各個節(jié)位及不同生長時期的豆莢分別編號，稱取0.3 g材料于試管中，各加入6 mL 0.1 mol/L HCl，置于40 ℃恒溫箱加熱6 h，再于10 ℃ 4 000 r/min離心10 min，取上清液置于4 ℃的冰箱保存?zhèn)溆谩Ｈ《骨v提取上清液3 mL置于可見分光光度計,在最大吸收波長下測定側(cè)枝、主莖、豆莢花青素含量。紫色素含量測定時，以每變化0.1 ODλ=max為一個花青素相對含量單位[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)指標的動態(tài)變化及其擬合

2.1.1 株高和莖粗 豇豆的株高和莖粗是其生長發(fā)育周期中重要的形態(tài)指標，在一定程度上能反應植株的生長勢，變化顯著。利用SPSS 16.0軟件對測得的紫豇豆FZJ-1植株株高和莖粗進行相關(guān)生長曲線擬合分析，結(jié)果表明：紫豇豆植株的株高和莖粗在11種曲線中，除了極少數(shù)曲線外，多數(shù)擬合呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)；均以Logistic曲線的F值最大，可見，株高和莖粗在生長周期內(nèi)均最符合Logistic曲線的變化趨勢(表1，圖1)，其中株高符合曲線Y=1/(0.002+0.303×0.903x)，莖粗符合曲線Y=1/(0.833+3.164×0.966x)。

2.1.2 葉長和葉寬 葉片是作物的主要光合器官，其面積大小、生長狀況決定植株中光合產(chǎn)物積累的多少。SPSS回歸分析結(jié)果表明：紫豇豆FZJ-1植株的葉長、葉寬變化趨勢相似，均有6種曲線達極顯著水平(P<0.01)，其中S型曲線的F值最大，擬合結(jié)果最顯著，可見，其葉長、葉寬在生長周期內(nèi)變化趨勢最接近S型回歸曲線(表1，圖2)，其中葉長符合曲線Y=exp(1.969-0.480/x)，葉寬符合曲線Y=exp(1.430-0.409/x)。

表1 11種擬合曲線的F值及其顯著水平

圖1紫豇豆株高、莖粗的Logistic回歸曲線

Fig.1 Purple cowpea plant height and stem diameter both fitting model of Logistic regression curve

圖2 紫豇豆葉長、葉寬的S回歸曲線

2.1.3 莢長和莢寬 豇豆果實(莢)是其經(jīng)濟學產(chǎn)量，掌握莢長、莢寬的生長發(fā)育規(guī)律有利于通過合理肥水管理，提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。圖3表明：紫豇豆FZJ-1莢長、莢寬約在花后兩周達到形態(tài)學上最大值。這提示采收適期是在花后第14天左右。SPSS回歸分析表明：莢長、莢寬生長均符合Power曲線，其中莢長符合曲線Y=6.816x0.719 2，(R=0.983，F(xiàn)=293.8)，莢寬符合曲線Y=0.174 1x0.676 7，(R=0.985，F(xiàn)=318.6)。

圖3 紫豇豆果實長度、寬度的動態(tài)變化

2.2 花青素含量的動態(tài)變化

2.2.1 紫豇豆花青素最大吸收波長掃描 以0.1 mol/L HCl溶液為參比溶液，移取3 mL的紫豇豆果實提取上清液置于比色皿中，用751分光光度計在波長400～720 nm范圍內(nèi)進行粗掃描，確定最大吸收波長在520 nm附近，然后精細掃描，確定其最大吸收波長是515 nm (圖4)。

圖4 紫豇豆果實的花青素在不同波長下的吸光度

2.2.2 主莖和側(cè)枝花青素含量分布 圖5表明：花青素在紫豇豆FZJ-1主莖和側(cè)枝中的含量和分布不同；主莖花青素含量分布大體呈現(xiàn)中間節(jié)位高，基部和上部低的趨勢，但規(guī)律性不強；不同側(cè)枝花青素含量不同，基部側(cè)枝總體含量少于上部；側(cè)枝花青素含量從靠近主莖節(jié)向外逐漸降低，最靠近主莖的節(jié)花青素含量最大。

圖5 紫豇豆側(cè)枝、主莖花青素含量

2.2.3 果實的花青素含量變化 圖6表明：隨著果實形態(tài)的建成，莢長的增加，其花青素含量逐漸增加，當達到最長時花青素含量也最高，以后隨著莢的衰老，花青素含量開始下降。

圖6 不同長度紫豇豆果實的花青素含量

3 結(jié)論與討論

紫豇豆FZJ-1在整個生長周期中不同器官生長發(fā)育的形態(tài)變化規(guī)律不同，其中株高和莖粗最符合Logistic回歸曲線，葉長和葉寬最符合S型回歸曲線，莢長和莢寬均符合Power曲線。紫豇豆FZJ-1植株中所含花青素的波長吸收峰為515 nm；主莖花青素含量分布不均勻，規(guī)律性不明顯；側(cè)枝花青素含量均是越靠近主莖節(jié)含量越高且不同側(cè)枝的花青素含量也不同；果實在不同的生長時期其花青素含量也不同，從開始結(jié)果到完全成熟其花青素含量呈現(xiàn)先逐漸升高然后逐漸下降的趨勢。

上述不同的形態(tài)學性狀指標符合的曲線不同，可能與不同發(fā)育時期的生長中心轉(zhuǎn)移有關(guān)[20]。通過系統(tǒng)性觀測紫豇豆FZJ-1植株的株高、莖粗、葉長、葉寬以及果實的莢長、莢寬等形態(tài)學指標的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，可以更科學地確定施肥時間和施肥量，達到肥水的精準定量管理，為特色蔬菜紫豇豆的高產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)栽培提供指導[21]。

花青素是組分復雜的類黃酮混合物，對人體的營養(yǎng)、保健甚至疾病治療作用已得到廣泛認可[4-8,22]，超過550 種已知花青素中92%是由6 種常見的花青素(矢車菊、飛燕草、天竺葵、錦葵、芍藥、牽牛花色素)衍生而來[23]，花色苷類色素理化性質(zhì)和穩(wěn)定性不同是由于糖苷結(jié)構(gòu)不同導致[13-14]。對多種紫色作物研究表明，花色苷類色素特征吸收波長在200～600 nm，吸收峰不同則結(jié)構(gòu)不同[13-16,19,24-25]。本研究的紫色豇豆FZJ-1的色素吸收峰為515 nm，不同于我們此前研究的紫色辣椒(540 nm)，不同于隋華嵩等試驗中使用的紫紅豇豆品種(542和481 nm)[14]，但和高華杰等使用的紫皮豇豆品種吸收峰相同[13]，因此，推斷FZJ-1中色素可能是矢車菊-3-葡萄糖苷。

紫豇豆FZJ-1花青素分布總體上呈現(xiàn)植株中部節(jié)段節(jié)位含量高，基部和上部節(jié)位含量低的趨勢，這可能與光質(zhì)以及光照強度有關(guān)[23]。本研究在覆蓋有聚醋酸乙烯薄膜的大棚中進行，薄膜的類型與特性、入射光角度導致特定波長透射量不同且光強在植株上分布不均，從而影響了紫豇豆植株體的花青素合成、分布和轉(zhuǎn)運等。與花青素合成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因?qū)ψ萧笷ZJ-1中花青素的影響尚待進一步研究[23,26]。依據(jù)本試驗果實(莢)的花青素累積規(guī)律，在采收豆莢時我們要兼顧成熟度(盡可能產(chǎn)量高)、口感(盡可能脆嫩)及花青素含量(盡可能高)確定最佳采收時間。