黑豆为豆科植物大豆[Glycine max(L.)merr]的黑色种子,又名黑大豆、乌豆。黑豆富含花色苷、异黄酮、不饱和脂肪酸,蛋白质及多种微量元素。这些功能性成分赋予黑豆补肾养血、清热解毒、活血化疲、乌发明目、延年益寿等多种保健功效,使其成为典型的药食同源食物。本研究以我国西南地区搜集的45份黑豆种质资源为研究对象,对其形态特征,化学成分及耐荫特性进行了系统评价。本研究建立了全面的黑豆品质成分分析方法,构建了黑豆耐荫性评价隶属函数,并基于多维评价系统,筛选出多个适宜于四川盆地套作种植的优质黑豆资源。同时,对黑豆耐荫特性的代谢调控机理进行了初步探讨,为黑豆种质资源的进一步开发奠定了理论基础。课题主要研究结果如下:1.黑豆种质资源性状评价研究对西南黑豆种质资源引种四川盆地后的14个农艺性状特征进行分析,结果表明,变异系数大于45%的性状有:底荚高度、平均节长、分枝数、有效荚数、最长分枝和单株产量;变异系数最小的3个性状是茎粗、生殖生长期和生育期,分别是22.02%、10.75%和5.77%。各性状间存在广泛相关,且多数达到极显著水平(P<0.01);主成分分析表明,第1主成分反映了黑豆植株形态特征,第2主成分反映了籽粒大小特征,第3主成分反映了产量特征。聚类分析表明,供试材料可以分为3类,类群Ⅰ为高产类型,类群Ⅱ可作为饲用大豆原料加以利用,类群Ⅲ可作为特用大粒黑豆的育种材料。2.黑豆种质资源的品质评价研究基于高效液相色谱质谱联用(LC-MS)、气相色谱质谱联用(GC-MS)等技术平台,建立了黑豆化学成分的定量分析方法,测定了西南黑豆种质资源中异黄酮、花色苷、脂肪酸、可溶性蛋白、可溶性多糖和总蛋白质等化学成分的含量。结果表明,供试黑豆总异黄酮平均含量为4.061 mg/g,以CQ13含量最高,达到7.256 mg/g;单一异黄酮组分以大豆糖苷含量最高,平均达到0.974 mg/g,异黄酮含量的差异性主要集中在苷元方面。花色苷平均含量为2.574 mg/g,总花色苷含量以E314最高,达到5.206 mg/g;脂肪酸平均含量为88.829 mg/g,以SCGY的含量最高,达到127.795 mg/g;其中,不饱和脂肪酸以SCGY的含量最高,达到109.693mg/g;饱和脂肪酸以QWT7含量最高,达到19.960 mg/g。可溶性蛋白含量平均值为13.711%,以QWT15的含量最高,达到21.207%;可溶性多糖平均含量为12.811%,以CQ13的含量最高,达到22.267%;总蛋白质含量平均值为40.915%,以NH20含量最高,达到48.507%。供试黑豆材料化学成分的含量差异性较大,变异明显。对引种四川雅安后黑豆种质资源的化学成分进行比较分析,结果表明,供试材料花色苷平均含量为2.756 mg/g,以E314中含量最高,为5.696 mg/g;总异黄酮平均含量为3.460 mg/g,以E21含量最高,为4.430 mg/g;蛋白质平均含量为45.113%,以C103含量最高,为48.387%;脂肪酸平均含量为56.638mg/g,以QWT43含量最高,为75.538 mg/g。西南黑豆引种后品质差异主要体现在异黄酮和花色苷方面,其特征变异明显。对化学成分含量指标进行相关性分析,结果表明,总异黄酮与乙酰基型异黄酮呈极显著正相关,脂肪酸各组分间均呈极显著正相关。聚类分析结果表明,供试材料可分为4类,类群Ⅰ为高脂肪酸种质,类群Ⅱ为高脂肪酸、低花色苷种质,类群Ⅲ为高异黄酮、花色苷和高蛋白种质,类群Ⅳ的异黄酮苷元含量最高,可作为功能型异黄酮开发种质。3.黑豆种质资源抗氧化活性评价采用铁离子还原法、水杨酸捕捉羟基自由基法、DPPH法和核黄素-NBT法分别测定了黑豆醇提物的四种常见抗氧化活性。结果表明,黑豆总抗氧化能力平均值为0.019μmol/g,以SCPJ17的总抗氧化能力为最高,达到0.041μmo1/g;DPPH清除自由基能力平均值为54.85%,以QWT31为最高,达到95.31%;OH·清除能力平均达到72.44%,以GZ11为最高,达到90.18%;O2-·清除能力平均值为51.24%,以QWT19为最高,达到92.58%;相关性分析结果表明,黑豆总抗氧化活性、DPPH清除率和超氧阴离子清除率与花色苷、异黄酮含量呈显著正相关。4.黑豆种质资源的耐荫性评价研究对正常光照与荫蔽胁迫下黑豆种质资源苗期6个生理指标进行了比较分析,结果表明,弱光胁迫对苗期黑豆胚轴长、茎干重和叶干重对其响应较大。各种质的其他性状则表现出种质差异。说明黑豆农艺性状均对荫蔽胁迫有不同程度的响应。不同耐荫型黑豆种质的根系结构对荫蔽胁迫的响应程度不同,黑豆的总根长、根表面积、总根体积、根干重等根系强度指标均表现为耐荫型>中度耐荫型>荫蔽敏感型。这表明,耐荫潜力大的黑豆,其根系更发达。对黑豆种质资源净、套作下的11个农艺性状指标进行了比较分析,结果表明,黑豆供试材料在产量性状方面具有丰富的变异,单株产量、有效荚数和总荚数的变异系数最大,分别为251.07%、176.03%和148.12%。聚类分析结果表明,供试黑豆种质可分为3大类,第Ⅰ类为套作耐荫型黑豆,第Ⅱ类为荫蔽敏感型黑豆,第Ⅲ类为中度耐荫型黑豆。采用逐步回归分析,建立了黑豆生育后期耐荫性评价模型D=-0.003+ 0.148SD + 0.102NOB + 0.065YP + 0.021SW。对生育后期11个性状特征与耐荫性综合评价值(D)进行相关性分析,结果表明,耐荫型黑豆种质资源,其茎粗、分枝数、单株产量和百粒重等性状指标更高。5.净、套作黑豆种质资源化学成分的比较研究对西南黑豆种质在净、套作种植模式下的籽粒化学成分进行了差异性比较分析,结果表明,套作模式下,蛋白质和脂肪酸含量均不同程度降低,异黄酮、花色苷含量不同程度升高。对黑豆根系指标和苗期耐荫性鉴定指标进行相关性分析,结果表明,弱光胁迫下黑豆根系结构与其耐荫性存在关联,且地上部分各耐荫性评价指标中,以光合速率与根系的关联性最大。对化学成分和生长后期耐荫性综合值(D)进行相关性分析,结果表明,化学品质中的乙酰基异黄酮、可溶性多糖、可溶性蛋白、总异黄酮、G型异黄酮、花色苷和脂肪酸均与生长后期耐荫性关系密切。