木豆在中國的研究現(xiàn)狀與展望

木豆在中國的研究現(xiàn)狀與展望

梅豆是世界上最著名的食用甘薯之一，也是唯一的食用甘薯。種子含有約20%的蛋白質(zhì)、55%的淀粉和8個人體所需的氨基酸。這是人類最理想的補充食品之一，以水稻為原料。梅豆葉含有19%的蛋白質(zhì)，是大多數(shù)牛喜愛的優(yōu)質(zhì)牧草。木豆具有抗旱性、抗旱性、生長快、繁殖和栽培方便等特點。根深3米，每年固氮量為200kg。是難以造林的干熱地區(qū)的理想植被恢復(fù)和土壤改良樹種。大約1500年前,木豆從印度引入中國,在南方幾省零星種植。50年代至80年代,隨著紫膠生產(chǎn)在中國的發(fā)展,經(jīng)中國林科院資源昆蟲研究所篩選,木豆作為紫膠蟲優(yōu)良寄主植物在云南、貴州、廣西、廣東、四川、福建、湖南和海南9省區(qū)大面積種植,其中云南省最多,1989年仍保留3400hm2,其它省區(qū)種植的木豆多為當(dāng)時發(fā)展紫膠新產(chǎn)區(qū)從云南雙江等地引入。進入90年代,紫膠市場發(fā)生變化,用于紫膠生產(chǎn)的成片木豆被大肆砍伐,但作為薪材及水土保持的木豆仍保存下來。近幾年,由于在干熱河谷地區(qū)植被恢復(fù)中的突出成效,加之較多新品種從國外引入,新品種表現(xiàn)出的諸多優(yōu)良特性及新用途,木豆被再次引起重視。由于某些原因,許多研究成果過去只能內(nèi)部交流,使木豆的研究及利用難找到有關(guān)資料。本文在總結(jié)中國林科院資源昆蟲研究所已發(fā)表或因歷史原因不能公開發(fā)表的文獻及作者新近研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,綜述了中國木豆的資源狀況、主要利用方式及研究現(xiàn)狀,希望能加深對中國木豆基礎(chǔ)背景的了解,并有助于木豆在中國的發(fā)展。1云南地方木豆生產(chǎn)現(xiàn)狀及成因分析中國的木豆主要分布于南方九個省區(qū)。從60年代開始,先后有中國林科院資源昆蟲研究所、中國農(nóng)科院遺傳資源研究所、海南省農(nóng)科院及貴州省安順地區(qū)農(nóng)科所分別對云南、海南、貴州3省的木豆進行過調(diào)查,結(jié)果見表1。從已有的調(diào)查結(jié)果可看出,中國木豆種質(zhì)資源較為豐富,組成較為復(fù)雜,地方品種或類型大多生育周期長,株型高大,但未進行過籽實品質(zhì)、產(chǎn)量、抗病蟲性能等方面的改良,普遍存在產(chǎn)量低(一般750kg·hm-2左右),直接食用價值低,對病蟲害抗性弱等缺陷。對云南地方栽培木豆的調(diào)查發(fā)現(xiàn),少量百姓自行留種種植的木豆多為優(yōu)良單株后代,因此種植群體性狀較為整齊一致,花色、莢色、粒色等性狀基本純合,稍加提純擴繁即可形成新的品種進行推廣運用。而面積最廣、數(shù)量最大用于植被恢復(fù)、荒山綠化的木豆遺傳組成卻較為復(fù)雜,幾乎每一木豆林地內(nèi)均可見不同花色、莢色、粒色植株。此狀況主要成因分析為3點,一是云南種植木豆歷史較長,各種植地間往復(fù)調(diào)種,收、運種時往往將不同產(chǎn)地、不同品種木豆混裝,造成人為混雜;二是云南乃至中國未進行過系統(tǒng)的木豆選育種研究,無數(shù)次由國外引入的純合品種逐漸失去其品種特性而未得到復(fù)純;三是木豆為常異花受粉植物,天然異交率0~70%,基因重組導(dǎo)致性狀變異。2采用傳統(tǒng)的木豆使用方法和研究2.1紫膠生產(chǎn)技術(shù)傳統(tǒng)上木豆在中國最大的用途是放養(yǎng)紫膠蟲生產(chǎn)紫膠。木豆因其生長快、投產(chǎn)早、產(chǎn)膠量高、膠質(zhì)好的特性,從50年代中期就被肯定為紫膠蟲的優(yōu)良寄主樹在紫膠產(chǎn)區(qū)大面積種植,此狀況持續(xù)到80年代末,直到1989年紫膠生產(chǎn)開始進入蕭條時期。據(jù)調(diào)查,僅中國最大和最主要的紫膠產(chǎn)區(qū)云南省的8個地州市仍保留木豆3400余hm2,生產(chǎn)紫膠150萬kg。結(jié)合紫膠生產(chǎn)的實際需要,資源昆蟲研究所對木豆栽培技術(shù)及木豆放養(yǎng)紫膠生產(chǎn)技術(shù)作了大量研究。用于紫膠生產(chǎn)的木豆種植,一般采用穴播方式,株行距多為100cm×150cm。研究表明,可以通過提高種植密度,增加單位面積的宜膠枝量,使單位面積的產(chǎn)膠量提高。使用4980株·hm-2的密度,平均宜膠枝量可達80719m·hm-2。對木豆適宜放膠量的研究表明,木豆因樹形小,耐蟲力較喬木寄主差,其放膠量須嚴格控制,一般2年生木豆適宜的單株放膠量(指種膠長度與木豆有效枝長的比)為夏代1/51,冬代1/27,原膠產(chǎn)量約750kg·hm-2。木豆冬春季開花結(jié)實較多,消耗大量養(yǎng)分,而此時正值紫膠蟲生長、泌膠高峰,造成對養(yǎng)分及水分的競爭,導(dǎo)致紫膠產(chǎn)量降低,寄主樹長勢下降。侯開衛(wèi)等應(yīng)用乙烯利(0.3%)和尿素(2%)的混合水溶液噴灑木豆花蕾,可抑制開花結(jié)實,刺激萌芽更新,增多側(cè)枝,從而可提高冬代種膠的產(chǎn)量和質(zhì)量,通過人工除花蕾也有利于種膠產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。2.2木豆的生長在紫膠產(chǎn)區(qū),木豆收獲紫膠后,莖干及枝條作為薪柴利用。一般收膠后每公頃可產(chǎn)薪柴6t。據(jù)報道,木豆作為專用薪炭林,生長240d即可收獲木柴32t·hm-2。在中國南方部分山區(qū),農(nóng)民通常在荒坡、田埂及房前屋后種植木豆,收獲種子作為飼料后,砍莖干和枝條作燒柴,對緩解南方熱區(qū)農(nóng)村的能源危機起到了積極作用。2.3樹姿的選擇在南方干熱地區(qū),由于高溫干旱,土壤瘠薄,加之人為及牲畜破壞,使得植被恢復(fù)極為困難,常用的幾個灌木造林樹種如車桑子(DodonaeavisccosaJacq.)、山毛豆(TephrosiacandidaDC.)、余甘子(PhyllanthusemblicaL.)等,生長緩慢,無經(jīng)濟價值或經(jīng)濟價值較低,而木豆適應(yīng)性強,生長速度快,以1m×1m株行距直播造林,1a即可使荒山覆蓋率達80%~100%,加之具有多種用途,易被當(dāng)?shù)厝罕娊邮芎捅Ｗo,因而在許多地區(qū)作為造林的先鋒樹種。2.4u3000木豆的添加量木豆在中國作為飼料的開發(fā)研究始于90年代初。1992年中國林科院資源昆蟲所與云南農(nóng)業(yè)大學(xué)及云南省林業(yè)廳合作,利用加工后的木豆飼喂肉豬,以評價木豆籽實的飼用價值。結(jié)果表明,木豆作為豬的蛋白質(zhì)和能量飼料資源切實可行,經(jīng)過對試豬體溫、呼吸、脈膊、血液指標、內(nèi)臟指數(shù)及豬肉蛋白質(zhì)的全面檢測,添加6%~12%水平的木豆,豬的健康屬正常,日增重881g,高于國家標準的750g,料肉比3.66∶1符合國家標準。據(jù)報道,用木豆喂豬比對照組(豆餅)增重率提高12.48%;在基礎(chǔ)日糧相同的基礎(chǔ)上增加20%的木豆粉喂養(yǎng)肉用仔雞,增重率提高26.6%;用木豆加少量花生餅或大豆餅、向日葵餅配成混合飼料養(yǎng)蛋雞,也能收到很好的效果;木豆粉和葉可取代46.5%的商品飼料。2.5木豆葉抗病藥品饑荒年代,南方農(nóng)民曾種植木豆以其籽實為救荒糧食,烹煮后作為主食或添加到菜肴中食用。有的地區(qū)以木豆代替大豆制作醬油和豆腐。地方品種鮮豆粒偏澀,干籽粒有難于接受的味道,烹煮時間長,筆者測試不同顏色豆粒以開水浸燙并自然冷卻24h后之石豆比率仍高達40%以上,現(xiàn)在老百姓直接食用木豆的習(xí)慣已放棄。海南省人民醫(yī)院根據(jù)民間經(jīng)驗,用木豆治療外傷、燒傷感染和褥瘡等取得了較好療效。中國醫(yī)科院藥用植物開發(fā)研究所,研究了木豆葉抗病消炎的成分,得出11種結(jié)晶成分,鑒定為稗牡荊甙(vitexn)、水楊酸(salicylic)、三十一烷(hentricacontane)、2-羧基-3-羥基-4-異戊烯基-5-甲氧基-芪(2-carboxyl-3-hydroxy-4-isoprenyl-5-methoxy-stilbene)、蟲膝臘醇(1acerol)、3-羥基-4-異戊烯基-5-甲氧基-芪(longistylineA)、異美五針松雙氫黃酮(pinostrobin)、β-谷甾醇(stiosterol)、2-異戊烯基-3-甲氧基-5-羥基-芪(longistyleC)、柚皮素-4′(naringenin-4′)、7-二甲醚(7-dimethylether)及β-香樹脂醇(β-amyrin)。孫紹美等通過對木豆葉的有效成分木豆素(cajanin)制劑進行研究,發(fā)現(xiàn)有顯著抗炎癥作用,其作用優(yōu)于水楊酸,對毛細血管通透性有抑制作用,并有鎮(zhèn)痛作用。2.6木豆枯病和抗病品種的選擇據(jù)報道,中國的木豆病害主要有枯萎病(Fusariumoxysporumf.undum)、莖枯病(PhysalosporatucumanensisSpeg.)、不育花葉病、白粉病[Oidiopsistaurica(Lev.)Salmon]、葉斑病(Cercosporasp.)、銹病(UredocajaniSydow)等,重要的病害為根腐病、莖枯病和不育花葉病?？菸〉淖畹湫桶Y狀為:病部從主莖基部向上延伸呈黑色帶狀,劈開可見木質(zhì)部變黑;植株一半枯萎一半正常。枯萎病是最嚴重和分布最廣的疾病,流行年份造成木豆毀滅性危害,給我國紫膠生產(chǎn)帶來嚴重損失,發(fā)生于早期可導(dǎo)致100%的豆粒產(chǎn)量損失,發(fā)生于成熟期則為67%,而發(fā)生于收獲前為30%。顧紹基通過對采集于不同地方的100株枯萎病原物進行分離、純化,鑒定其病原菌為尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporumf.undum),澄清了我國紫膠界一度把木豆枯萎病的不同癥狀視為不同病害的混淆認識。莖枯病的典型癥狀為莖部的梭形病斑。莖枯病在我國較常見,云南、貴州、廣西、江西、廣東、四川有發(fā)生。由于莖枯病的發(fā)生,使有些紫膠產(chǎn)區(qū)遭受嚴重損失。作者通過對元江3年生木豆林莖枯病進行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)無病、輕度感病、中度感病、嚴重感病和感病致死植株的頻率分別為5.68%、18.04%、29.12%、24.15%、23.01%,發(fā)生率極高。不育花葉病的主要癥狀為:植株無花和莢,呈淡綠色,葉呈綠色或黑綠色病斑,植株矮小。早期(45d)感染導(dǎo)致植株完全不育,產(chǎn)量損失達100%。不育花葉病常與白粉病伴生,常見于多年生木豆。作者對84個新引進品種和24個地方類型不育花葉病調(diào)查,結(jié)果為:引進品種11個、地方類型22個未感病,感病的2個地方類型中80%以上植株未感病,由此說明地方木豆類型對不育花葉病有較強抗性;引進品種中有41個品種部分植株嚴重感病,其中2個品種全部植株嚴重感病。我國對木豆病害的防治,一般從增強樹勢提高抗病力入手,加強栽培管理,并結(jié)合化學(xué)防治。防治病害的栽培措施包括:做好施肥保水為中心的撫育,避免栽種大片純林,合理密植、避免過分郁閉,深溝高畦、雨季排水,清潔林地等。莖枯病發(fā)生初期用0.5°Be石硫合劑或0.1%~0.2%升汞水涂于患處防治。采用石硫合劑進行越冬防治,在發(fā)病初期用波爾多液,發(fā)病盛期使用粉銹靈、多菌靈(1∶1000)噴施,防治效果為80%。對木豆白粉病常用硫磺粉、托布津和石硫合劑防治。通常,地方品種對絕大多數(shù)病原有不同程度的抗性,選擇抗病品種也是防治病害的重要手段之一。據(jù)作者在云南的調(diào)查,豆莢螟[Helicoverpaarmigera(Hubner)]、豆莢野螟(MarucatestuallisGeyer)、豆芫菁(MylabrispuslutataThuuberg)和豆象(Callosobruchussp.)是危害木豆最為嚴重的昆蟲。豆莢螟、豆莢野螟危害花、莢及嫩芽,豆芫菁危害花,如不加以防治,嚴重發(fā)生地區(qū)會導(dǎo)致顆粒無收。豆象危害倉儲種子,存放2個月的木豆種子,如不加處理,嚴重時將造成100%被害。豆莢螟、豆莢野螟、豆芫菁可用菊酯殺蟲劑于初花期每10~15d噴撒1次,連續(xù)3次有較好防治效果。對豆象的防治,若種子作為食用,可裝于密封塑料袋內(nèi)太陽曝曬1周,若作為種用,則可日曬、薰蒸劑(磷化鋁及二溴化物乙烯)薰蒸或甲敵粉等拌種。張建云等對木豆貯藏方式的研究結(jié)果表明,Co60輻射劑量為3.0KGY透氣包裝處理防蟲效果最好,蟲害均值僅0.87%,未輻射而以工業(yè)用蒸煮袋密封包裝的處理蟲害均值也僅1.13%,從經(jīng)濟因素考慮,作為食品利用的木豆采取密封包裝即可達到防蟲目的。3新時期的研究3.1樣地及樣地株數(shù)對豆莢害蟲的影響1999年對云南省5個縣市8塊林地的地方栽培木豆株高、地徑、冠幅、單株莢數(shù)、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量等數(shù)量性狀進行調(diào)查分析,結(jié)果表明所有調(diào)查性狀在林地間及林地內(nèi)個體間均存在較大變異。其中株高最高達7.0m,地徑最大14.33cm,最大冠幅39m2,單株最多莢數(shù)3210莢,單株籽粒百粒質(zhì)量變幅4.5~12.6g。對豆莢蟲害狀況的調(diào)查表明,各樣地間及樣地內(nèi)單株間差異均較大,各樣地平均受害率7.74%~37.53%,變異系數(shù)44.51~107.18,單株受害豆莢百分率0~83.33%。對性狀間相關(guān)性進行分析,結(jié)果表明單株粒質(zhì)量與株高、地徑存在弱相關(guān),與單株莢數(shù)存在顯著正相關(guān)。按逐步篩選法選出單株莢數(shù)、蟲莢百分率和籽百粒質(zhì)量建立最優(yōu)三元線性回歸方程,并求得三變量通徑系數(shù)為0.8551、-0.2374和0.1799,說明單株莢數(shù)對單株產(chǎn)量貢獻最大,而蟲害造成產(chǎn)量的較大損失。3.2按顯著差異分級排序?qū)υ颇?個地點、10個種皮色地方栽培木豆的蛋白質(zhì)和淀粉含量進行分析研究,結(jié)果表明種皮色間、地點間木豆蛋白質(zhì)和淀粉含量均存在顯著差異,不同種皮色蛋白質(zhì)含量變幅20.83%~23.67%,按顯著差異等級排序為:淺褐>白花、淺灰、白>深灰、深褐、奶油>紅棕>褐,灰色與奶油色差異不顯著,但與深灰及深褐色差異顯著;地點間蛋白質(zhì)含量變幅20.73%~24.80%,且種皮色與地點交互作用顯著,蛋白質(zhì)含量最低為云縣深褐色(17.58%),最高為東川紅棕色(26.49%);淀粉含量最低為元謀褐色(46.53%),最高為永德白花色(56.35%)。結(jié)果說明云南地方栽培木豆種質(zhì)資源中蛋白質(zhì)含量變異豐富,具有從中選擇高蛋白含量品種的潛力,同時還說明蛋白質(zhì)含量受基因型與環(huán)境的雙重影響,因而從國外引入高蛋白品種時有必要為其選擇最適宜的栽培地點以保持其高蛋白含量。3.3種子蛋白質(zhì)的變化為了使木豆蛋白質(zhì)含量低于大豆的性能得以改良,易鵬等1995年進行了大豆DNA導(dǎo)入木豆的實驗。通過對導(dǎo)入當(dāng)代D0及D1、D2、D3代4代的遺傳分析結(jié)果表明:在導(dǎo)入當(dāng)代D0代的種子蛋白質(zhì)的可溶性組分相似性極高,且與受體親本相似性極高。供體中蛋白質(zhì)基因在D1代開始在受體植株的遺傳背景上表達,表達有簡單顯性及雜合性兩種方式。D2代中有5個單株不同程度地出現(xiàn)了大豆蛋白質(zhì)譜帶的滲入。D3代收集到42個材料,大多數(shù)情況下木豆種子蛋白質(zhì)含量明顯增加,最高的含量為30.88%,比受體木豆的18.58%增加了66%。該研究還表明,外源DNA在木豆植株上可進行復(fù)制,并在木豆遺傳背景中表達,顯示了從其它潛在途徑進行木豆品種選育和改良的可能性。3.4陰山山地細胞土壤木豆凍害規(guī)律從1996年開始,中國從印度、尼泊爾、澳大利亞、緬甸等國引入木豆新品種100余個,在云南、廣西、貴州、江西等省對引入品種開展了各項試驗和研究。2000年作者從引入新品種中選擇9個較有潛力的品種進行多點多重復(fù)適應(yīng)性試驗,以地方品種為對照,以籽實產(chǎn)量作評判標準,則怒江州瀘水縣試驗點為最適生長環(huán)境,在該點籽實產(chǎn)量最高的品種達3182.25kg·hm-2。該點自然條件為,經(jīng)度98°51′E,緯度25°52′N,海撥910.0m,日照時數(shù)2005.2h,年均溫20.2℃,極端最低溫4.5℃,年降雨量1011.7mm,年蒸發(fā)量1293.8mm,年均濕度67%,干燥度1.3,山地紅壤及石礫土為主。主要性狀遺傳力估算結(jié)果表明,遺傳力較高的性狀有株高(0.67)、百粒質(zhì)量(0.86)、每莢粒數(shù)(0.65)、莢長(0.43)、莢寬(0.78)等,而單株粒質(zhì)量(0.19)、單株莢數(shù)(0.09)、地徑(0.14)等遺傳力較低。1999年冬季,云南出現(xiàn)數(shù)十年不遇的低溫、霜凍天氣,對5個點、3個新引進品種及1個地方品種的木豆植株受凍情況進行調(diào)查,得出木豆對低溫耐受性的初步規(guī)律:日最低氣溫在0~-1℃連續(xù)不超過3d,木豆植株無凍害;日均溫8℃以下連續(xù)≥7d,且日最低氣溫低于0℃連續(xù)≥7d,不同品種木豆植株開始發(fā)生不同程度凍害,地上部凍死的植株部分還能萌發(fā);日最低氣溫低于0℃連續(xù)≥9d,木豆植株各品種均全部受凍害,地上部分萎蔫,受凍植株不能萌發(fā)。結(jié)果還表明,云南地方栽培木豆耐寒性較3個引進品種稍強。3.5木豆膠粘合物的制備工藝為了發(fā)展木豆在中國的新用途,作者進行了香酥木豆、木豆豆沙、淀粉、超強吸水劑等產(chǎn)品的加工工藝研究。香酥木豆采用浸泡、分選及油炸等工序加工而成,成品酥脆可口,又有木豆獨特香味。確定了各工序的工藝參數(shù)。浸泡工序:選用0.1%~2.0%NaOH溶液浸泡8~16h,再用3%~15%明礬浸泡8~16h。分選工序:0.5~0.7cm孔徑的網(wǎng)篩瀝水1~3h。炸工藝參數(shù):油溫190~220℃,油炸時間8~10min。木豆淀粉制備的超強吸水劑吸水能力達300倍。張建云等進行了木豆豆膠粘合膠合板工藝研究。結(jié)果表明,木豆豆膠制得的膠合板粘合強度為1.28~1.92MPa,稍差于大豆豆膠,但全部達到或超過GB9846-88。木豆豆膠可以代替大豆粉制作豆膠用于膠合板生產(chǎn),為膠合板行業(yè)提供新型原料,而且能簡化豆膠制備工藝,降低制膠成本。4關(guān)于績效評估4.1木豆在干熱河谷區(qū)的利用引入木豆新品種中有適宜作為新鮮蔬菜食用的品種,其鮮籽粒色澤誘人、莢大、粒大,甜度及營養(yǎng)成分均優(yōu)于青豌豆(PisumsantivumL.)(表2),是極為理想的豆類蔬菜。木豆作為新鮮蔬菜尤其是作為干熱河谷地區(qū)反季蔬菜的開發(fā)利用研究正在進行之中,此項研究將使干熱地區(qū)因缺水而于冬春季節(jié)閑置的土地得到充分利用,既可提高土地利用率,又可改良土壤,同時