豆科的分类原因及其特征

作为豆类之家的豆科，最显而易见，也是最容易被认同的特征就是豆荚。上述这些常见的豆类，外面都有一个豆荚，剥开以后露出的就是我们熟悉的豆子。因此，在植物分类学上，就把这些豆子归属于同一个家族——豆科。

平时我们吃的各种各样的豆，如刀豆、豇豆，还有荷兰豆等，都是连着豆荚吃的，这些豆荚肉质肥厚、味道鲜美。而有些食用豆类，如黄豆、赤豆、绿豆、蚕豆、豌豆等，我们去掉了外面薄而硬的豆荚，只吃里面的豆。

图5-2　若干香豌豆品种的花冠

豆科植物全世界约有18 000种，是被子植物第三大科，除了上述可以吃的豆以外，还有很多药用、材用、观赏，或没什么用的别样的豆。无论长在树上的、结在草上的、还是挂在藤上的，甚至伸到地下的（落花生），它们都有相似的豆荚，这样的果实称作荚果。荚果是豆科植物特有的性状，虽然豆科植物众多，长相各异，广泛分布于全球，但它们的果实通常都是荚果；反过来，如果我们看到一种植物上挂着荚果时，就可以判断该植物属于豆科。

除了荚果，豆科植物的花还有哪些特点呢？

我们先以香豌豆（Lathyrus odoratus）为例，来看看豆科植物在性器官——花方面的奥秘。

香豌豆原产意大利，西西里岛是它的故乡，因其花香浓郁，是庆典上的重要装饰花材，也是香水的主要配料。它的茎叶有点像我们熟悉的豌豆，所以中文称之为香豌豆。又因上海花卉市场上的香豌豆品种很多来自日本，故又称日本香豌豆。《中国植物志》上，其中文正名为香豌豆。

香豌豆的花冠色彩艳丽，形如一只只振翅欲飞的彩蝶（图5-2、图5-3），这就是豆科植物中的一类典型花冠——蝶形花冠。

图5-3　香豌豆的蝶形花冠特写

图5-4 是香豌豆花的分解图。蝶形花冠由5 片花瓣组成，它们有一组特别的名称，图中上方最大的一片叫作旗瓣，两侧各一片叫作翼瓣，下方较小的2 片叫作龙骨瓣。豆科的蝶形花冠与蔷薇科的蔷薇花冠都由5 片花瓣组成，但蔷薇花冠的5 片花瓣大小和形状相近，顶面看它的上下、左右、斜向等都是对称的，这样的性状在植物学上叫作辐射对称。而豆科的蝶形花冠则只有沿着旗瓣中央向下一个对称轴，植物学上叫作左右对称或两侧对称。这是常见于植物花冠中的两种对称现象。

图5-4　香豌豆花各部的分解

a. 旗瓣；b. 翼瓣；c. 雌雄蕊；d. 龙骨瓣

图5-5　香豌豆花的雄蕊和雌蕊

a. 二体雄蕊与雌蕊，右面9 个结合成管，左面1 个分离；b. 分开雌蕊雄蕊，中间折弯的为雌蕊；c. （9） +1 式二体雄蕊；d. 子房、花柱和柱头；e. 子房纵切，可见胚珠

图5-4 中央是香豌豆花的雄蕊和雌蕊。豆类的雄蕊和雌蕊比较特别，图5-5 是它们的解剖图。雄蕊共有10 个，其中9个雄蕊的花丝下部合成雄蕊管，另外一个单独分离，这样的雄蕊称为二体雄蕊。雄蕊管包围着中间的雌蕊，把雌蕊单独取出，剖开子房，可以见到子房1 室，有若干胚珠着生在子房一侧，这就是边缘胎座。

拓展 5-1

豌豆与遗传规律

说到香豌豆，很容易联想到豌豆。豌豆很普通，大家都很熟悉，学过高中生物学的人也一定知道豌豆与孟德尔及遗传学的关系。

孟德尔（Gregor Johann Mendel）是奥地利的一位神父（图5-6），生于1822 年，卒于1884 年。在1856 年孟德尔34 岁的时候，他醉心于植物的杂交研究，连续对很多种植物进行了长达8 年的杂交实验，最后在豌豆的杂交实验中发现了遗传学的分离规律和自由组合规律。孟德尔也因此被誉为遗传学之父，现代遗传学的奠基人。

遗憾的是，孟德尔的伟大发现在当时并未引起多少重视，直到他过世后16 年（也就是1900 年），他的论文发表35 年之后才引起学术圈的注意和肯定，这标志着生命科学，尤其是遗传学进入了一个崭新的发展时期。

对于学习生物学的人来说，现在回过头去看孟德尔的杂交实验，可以有两点启示：(www.xing528.com)

1）孟德尔用豌豆实验取得了成功，说明生物学实验研究的材料的选择很关键。豌豆是严格的自花传粉、闭花授粉的植物，因此在自然状态下产生的后代均为纯种。豌豆的相对性状能够稳定地遗传给后代，用这些易于区分的稳定的性状进行豌豆品种间的杂交，实验结果也就很容易观察和分析。能够在豌豆实验中发现遗传规律，需要扎实的科学功底和坚持不懈的专注精神。

2）孟德尔发现的3:1 或9:3:3:1 是统计学的结果，统计学在生物学研究中很重要。田间试验的数据通常不会这样整齐，它们只是在统计学允许的误差范围内，经过统计分析后表现出来的规律。

图5-6　遗传学之父孟德尔

因此，生命现象很有趣，关于生命现象的观察、实验也是一件很有意思的事情。在第四章我们曾提到过，例外是生命现象的一个基本特征，在观察中发现例外，在研究中遭遇例外都是很有可能的。孟德尔的伟大就在于在面对各种材料的各种表现时，保持足够的兴趣和耐心，才终于在豌豆的实验中发现了生命遗传的规律。

感兴趣的读者不妨尝试一下有趣的遗传学杂交实验，比如选取我们这里介绍的香豌豆作为实验材料，在花盆里种植一些香豌豆，除了可以欣赏花的美丽外，还可以观察植物的生长过程，在花开的时候，还可以学习孟德尔的遗传学方法，对不同颜色的香豌豆做一些杂交实验。

香豌豆的品种很多，花色各异（图5-7），在进行杂交实验的时候也需要讲究一下花冠的颜色，看看它们的后代的花冠会是什么颜色。也许还要做好碰到例外的心理准备。

图5-7　香豌豆

A. 深紫色的香豌豆；B. 浅紫色的香豌豆

在豆科这个大家族中，香豌豆所在的山黧豆属（Lathyrus）有两个“近亲”，一个是豌豆属（Pisum），还有一个是野豌豆属（Vicia），这三个属都属于野豌豆族。这里我们再来看看野豌豆属的特点。

野豌豆属包括好几种田间、路边常见的具卷须的匍匐性小草本，其中一个种则是大家非常熟悉的、南北各地广为栽植的蚕豆（Vicia faba）， 图5-8、 图5-9是蚕豆的花与种子。蚕豆的花也是典型的蝶形花冠，外观上，上方最大的包在外面的那片花瓣就是它的旗瓣。蚕豆的豆荚剥开来，里面就是我们吃的蚕豆，那是它的种子。掰开种子，左右各一绿色的蚕豆豆瓣，这在植物学上叫作子叶，是蚕豆种子萌发时的营养来源。蚕豆有2 片子叶，因此它属于双子叶植物（种子只有1 片子叶的是单子叶植物，后文另做详细介绍）。蚕豆很容易萌发，只要用适当的水分浸泡，蚕豆就会萌发，萌发的蚕豆俗称发芽豆。实际上，蚕豆萌发时先突破种皮伸出来的是它的胚根，可以长到几厘米长，稍后伸出来的是胚芽。胚根是向下生长的，以后发育为根；胚芽是向上生长的，以后发育为茎和叶。所以，大家熟悉的发芽豆，至少在最初萌发的时间里，我们看到的先发出来的是它的“根”（胚根）而不是“芽”（胚芽），准确点应该叫发根豆才是。

图5-8　蚕豆的花和种子

A. 蚕豆的蝶形花冠；B. 蚕豆的2 片子叶（豆瓣）及中间尚未分化的胚芽、胚轴、胚根

豆科通常还分为3 个亚科：含羞草亚科、云实亚科和蝶形花亚科，也有不少学者主张豆科升级为豆目，3 个亚科升为独立的科。《中国植物志》仍采用豆科、分3 个亚科的体系。不过不管是3 个亚科还是3 个科，它们所包括的植物都具有一个明显有别于其他家族的共性——荚果。因此，单独作为一个科是合理的，本书遵从《中国植物志》的观点，采用豆科、下分3 个亚科的体系。

那么，豆科植物都是荚果，它的果实如此相似，其下3 个亚科又是怎么划分的呢？

与蔷薇科主要根据雌蕊及果实的差别划分为4 个亚科不同，豆科的3 个亚科在雌蕊和果实上相似性较大，主要是根据花冠和雄蕊的性状来划分的（表5-1）。

前面介绍的香豌豆和蚕豆都是典型的蝶形花冠，雄蕊为（9）+1 的型式，都属于蝶形花亚科。由此，可以归纳蝶形花亚科的特征：花瓣分离呈蝶形，雄蕊十枚九加一，子房一室为荚果。

表5-1　豆科3 个亚科的特征及代表

图5-9　刚开始萌发的蚕豆种子

a. 胚芽；b. 胚轴；c. 胚根；d，e. 子叶