紫色豇豆FZJ-1生长发育过程中部分指标的动态观测

隋益虎, 张强强, 刘 标

(安徽科技学院 农学院，安徽 凤阳 233100)

豇豆(VignaunguiculataL.Walp)属一年生豆科植物，在我国栽培广泛，面积常年在33万公倾以上[1-2]，尤其北方地区豇豆普及程度在各类蔬菜中居第一位[3-4]。豇豆是耐热性蔬菜作物，在夏秋蔬菜淡季有重要的补充作用[5-6]。一般市场上销售的豇豆多为白绿荚和深绿荚，鲜有紫荚。紫色豇豆因荚中富含花青素，其营养和保健价值高于常规品种[7-8]。随着科技和人们消费观念的不断进步，紫色豇豆的市场需求量也越来越大，但目前与紫色豇豆研究有关的文献较少，有限的文献主要涉及高产栽培方法[9]、抗性生理[10-11]、新品种选育[12]及其花色苷的提取和理化性质[13-14]等，而对其生长发育、花青素积累等方面的研究不系统，不深入[15-16]。近年来安徽科技学院遗传育种室通过杂交与系统育种方法育成了紫色豇豆新品系FZJ-1，本试验通过对FZJ-1的生长发育的系统观测，为其高产优质栽培的肥水管理及提交省级审定提供基础性参考。

1 材料与方法

1.1 材料与田间试验设计

供试紫豇豆FZJ-1由安徽科技学院园艺育种课题组提供；试验于2016年3～6月在安徽科技学院种植科技园中心基地2号大棚进行，完全随机设计。3月20日播种，4月1日(幼苗2片真叶)～6月28日期间每隔4天测量1次株高、茎粗、叶长、叶宽；5月28日～6月19日期间每隔2天测量1次其荚长和荚宽；6月10日测定不同生长时期的豆荚和侧枝花青素含量。各指标测定时随机选取3株，取其均值。

1.2 测定项目与方法

株高统一从地平面的紫豇豆植株基部量至茎顶部，茎粗即用游标卡尺测植株第一节主茎中部，叶长、叶宽即用直尺分别从叶最基部和最宽处进行测量。豆荚长宽即用游标卡尺和直尺分别从果实的最基部至最顶部测其长度，从基部处测其宽度。所有指标均3次重复。用SPSS 16.0及Excel 2003软件分析相关数据[17-18]。

制备提取液：取主茎、侧枝的各个节位及不同生长时期的豆荚分别编号，称取0.3 g材料于试管中，各加入6 mL 0.1 mol/L HCl，置于40 ℃恒温箱加热6 h，再于10 ℃ 4 000 r/min离心10 min，取上清液置于4 ℃的冰箱保存备用。取豆荚提取上清液3 mL置于可见分光光度计,在最大吸收波长下测定侧枝、主茎、豆荚花青素含量。紫色素含量测定时，以每变化0.1 ODλ=max为一个花青素相对含量单位[19]。

2 结果与分析

2.1 形态指标的动态变化及其拟合

2.1.1 株高和茎粗 豇豆的株高和茎粗是其生长发育周期中重要的形态指标，在一定程度上能反应植株的生长势，变化显著。利用SPSS 16.0软件对测得的紫豇豆FZJ-1植株株高和茎粗进行相关生长曲线拟合分析，结果表明：紫豇豆植株的株高和茎粗在11种曲线中，除了极少数曲线外，多数拟合呈现极显著(P<0.01)；均以Logistic曲线的F值最大，可见，株高和茎粗在生长周期内均最符合Logistic曲线的变化趋势(表1，图1)，其中株高符合曲线Y=1/(0.002+0.303×0.903x)，茎粗符合曲线Y=1/(0.833+3.164×0.966x)。

2.1.2 叶长和叶宽 叶片是作物的主要光合器官，其面积大小、生长状况决定植株中光合产物积累的多少。SPSS回归分析结果表明：紫豇豆FZJ-1植株的叶长、叶宽变化趋势相似，均有6种曲线达极显著水平(P<0.01)，其中S型曲线的F值最大，拟合结果最显著，可见，其叶长、叶宽在生长周期内变化趋势最接近S型回归曲线(表1，图2)，其中叶长符合曲线Y=exp(1.969-0.480/x)，叶宽符合曲线Y=exp(1.430-0.409/x)。

表1 11种拟合曲线的F值及其显著水平

图1紫豇豆株高、茎粗的Logistic回归曲线

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

图2 紫豇豆叶长、叶宽的S回归曲线

2.1.3 荚长和荚宽 豇豆果实(荚)是其经济学产量，掌握荚长、荚宽的生长发育规律有利于通过合理肥水管理，提高产量和经济效益。图3表明：紫豇豆FZJ-1荚长、荚宽约在花后两周达到形态学上最大值。这提示采收适期是在花后第14天左右。SPSS回归分析表明：荚长、荚宽生长均符合Power曲线，其中荚长符合曲线Y=6.816x0.719 2，(R=0.983，F=293.8)，荚宽符合曲线Y=0.174 1x0.676 7，(R=0.985，F=318.6)。

图3 紫豇豆果实长度、宽度的动态变化

2.2 花青素含量的动态变化

2.2.1 紫豇豆花青素最大吸收波长扫描 以0.1 mol/L HCl溶液为参比溶液，移取3 mL的紫豇豆果实提取上清液置于比色皿中，用751分光光度计在波长400～720 nm范围内进行粗扫描，确定最大吸收波长在520 nm附近，然后精细扫描，确定其最大吸收波长是515 nm (图4)。

图4 紫豇豆果实的花青素在不同波长下的吸光度

2.2.2 主茎和侧枝花青素含量分布 图5表明：花青素在紫豇豆FZJ-1主茎和侧枝中的含量和分布不同；主茎花青素含量分布大体呈现中间节位高，基部和上部低的趋势，但规律性不强；不同侧枝花青素含量不同，基部侧枝总体含量少于上部；侧枝花青素含量从靠近主茎节向外逐渐降低，最靠近主茎的节花青素含量最大。

图5 紫豇豆侧枝、主茎花青素含量

2.2.3 果实的花青素含量变化 图6表明：随着果实形态的建成，荚长的增加，其花青素含量逐渐增加，当达到最长时花青素含量也最高，以后随着荚的衰老，花青素含量开始下降。

图6 不同长度紫豇豆果实的花青素含量

3 结论与讨论

紫豇豆FZJ-1在整个生长周期中不同器官生长发育的形态变化规律不同，其中株高和茎粗最符合Logistic回归曲线，叶长和叶宽最符合S型回归曲线，荚长和荚宽均符合Power曲线。紫豇豆FZJ-1植株中所含花青素的波长吸收峰为515 nm；主茎花青素含量分布不均匀，规律性不明显；侧枝花青素含量均是越靠近主茎节含量越高且不同侧枝的花青素含量也不同；果实在不同的生长时期其花青素含量也不同，从开始结果到完全成熟其花青素含量呈现先逐渐升高然后逐渐下降的趋势。

上述不同的形态学性状指标符合的曲线不同，可能与不同发育时期的生长中心转移有关[20]。通过系统性观测紫豇豆FZJ-1植株的株高、茎粗、叶长、叶宽以及果实的荚长、荚宽等形态学指标的发生发展规律，可以更科学地确定施肥时间和施肥量，达到肥水的精准定量管理，为特色蔬菜紫豇豆的高产、高效和优质栽培提供指导[21]。

花青素是组分复杂的类黄酮混合物，对人体的营养、保健甚至疾病治疗作用已得到广泛认可[4-8,22]，超过550 种已知花青素中92%是由6 种常见的花青素(矢车菊、飞燕草、天竺葵、锦葵、芍药、牵牛花色素)衍生而来[23]，花色苷类色素理化性质和稳定性不同是由于糖苷结构不同导致[13-14]。对多种紫色作物研究表明，花色苷类色素特征吸收波长在200～600 nm，吸收峰不同则结构不同[13-16,19,24-25]。本研究的紫色豇豆FZJ-1的色素吸收峰为515 nm，不同于我们此前研究的紫色辣椒(540 nm)，不同于隋华嵩等试验中使用的紫红豇豆品种(542和481 nm)[14]，但和高华杰等使用的紫皮豇豆品种吸收峰相同[13]，因此，推断FZJ-1中色素可能是矢车菊-3-葡萄糖苷。

紫豇豆FZJ-1花青素分布总体上呈现植株中部节段节位含量高，基部和上部节位含量低的趋势，这可能与光质以及光照强度有关[23]。本研究在覆盖有聚醋酸乙烯薄膜的大棚中进行，薄膜的类型与特性、入射光角度导致特定波长透射量不同且光强在植株上分布不均，从而影响了紫豇豆植株体的花青素合成、分布和转运等。与花青素合成相关的结构基因和调节基因对紫豇豆FZJ-1中花青素的影响尚待进一步研究[23,26]。依据本试验果实(荚)的花青素累积规律，在采收豆荚时我们要兼顾成熟度(尽可能产量高)、口感(尽可能脆嫩)及花青素含量(尽可能高)确定最佳采收时间。