豆科(學名:Fabaceae),是被子植物門中僅次于菊科和蘭科的第三大科。其形態(tài)多樣,適應性廣,是被子植物演化最成功的類群之一。根據(jù)多識植物百科數(shù)據(jù),截至2024年豆科下分為6個亞科,813屬,19325~19560種,包含大豆、綠豆、豌豆等重要經(jīng)濟作物。豆科植物全球廣布,為溫帶、半干旱區(qū)–季節(jié)性干旱區(qū)、熱帶雨林和稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)中重要的區(qū)系組成成分,甚至在最極端的生境中也有分布。熱帶地區(qū)以木本的含羞草亞科和云實亞科為主,而溫帶地區(qū)則以草本的蝶型花亞科為主。
豆科為喬木、灌木、草本或藤本;常有能固氮的根瘤;葉常互生,稀對生,葉為羽狀復葉、掌狀復葉或3小葉;花兩性,輻射對稱或兩側(cè)對稱;果為莢果,形態(tài)多樣。本科多數(shù)物種為蟲媒植物,傳粉媒介主要為蜜蜂屬,但也有少數(shù)靠其他昆蟲如螞蟻、蛾類或甲蟲傳粉,另外還有些物種的花粉由鳥類或蝙蝠傳送。
從經(jīng)濟上講,豆科植物的重要性僅次于禾本科。豆科植物貢獻了全球?27% 的作物產(chǎn)量,包含了大量具有重要經(jīng)濟價值的物種,很多物種在全球廣泛栽培利用。許多豆科植物幾千年來一直是人類的主食,與人類的進化密切相關,在當今世界,豆科植物在制造木材、油和樹脂、清漆、油漆、染料、藥品等領域具有重要的作用,同樣也是園林綠化的不可或缺的一部分。此外,豆科植物與根瘤菌共生固氮體系是自然界固氮效率最高、固氮量最大的生物固氮系統(tǒng),據(jù)統(tǒng)計,豆科植物每年可以固定17.2 × 107噸氮元素。在溫帶和熱帶地區(qū),豆科植物作為飼料和綠肥也具有獨特的重要性。?
由于棲息地喪失和人類過度砍伐,部分豆科植物正在面臨嚴峻的生存危機。在《世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄》收錄的5868種豆科植物中,有1743種保護等級在易危(VU)及易危之上,其中已滅絕(EX)的有3種,野外滅絕(EW)的有2種,還有284種極度瀕危(CR)。在中國,《國家重點保護野生植物名錄》對22類豆科植物進行保護,其中絨毛皂莢與小葉紅豆的保護等級為一級,其余沙冬青、紫荊葉羊蹄甲等20種豆科為二級保護野生植物。
起源與演化
豆科所屬的豆目(Fabales)起源可追溯到9400萬至8900萬年前,而開始多樣化則是在約7900萬至7400萬年前。豆科植物有豐富多樣的化石記錄,特別是在第三紀,這一時期的花、果、葉、木和花粉化石在許多地方都有發(fā)現(xiàn)。而最早確定屬于豆科的化石出現(xiàn)在古新世晚期。云實亞科(Cesalpinioideae),蝶型花亞科(Papilionoideae)和含羞草亞科(Mimosoideae)是傳統(tǒng)上被認為是代表豆科植物成員的3個亞科。從始新世中期到晚期的化石記錄中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這三種代表豆科主要譜系的亞科,表明現(xiàn)代豆科的大多數(shù)類群在始新世就已經(jīng)存在,并在這一時期出現(xiàn)了廣泛的多樣性。
根據(jù)分子系統(tǒng)學研究,豆科植物的祖先可能起源于白堊紀晚期一種具有三枚小葉的單葉植物,并逐漸演化出了不同的葉型和生長習性。豆科大約在6000萬年前開始多樣化,而最重要的分支大約在5000萬年前分離,其中,主要的云實亞科分支為5600至3400萬年前,而含羞草亞科基礎族群則為(4400±260)萬年前。含羞草亞科和蝶型花亞科之間的劃分可以追溯到5900萬至3400萬年前,其中蝶形花亞科基礎族群為(5860±20)萬年前。盡管每個屬內(nèi)的物種多樣化相對較晚,但仍有可能確定蝶形花亞科內(nèi)某些類群的分化年代。例如,黃芪屬(Astragalus)在大約1600萬到1200萬年前從棘豆屬(Oxytropis)中分離出來,此外,Neoastragalus 的非整倍體物種的分離始于400萬年前,印加樹屬(Inga)是蝶形花亞科的另一個屬,約有350種,在過去200萬年中似乎發(fā)生了分化。根據(jù)化石和系統(tǒng)發(fā)育的證據(jù),已有證據(jù)表明豆科植物最初是在古近紀時期沿特提斯海道(Tethys seaway,1500萬年前由特提斯洋縮減形成,或稱第二特提斯海)的干旱或半干旱地區(qū)進化而來的。
關于豆科植物與根瘤菌之間共生關系的起源與演化歷程仍處在假說階段,早期的共生關系可能不像現(xiàn)在這樣高效,并且可能僅限于特定的豆科植物和根瘤菌種類。研究表明,豆科植物在演化過程中經(jīng)歷了多次全基因組復制事件,可能為穩(wěn)定有效的固氮根瘤提供豐富的遺傳物質(zhì)基礎,也為一系列生理、生態(tài)性狀的演化提供了內(nèi)在條件。隨著時間的推移,豆科植物和根瘤菌各自演化出了專門的基因,以促進這種共生關系。隨著共生關系的不斷發(fā)展和完善,豆科植物與根瘤菌之間的相互依賴性越來越強,最終形成了高效的固氮系統(tǒng)。
詞源
豆科的學名Fabaceae由模式屬蠶豆屬學名Faba(現(xiàn)為野豌豆屬Vicia的異名)的復合形式Fab-加上表示科的等級后綴-aceae構(gòu)成。
按ICN的規(guī)定,F(xiàn)abaceae有兩個描述性互用名稱。當它取廣義時(包括傳統(tǒng)上的含羞草亞科和云實亞科)可與Leguminosae互換使用;當它取狹義的蝶形花科概念時可與Papilionaceae互換使用。但這兩個描述性互用名稱因為不能體現(xiàn)其模式,一般不建議使用。
分類
分類歷史
豆科植物亞科級一直是一個廣泛使用的中心級別。在傳統(tǒng)上習慣根據(jù)花形態(tài)的不同分為含羞草亞科、云實亞科和蝶型花亞科3個亞科。這3個亞科的首次命名是在1825年,瑞士植物學家奧古斯丁·皮拉米·德康多爾(Augustin Pyrame de Candolle)將豆科細分為四個亞目(=亞科),除了第四個“亞目”鐵木豆族(Swartzieae)外,其余3個“亞目”則為今天的亞科。1865年,英國植物學家喬治·本瑟姆(George Bentham)對這3亞科分類系統(tǒng)進行了詳細的闡述,其分類成為了隨后140年豆科植物家族分類的基礎)。
1926年,英國植物學家約翰·哈欽松(John Hutchinson)將3亞科提升至科級,而在豆科系統(tǒng)學進展的第一卷中,這三組被認為是亞科。不管等級如何,自19世紀以來,這3個類群一直是被用作是鑒定和分類豆科植物的標準,在植物學、植物區(qū)系學和分類學課程中廣泛教授,并且一直被世界各地的農(nóng)學家,園藝學家和生態(tài)學家使用。
近來的分子系統(tǒng)學研究表明,將豆科分為3個亞科的方案從進化上解讀并不合理。因為3個亞科——云實亞科、含羞草亞科和蝶型花亞科不能如實反映豆科的系統(tǒng)發(fā)育關系,含羞草亞科和蝶形花亞科被嵌入到并系的云實亞科中。2001年,在澳大利亞堪培拉舉行的第4屆國際豆科植物會議上,人們深知傳統(tǒng)的豆科分類系統(tǒng)已經(jīng)過時,但由于當時缺乏強有力的系統(tǒng)發(fā)育分析方法和證據(jù)支持,只能暫時擱置提出新的分類系統(tǒng)。會議結(jié)束后,由于豆科諸多屬的分子序列數(shù)據(jù)的增加和系統(tǒng)發(fā)育分析方法的改進,其系統(tǒng)學研究有了很大進展。然而,要想建立1個新的豆科分類系統(tǒng),即便是過渡類型,也會面臨巨大的挑戰(zhàn)。
由全世界豆科專家組成的豆科系統(tǒng)發(fā)生工作組在2013年就發(fā)表了共識性的豆科系統(tǒng)發(fā)生樹,并初步提出了3種劃分亞科的方案,分別為:豆科15個亞科的分類系統(tǒng),基于基因組分析和分子系統(tǒng)學研究結(jié)果,該系統(tǒng)將含羞草亞科和蝶型花亞科嵌入云實亞科;豆科10~12個亞科的分類系統(tǒng),它保留了含羞草亞科,但在某些節(jié)點處的系統(tǒng)發(fā)育關系不穩(wěn)定,所以隨著研究的深入可能會增加亞科的數(shù)目;豆科6個亞科的分類系統(tǒng),它將合并云實族(Caesalpinieae)分支和決明屬(Cassia)支系中所有的類群,與含羞草亞科構(gòu)成1個較大的亞科。但遲至2017年,他們才正式采納了其中的6亞科方案,發(fā)表了卡爾?馮?林奈體系的豆科分類大系統(tǒng),但仍然沒有確定族、亞族等科下等級。
下級分類
考慮到傳統(tǒng)概念的含羞草亞科和云實亞科在中國區(qū)系中屬種數(shù)均不多,6亞科方案比15亞科方案更便于中國學者應用,多識被子植物門系統(tǒng)因而接受了6亞科方案,并根據(jù)學界歷年來的研究成果完善了亞科以下、屬以上的等級系統(tǒng)。多識植物百科數(shù)據(jù)顯示,豆科共有6個亞科,813屬,19325 ~ 19560種。
上述表格內(nèi)容均來自多識植物百科與iNaturalist。
形態(tài)特征
生活型
根
根部常有能固氮的根瘤。
葉
葉常綠或落葉,通常互生,稀對生,常為一回或二回羽狀復葉,少數(shù)為掌狀復葉或3小葉、單小葉,或單葉,罕可變?yōu)槿~狀柄,有時特化為卷須;葉具葉柄或無,葉柄或(稀)小葉柄基部具葉枕,葉和葉軸常具有休眠運動;托葉和小托葉有或無,托葉有時葉狀或變?yōu)榧獭?/p>
花
花兩性,稀單性,輻射對稱或兩側(cè)對稱,通常排成總狀花序、聚傘花序、穗狀花序、頭狀花序或圓錐花序,稀單花;花被2輪;萼片(3-)5(6),分離或連合成管,有時二唇形,稀退化或消失;花瓣(0-)5(6),常與萼片的數(shù)目相等,稀較少或無,分離或連合成具花冠裂片的管,大小有時可不等,或有時構(gòu)成蝶形花冠,近軸的(adaxil)1片稱旗瓣,側(cè)生的2片稱翼瓣,遠軸的(abaxil)2片常合生,稱龍骨瓣,遮蓋住雄蕊和雌蕊;
雄蕊通常10枚,有時5枚或多數(shù)(含羞草亞科),分離或連合成管,單體或二體雄蕊,花藥2室,縱裂或有時孔裂,花粉單粒(單孢體)或常聯(lián)成復合花粉(四合體或多孢體),花粉粒三孔溝、三溝或三孔;雌蕊通常由單心皮所組成,稀較多(2-16枚)且離生,子房上位,1室,基部常有柄或無,沿腹縫線具邊緣胎座,胚珠2至多顆,懸垂或上升,排成互生的2列,為橫生、倒生或彎生的胚珠;花柱和柱頭單一(稀多枚),頂生。
果、種子
果為莢果,形狀種種,成熟后沿縫線開裂或不裂,或斷裂成含單粒種子的莢節(jié),或有時特化為翅果狀、漿果狀或核果狀莢果。種子通常具革質(zhì)或有時膜質(zhì)的種皮,生于長短不等的珠柄上,有時由珠柄形成一多少肉質(zhì)的假種皮,胚大,胚乳無或極薄。
果實類型的爭議
有不少學者認為豆科的果實并非單一的莢果,并且依據(jù)形態(tài)的差異將部分例外果型認定為其它果實類型,如“翅果”“核果”“漿果”等等。考慮到這些果實形態(tài)均源于莢果,只是一些類群為適應特殊的環(huán)境而演化出的特殊結(jié)構(gòu),而且大多數(shù)類群雖然演化出極為特殊的果實結(jié)構(gòu),但其莢果的輪廓并未發(fā)生改變。因此,多識植物百科仍然沿用傳統(tǒng)觀點,認為豆科所有類群具有單一的果實類型,即莢果,而根據(jù)不同莢果形態(tài)加定語,如“翅果狀莢果”,“核果狀莢果”等等。
分布棲息
豆科植物全球廣布,為溫帶、半干旱區(qū)–季節(jié)性干旱區(qū)、熱帶雨林和稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)中重要的區(qū)系組成成分,甚至在最極端的生境中也有分布。在非洲、南美洲和亞洲的熱帶森林中,它們是構(gòu)成物種多樣性和豐度的重要元素,在整個熱帶地區(qū),它們主宰干燥森林和熱帶稀樹大草原,同樣的情況也發(fā)生在地中海地區(qū),沙漠和溫帶地區(qū),高緯度和高海拔地區(qū)。中國有172屬,1485種;各省區(qū)均有分布。
繁殖生態(tài)
本科很多物種為蟲媒植物,傳粉媒介主要為蜜蜂,但也有少數(shù)靠其他昆蟲如螞蟻、蛾類或甲蟲傳粉,另外還有些物種的花粉由鳥類或蝙蝠傳送。一些豆科植物在演化過程中逐漸形成了適應各種傳粉者的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,如含羞草亞科和云實亞科的一些熱帶、亞熱帶種類在它們的葉柄和葉軸上常產(chǎn)生特殊的分泌腺體以吸引螞蟻;相思樹屬(Acacia)的一些種類在其莖上形成大而中空的刺,可供螞蟻居留;含羞草亞科的朱纓花(Calliandra haematocephala)和代兒茶(代兒茶屬 cinerea)的雄蕊數(shù)目較多且顏色鮮艷,以吸引傳粉者;云實亞科決明屬(Senna)植物有頂孔開裂的基著藥,適應那些能搖動花藥而取得花粉的蜜蜂;云實屬(Caesalpinia)植物花絲基部被毛,遮蓋著雌蕊和花托口部,從而避免自花授粉。蝶型花亞科的花更巧妙,代表豆科比較進化的類型,花冠向著既能保護生殖器官又能顯示其美麗以吸引昆蟲這兩個方面發(fā)展。蝶形花冠的旗通常大而開展,具有不同的色彩,便于吸引昆蟲;翼瓣在其左右兩側(cè)略伸展,成為可供昆蟲駐足的平臺;彩云閣辦背部邊緣合生,將雌雄蕊包裹在內(nèi),防止雨水或有害蟲類的侵襲。蝶形花雄蕊的花絲常合生成管狀,基部內(nèi)面有蜜腺,只容許蜜蜂類縣長口吻的昆蟲享受:有時對著旗瓣的一枚雄蕊與合成管狀的其他9枚離生,形成一缺口,便于蜜蜂深入有蜜腺的基部;而蝶形花的雄蕊也只有當昆蟲來訪,借助傳粉媒介的體重壓下龍骨辦才使得柱頭自由伸出。
豆科的傳播方式亦十分多樣。許多類群的莢果能夠彈性開裂,裂爿具有強烈的吸濕性,當果實干燥時構(gòu)成壓力,最終兩裂爿高度扭曲,并彼此分開,并擲出種子。另一些類群具高度扁平的莢果,開裂時在風中扭曲,被動擲出小種子。部分類群具硬的、不開裂莢果,種子包覆于甜至酸的果漿中,莢果落地后通過小型哺乳動物傳播,如決明屬、皂莢屬(Gleditsia)等。許多類群的果實開裂暴露鮮艷的假種皮,如牛蹄豆屬(Pithecellobium)和相思樹屬,抑或種子具鮮艷的顏色,如刺桐屬(Erythrina)和相思子屬(Abrus)的部分類群,主要通過鳥類傳播種子。亦有類群的果實通過風力傳播,它們的果實不裂,但常于一端或兩端具翅,構(gòu)成翅果狀莢果,典型的如金蝶木屬(Tipuana),黃檀屬(Dalbergia)等等。或充氣成氣球狀,如南鰾豆屬(Lessertia),亦為適應風傳播。山螞蝗屬(Desmodium)及其近緣類群莢節(jié)表面常被細微的鉤毛,易為人(衣物)畜(毛皮)攜帶而傳播。
生長習性
豆科植物擁有多種生長習性,喬木、灌木、亞灌木或草本等不同生活型均存在,且在棲息地方面有著巨大差異。比如熱帶地區(qū)以木本的含羞草亞科和云實亞科為主,而溫帶地區(qū)則以草本的蝶型花亞科為主。
根瘤菌是一種特殊的細菌,可以生活在土壤中或豆科植物根部形成的根瘤中。在根瘤中,它們與豆科植物形成一種共生關系,植物通過光合作用向根瘤菌提供能量,根瘤菌將大氣中的氮固定在根瘤中,并將其轉(zhuǎn)化為植物可以利用的形式,以支持植物的新陳代謝。根瘤菌為豆科植物生產(chǎn)氮的復雜過程稱為生物固氮。根瘤菌對缺氮土壤中的植物尤為重要。并非所有的根瘤菌都能使所有的豆科植物結(jié)瘤,特定的根瘤菌能與特定的豆科植物或豆科植物群形成共生關系。
人工栽培
大豆種子富含蛋白質(zhì)和油分,可供食用和作油料及飼料,是人類所需植物蛋白的重要來源。此章節(jié)以豆科大豆屬大豆(Glycine max)為例。
大豆生長因素
溫度
溫度是大豆生長發(fā)育的關鍵因素。在通常情況下,大豆籽粒萌發(fā)和生長所需的溫度約為10℃。溫度越高,它的生長發(fā)育就會加快,如果超出了一定的溫度范圍,它的生長發(fā)育就會被抑制。此外,過高的溫度還會對大豆籽粒的生長發(fā)育及根、莖、葉的生長發(fā)育造成不良的影響。在幼苗階段,大豆對溫度有較強的耐受性。對于各種天災均有較強的抵抗力,但僅限于特定的控制溫度。
水分
大豆有較強的耐旱性,可在短時期內(nèi)維持水分來保活。但僅有雨水對大豆的生長和發(fā)育是不夠的,尤其是大豆幼苗的成長時期,種植戶必須要進行澆水,讓大豆幼苗得到足夠的水分。另外,大豆苗期是一個根系發(fā)育的有效階段,但是由于大豆的整個根部還沒有發(fā)育完全,并且土壤對水資源的吸收也相對緩慢, 所以必須進行人為的給水。
陽光
在沒有光合作用的情況下,大豆的生長發(fā)育是不可能實現(xiàn)的,所以光照問題對于大豆生長來說十分重要。苗期是植物快速生長的階段,需要大量的太陽能。大豆幼苗的日、夜長勢因白晝、黑夜而異。在日照較強的白晝條件下,大豆苗期可以高效地進行光合作用,并生成高效的有機物質(zhì),為其迅速生長提供十分高效的營養(yǎng)物質(zhì)條件。
種植技術研究
選地和整地
外部生長環(huán)境影響大豆品質(zhì)和產(chǎn)量,應重視土地整理,根據(jù)大豆生長特點選擇適合的種植地區(qū),選擇土層深厚的沙壤土,結(jié)合大豆生長需求,精細化耕翻整地,以便改善土壤的耕層結(jié)構(gòu),有利于養(yǎng)分吸收。且選擇的種植地需要至少 3 年沒有種植過大豆,重茬或迎茬都會影響大豆的正常生長發(fā)育。為此,要合理輪作,選擇和其他農(nóng)作物輪作 3 年以上的地塊,主要輪作作物包括玉米、高粱和馬鈴薯等。
選種
優(yōu)質(zhì)的品種可以提高大豆的產(chǎn)量和質(zhì)量,提升大豆的生產(chǎn)種植效益。在選定種植區(qū)域后,要根據(jù)種植區(qū)域環(huán)境選擇大豆品種。通常應選用適宜于初霜之前數(shù)日栽培的品種,在土壤條件好、肥力充足的情況下,可以選用有一定結(jié)英能力、植株較高的品種,這種品種的抗早能力比較強。需要注意的是,在品種選擇完成后,種子還應通過無害化技術進行處理,提高種子活力,殺死種子內(nèi)部的病菌和蟲卵,提高種子發(fā)芽率。
科學播種
種植密度、厚度、單株結(jié)英數(shù)是影響大豆高產(chǎn)量的關鍵因素,在播種時要格外關注大豆植株的生長狀況,盡可能地增加單位面積內(nèi)的大豆密度,從而提高土地資源的利用率,為大豆的增產(chǎn)、高產(chǎn)打下基礎。在播種的時候,要以本地的環(huán)境條件、地理位置、品種種類為依據(jù),對播種進行科學的計劃和實施,采用等距穴播法、窄行密植播種法等,為大豆選擇最適合的、科學的播種模式,促進植株密度、個體發(fā)育狀況、群體發(fā)展等,從而使大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)得到提高。
田間管理
除草培土
在大豆生長過程中,禾本科雜草是影響其吸收養(yǎng)分的最主要原因之一。因此,在實際開展田間管理中,除草和培土工作對確保大豆健康生長起著至關重要的作用。要注意及時清除田間的雜草種子。特別是到了大豆生育后期,雜草會快速地蔓延,對大豆的生長產(chǎn)生很大負面影響,所以要做好除草工作。
補苗
為應對可能出現(xiàn)苗株枯萎的情況,須開展適當?shù)难a苗工作。一般在栽種完幼苗后7~10天,派遣專門技術人員對該地區(qū)的幼苗進行檢測,將其中一些壞死的幼苗進行標記統(tǒng)計,并開展補苗工作。在補苗期間,應及時清除雜種,并選用有土壤根系的苗株進行補苗。要比原先的苗株進行更加深人的填埋,以保證補苗的存活率。補苗工作完成后,還要進行標識和后續(xù)的復查,以保證補苗工作開展的有效性。
間苗
在補苗過程中還要開展間苗工作,間除雜苗、病苗和密苗,保留健壯苗和大苗,給強壯幼苗更多生長空間和養(yǎng)分,提高光合作用效率。需要注意的是,應該等距離間苗。要嚴格按照相關標準間苗,不能憑主觀判斷。
病害蟲防治
大豆害蟲種類繁多,其中常發(fā)性重要害蟲約 20 余種, 在整個大豆生育期均有不同程度地為害,是導致 大豆產(chǎn)量損失和品質(zhì)降低的重要原因之一。開展病蟲害防治工作是田間管理整體工作中的重要一環(huán)。加強對病蟲害的防治和控制加強對害蟲的調(diào)查研究,展開有針對性的防控工作。一般通過藥劑,可以有效地控制害蟲,但是這種方式造成的生態(tài)損害較大。因此,需要深入剖析病蟲害產(chǎn)生的原因,對其抗性種類進行深入研究,遵循“預防第一,防治結(jié)合”的治理原則,綜合采用農(nóng)業(yè)防治手段、生物防治手段、物理防治手段和化學防治手段,以減少和避免病蟲害 。
保護情況
種群現(xiàn)狀
截至2024年,共有5868種豆科植物被列入《世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄》中,其中有1387種豆科植物的種群數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢,重要代表如交趾黃檀(Dalbergia cochinchinensis),IUCN數(shù)據(jù)顯示其野外種群數(shù)量可能會在1990年代后至少下降90%;種群數(shù)量趨勢穩(wěn)定的有2405種,如紅車軸草(Trifolium pratense)和褐毛野豌豆(野豌豆屬 pannonica);而種群數(shù)量有上升趨勢的豆科植物僅有多花臺灣相思(相思樹屬 floribunda)等22種。還有1722種豆科植物因數(shù)據(jù)不足無法判斷其種群數(shù)量趨勢。
致危因素
威脅豆科植物生存的最主要因素為棲息地喪失,據(jù)IUCN數(shù)據(jù)顯示在其收錄的5868種豆科植物中,有超過3000種正受到棲息地喪失而造成的生存問題,如西班牙特有的黃芪品種Astragalus tremolsianus,其僅分布在西班牙南部的阿爾梅里亞山脈,因農(nóng)業(yè)耕地擴張導致其棲息地退化或轉(zhuǎn)化,IUCN于2011年的評估數(shù)據(jù)顯示其棲息地僅剩1km2,總種群規(guī)模估計為16000株。過度砍伐也是造成豆科植物種群數(shù)量減少的一大因素,一些豆科植物如交趾黃檀屬于優(yōu)質(zhì)的奢侈材料,能帶來巨大的經(jīng)濟效益,導致針對性的盜伐活動猖。部分豆科植物也受到自然災害影響,如,馬達加斯加的黃檀品種Tsiandalana(Dalbergia antsirananae)就面臨著野火的嚴重威脅。除此之外物種入侵、氣候變化等因素也正在威脅某些豆科植物正常的生存繁殖。
保護等級
在《世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄》收錄的5868種豆科植物中,已滅絕(EX)的有3種,分別為緣毛紅豆(Ormosia howii)、Astragalus nitidiflorus 和Streblorrhiza speciosa ;野外滅絕(EW)的有2種,分別為Arachis rigonii 和Toromiro(苦參屬 toromiro)。交趾黃檀等284種豆科植物被世界自然保護聯(lián)盟評估為極度瀕危(CR);被評為瀕危的豆科植物有包括盧氏黑黃檀(Dalbergia louvelii )等784種,被評為易危(VU)有670種;紅色名錄類別為低危(LR/cd)、近危(NT)、無危(LC)的豆科植物分別有7種、346種和3388種。還有384種豆科植物因數(shù)據(jù)不足(DD)無法進行評估。
有22類豆科植物被中國收錄于2021年發(fā)布的《國家重點保護野生植物名錄》,具體如下:
上述表格內(nèi)容均來自2021年發(fā)布的《國家重點保護野生植物名錄》。
保護措施
豆科的很多種類已被國際社會立法保護,如野豌豆屬(Vicia)于2009年被列入《糧食和農(nóng)業(yè)植物遺傳資源國際條約》(ITPGRFA)附件I ;百脈根屬(Lotus)植物 Lotus kunkelii 被列為《歐洲棲息地指令》附錄 II 中的優(yōu)先物種和《伯爾尼公約》(保護歐洲野生動植物和自然棲息地的公約)附錄 I 中的物種,其還出現(xiàn)在西班牙紅色目錄中。有些種類已進行易地保護或建立保護區(qū)進行就地保護,如百脈根屬植物Pico de El Sauzal(Lotus maculatus)就受到西班牙Paisaje Protegido Costa de Acentejo保護區(qū)的保護。部分豆科植物的種子被保存在種子銀行,如黃芪屬(Astragalus)植物Astragalus tremolsianus 的種子就儲存在安達盧西亞植物種質(zhì)資源庫(Banco de Germoplasma Vegetal Andaluz)中。
主要價值
經(jīng)濟價值
豆科具有重要的經(jīng)濟意義,它是人類食品中淀粉、蛋白質(zhì)、油和蔬菜的重要來源之一,據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織2012年發(fā)布的資料統(tǒng)計,2010年豆科作物在中國的總收獲面積達到了1765萬hm2。農(nóng)業(yè)上的豆類作物有大豆、花生(落花生屬 hypogaea)、蠶豆(Vicia faba)、豌豆(Pisum sativum)、赤豆(Vigna angularis)、綠豆(Vigna radiata)、豇豆(Vigna unguiculata)、菜豆(Phaseolus vulgaris)和扁豆(Lablab purpureus)等。中國出口的食用豆類有大豆、蠶豆、豌豆、綠豆、四季豆、蕓豆等, 均屬出口創(chuàng)匯的重要商品,,其加工制品出口價值更高。
有些豆科植物種類的枝、干和樹皮含單寧、樹膠和染料。富含單寧的豆科植物如相思樹屬(Acacia)、合歡屬(合歡屬)植物;有些含樹膠樹脂類,如柯柏膠為孿葉豆(Hymenaea courbaril)的樹干流出的樹脂,阿拉伯膠來自阿拉伯膠樹(Senegalia senegal)的樹皮。含染料的有槐花(Styphnolobium japonicum)、木藍(Indigofera tinctoria)、蘇木(云實屬 sappan)等,這些原料可用于醫(yī)藥、印染及革工業(yè)。豆科中不少種類適于放養(yǎng)紫膠蟲(Laccifer lacca),所生產(chǎn)的紫膠用作電的絕緣體和漆的原料,常用的優(yōu)良宿主樹有鐵刀木(Senna siamea)、黃檀(Dalbergia hupeana)、海南黃檀(Dalbergia hainanensis)和木豆(Cajanus cajan)等。還有些種類如毛魚藤(Derris elliptica)、厚果雞血藤(Millettia pachycarpa)和豬腰豆(Padbruggea filipes),其根部和種子含魚藤酮,為殺蟲劑的原料。
食用價值
豆科植物營養(yǎng)價值高,食用豆類的鮮嫩豆莢和籽粒可作為新鮮的蔬菜和罐頭食品的原料,在蔬菜周年供應中占有重要地位,不同季節(jié)可有不同的豆類蔬菜上市,尤其是在冬季和盛夏缺菜季節(jié),可隨時生產(chǎn)綠豆芽、大豆芽、蠶豆芽等供應市場。蠶豆、綠豆、豇豆、菜豆、木豆(Cajanus cajan)籽粒與大米或糯米搭配煮飯或做粥,可強化食品的營養(yǎng)功能,改善人們的飲食結(jié)構(gòu),提高蛋白質(zhì)的吸收率;豆類籽粒加工制成的豆制品、豆沙、豆餡、豆糕、粉絲、粉皮、豆醬、醬油、味精等,營養(yǎng)豐富,風味別致都是人們喜食的食品和調(diào)味品;食用豆類作物還可加工制成各式各樣的食品。蠶豆等還可作為脫脂牛奶的代用品;木豆、四棱豆(Psophocarpus tetragonolobus)、花生、大豆等可榨取食用油。
藥用價值
食用豆類的根、莖、葉、花、英和籽粒都可以作為藥材,長久被利用的藥材有兒茶(Acacia catechu)、番瀉葉、甘草、黃芪、苦參(Sophora flavescens)、密花豆、降香和補骨脂,民間使用的草藥則更多。《中華本草》中記載了大量豆科植物的藥性、藥理學、功能與藥效,例如其中描述黃芪藥性“味甘,性溫。歸肺、辟經(jīng)”,具有益氣升陽、固表止汗、利水消腫、耗毒生肌的功能,主治內(nèi)傷倦勞、脾虛泄瀉、肺虛咳嗽、直腸脫垂、于宮下垂、吐血、便血、崩漏、自汗自汗、水腫、血痹、癰疽難潰或久潰不斂,及一切氣虛血虧之證。番瀉葉可瀉熱通便,消積導滯,止血。主治熱結(jié)便秘、習慣性便秘、積滯腹脹、水腫臌脹、胃或十二指腸潰瘍出血。
生態(tài)價值
多數(shù)豆科植物生長迅速,抗逆性強,如抗寒、抗旱、抗高溫、耐貧瘠、固沙,較能適應惡化的土壤條件,迅速形成覆被,鋪蓋裸露地表,遮擋降雨。特別是豆科牧草,不僅枝葉茂密,可有效阻緩徑流, 攔截泥沙,且根系發(fā)達,能形成緊密的根網(wǎng),既可疏松土壤,加大滲透,又可固持土壤,抵抗侵蝕。
據(jù)研究,即使在貧瘩的荒山荒坡種植豆科植物也可以明顯改善土壤水分、土壤有機質(zhì)和土壤全氮含量,表明豆科植物可能作為綠化造林的原材料。在中國南方嚴重退化的坡地紅壤上,胡枝子(Lespedeza bicolor)作為土壤改良和水土保持植物,已取得了良好的效果。
大部分豆科物種的根受土壤中一種微生物的感染而形成根瘤,這些根瘤能固定大氣中的游離氨素,使之轉(zhuǎn)化為植物能吸收的硝酸鹽,對改良土壤、提高地力、建立生態(tài)平衡均具有重要作用。
觀賞價值
豆科植物在園林綠化中的應用及其廣泛。其中槐樹中的金枝槐(Sophora japonica)、龍爪槐(Styphnolobium japonicum)、香花槐(Robinia pseudoacacia)應用最為廣泛。金枝槐高達25m,樹皮灰褐色,具縱裂紋,是庭院常用的特色樹種,其枝葉茂密,綠蔭如蓋,適作庭蔭樹。配植于公園、建筑四周、街坊住宅區(qū)及草坪上,也極相宜,在中國北方多用作行道樹;龍爪槐對二氧化硫、氯等有毒氣體有較強的抗性,兼具防風固沙與蜜源植物的功能,是城鄉(xiāng)良好的遮蔭樹和行道樹種;富貴樹又名富貴樹,葉片綠色美觀對稱,青翠碧綠,花有濃郁芳香,可同時盛開200~500朵,非常壯觀美麗。香花槐葉繁枝茂,樹冠開闊,樹干筆直,樹景壯觀,全株樹形自然開張,樹態(tài)蒼勁挺拔,觀賞價值極佳。
危害
攝食生的或烹調(diào)、加工不充分的豆科植物可能引起中毒。研究表明,人們經(jīng)常食用的豆類(如蠶豆、刀豆、豌豆等)主要含凝血素和皂苷2種毒素。植物凝集素的毒性主要表現(xiàn)在它可以和小腸細胞表面的特定部分發(fā)生結(jié)合作用,此結(jié)合可對腸細胞的生理功能產(chǎn)生明顯的不良影響。最為嚴重的是損害胃腸 細胞從胃腸道中吸收蛋白質(zhì)、糖類等營養(yǎng)成分,從而導致營養(yǎng)素缺乏,生長抑制,嚴重時可引起死亡。皂又稱為皂毒素。其毒性主要體現(xiàn)在溶血性及其水解產(chǎn)物皂甙元的毒性。皂甙元可強烈刺激胃腸道黏膜引起局部充血、腫脹、炎癥,以致造成惡心、 嘔吐、腹痛、腹瀉癥狀。另外,菜用豆中存在的蛋白酶抑制劑、脂肪氧化酶、脲酶及植酸等有害物質(zhì)也促進了中毒的發(fā)生或者加重了中毒的癥狀。
文化延伸
中國豆類文化
流傳數(shù)千年的大豆,在中國經(jīng)歷了從野生到栽培、主食到副食、區(qū)域種植到廣泛種植的歷史變遷,并從2000年前開始流傳至世界的各個角落。現(xiàn)在,“中國豆”已身全球重要農(nóng)作物之列,成為中國特有的文化符號之一。大豆,古稱之為“菽”。《管子·戒》記載:“(齊桓公)北伐山戎,出冬蔥與戎菽,布之天下”。意思是,齊桓公帶領軍隊向北討伐山戎時,得到了冬蔥與戎菽這兩種物種,回到中原后將之推廣。“中原有菽,庶民采之”“歲聿云莫,采蕭獲菽”“黍稷重,禾麻菽麥”……我國第一部詩歌總集《詩經(jīng)》中有多處關于大豆的描寫。戎菽出北疆,豆香萬里飄。幾千年來,大豆在中國人的生活中不可或缺,也被深深“植入”到燦爛的中華文化中,許多耳熟能詳?shù)闹姼枥锒紩l(fā)現(xiàn)它的身影:曹植的“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣。”陶淵明的“種豆南山下,草盛豆苗稀。”辛棄疾的“大兒鋤豆溪東,中兒正織雞籠。”
日本豆類文化
豆類在日本的發(fā)酵飲食文化中占據(jù)著重要地位,味噌湯和由黃豆發(fā)酵而成的納豆是日本人日常的飲食中中不可缺少的。味噌是一種半固體調(diào)味料,由主要成分大豆蒸煮或煮沸,加入曲和鹽,發(fā)酵和成熟而成。關于味噌的歷史有兩種說法:一種說法是味噌是通過中國或朝鮮半島傳播到日本的,另一種說法是從彌生時代通過日本自己的鹽窖發(fā)展而來的。納豆這個詞最早出現(xiàn)在日本平安時代,相當于中國的唐宋時期。在《新猿樂集》中還有一個關于納豆的傳說:室町時代的將軍源義家出征的路上,在水戶附近休息,發(fā)現(xiàn)本來是馬的食料的煮黃豆在豆稈中發(fā)酵了,他嘗了一下,覺得很好吃,于是命臣下研究怎么做,這就是納豆起源的一般說法。進入了江戶時代,納豆被作為商品出售,日本式早餐的米飯、味噌湯、泡菜和納豆的基本形式也在這個時期固定下來,成為最典型、最普遍的日本人飲食內(nèi)容。科學家研究發(fā)現(xiàn)納豆中含有的細菌有很多益處,如可以抑制有害菌、溶解血栓等。
《杰克與豆莖》
《杰克與豆莖》是一則英國民間傳說,在歐洲家喻戶曉。故事講述了一個貧窮家庭的男孩杰克三度爬上魔豆的豆莖,盜取吃人的惡巨人財寶,并殺死巨人的故事,曾被收錄進格林童話。目前已知的最早的英文印刷版本是1807年英國出版商本杰明·塔巴特(Benjamin Tabart)(1767-1833)在《流行的童話》(Popular FairyTale)一書中收錄了《杰克與豆莖》(Jack and the Beanstalk)。
參考資料 >
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Siamese Rosewood.IUCN.2024-05-10
Astragalus tremolsianus.IUCN.2024-05-10
Tsiandalana.IUCN.2024-05-10
Yellow-vetch.IUCN.2024-05-10
Yerbamuda de Jinámar.IUCN.2024-05-10
Pico de El Sauzal.IUCN.2024-05-10
Astragalus tremolsianus.IUCN.2024-05-10
豆科Fabaceae.植物智.2024-05-10
千年“中國豆”引發(fā)的時代文化脈動 ——農(nóng)耕文化系列報道.內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府.2024-05-11
みそ(味噌).おいしさスマイル イチビキ 名古屋のみそ?しょうゆ?つゆメーカー.2024-05-11