, ,，志高，

(1.中國農科院柑橘研究所,重慶 400712；2.西南大學園藝園林學院,重慶 400715；3.西南大學食品科學學院,重慶 400715；4.大邑縣林業(yè)和園林管理局，四川成都 611330)

提高果蔬維生素C含量研究進展

龍勇1,2,孫謙1,3,馮靖媛4，孫志高1,*，白小鳴1，3

(1.中國農科院柑橘研究所,重慶 400712；2.西南大學園藝園林學院,重慶 400715；3.西南大學食品科學學院,重慶 400715；4.大邑縣林業(yè)和園林管理局，四川成都 611330)

隨著人們生活水平不斷提高,營養(yǎng)健康問題越來越受到重視。維生素C作為一種對人體具有重要作用的營養(yǎng)物質倍受人們關注；提高果蔬中維生素C的含量已經成為園藝領域研究熱點之一。本文從果蔬種質資源選擇,育種手段、栽培管理方法、土壤成分和生物技術等幾個方面進行分析、研究和總結,綜述了當前國內外提高果蔬維生素C含量的研究情況,并對各種方法和技術面臨的一些問題進行總結和介紹,也對未來提高果蔬維生素C的方法進行展望。

營養(yǎng),維生素C,研究現(xiàn)狀,展望

維生素C化學名稱為2,3,4,5,6-五羥基-2-己烯酸-4-內酯(IUPAC命名)。其作為一種水溶性物質,具有非常強的還原性,在加熱和溶液中容易被氧化,在堿性條件下更易被氧化。維生素C對人體生命活動具有重要作用,它能夠防止自由基對人體的傷害,可提高人體免疫能力、預防動脈硬化、防癌和提高機體應急能力,并參與膠原蛋白合成及治療壞血病等[1]。但人體中缺乏合成維生素C的一些酶,所以需要從食物或藥物中獲取維生素C[2]。由于天然維生素C在吸收效果和功效上都遠優(yōu)于合成維生素C,而且長期服用合成維生素C將帶來一些副作用。因此目前人們日常生活中對天然維生素C的需求日益增高,美國國家科學會認為,每人每天維生素C的最佳用量應為200～300mg,且不低于60mg,大約100mL新鮮橙汁便可滿足這個最低量。如何增加果蔬天然維生素C含量以及獲得高維生素C果蔬品種已經成為當今研究者關注的一個重要問題[3]。目前,研究者通過果蔬種質資源選擇,育種手段、栽培管理方法和土壤成分及生物技術[4]等幾個方面研究獲取高維生素C果蔬,已獲得比較多的成果。

1 維生素C研究發(fā)現(xiàn)歷程

從古至今關于壞血病的記載非常多,但維生素C真正被發(fā)現(xiàn)的歷史不過百年。在這一百年中研究者逐步了解維生素C,研究了分子式、分子結構,并逐步解決了其工業(yè)生產及生物合成等問題。

表1 維生素C的探索歷程

2 提高維生素C含量研究方法及面臨的問題

2.1高維生素C果蔬種質資源選育

利用種質資源選擇和選育高維生素C的果蔬品種是一種非常傳統(tǒng)的手段。魏秀清、鄧朝軍等人通過對44份枇杷種質的成熟果實進行維生素C測定,發(fā)現(xiàn)福建的白肉枇杷品種龍才白的最高維生素C含量達到25mg/100g[12]。然而在收集的14種黃皮種質資源中,潘建平,曾楊等人發(fā)現(xiàn)瓊海5號具有高達62mg/100g的維生素C,高出其它品種20%以上[13]。除了在枇杷和黃皮選育中發(fā)現(xiàn)高維生素C品種外,研究者也在酸棗、西紅柿、西瓜、楊梅等果蔬中發(fā)現(xiàn)了高維生素C品種[14-16]。當然除了通過對地方品種、遺傳材料和推廣的新培育品種中獲得種質資源外,研究者往往也通過對野生資源進行開發(fā)來獲取,張玉芹和宋加錄在對野生薔薇科果樹資源開發(fā)中發(fā)現(xiàn)金櫻子維生素C含量高達700～900mg/100g[17]。種質資源選擇是一種常規(guī)易用的手段,通過其可以很好地保存利用珍貴的種質資源,但是僅靠種質資源選擇手段在很多果蔬中往往很難找到高維生素C品種,多采用與其它育種手段相結合的方式,如魏聞東、李桂榮等人通過優(yōu)良親本‘幸水梨’ב火把梨’獲得了具有維生素C為7.22mg/100g的新品種‘美人酥’紅梨[18]。

2.2非常規(guī)育種選育

在提高果蔬高維生素C含量研究中,倍性育種和誘變育種是運用比較多的非常規(guī)育種手段。在常規(guī)育種手段往往不能夠獲得預期的高維生素C品種時,而非常規(guī)育種手段很好地改善了這一狀況。劉文革、閻志紅等人通過多倍體育種出高維生素C小果無籽西瓜[19]。在提高茄科類蔬菜品質研究中誘變育種是運用比較多的,如通過航天誘變獲得高維生素C的辣椒和西紅柿[20]等研究已經獲得成功。在對獼猴桃的研究中,通過秋水仙堿處理“中華獼猴桃”品種進而誘導出了四倍體獼猴桃,果實明顯變大[21]；而在輻射計量為25GY的60Co-γ射線處理下,胡延吉和梁紅等人誘導獲得了品質好且維生素C含量比原來品種高出20～60mg/100g獼猴桃品種[22]。在非常規(guī)育種中,通過誘導獲得的多倍體品種的質量和體積都比較大,且營養(yǎng)也比較高,但一般育性差,并且多數化學誘導劑存在誘導率低、價格高或者有劇毒等缺點。而空間誘變育種中誘變具有盲目性,耗費大量資源,如在空間誘變茄果類中,變異量最大的子一代中變異率僅為0.5%[23]。

2.3土壤成分與施肥研究

通過研究土壤成分及施肥情況對獲得高維生素C含量果蔬具有生產指導意義,更直接有利于以后高維生素C果蔬的生產。趙慶庭和朱立武等人研究碭山酥梨和土壤情況中發(fā)現(xiàn)梨中維生素C與土壤有機質呈正相關[24],如長期對碭山酥梨使用微生物肥料,能夠顯著提高果實中可溶性固形物和維生素C含量[25]。通過生物能夠有效改善土壤結構、提高果蔬對礦質元素的吸收,從而提高果蔬產量、增加品質和Vc含量[26]。也有研究發(fā)現(xiàn)當在柑橘土壤中連續(xù)多年搭配施用磷鉀肥,不僅能夠有效提高柑橘維生素C含量,還能夠減小柑橘貯藏中的爛果率及維生素C降低現(xiàn)象[27]。當然果蔬品種不同,施肥比例及施肥種類也有所區(qū)別,施用磷肥或有機肥可以提高番茄維生素C,鉀肥或腐殖酸對番茄維生素C影響不大[28]。通過對不同地區(qū),因地制宜研究配套施肥方式、制定測土施肥配方標準,不僅有利于提高果蔬營養(yǎng),更能夠減少生產成本。李陽,阿米娜·買買提等人研究發(fā)現(xiàn)在新疆對小白菜、蘿卜等采用污泥施肥和清水灌溉能夠有效提高其維生素C[29]的含量。在武漢、廣州等地區(qū)在計劃種植作物前,就在每塊土地上取出土樣進行檢測,根據檢測結果確定需要施肥種類及數量,并通過建立甜玉米測土施肥配方和標準,指導生產高產優(yōu)質甜玉米[30-31]。

2.4栽培管理措施提高果蔬維生素

通過栽培管理措施能夠提高果蔬維生素C。在研究中發(fā)現(xiàn)光和果蔬中維生素含量具有相關性,且番茄、菠蘿在光照和黑暗中維生素C波動比較大,在光照中形成的成熟果實[32],其維生素C含量明顯較高,但是水稻中維生素C的含量在晝夜光照中變化卻很小[33]。通過調節(jié)光照強度研究果蔬維生素C變化已在獼猴桃生產中得到了突破,測定在不同品種獼猴桃及葉子中維生素C含量[34],發(fā)現(xiàn)獼猴桃雜交后代的葉片和果實維生素C具有相關性,幼果和成熟果實維生素C具有相關性[35]。王建平、顏景寧等研究不同栽培方式對草莓的影響時,發(fā)現(xiàn)設施栽培草莓的平均維生素C含量低于陸地草莓,這一現(xiàn)象的主因就是光照對維生素C的形成具有重要影響[36]。有研究發(fā)現(xiàn)對西紅柿適當修剪可以提高其果實糖分,但對維生素C的影響非常小[37-38]。在研究不同冠形對富士蘋果品質影響的研究時,王建新、牛自勉等發(fā)現(xiàn)三支開心形樹冠對光的吸收利用明顯好于四支或者五支開心形樹冠,而且更能有效提高果品質量[39]。由此可見提高果蔬營養(yǎng)是一項系統(tǒng)工程,不僅需要優(yōu)良品種,對于不同品種更加需要適宜的栽培管理方式。

2.5維生素生物合成及分子育種

隨著Carole L Linster等研究發(fā)現(xiàn)維生素C合成的第七步反應所需酶的關鍵基因為VTC2,維生素C生物合成鏈便完全揭開[11],由此更多的研究者利用分子標記和基因工程技術進行提高果蔬維生素C的實驗,其中獲得了不少成果。

2.5.1 維生素C的生物合成 維生素C的生物成功合成為分子育種獲取高維生素C果蔬鋪平了一條道路。以下為植物維生素C生物合成路徑圖。

圖1 植物中維生素C的生物合成路線[9,11,40-41]

2.5.2 分子育種 隨著維生素C生物合成技術的全面告破,以及分子標記和基因工程技術的成熟,研究者利用分子育種的手段在果蔬高維生素C含量提高的實驗中已獲得了比較多的成果。如L-抗壞血酸的生物合成受到多種酶控制,Christelle Cronje,Gavin M. George等將酵母GMPase基因,擬南芥的醛糖糖酸內酯酶基因和肌醇加氧酶基因分別轉入西紅柿的實驗中[42],發(fā)現(xiàn)GMPase作用突出,它能夠將西紅柿葉片維生素C含量提高70%,在未成熟和成熟果實中分別提高50%和35%[43]。Hemavathi等將草莓的D-半乳糖醛酸還原酶基因轉入馬鈴薯,所獲得的轉基因馬鈴薯的維生素C增長量是原來品種的1.6～2倍[44]。在提高果蔬維生素C的分子育種實驗中,除了維生素C的合成關鍵酶是研究者進行轉基因研究的重點外,維生素C代謝過程中的關鍵酶也成為轉基因的研究熱點。例如脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)可以增加維生素C的回收利用,CHEN等學者通過轉基因獲得轉有脫氫抗壞血酸還原酶基因的玉米,其子粒和葉子中維生素C高于原有植株2～3倍[45]；Zinan Wang等將CaMV35S啟動子融合Myc的DHAR基因轉入擬南芥,在擬南芥轉基因苗中DHAR表達增加至原來品種的1.5～5.4倍,而苗葉中維生素C含量為原來品種的2.0～4.25倍[46]。果蔬中維生素C積累的多少也受到Vc過氧化酶等氧化分解酶的影響,Wei Zheng等研究發(fā)現(xiàn)RNA對APX具有干擾作用,能夠降低APX的活性,并使番茄中Vc含量增加1.4～2倍[47]。但由于轉基因作物的引入可能會改變植物基因遺傳結構或者形成基因飄逸,淘汰原有物種使物種單一化而引起生態(tài)危機。

3 果蔬高營養(yǎng)高維生素C研究匯總

研究者通過各種方式,在獲取高維生素C果蔬的探索中獲得較多成效,表2是獲得高含量維生素C的果蔬品種及獲取方式的匯總。

表2 高維生素C果蔬成果匯總表

從表2可以看到在提高果蔬維生素C含量的研究中,研究主要集中在蔬菜的茄科類,果樹的柑橘、梨和蘋果等少數品種,其中對西紅柿研究方法運用比較全面；研究者在進行提高果蔬維生素C含量的實驗中大多運用種質資源育種、生物肥施用、分子育種和雜交育種等方法。

4 展望

隨著人們對營養(yǎng)健康問題的重視,維生素C作為一種對人體具有重要作用的營養(yǎng)物質倍受人們關注。雖然維生素C人工合成早就形成工業(yè)化生產,但由于合成維生素C在吸收效果和功效上都遠不及天然維生素C,況且長期服用合成維生素C將帶來一定副作用。因此進行提高果蔬維生素C研究已經成為必然趨勢。在各種提高果蔬維生素C的方式中,栽培技術是提供良法,測土施肥方式提供良態(tài)和良田,育種手段研究是為了提一個優(yōu)良品種。由于分子育種相比與其他育種手段,其周期短,而且隨著維生素C生物合成鏈的成功告破,在以后的研究中將會有更多研究者采用分子育種方法來獲取具有高維生素C的品種。但當前研究主要集中在探索西紅柿,辣椒,西瓜等少數品種,而對生產具有直接指導意義的栽培管理的研究相對都比較少。因此,在以后研究中將逐步擴大果蔬品種研究范圍,當然提高果蔬維生素C含量是一項系統(tǒng)工程,它不僅僅局限于獲得高維生素C果蔬品種,也需要適宜的栽培管理方法,在不同地區(qū)建立相應果蔬的測土施肥配方標準,也將成為高產優(yōu)質果蔬的一個重要方法。因此,在今后的研究工作中,應建立從優(yōu)良種質資源選擇與各種育種手段相互結合,不同果蔬品種相應的栽培管理技術、施肥方式,以及不同品種在不同土壤中的施肥配方等全方位系統(tǒng)結合研究,方能得到更高效、更科學的提高果蔬維生素的技術措施,為相關技術的推廣應用打下堅實的基礎。

[1]A Bendich,L Langseth. The health effects of vitamin C supplementation:a review[J]. J Am Coll Nutr,1995,2(14):124-136.

[2]Marie-berengere Troadec,Jelly Kaplan. Some Vertebrates Go with the GLO[J]. cell,2008:921-922.

[3]David H. Byrne Trends in Fruit Breeding[J]. Handbook of Plant Breeding,2012(8):3-36.

[4]Irwin L，Goldman. Molecular breeding of healthy vegetables[J]. EMBO report,2011,2(12):96-102.

[5]http://www.mv.helsinki.fi/home/hemila/history/Funk_1912.pdf.

[6]Albert Szent-Gy?rgyi. Observations on the function of peroxidase systems and the chemistry of the adrenal cortex:Description of a new carbohydrate derivative[J]. Biochem J,1928,22(6):1387-1409.

[7]T ReichsteinA，GrüssnerR，Oppenauer. Synthese der d-und l-Ascorbins?ure(C-Vitamin)[J]. Helvetica Chimica Acta,1933,16(1):1019-1033.

[8]Walter Norman Haworth. The constitution of ascorbic acid[J]. Journal of the Society of Chemical Industry,1933,52(23):482-485.

[9]JJ Burns. Biosynthesis of l-ascorbic acid;basic defect in scurvy[J]. The American Journal of Medicine,1959,26(5):740-748.

[10]尹光琳,陶增鑫,于龍華,等.L-山梨糖發(fā)酵產生維生素C前體——2-酮基-L-古龍酸的研究 Ⅰ.菌種的分離篩選和鑒定[J].微生物學報,1980,20(3):246-251.

[11]Carole L Linster,Tara A Gomez,Kathryn C Christensen. Arabidopsis VTC2 Encodes a GDP-L-Galactose Phosphorylase,the Last Unknown Enzyme in the Smirnoff-Wheeler Pathway to Ascorbic Acid in Plants[J]. The Journal of biological chemistry,2007,26(282):18879-18885.

[12]魏秀清,鄧朝軍,章希娟,等.枇杷種質資源果實維生素C與總酸含量分析[J].福建果樹,2009(3):30-33.

[13]潘建平,曾楊,林志雄,等.海南省黃皮種質資源果實特性研究[J].廣東農業(yè)科學,2012(1):48-50.

[14]王春桐,李傳文,于婷娟.酸棗新品種高維C甜酸棗的選育[J].中國果樹,2008(3)：7-10.

[15]MLeiva-Brondo,MValcárcel,CCortés-Olmos.Exploring alternative germplasm for the development of stable high vitamin C content in tomato varieties[J]. Scientia Horticulturae,2012(133):84-88.

[16]林旗華,張澤煌,盧新坤,等.福建省楊梅種質資源的收集保存與利用[J].福建果樹,2011(1):45-48.

[17]張玉芹,宋加錄.甘肅薔薇科野生果樹種質資源及開發(fā)利用[J].中國林副特產,2012(1):80-83.

[18]魏聞東,李桂榮,田鵬,等.紅梨新品種‘美人酥’[J].園藝學報,2010,37(7):1187-1188.

[19]劉文革,閻志紅,趙勝杰,等.高維生素C、瓜氨酸含量小果型西瓜新品種黃玫瑰無籽1號的選育[J].中國瓜菜,2009(4):18-21.

[20]施佳慧,李鐸,王慧俐,等.航天誘變育種番茄營養(yǎng)成分分析及評價[J].中國食品學報,2009(9):214-217.

[21]Wu J H,Ferguson1 A R,Murray B G,etal. Induced polyploidy dramatically increases the size and alters the shape of fruit in Actinidia chinensis[J]. Ann Bot,2012,109(1):169-179.

[22]胡延吉,梁紅,劉文.獼猴桃輻射誘變育種研究初報[J].中國農學通報,2012,28(19):146-151.

[23]王世恒,鄭積榮,張雅,等.茄果類蔬菜空間誘變育種變異材料的選育技術[J].浙江農業(yè)學報,2010,22(5):603-608.

[24]趙慶庭,朱立武,賈兵,等.黃河故道地區(qū)果園土壤肥力與碭山酥梨品質初步研究[J].安徽農業(yè)科學,2009,37(29):14121-14123.

[25]劉利軍,洪堅平,閆雙堆,等.應用微生物肥料提高碭山酥梨的品質的研究[J].中國生態(tài)農業(yè)學報,2007,15(4):72-74.

[26]吳斌.功能型生物有機肥在果蔬上的應用效果及配套栽培技術研究[J].現(xiàn)代農業(yè)科技,2012(9):103-105.

[27]林咸永,章永松,蔡妙珍,等.磷、鉀營養(yǎng)對柑桔果實產量、品質和貯藏性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2006,12(1):82-88.

[28]杜娟,崔瑞峰,王春枝.不同施肥處理對番茄品質的影響[J].上海蔬菜,2011(3):73-75.

[29]李陽,阿米娜·買買提,王文全,等.中水灌溉對三種果蔬長勢及品質的影響[J].北方園藝,2013(3):30-33.

[30]何紹華,陳云峰,劉東海,等.武漢市漢南區(qū)甜玉米測土配方施肥指標體系的建立[J].湖北農業(yè)科學,2012,24(51):5608-5612.

[31]張白鴿,陳瓊賢,羅少波,等.廣州地區(qū)甜玉米測土配方施肥指標體系研究[J].廣東農業(yè)科學,2012(20):46-48.

[32]Smirnoff N,Wheeler G L. Ascorbic acid in plants:biosynthesis and function[J]. Crit Rev Biochem Molec Biol,2000,35(4):391-314.

[33]Katherine A Lisko,John F Hubstenberger,Gregory C Phillips. Ontogenetic changes in vitamin C in selected rice varieties[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2013(66):41-46.

[34]Du G R,Li M J,Ma F W,etal. Antioxidant capacity and the relationship with polyphenol and vitamin C in Actinidia fruits[J]. Food Chem,2009,113:557-562.

[35]張蕾,王彥昌,黃宏文.獼猴桃(Actinidia Lindl.)葉片與果實維生素C含量的相關性研究[J].武漢植物學研究,2010,28(6):750-755.

[36]王建平,顏景寧,蔡莉.栽培方式對不同草莓品種果實中抗氧化物質含量的影響[J].落葉果樹,2011(4):4-6.

[37]Capucine Massot,Michel Génard,Rebecca Stevens. Fluctuations in sugar content are not determinant in explaining variations in vitamin C in tomato fruit[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2010(48):751-757.

[38]MI Zanor,J-L Rambla,J Chaib.Metabolic characterization of loci affecting sensory attributes in tomato allows an assessment of the influence of the levels of primary metabolites and volatile organic contents[J]. Exp Bot,2009(60):2139-2154.

[39]王建新,牛自勉,李志強,等.喬砧富士蘋果不同冠形相對光照強度的差異及對果實品質的影響[J].果樹學報,2011,28(1):8-14.

[40]Eduardo Cruz-Rus,MiguelA Botella,Victoriano Valpuesta. Analysis of genes involved in L-ascorbic acid biosynthesis during growth and ripening of grape berries[J]. Journal of Plant Physiology,2010(167):739-748.

[41]劉永立,胡海濤,蘭大偉.維生素C的生物合成及其基因調控研究進展[J].果樹學報,2006,23(3):431-436.

[42]Alhagdow M,Mounet F,Gilbert L.Silencing of the mitochondrial ascorbate synthesizing enzyme L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase affects plant and fruit development in tomato[J]. Plant Physiol,2007,145:1408-1422.

[43]Christelle Cronje,Gavin M George,Alisdair R Fernie. Manipulation of L-ascorbic acid biosynthesis pathways in Solanum lycopersicum:elevated GDP-mannose pyrophosphorylase activity enhances L-ascorbate levels in red fruit[J]. Planta,2012(235):553-564.

[44]Hemavathi,Chandrama Prakash Upadhyaya,Ko Eun Young. Over-expression of strawberry D-galacturonic acid reductase in potato leads to accumulation of vitamin C with enhanced abiotic stress tolerance[J]. Plant Science,2009(177):659-667.

[45]Chen Z,Young Te,Ling J,etal. Increasing vitamin C content of plants through enhanced recycling[J]. PNAS,2003,100:3525-3530.

[46]Zinan Wang,Ying Xiao,Wansheng Chen. Increased Vitamin C content accompanied by an enhanced recycling pathway confers oxidative stress tolerance in arabidopsis[J]. Journal of Integrative Plant Biology,2010,52(4):400-409.

[47]Wei Zheng,Fariba Tayyari,GA Nagana Gowda. 1,25-Dihydroxyvitamin D regulation of glucose metabolism in Harvey-rastransformed MCF10A human breast epithelial cells[J]. Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology,2013(138):81-89.

[48]葉舒婭,王文軍,朱宏斌,等.蔬菜輪作的鉀肥效應研究[J].安徽農學通報,2001,30(2):223-226.

[49]王文軍,朱宏斌,武際,等.生物肥料在芹菜上的應用效果[J].安徽農學通報,2001,7(4):54-55.

[50]施木田,林義章,Frank M,等.SC27菌劑對黃瓜、西紅柿、甜椒生長代謝、產量和品質的影響[J].福建農業(yè)大學學報,2001,30(2):223-226.

Advances in improving the vitamin C content of fruits and vegetables

LONGYong1,2,SUNQian1,3,FENGJing-yuan4,SUNZhi-gao1,*,BAIXiao-ming1,3

(1.Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agriculture Science,Chongqing 400712,China; 2.College of Horticultural and Landscape Architecture,Southwest University,Chongqing 400715,China; 3.Food Science College of Southwest University,Chongqing,400715,China; 4.Forestry and Landscape Authority,Dayi County,Chengdu 611330,China)

With improved standards of living,nutrition and health problem had been paid more and more attention. Vitamin C as an important role in human nutrition had attracted a lot of attention. So it had become one of the hot a research for horticultural field to increase the content of vitamin C in fruits and vegetables. In this paper,fruit and vegetable cultivation resource selection,several breeding,cultivation and management method,soil composition and biological technology and other aspects were analyzed,the current research situation at home and abroad was reviewed to improve vitamin C content of fruits and vegetables,in addition to these,it also introduced and summarized the methods to increase the content of vitamin C,and put forward the method of improving fruit vitamin C.

nutrition;vitamin C;current status;outlook

2013-06-27 *通訊聯(lián)系人

龍勇(1987-)，男，在讀碩士研究生，研究方向：果蔬營養(yǎng)及加工研究。

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2007BAD47B06)；國家星火計劃項目(S2012F100026)。

TS255.1

：A

：1002-0306(2014)01-0385-05