10种食用豆类植物种子粗蛋白质和粗脂肪含量比较分析

万何平，冉景鸿，唐文彬，黄本亮，刘纯乐，童江群，陈禅友

（江汉大学 生命科学学院，湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心，湖北 武汉 430056）

0 引言

食用豆类是世界性重要作物，也是我国居民传统饮食的重要组成部分［1］。我国食用豆类植物资源十分丰富，已有6 000多年的栽培历史，主要包括菜豆属（P has eo l us）的菜豆（P.vu l g a r i sL.）、豇豆属（V i g n a）的豇豆（V.unq ui cu l at aL.）等共11个种［2］。大豆、饭豆和小豆起源于中国，蚕豆、绿豆、豌豆、刀豆、扁豆和菜豆等外来豆类也在中国广泛栽培种植［3］。豆类具有极高的营养价值，绿豆、豇豆、刀豆等食用豆类植物种子的蛋白质含量为40%左右，比一般谷物高2～4倍［4］。此外，食用豆类种子油脂含量为15%～20%，且含有大量维生素A、B1、B2、C、E及多种矿物质元素［5］。蛋白质含量与油脂含量往往呈显著性的负相关，因此培育蛋白质和油脂“双高”的品种十分困难，导致难以提高食用豆类植物的整体营养品质［6-7］。种子发育过程不仅受其本身遗传基因的调控，环境因子的改变（例如经纬度、降雨等）对种子营养成分的合成与积累也造成不同程度的影响［8-9］。目前对不同食用豆类植物种子蛋白质和脂肪含量测定的研究均在不同的产地和生态环境下进行，缺乏在相对一致的栽培环境下不同食用豆类种子蛋白质和脂肪含量的横向比较。

本研究收集到10种食用豆类植物（每种5个品系，共计50个品系）种质资源，通过田间和室内试验，对10种食用豆类植物种子粗蛋白和粗脂肪进行了精确测定，并做统计学分析。比较不同种类的食用豆类植物种子的蛋白质和脂肪含量水平，为豆类植物选育、留种和品种比较等工作提供一定的理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料收集

10种食用豆类植物种子（每种5个品系，共计50个品系）由江汉大学生命科学学院、湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心收集（见表1）。

表1 试验材料Tab.1 Test materials

1.2 田间种植试验方法

试验于武汉市汉南区的湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心基地进行，试验基地地势平坦、肥力中等、排灌通畅。试验材料顺序排列，采用穴播，每穴播种2粒，株距25 cm，中耕除草、病虫防治等田间管理按照常规方法进行。于同年收获食用豆类植物种子。种子晒干、整理完毕后进行粗蛋白和粗脂肪含量的测定。

1.3 粗蛋白质和粗脂肪含量测定分析

利用近红外光谱分析法测定食用豆类植物种子粗蛋白和粗脂肪含量［10］，具体如下：选取表1中饱满、无病害的当季食用豆类植物种子，使用JA5003B型电子天平分别称量种子约50 g，使用波通DA7250近红外光谱分析仪测定每份种子的粗蛋白质含量（%）和粗脂肪含量（%），每份品系材料测定3次。蛋脂含量为蛋白质含量和脂肪含量总和。

1.4 数据分析

利用SPSS22.0软件进行粗蛋白质、粗脂肪含量和蛋脂总含量的描述性统计分析，主要计算了平均值、最大值、最小值、标准差和变异系数，其中变异系数/%=（标准差/平均值）×100%，运用Origin软件进行箱型图的绘制。此外，利用R软件对50份豆类材料的蛋白、脂肪以及蛋脂总量进行聚类分析［11］。本试验分析所用统计方法参考文献［12］的试验统计方法。

2 结果与分析

2.1 不同食用豆类植物种子粗蛋白质含量

10种食用豆类植物种子粗蛋白质含量和描述性统计如表2和表3所示，食用豆类植物种子富含丰富的蛋白质，其含量从最低的28.09%（DD-12）到最高的44.80%（JD-842）。通过比较不同种类豆类种子间的差异，结果显示豇豆和菜豆种子粗蛋白质含量均超过40%，其中豇豆为42.80%，菜豆为40.96%；刀豆、红小豆、藜豆种子粗蛋白质含量最低，均低于38%，其中刀豆最低；荷包豆、豌豆、扁豆、饭豆、绿豆粗蛋白质含量在38%～40%之间。此外，除了刀豆种子粗蛋白质含量变幅（13.32%）较大外，其他豆类植物种子粗蛋白质变幅均较小（6%以内），说明豆类植物种子蛋白质遗传多样性较为稳定，蛋白质整体水平较高。

表2 10种食用豆类植物种子粗蛋白质含量Tab.2 The crude protein content of 10 kinds of edible legume seeds /%

表3 10种食用豆类植物种子粗蛋白质含量描述性统计Tab.3 Descriptive statistics of crude protein content in 10 kinds of edible legume seeds /%

2.2 不同食用豆类植物种子粗脂肪含量

10种食用豆类植物种子粗脂肪含量如表4和表5所示，食用豆类植物种子中粗脂肪含量变幅较大，其含量从最低的1.52%（SJ-15）到最高的26.90%（DD-12）。通过比较不同豆类种子的差异，结果显示荷包豆、饭豆、刀豆、藜豆种子的粗脂肪含量均超过10%，藜豆和刀豆种子粗脂肪含量最高，平均值分别为16.42%和16.23%；绿豆、菜豆、豇豆、红小豆、豌豆、扁豆种子的粗脂肪含量均低于10%，其中绿豆种子粗脂肪含量仅为2.84%。此外，绿豆、扁豆、红小豆、饭豆种子粗脂肪含量的变异系数较小（6.56%～20.24%），说明这几种豆类植物种子粗脂肪含量遗传多样性相对不足；豌豆、荷包豆、豇豆、刀豆、菜豆种子粗脂肪含量的变异系数较大（28.98%～67.46%），说明这几种豆类植物种子脂肪含量具有丰富的遗传多样性。

表4 10种食用豆类植物种子粗脂肪含量Tab.4 The crude fat content of 10 kinds of edible legume seeds /%

表5 10种食用豆类植物种子粗脂肪含量描述性统计Tab.5 Descriptive statistics of crude fat content in 10 kinds of edible legume seeds /%

2.3 不同食用豆类植物种子蛋脂含量

如表6和表7所示，10种食用豆类植物种子蛋脂总量均超过40%，其含量从最低的40.04%（WD-10）到最高的55.73%（LD-12）。通过比较不同豆类间的差异，结果显示藜豆和饭豆种子蛋脂含量均超过50%，其中藜豆为54.12%，饭豆为52.17%；红小豆、绿豆和豌豆种子蛋脂含量较低，均低于45%；菜豆、扁豆、豇豆、荷包豆、刀豆蛋脂含量在46%～50%之间。此外，所有食用豆类植物种子蛋脂含量变幅均在10%以内，说明豆类植物种子蛋脂含量的遗传多样性较为稳定，整体水平较高。

表6 10种食用豆类植物种子蛋脂含量Tab.6 The protein-fat content of 10 kinds of edible legume seeds /%

表7 10种食用豆类植物种子蛋脂含量描述性统计Tab.7 Descriptive statistics of protein-fat content in 10 kinds of edible legume seeds /%

2.4 10种食用豆类植物种子粗蛋白质、粗脂肪和蛋脂总量聚类分析

根据粗蛋白质、粗脂肪和蛋脂总量对10种不同食用豆类植物共50个品系进行聚类分析，结果如图1所示，50份材料可分为3个品系群（I、II、III）。其中品系群I数量最多，包含33份材料，其特点是粗蛋白质含量高（平均为39.3%），粗脂肪含量低（平均为5.78%），蛋脂含量中等水平（平均为45.10%）。品系群I内部还能进一步细分，如大多数小豆（XD）和豌豆（WD）能聚为一类，绿豆（LVD）能聚为一类，豇豆系（JD）和部分菜豆（SJ）能聚为一类，扁豆（BD）和部分豌豆（WD）能聚为一类。16份材料划分为品系群II，主要包含藜豆（LD）、饭豆（FD）、刀豆（除了DD-12和DD-10外）以及荷包豆（HB-04、HB-03）和扁豆（BD-07），其特点是粗蛋白质含量适中（平均为37.75%），粗脂肪含量和蛋脂含量高，其中粗脂肪含量平均为14.36%，蛋脂含量平均为52.12%。品系群Ⅲ为刀豆DD-12，其特点为粗脂肪含量最高，达到26.90%，蛋脂含量为54.99%，粗蛋白质含量最低，仅为28.09%。

图1 10种食用豆类植物种子粗蛋白质、粗脂肪和蛋脂总量聚类分析Fig.1 Cluster analysis of protein,fat，and total protein-fat of 10 kinds of edible legume seeds

2.5 食用豆类植物种质优异资源的筛选

单从蛋脂总量来筛选，50份食用豆类植物品系中有8份可作为优异资源，其蛋脂总量超过53%，分别是DD-12、DD-08、HB-04、LD-01、LD-09、LD-12、LD-13、FD-04。此外，高蛋白质含量的品系材料有3份，分别是JD-812、JD-842、JD-848。高脂肪含量的材料有5份，分别是DD-12、DD-09、LD-01、LD-12、LD-13。

3 讨论

目前，世界范围内都面临着蛋白质资源紧缺问题，此矛盾在我国尤为突出［13］，发展植物性蛋白是解决我国营养、安全问题的重要措施之一。2006年，我国正式启动“双蛋白”工程项目，2017年，国务院将“双蛋白”工程列入国民营养计划，旨在通过提高现有蛋白质资源的利用率，积极发掘与利用新的蛋白质资源来缓解我国蛋白质资源短缺难题［13-14］。其中，我国食用豆类植物种类繁多、栽培面积广，是重要的优质植物性蛋白来源［3］。食用豆类植物种子中还含有一定量的脂肪，如大豆种子中的脂肪含量为20%左右，也是植物性油脂的重要来源之一［9，14］。食用豆类是国际贸易中的大宗商品之一，从事食用豆类进出口的国家有150多个，每年进出口量达600多万吨，出口国以法国、美国、中国、土耳其四国为主［15］。目前国际食用豆类贸易十分活跃，我国每年出口的食用豆类有蚕豆、豌豆、绿豆、小豆、扁豆、菜豆、豇豆等［15-16］。本研究收集到豇豆、菜豆、扁豆、饭豆等10种常见的食用豆类植物种质资源各5份，通过田间和室内试验，对10种食用豆类植物种子粗蛋白和粗脂肪进行了精确测定，结果显示10种食用豆类品系植物种子蛋白质遗传多样性较为稳定，蛋白质整体水平较高，平均粗蛋白质含量为38.6%，其中豇豆和菜豆种子蛋白质含量较高，均超过40%；刀豆、红小豆、藜豆种子蛋白质含量较低，而荷包豆、豌豆、扁豆、饭豆、绿豆蛋白质含量中等，与前人报道的结果相一致［17］。与蛋白质含量不同的是，食用豆类植物种子中脂肪含量相对较低，平均为8.9%，且其脂肪含量变幅较大，其中最低的仅为1.52%，而最高的能达到26.90%，具有丰富的遗传多样性。其中藜豆和刀豆种子脂肪含量最高，均超过16%；绿豆种子脂肪最低，仅为2.84%。综合考虑蛋白质和脂肪总含量，显示豆类植物种子蛋脂含量的遗传多样性较为稳定，整体水平较高，其中藜豆和饭豆种子蛋脂含量均超过50%；红小豆、绿豆和豌豆种子蛋脂含量较低，均低于45%。根据蛋白、油脂和蛋脂总量对10种不同食用豆类植物共50个品系进行聚类分析，可将所有材料分为3个品系群，聚类结果显示大多数同种的豆类品系能聚在一起，但依旧有一些不同种类的材料聚为一类，说明不同食用豆类品种种子营养品质性状具有一致性和差异性。为进一步开发食用豆类植物营养物质提供了一定的理论依据。