全 文 ：园艺学报，2015，42 (11)：2163–2173.
Acta Horticulturae Sinica
doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0130；http：//www. ahs. ac. cn 2163
收稿日期：2015–07–06；修回日期：2015–10–22
基金项目：农业部‘948’项目（2011-G1-17）；湖北省科技平台项目（鄂科技通[2011]第 101 号）；武汉市科技攻关项目（201250499145-11）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：ccy@jhun.edu.cn）
不同菜豆品种 4 种抗营养因子水平差异分析
尚 蕊，吴 华，郭 瑞，刘 琴，潘 磊，李佳楠，胡志辉，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，武汉 430056）
摘 要：菜豆中植物凝集素、皂苷、胰蛋白酶抑制剂和植酸等抗营养因子是引起菜豆食物中毒的内
源物。以 56 份食荚菜豆品种为材料，测定了鲜荚中 4 种抗营养因子含量或活性。结果表明，供试菜豆品
种群体 4 种抗营养因子水平均存在极显著差异。植物凝集素含量（均值为 1.743 mg · g-1）和胰蛋白酶抑制
剂活性（均值为 1.680 mg · g-1）变异系数均在 100%以上，品种频率分布曲线主峰明显，但在极高和极低
区域均有品种间断分布，出现了品种水平的数量等级差异；皂苷含量（均值为 3.730 mg · g-1）和植酸含量
（均值为 3.102 mg · g-1）变异系数均低于 41%，品种频率分布曲线呈近正态分布，主峰明显，双尾有低频
率连续分布。相关分析表明，植物凝集素含量与胰蛋白酶抑制剂活性呈极显著正相关。聚类分析将供试
56 份菜豆品种划分为 3 个品种群，近 80%品种聚于抗营养因子中等水平品种群，近 12%品种居于较低水
平。由于菜豆植物凝集素是食用致毒性的主要内源物，同时其和胰蛋白酶抑制剂等均与菜豆田间抗病虫
性密切相关，预示着筛选出极低水平植物凝集素的菜豆品种是可行的，但同时可能会降低其田间抗病虫
性。
关键词：菜豆；植物凝集素；皂苷；胰蛋白酶抑制剂；植酸；遗传变异
中图分类号：S 643.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2015）11-2163-11

The Diversity of Four Anti-nutritional Factors in Kidney Bean
SHANG Rui，WU Hua，GUO Rui，LIU Qin，PAN Lei，LI Jia-nan，HU Zhi-hui，and CHEN Chan-you*
（School of Life Sciences，Jianghan University，Hubei Province Engineering Research Center for Legume Plants，Wuhan
430056，China）
Abstract：Anti-nutritional factors such as lectins，saponin，trypsin inhibitor and phytic acid are
endogenous substances in kidney bean（Phaseolus vulgaris L.）. In this study，the contents or activities of
these four anti-nutritional factors in fresh pods were detected in 56 selected cultivars. The results revealed
significant difference of each factor in the tested cultivar population. The mean value of lectin content and
the activity of trypsin inhibitor was 1.743 mg · g-1 and 1.680 mg · g-1 respectively. Their coefficients of
variation（CV）were both more than 100% and each of the cultivar frequency distribution curve showed a
main peak，but the discontinuous distributions in the extremely high and low areas indicate hierarchic
cultivars. However，the content of saponin（mean value 3.730 mg · g-1）and phytic acid（mean value 3.102
mg · g-1）were with CV less than 41%. Each showed a main peak in its normal distribution curve and low
frequency continuous distribution in dual tails. Meanwhile，statistic analysis demonstrated a positive

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The diversity of four anti-nutritional factors in kidney bean.
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correlation between the lectin content and trypsin inhibitor activity in fresh pods. Furthermore，all tested 56
cultivars clustered into three groups based on their level of four anti-nutritional factors，80% of them into
medium level group，12% of them into low level group. The endogenous edible toxic compounds，such as
lectin and trypsin inhibitor，are closely related to the insect resistance in field. This study suggested that it
is possible to screen the cultivars contain less lectin and other factors but with reduced the pest resistance
in field.
Key words：kidney bean；Phaseolus vulgaris；lectin；saponin；trypsin inhibitor；phytic acid；genetic
variation

菜豆（Phaseolus vulgaris L.）分为食荚菜豆和粮用普通菜豆。食荚菜豆营养丰富，低脂肪高蛋
白，并富含矿物质以及多种维生素，是世界性重要作物。由于菜豆中存在一些内源致毒物质，尽管
烹饪过程中的高温可以使毒物失活，但食用中毒事件仍有发生（张昕 等，2010）。其毒物导致人体
四肢麻木，烧灼型胃疼，头痛、胸闷等神经系统症状，严重者昏迷，甚至造成心肾肝多脏器损害或
猝死（李明 等，1998）。
研究表明，菜豆中含有植酸（ODeli & Savage，1960）、植物凝集素（Weder et al.，1997；Vasconcelos
& Oliveira，2004）、胰蛋白酶抑制剂（Angela & Domenico，2003）和皂苷（姚云艳 等，2006）等
特殊化学成分，它们属于抗营养因子（或称败质因子），是菜豆内源毒性的主要物质基础，但对其水
平状态及其种质间遗传变异报道较少，仅有对几个品种的少量指标的分析（娄在祥和王洪新，2008；
李笑梅和张娜，2009），需要深入探究菜豆种质去毒的科技途径，以有效根除食用菜豆可能中毒这一
食物安全隐患。
本研究中选取具代表性的 56 个菜豆品种为材料，通过测定其商品成熟荚中植物凝集素、皂苷、
胰蛋白酶抑制剂和植酸的含量或活性，分析菜豆群体抗营养因子的水平分布及其遗传变异和相关性，
旨在为筛选低毒或无毒菜豆品种提供依据，进而开发出没有食用安全隐患的菜豆品种，促进菜豆产
业发展和食用安全。
1 材料与方法
1.1 植物材料
分别于 2012 年和 2013 年春季在江汉大学湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心试验大田
（位于湖北省武汉市蔡甸区永安镇，E113°47′，N30°30′）开展了菜豆品种资源比较试验，共计 56
个食荚品种（其编号、名称、来源地和特性分别列于表 1）参试。
1.2 取样制样
试验采用随机区组设计，重复 3 次。每个小区 10 m × 1.6 m，株行距 0.25 m × 0.85 m，小区面
积为 16 m2。试验场地土壤肥力均匀一致，每年 3 月 23 日地膜覆盖播种，栽培管理按照当地常规技
术进行。观察农艺性状，5 月 1 日后观察开花结荚情况。选取开花后 15 d 的鲜荚作为试验材料，从
每个品种每个试验小区随机选取若干豆荚作为 1 份样品，共计 168 份样品，供测试其植物凝集素含
量、总皂苷含量、胰蛋白酶抑制剂活性和植酸含量。

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表 1 56 个菜豆品种来源及主要性状特征
Table 1 Source and main characteristic of 56 cultivars of kidney bean
来源地
Source
编号
Accession
名称
Name
主要性状特征
Characteristic
天津，蓟县 Jixian，Tianjin 1 新双青王四季豆
Xinshuangqingwang Kidney Bean
早熟，蔓生，绿荚 Early maturity，trailing，green pod
广西，南宁 Nanning，Guangxi 2 白籽四季豆 Baizi Kidney Bean 中熟，蔓生，绿荚 Medium maturity，trailing，green pod
辽宁，辽阳 Liaoyang，Liaoning 3 春秋大紫袍 Chunqiu Dazipao 中熟，蔓生，紫荚 Medium maturity，trailing，purple pod
4 97-5 架豆王 97-5 Jiadouwang 早熟，蔓生，绿荚 Early maturity，trailing，green pod
河北，辛集 Xinji，Hebei 5 金龙王 Jinlongwang 早熟，蔓生，绿荚 Early maturity，trailing，green pod
河北，石家庄 Shijiazhuang，
Hebei
6 抗热架豆 Kangre Jiadou 早熟，蔓生，白荚 Early maturity，trailing，white pod
湖北，武汉 Wuhan，Hubei 7 红花四季豆 Honghua Kidney Bean 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
河北，阳原 Yangyuan，Hebei 8 白不老 Baibulao 早熟，蔓生，白荚 Early maturity，trailing，white pod
湖北，武汉 Wuhan，Hubei 9 九粒白 Jiulibai 早熟，蔓生，白荚 Early maturity，trailing，white pod
北京，怀柔 Huairou，Beijing 10 经典白丰王 Jingdian Baifengwang 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
河北，辛集 Xinji，Hebei 11 金束鹿 97-5 Jinshulu 97-5 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
辽宁，辽阳 Liaoyang，Liaoning 12 精选 97-5 Jingxuan 97-5 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
辽宁，锦州 Jinzhou，Liaoning 13 绿宁白芸 Lüningbaiyun 早熟，蔓生，白荚 Early maturity，trailing，white pod
湖北，武汉 Wuhan，Hubei 14 泰国架豆王 1 号
Thailand Jiangdouwang 1
早熟，蔓生，绿荚 Early maturity，trailing，green pod
辽宁，沈阳 Shenyang，Liaoning 15 九粒红 Jiulihong 中熟，蔓生，紫荚 Medium maturity，trailing，purple pod
辽宁，辽阳 Liaoyang，Liaoning 16 超级白大架 Chaoji Baidajia 中熟，蔓生，白荚 Medium maturity，trailing，white pod
17 特级十粒长 Teji Shilichang 早熟，蔓生，紫荚 Early maturity，trailing，purple pod
湖北，武汉 Wuhan，Hubei 18 WS5 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
19 WS11 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
20 WS20 中熟，蔓生，白荚 Medium maturity，trailing，white pod
21 WS21 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
22 WS22 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
23 WS23 中熟，蔓生，白荚 Medium maturity，trailing，white pod
24 WS24 中熟，蔓生，紫荚 Medium maturity，trailing，purple pod
25 WS25 中熟，蔓生，白荚 Medium maturity，trailing，white pod
26 改良九粒白 Gailiang Jiulibai 中熟，蔓生，白荚 Medium maturity，trailing，white pod
27 春秋无架四季豆
Chunqiu Wujia Kidney Bean
中熟，矮生，绿荚 Medium maturity，erection，green pod
28 新选绿龙架豆
Xinxuan Lülong Jiadou
中熟，蔓生，绿荚 Medium maturity，trailing，green pod
29 原种地豆王 Yuanzhong Didouwang 中熟，矮生，白荚 Medium maturity，erection，white pod
30 泰国架豆王 2 号
Thailand Jiadouwang 2
中熟，蔓生，绿荚 Medium maturity，trailing，green pod
31 架豆王 6 号 Jiadouwang 6 中熟，蔓生，绿荚 Medium maturity，trailing，green pod
美国 America 32 Garden Bean Gold Rush 早熟，矮生，浅绿荚 Early maturity，erection，light green pod
33 Garden Bean Blue Lake 274 早熟，矮生，浅绿荚 Early maturity，erection，light green pod
34 Garden Bean Blue Lake Stringless 晚熟，蔓生，绿荚 Late maturity，trailing，green pod
35 Garden Bean Improved Tender Green 早熟，矮生，浅绿荚 Early maturity，erection，light green pod
36 Garden Bean Kenducky Wonder 晚熟，蔓生，绿荚 Late maturity，trailing，green pod
37 Bean State Half Runner 早熟，蔓生，绿荚 Early maturity，trailing，green pod
38 Bean White Rice 中熟，矮生，浅绿荚 Medium maturity，erection，light green pod
39 Bean Mayflower 晚熟，蔓生，浅绿荚 Late maturity，trailing，light green pod
40 Bean Saint Esprit A Oeil Rouge 中熟，矮生，浅绿荚 Medium maturity，erection，light green pod
41 Bean Contende 中熟，矮生，浅绿荚 Medium maturity，erection，light green pod
42 Bean Royalty Purple Pods 中熟，矮生，紫荚 Medium maturity，erection，purple pod
英国 England 43 Cobra 中熟，矮生，浅绿荚 Medium maturity，erection，light green pod
美国 America 44 Cobra 中熟，矮生，浅绿荚 Medium maturity，erection，light green pod
湖北，武汉 Wuhan，Hubei 45 97-5 架豆 97-5 Jiadou 晚熟，蔓生，绿荚 Late maturity，trailing，green pod
辽宁，沈阳 Shenyang，Liaoning 46 923 晚熟，蔓生，浅绿荚 Late maturity，trailing，light green pod
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续表 1
来源地
Source
编号
Accession
名称
Name
主要性状特征
Characteristic
辽宁，沈阳 Shenyang，Liaoning 47 大紫袍 Dazipao 中熟，蔓生，绿荚 Medium maturity，trailing，green pod
48 白籽四季豆 Baizi Kidney Bean 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
49 红花四季豆 Honghua Kidney Bean 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
50 紫架豆王 Zijiadouwang 早熟，蔓生，紫荚 Early maturity，trailing，purple pod
51 紫玉 Ziyu 早熟，蔓生，紫荚 Early maturity，trailing，purple pod
52 芸豆 Yundou 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
云南，昆明 Kunming，Yunnan 53 强丰 15 号 Qiangfeng 15 中熟，蔓生，浅绿荚 Medium maturity，trailing，light green pod
54 泰国架豆王 3 号
Thailand Jiadouwang 3
晚熟，蔓生，浅绿荚 Late maturity，trailing，light green pod
55 泰国无筋豆 Thailand Wujindou 晚熟，蔓生，浅绿荚 Late maturity，trailing，light green pod
56 红花四季豆 Honghua Kidney Bean 早熟，蔓生，浅绿荚 Early maturity，trailing，light green pod
1.3 检测方法
1.3.1 植物凝集素含量测定
取兔静脉血，配制成红细胞 2 × 108 · mL-1 的悬液；取 0.5 mg · mL-1 的凝集素溶液（PHA 溶液），
经倍比稀释成 8 个浓度梯度作为标准溶液，用酶标法测定其对兔红细胞的凝集效应，绘制凝集标准
曲线。分别将每份菜豆鲜荚打碎成浆，称取匀浆 10 g，加入磷酸盐缓冲液（PBS 溶液，0.075 mol · L-1，
pH 7.2）定容至 10 mL，4 ℃摇床振荡浸提 24 h，8 000 r · min-1 离心 10 min。取上清液作为待测样
液。每份菜豆鲜荚样品分别提取 3 次，酶标法测定其吸光值，代入标准曲线计算植物凝集素含量。
1.3.2 总皂苷含量测定
菜豆鲜荚浆液用 70%乙醇提取 4 h，过滤后蒸干乙醇，按 1∶3 的比例加入纯水和水饱和正丁醇，
摇床振荡 15 min，静置萃取 2 h，上层溶液即为待测样液。每份菜豆样品分别提取 3 次。取 40 μL
水饱和正丁醇上清液移入酶标板微孔中，蒸干正丁醇，加入 20 μL 5%香草醛—冰乙酸，80 μL 高氯
酸，60 ℃水浴 15 min，冰浴 5 min，加入 200 μL 冰乙酸。酶标仪分别测定 530 nm、560 nm 和 590 nm
波长处吸光度值，得出 A = OD560–1/2（OD530 + OD590）。以齐墩果酸为标准品（娄在祥和王洪新，
2008；李笑梅和张娜，2009），经上述相同步骤处理测得数据绘制标准曲线。
1.3.3 胰蛋白酶抑制剂活性测定
称取 3 g 菜豆鲜荚匀浆，加入 50 mL 蒸馏水，室温搅拌提取 30 min，离心 10 min，取上清液加
入截留率为 50 kD 的超滤管进行超滤，超滤过膜液为样品溶液。每份菜豆鲜荚样品分别提取 3 次。
将 27.0 mg 胰蛋白酶溶于氯化钙盐溶液中，定容至 100 mL，作为储备液；在空白管中加入 3 mL 蒸
馏水，标准管中加入 5 mL 苯甲酸–L–精氨酸–对硝基苯胺（L-BAPA）溶液，置于 37 ℃水浴中
10 min，分别加入 1 mL 胰蛋白酶储备液，空白管中加入 2 mL 浓度为 5.3 mol · L-1 的乙酸溶液，两管
于 8 000 r · min-1 离心 10 min。以水作参比调零，410 nm 波长下测定上清液吸光度。其中标准管测定
值和空白标准管测定值的差异（Ar–Abr）应在 0.380 ± 0.050 范围内；样品测定包含样品管和样品
空白对照管，两管中将上述胰蛋白酶活性检验加入的水溶液换成样品溶液即可，其他处理步骤相同。
样品提取液的抑制百分率 i（%）=[（Ar–Abr）-（As–Abs）]/（Ar–Abr）100。式中 Ar 为标
准溶液的吸光度；Abr 为空白标准吸光度；As 为样品溶液的吸光度；Abs 为样品空白吸光度。
胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）以每克样品抑制胰蛋白酶毫克数表示。TIA（mg · g-1）=（A1 × V ×
D）/（0.019 × m × 1 000）。式中 AI =（Ar–Abr）–（As–Abs），为吸光度变化值；V 是样品提取液
体积（mL）；m 是测试样品的质量（g）；0.019 是 1 μg 胰蛋白酶在 410 nm 波长的吸光度；D 是样品
的稀释倍数。
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1.3.4 植酸含量测定
取 1.5 g 菜豆鲜荚匀浆，加入 25 mL 100 g · L-1 硫酸钠—盐酸，25 ℃振荡提取 2 h，8 000 r · min-1
离心 10 min，取上清为样品液。每份菜豆鲜荚样品分别提取 3 次。取 15 mL 样品粗提液，加入 1 mL
30 g · L-1 NaOH，加水定容至 30 mL，混匀后上离子交换柱，流速 1 mL · min-1，上样完毕后，以 0.7
mol · L-1 NaCl 溶液洗脱交换柱，收集洗脱液定容于 25 mL 试管中备用。配制浓度为 1.4 mg · mL-1 的
植酸钠溶液，制备 8 个浓度梯度的标准液；待测溶液加入 2.5 mL 三氯化铁—磺基水杨酸反应液（15
g 磺基水杨酸、1.5 g FeCl3，蒸馏水溶解并定容至 500 mL，作为储备液，使用前稀释 10 倍）和 2.5 mL
水，混匀，3 000 r · min-1 离心 10 min。放置 20 min，500 nm 测定吸光度。
1.4 数据统计分析方法
数据整理均通过 Excel 中数据分析软件完成。方差分析、相关分析及聚类分析均通过 DPS 7.05
软件完成。方差分析时，采用完全随机设计，逐个对单因素进行 Duncan’s 新复极差法分析。对 4 种
抗营养因子两两间分别作直线相关分析。对 4 项指标的数值分别作标准化处理（无量纲化，使其具
可比行），依据品种和 4 项指标标准化数值建立数据矩阵（共 56 行，4 列），通过 DPS 软件，采用
欧氏距离之离差平方和法进行聚类，得到品种聚类分析图。
2 结果与分析
2.1 菜豆 4 种抗营养因子水平测定结果与分析
2012 年和 2013 年供试的 56 个菜豆品种间 4 种抗营养因子高低水平基本一致，2013 年春季试验
测定结果列于表 2。方差分析表明，菜豆品种群体的 4 种抗营养因子水平差异均极显著，表现出明
显的种质特异性和遗传多样性。
植物凝集素含量在菜豆品种间变异明显，其均值为 1.743 mg · g-1，变异系数达到 108.898%（表
2）。含量最高（10.850 mg · g-1）的是引自美国的 40 号品种，最低（0.025 mg · g-1）的为湖北武汉的
97-5 架豆（45 号）。基于植物凝集素含量水平的菜豆品种频率分布曲线总体呈现出非连续性（图 1，
A），但是主峰非常明显，即绝大多数品种（48 个，占 85.71%）分布在均值左右（0.5 ~ 2 mg · g-1），
且呈连续分布。同时还可以看出，偏高（4 ~ 5 mg · g-1）和极高（9.8 mg · g-1 以上）区域分别间断分
布有 3 个和 2 个品种；极低区域（0.5 mg · g-1 以下）分布有 3 个品种。可见菜豆品种植物凝集素常
规水平在 1.743 mg · g-1 左右，品种间极差很大，供试品种至少可以分为 4 个数量等级。因此既可以
选育出常规水平的品种，也有可能发掘出植物凝集素水平极低或者极高的种质作为菜豆品质遗传改
良和其他用途的资源。
56 个菜豆品种群体皂苷含量水平变幅（0.966 ~ 7.856 mg · g-1）较大，均值为 3.730 mg · g-1（表
2）。基于皂苷水平的菜豆品种频率分布曲线呈现出连续性（图 1，B），主峰较明显，80.35%的品种
分布在 2 ~ 5 mg · g-1 区域，有 10 个品种分布在高水平区域，1 个品种含量极低。
菜豆品种间胰蛋白酶抑制剂活性变异极明显，均值为 1.680 mg · g-1，变幅为 0.016 ~ 15.947
mg · g-1（表 2）。基于其活性水平的菜豆品种频率分布曲线总体呈现出非连续性（图 1，C），但是主
峰明显，48 个菜豆品种（占总数的 85.71%）在 0.1 ~ 4.0 mg · g-1 区域连续分布，有 4 个品种在高活
性（4.0 mg · g-1 以上）分布区域间断分布，也有 4 个品种分布在极低活性（0.1 mg · g-1 以下）区域。
因而，菜豆品种依胰蛋白酶抑制剂活性水平至少可以分为 6 个数量等级。
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表 2 供试菜豆品种抗营养因子含量/活性测定结果
Table 2 The results of anti-nutritional factors level of common bean cultivars tested in this study mg · g-1
编号
Accession
植物凝集素含量
Content of lectin
皂苷含量
Content of saponin
胰蛋白酶抑制剂活性
Activity of trypsin inhibitor
植酸含量
Content of phytic acid
1 1.462 ± 0.009 2.623 ± 0.017 2.522 ± 0.027 3.215 ± 0.005
2 1.439 ± 0.001 3.144 ± 0.029 0.709 ± 0.005 2.915 ± 0.007
3 1.706 ± 0.022 3.629 ± 0.029 0.454 ± 0.007 3.067 ± 0.005
4 0.595 ± 0.011 7.449 ± 0.049 1.009 ± 0.002 2.949 ± 0.013
5 1.463 ± 0.009 4.241 ± 0.028 0.103 ± 0.001 2.797 ± 0.012
6 4.361 ± 0.004 3.697 ± 0.113 0.745 ± 0.001 2.789 ± 0.010
7 1.162 ± 0.015 3.023 ± 0.012 1.092 ± 0.002 3.115 ± 0.020
8 0.690 ± 0.066 3.471 ± 0.065 1.863 ± 0.006 3.364 ± 0.014
9 1.096 ± 0.036 5.836 ± 0.047 0.016 ± 0.001 2.941 ± 0.007
10 0.912 ± 0.027 3.367 ± 0.043 0.792 ± 0.028 2.918 ± 0.016
11 0.736 ± 0.012 4.159 ± 0.086 0.463 ± 0.001 3.007 ± 0.019
12 1.637 ± 0.017 6.105 ± 0.100 0.818 ± 0.001 2.952 ± 0.015
13 1.318 ± 0.031 4.448 ± 0.031 0.195 ± 0.004 2.971 ± 0.020
14 1.375 ± 0.009 3.792 ± 0.024 0.055 ± 0.001 3.012 ± 0.007
15 1.460 ± 0.013 4.129 ± 0.063 4.296 ± 0.051 3.714 ± 0.028
16 1.510 ± 0.021 5.231 ± 0.089 0.020 ± 0.00 1 3.039 ± 0.018
17 1.357 ± 0.041 3.948 ± 0.018 1.031 ± 0.009 3.157 ± 0.014
18 1.318 ± 0.050 2.810 ± 0.018 2.895 ± 0.011 3.640 ± 0.002
19 1.280 ± 0.036 4.057 ± 0.087 0.416 ± 0.017 3.023 ± 0.034
20 1.653 ± 0.033 7.856 ± 0.068 0.381 ± 0.002 3.105 ± 0.003
21 1.461 ± 0.006 4.153 ± 0.069 0.355 ± 0.013 2.821 ± 0.014
22 1.770 ± 0.030 3.216 ± 0.022 0.621 ± 0.005 2.876 ± 0.007
23 1.260 ± 0.003 4.913 ± 0.059 0.030 ± 0.00 3 2.918 ± 0.008
24 1.166 ± 0.013 4.041 ± 0.022 1.849 ± 0.012 2.301 ± 0.071
25 1.329 ± 0.002 3.309 ± 0.058 1.025 ± 0.007 2.065 ± 0.018
26 0.515 ± 0.010 3.942 ± 0.069 2.088 ± 0.004 2.690 ± 0.015
27 1.338 ± 0.010 2.381 ± 0.042 0.783 ± 0.013 2.701 ± 0.007
28 0.921 ± 0.071 6.113 ± 0.085 2.294 ± 0.004 2.913 ± 0.011
29 1.454 ± 0.007 5.239 ± 0.096 2.145 ± 0.020 3.659 ± 0.030
30 1.281 ± 0.013 2.780 ± 0.055 0.199 ± 0.005 2.866 ± 0.020
31 1.279 ± 0.035 3.856 ± 0.105 0.724 ± 0.003 2.869 ± 0.004
32 1.460 ± 0.020 2.293 ± 0.015 1.807 ± 0.012 3.091 ± 0.010
33 4.999 ± 0.003 0.966 ± 0.037 0.646 ± 0.001 2.999 ± 0.005
34 1.653 ± 0.019 2.334 ± 0.016 0.591 ± 0.003 2.800 ± 0.020
35 1.707 ± 0.034 2.028 ± 0.024 0.689 ± 0.001 3.183 ± 0.024
36 1.045 ± 0.007 3.853 ± 0.044 1.011 ± 0.008 3.078 ± 0.010
37 1.540 ± 0.026 2.137 ± 0.050 1.782 ± 0.030 3.231 ± 0.006
38 9.829 ± 0.126 2.032 ± 0.054 2.500 ± 0.008 3.564 ± 0.039
39 1.229 ± 0.004 3.382 ± 0.013 1.537 ± 0.031 3.299 ± 0.016
40 10.850 ± 0.112 2.570 ± 0.043 10.000 ± 0.185 4.039 ± 0.007
41 1.337 ± 0.031 7.059 ± 0.130 7.092 ± 0.026 5.120 ± 0.053
42 1.365 ± 0.004 2.140 ± 0.034 0.331 ± 0.007 2.957 ± 0.009
43 1.736 ± 0.018 2.545 ± 0.046 1.054 ± 0.007 2.918 ± 0.015
44 4.392 ± 0.008 6.965 ± 0.032 15.947 ± 0.164 4.986 ± 0.015
45 0.025 ± 0.003 3.287 ± 0.070 0.336 ± 0.003 2.727 ± 0.041
46 1.465 ± 0.024 5.770 ± 0.039 0.194 ± 0.004 2.941 ± 0.006
47 0.900 ± 0.010 2.314 ± 0.013 1.261 ± 0.012 3.049 ± 0.003
48 1.880 ± 0.044 2.315 ± 0.035 2.925 ± 0.141 3.139 ± 0.032
49 1.372 ± 0.002 3.152 ± 0.057 2.424 ± 0.003 3.275 ± 0.006
50 1.608 ± 0.023 2.454 ± 0.066 0.622 ± 0.003 2.966 ± 0.023
51 0.673 ± 0.027 4.047 ± 0.141 2.974 ± 0.041 3.663 ± 0.010
52 1.078 ± 0.004 4.538 ± 0.035 0.753 ± 0.004 2.918 ± 0.016
53 0.429 ± 0.014 2.075 ± 0.013 1.901 ± 0.020 2.687 ± 0.013
54 0.039 ± 0.002 3.087 ± 0.013 0.362 ± 0.004 2.768 ± 0.007
55 1.718 ± 0.019 2.037 ± 0.062 0.473 ± 0.004 3.065 ± 0.007
56 0.981 ± 0.023 2.526 ± 0.012 2.851 ± 0.011 2.860 ± 0.012
极小值 Minimum 0.025 0.966 0.016 2.065
极大值 Maximum 10.850 7.856 15.947 5.120
均值 Average 1.743** 3.730** 1.680** 3.102**
变异系数/% CV 108.898 40.571 153.752 16.053
注：品种编号与表 1 中编号相一致。Note：The code of accession is the same to that listed in Table 1.
尚 蕊，吴 华，郭 瑞，刘 琴，潘 磊，李佳楠，胡志辉，陈禅友.
不同菜豆品种 4 种抗营养因子水平差异分析.
园艺学报，2015，42 (11)：2163–2173. 2169

56 个菜豆品种鲜荚的植酸含量均值为 3.102 mg · g-1，变幅为 2.065 ~ 5.120 mg · g-1，变异系数仅
为 16.053%，明显低于上述 3 项指标的变异水平，但品种间具极显著差异（表 2）。基于植酸水平的
菜豆品种频率分布曲线呈正态分布（图 1，D），主峰（低于均值 3.102）明显，85.71%的品种连续
分布于 2.7 ~ 3.7 mg · g-1 区间，曲线双尾各有 7.15%的品种分布。


图 1 基于鲜荚中抗营养因子水平的菜豆品种频率分布图
Fig. 1 Frequency distribution of kidney bean cultivars based on the levels of four anti-nutritional factors

2.2 抗营养因子相关分析结果
相关分析结果（表 3）表明，植酸与胰蛋白酶抑制剂、植物凝集素与胰蛋白酶抑制剂、植物凝
集素与植酸水平之间均呈极显著正相关，植酸和皂苷水平之间呈显著正相关，而皂苷与植物凝集素、
皂苷与胰蛋白酶抑制剂水平之间相关性均不显著。

表 3 56 个菜豆品种中抗营养因子含量/活性间的直线相关分析结果
Table 3 Correlation analysis of anti-nutritional factors content/activity
名称
Index
植物凝集素
Lectin
皂苷
Saponin
胰蛋白酶抑制剂
Trypsin inhibitor
植酸
Phytic acid
植物凝集素 Lectin 1
皂苷 Saponin 0.179 1
胰蛋白酶抑制剂 Trypsin inhibitor 0.466** 0.206 1
植酸 Phytic acid 0.365** 0.290* 0.789** 1
注：**，在 P = 0.01 水平（双侧）上显著相关；*，在 P = 0.05 水平（双侧）上显著相关。
Note：** or * demonstrates correlated extremely significantly and significantly between two indices.


Shang Rui，Wu Hua，Guo Rui，Liu Qin，Pan Lei，Li Jia-nan，Hu Zhi-hui，Chen Chan-you.
The diversity of four anti-nutritional factors in kidney bean.
2170 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (11)：2163–2173.
2.3 基于 4 种抗营养因子水平的菜豆品种聚类分析
在对抗营养因子含量/活性数据进行标准化转换后进行了 56 个菜豆品种系统聚类分析，获得了
品种聚类图（图 2）。当欧氏距离为 10 时，基于 4 种抗营养因子水平的总体相似性大小，56 份菜豆
品种可以划分为 3 个品种群。最先聚集在一起的 8 个品种构成品种群Ⅰ，即 4 号、9 号、12 号、16
号、20 号、23 号、28 号和 46 号品种，属于抗营养因子水平偏低的品种群体，均为湖北武汉当地和
辽宁辽阳收集的蔓生菜豆品种，以早中熟的白荚品种居多；品种群Ⅱ，聚集了抗营养因子中等水平
的 44 个品种，占参试品种的 78.57%，该品种群多种熟性和两种生长习性的品种都有，聚集了供试
材料中所有的 7 个紫色荚品种；品种群Ⅲ由 4 个品种构成，即 38 号、40 号、41 号和 44 号品种，均
是来自美国的中熟矮生浅绿荚菜豆品种，属于抗营养因子水平偏高的品种群体。

图 2 基于抗营养因子水平的 56 个菜豆品种聚类分析图
品种编号与表 1 中编号一致。
Fig. 2 Cluster analysis of 56 cultivars of kidney bean based on anti-nutritional factors level
The code of accessions is the same to that listed in Table 1.
3 讨论
中国是普通菜豆次级遗传多样性中心，已入库的菜豆资源有 4 900 多份（王坤 等，2009），研究
尚 蕊，吴 华，郭 瑞，刘 琴，潘 磊，李佳楠，胡志辉，陈禅友.
不同菜豆品种 4 种抗营养因子水平差异分析.
园艺学报，2015，42 (11)：2163–2173. 2171

人员主要鉴定评价了农艺性状、丰产性、熟性、抗性和一般营养成分等，育种目标也主要集中于此类
性状的改良，而有关菜豆中多种特殊化学成分的鉴定评价和低毒、无毒品种的选育研究报道甚少。开
展类似于‘双低’油菜、低植酸玉米（马磊 等，2011）等特殊化学成分的菜豆品质育种，种质自身
去毒，将有利于根除菜豆食用的安全隐患。达成目标的基础性工作就是评价菜豆种质资源的抗营养因
子水平的遗传变异，为此，既有必要建立其检测技术，使之准确、稳定、操作简便，并能在短时间内
检测大量样本，又有必要明确影响菜豆抗营养因子水平的内外因素。
本研究中选取了56份较具代表性的食荚菜豆品种，测定目前比较公认的4种抗营养因子水平（姚
云艳 等，2006），即植物凝集素、皂苷（旧称皂甙）、胰蛋白酶抑制剂和植酸。通过试验摸索后，认
为高灵敏度的酶标仪法可以快速测定多个菜豆样品中的植物凝集素含量，减少误差。与常规的血凝
法相比，可以克服不能定量（娄在祥和王洪新，2008）的问题，也更直观有效（孙册 等，1986；李
笑梅和张娜，2009）。采用酶标仪三波长法进行皂苷含量测定，短时间内能完成多个样本的测定，且
避免了分光光度计法测定时香草醛—冰乙酸显色体系不稳定这一问题（俞阗，2006）。在国标
GB/T21498-2008《大豆制品中胰蛋白酶抑制剂活性的测定 1.0》的基础上，测定菜豆胰蛋白酶抑制
剂活性，对样本溶液的制备中依据胰蛋白酶抑制剂分子量为 7 975 ~ 21 500 Da，增加了孔径为 3 和
50 kD 超滤管过滤过程，可有效去除其他大分子物质，降低干扰，使结果更为精准。此外，参照国
标 GB/T5009.153-2003 植物性食品中植酸的测定方法检测菜豆植酸含量时，对震荡提取时间及提取
液进行了优化。
影响植物抗营养因子水平的因素很多，李笑梅和张娜（2009）的研究表明，9 月收获的菜豆的
血凝程度高于 6 月收获的菜豆。Angela 和 Domenico（2003）的研究表明，菜豆胰蛋白酶抑制剂含
量与种子内蛋白质含量、栽培年份以及基因型密切相关。俞阗（2006）、王宝枝等（2009）、Chang
和 Park（1980）等报道，大豆、马铃薯和人参次生代谢产物含量受栽培条件影响，此外，Lott 等（2000）
认为植物果实和种子内植酸含量与土壤中磷的水平相关。本实验室通过 2012—2014 年间试验和测定
也表明，同一品种不同年份、不同季节栽培时，成熟期豆荚中的 4 种次生代谢产物数值有所不同，
但是品种间相对水平的变化趋势基本一致。从植物内部因素看，不同部位和发育阶段抗营养因子水
平变化大。植物凝集素主要存在于种子中，豆科植物中除种子之外，叶、茎、果实和根中也分布着
一些与种子植物凝集素高度同源的植物凝集素（Herman et al.，1988）。大量论文表明，芍药（简在
友 等，2010）、桔梗（杜丽鹏，2008）、紫花苜蓿（甘智才 等，2010）等植物中胰蛋白酶抑制剂和
皂苷等存在发育时期差异和器官特异分布。本实验室曾经对菜豆叶片和豆荚中植物凝集素、植酸等
含量水平分别进行了测定，也观测到器官特异性，两器官抗营养因子水平不存在显著相关，故检测
叶片的水平难以预测豆荚的水平。
低抗营养因子水平的种质创新是蔬菜育种家追求的目标，高水平毒性蛋白等资源或可用于植物
源生物杀虫剂等的研制（Carlini & Grossi-de-Sá，2002）。李佳楠等（2015）通过不同抗营养因子水
平的菜豆品种浸提液对小鼠淋巴细胞生长影响和小鼠试验，建立了菜豆毒性预测模型，表明植物凝
集素是菜豆致毒的主要因素，胰蛋白酶抑制剂和皂苷等起次要作用。从本研究看，4 种抗营养因子
水平在 56 份种质间表现出遗传多样性，有低水平和高水平的极端种质存在。根据田间观察，从美国
引进的 40 号和 38 号等矮生菜豆品种的确具有良好的田间抗病虫性表现，故较高的抗营养因子水平
与植物抗病虫性可能相关。菜豆的植物凝集素水平与胰蛋白酶抑制剂水平呈显著正相关，因此筛选
和选育出既降低植物凝集素水平，又能维持较高田间抗病虫性的品种尚需深入研究。目前在进一步
确定低毒菜豆材料，作为选育低毒菜豆新品种的资源；而对于植物凝集素水平高的种质，可通过现
Shang Rui，Wu Hua，Guo Rui，Liu Qin，Pan Lei，Li Jia-nan，Hu Zhi-hui，Chen Chan-you.
The diversity of four anti-nutritional factors in kidney bean.
2172 Acta Horticulturae Sinica，2015，42 (11)：2163–2173.
代生物技术手段开发出植物源生物杀虫剂，以趋利避害地合理利用各种菜豆资源。

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