復(fù)合型肥料對(duì)辣椒素及其相關(guān)次生代謝物質(zhì)積累的影響與相關(guān)分析

蘇 丹，蓬桂華，韓世玉，耿廣東

（1.貴州省辣椒研究所 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州大學(xué) 貴陽(yáng) 550025）

辣椒（Capsicum annuum L.）是一種重要的蔬菜和調(diào)味料，在我國(guó)的種植面積僅次于大白菜，位居第二[1]。辣椒中辣味成分的來(lái)源辣椒素（capsaicin），是評(píng)估辣椒果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療等領(lǐng)域[2-3]。辣椒素是一種有刺激性并可在口腔中產(chǎn)生灼燒感的次生代謝物質(zhì)，由香草酰胺和支鏈脂肪酸在辣椒素合成酶的催化下縮合而成的，香草酰胺是通過(guò)苯丙氨酸途徑合成的[4-7]。而作為辣椒素代謝底物之一的苯丙氨酸也是生物體內(nèi)苯丙酸代謝途徑底物，可以生成單寧、木質(zhì)素、類黃酮類化合物等次生代謝物[8-9]。合成辣椒素的代謝中間物質(zhì),如香豆酸、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸等同時(shí)是蛋白質(zhì)、生物堿、類黃酮、木質(zhì)素、單寧以及香豆素的合成中間物質(zhì)[10]。因此，辣椒素的生物合成存在著與其他次生代謝物的生物合成途徑競(jìng)爭(zhēng)共同前體物的問(wèn)題[11]。目前的研究表明，辣椒素類物質(zhì)的生物合成與環(huán)境、基因型和栽培條件有密切的關(guān)系。不同的生態(tài)條件下栽培辣椒，辣椒品種、生態(tài)環(huán)境條件及品種—環(huán)境互作均對(duì)辣椒素含量有影響[12]，不同基因型辣椒果實(shí)中辣椒素含量以胎座中最高，果肉次之，種子最少[13]，不同光照條件下栽培辣椒，以80%自然光最有利于辣椒素的合成，類黃酮積累隨光強(qiáng)降低而降低，木質(zhì)素含量隨光強(qiáng)增加而降低，單寧含量不受光照強(qiáng)度影響[14]。氮肥對(duì)辣椒素含量的影響十分明顯，磷肥對(duì)辣椒素的影響只有顯著水平，鉀肥對(duì)辣椒素含量的影響不顯著[12]，但氮、磷、鉀肥的配合施用對(duì)辣椒素的合成有促進(jìn)作用[15]。盡管國(guó)內(nèi)在施肥水平上對(duì)辣椒素合成上有了很多的研究，但多數(shù)是單一肥料對(duì)辣椒素積累的影響。筆者研究了幾種常用復(fù)合型肥料對(duì)辣椒果實(shí)中辣椒素類物質(zhì)及其相關(guān)次生代謝物質(zhì)合成積累的影響及辣椒素類物質(zhì)合成代謝中幾種相關(guān)次生代謝物質(zhì)的關(guān)系，為提高辣椒果實(shí)中辣椒素的積累、調(diào)控辣椒素的合成代謝提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試?yán)苯凡牧蠟椤甃024’，由貴州省辣椒研究所提供，朝天椒，果實(shí)錐形，果面光滑，青熟果綠色，紅熟果鮮紅色，味辣，多在貴州遵義地區(qū)露地栽培。

供試肥料為有機(jī)復(fù)合肥、無(wú)機(jī)復(fù)合肥、生物復(fù)合肥。有機(jī)復(fù)合肥：有機(jī)質(zhì)≥30.0%、N+P+K≥4.0%、水分≤20.0%，貴陽(yáng)花溪興農(nóng)有限公司生產(chǎn)；無(wú)機(jī)復(fù)合肥：N+P2O5≥55.0%，四川宏達(dá)股份有限公司生產(chǎn)；生物復(fù)合肥（阿維菌素原肥）：N、P、K≥40%、有機(jī)質(zhì)≥30.0%、有效活性菌數(shù) 2億·g-1、腐殖酸≥15%、黃腐酸鉀≥20%、蛋白質(zhì)≥10%、中微量元素≥8%，河北省藁城市金禾生物有機(jī)肥有限公司生產(chǎn)。供試裝盆土為黃壤，pH 6.01，有機(jī)質(zhì)（ω，后同）12.94 g·kg-1，全氮1.21 g·kg-1，堿解氮 63.5mg·kg-1，全磷 0.68g·kg-1，有效磷 6.6 mg·kg-1。

1.2 方法

1.2.1 育苗與移栽 試驗(yàn)于2013年在貴州省辣椒研究所試驗(yàn)基地中露地栽培。試驗(yàn)辣椒材料于3月上旬按照辣椒漂浮育苗基質(zhì)的制作方法（專利授權(quán)號(hào)：CN 101779591 B）準(zhǔn)備育苗基質(zhì)，采用辣椒漂浮育苗技術(shù)[12]育苗。待幼苗長(zhǎng)出6片真葉時(shí)進(jìn)行煉苗并挑選健壯和長(zhǎng)勢(shì)一致的辣椒植株移栽至塑料盆缽中，每盆2株。盆缽大小為20 cm×25 cm，每盆裝土約5 kg。

1.2.2 盆栽設(shè)計(jì) 試驗(yàn)根據(jù)復(fù)合型肥料種類，設(shè)5個(gè)肥料處理，分別為：T1—不施肥（CK），T2—有機(jī)肥，T3—無(wú)機(jī)復(fù)合肥，T4—生物復(fù)合肥，T5—1/3有機(jī)復(fù)合肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥。每盆每次施入18 g肥料，共3次，分別于辣椒的苗期、初花期和盛花期施入。每處理3次重復(fù)，共210盆。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

辣椒開(kāi)花當(dāng)天，對(duì)同一節(jié)位（“四門(mén)斗”）花朵進(jìn)行掛牌標(biāo)記，分別于開(kāi)花后 30、35、40、45、50 、55、60 d對(duì)同一節(jié)位（“四門(mén)斗”）果實(shí)隨機(jī)取樣，每次取樣均選取3個(gè)大小均勻、果形基本一致的果實(shí)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。辣椒素含量的測(cè)定采用高效液相色譜法[16]；木質(zhì)素含量參考林葵的方法[17]；總酚和類黃酮含量的測(cè)定參考《果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》的方法[18]。

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)使用Excel 2007進(jìn)行處理，方差分析和相關(guān)分析采用DPS7.05進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料處理對(duì)辣椒果實(shí)中辣椒素及次生代謝物積累的影響

2.1.1 不同肥料處理對(duì)辣椒素積累的影響 表1所示為不同肥料處理下辣椒果實(shí)發(fā)育成熟過(guò)程中辣椒素含量的變化。辣椒素含量在果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育期均為先上升后下降并逐漸趨于穩(wěn)定。T1、T2在花后35 d時(shí)首先達(dá)到積累峰值，T3、T4在花后40 d時(shí)達(dá)到積累峰值，T5在花后45 d時(shí)達(dá)到積累峰值。各處理辣椒素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值從大到小依次 為 ：T5（2.54 mg ·g-1）＞T2（2.26 mg· g-1）＞T4（2.14 mg·g-1）＞T3（1.99 mg·g-1）＞T1（1.89 mg·g-1）。T5辣椒素積累峰值及均值均為最高，各處理對(duì)果實(shí)中辣椒素的影響均達(dá)到極顯著水平。從結(jié)果可以看出，在種植辣椒時(shí)，施用不同的復(fù)合型肥料均有利于果實(shí)中辣椒素的積累，其中施用1/3有機(jī)肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥并于花后45 d時(shí)采摘辣椒果實(shí)，辣椒果實(shí)中辣椒素積累的效果最佳。

表1 不同肥料處理對(duì)辣椒果實(shí)中辣椒素含量影響ω/（mg·g-1）

2.1.2 不同肥料處理對(duì)木質(zhì)素積累的影響 表2所示為不同肥料處理下辣椒果實(shí)中木質(zhì)素含量的變化。木質(zhì)素在辣椒果實(shí)發(fā)育過(guò)程中均呈“上升—下降—上升—下降—上升”趨勢(shì)。各處理木質(zhì)素含量均值從大到小依次為：T5（38.09 A280·g-1）＞T2（27.43 A280·g-1＞T4（26.84 A280·g-1）＞T3（26.49 A280·g-1）＞T1（18.60 A280·g-1）。T5 的木質(zhì)素含量積累峰值及均值均為最高，T5與其他處理間的差異達(dá)到極顯著水平；T2、T3、T4的木質(zhì)素含量均高于對(duì)照T1（不施肥），與T1的差異也均達(dá)到極顯著水平。從結(jié)果可以看出，種植辣椒時(shí)施用復(fù)合型肥料均能促進(jìn)辣椒果實(shí)中木質(zhì)素的合成積累，其中T5(1/3有機(jī)肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥)最有利于木質(zhì)素的合成積累。

表2 不同肥料處理對(duì)辣椒果實(shí)中木質(zhì)素含量的影響（A280·g-1）

2.1.3 不同肥料處理對(duì)總酚積累的影響 由表3可知，隨著辣椒果實(shí)的發(fā)育成熟，果實(shí)中的總酚含量整體呈上升趨勢(shì)，果實(shí)成熟中后期上升趨勢(shì)更為明顯，積累峰值均出現(xiàn)在花后60 d時(shí)，各處理總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的積累峰值從大到小依次為：T5（7.57 mg·g-1）＞T4（5.90 mg·g-1）＞T2（5.68 mg·g-1）＞T1（5.52 mg·g-1）＞T3（4.63 mg·g-1）。其中，T5的總酚含量積累峰值高達(dá)7.57 mg·g-1，明顯高于其他處理。各處理的總酚含量均值較為接近，但對(duì)照T1的總酚含量均值明顯低于其他處理，且與其他處理間的差異達(dá)到極顯著水平。說(shuō)明種植辣椒時(shí)，施用復(fù)合型肥料可促進(jìn)辣椒果實(shí)中總酚含量的合成積累。其中，施用1/3有機(jī)肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥，最有利于果實(shí)成熟后期總酚含量的合成積累；且于花后60 d采摘時(shí)果實(shí)中總酚含量最高。

表3 不同肥料處理對(duì)辣椒果實(shí)中總酚含量的影響ω/（mg·g-1）

2.1.4 不同肥料處理對(duì)類黃酮積累的影響 由表4可知，隨著辣椒果實(shí)的發(fā)育成熟，類黃酮含量變化趨勢(shì)為先上升再略起伏并逐漸趨于穩(wěn)定。各處理的類黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值依次為：T5（5.85 mg·g-1）＞T3（5.76 mg·g-1）＞T2（5.49 mg·g-1）＞T4（5.32 mg·g-1）＞T1（5.04 mg·g-1）。其中T5的類黃酮含量最高，且在果實(shí)成熟后期類黃酮含量迅速增加，高達(dá)11.37 mg·g-1，遠(yuǎn)高于其他處理，T5與其他處理之間的差異達(dá)到極顯著水平。對(duì)照T1的類黃酮含量均值低于其他處理，且與其他處理間的差異達(dá)到極顯著水平，各處理對(duì)果實(shí)中類黃酮含量的影響達(dá)到顯著水平。說(shuō)明種植辣椒時(shí)，施用不同的復(fù)合型肥料均有利于類黃酮的積累，其中T5(1/3有機(jī)肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥)對(duì)類黃酮的積累效果最佳。

表4 不同肥料處理對(duì)辣椒果實(shí)中類黃酮含量的影響ω/（mg·g-1）

2.2 辣椒果實(shí)中辣椒素與其他次生代謝物積累的相關(guān)性分析

從表5可以看出，在辣椒果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，在不同肥料處理下辣椒素與木質(zhì)素的相關(guān)系數(shù)是0.94，與總酚和類黃酮的相關(guān)系數(shù)是0.72和0.65，表明辣椒素與木質(zhì)素存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與總酚和類黃酮存在一定的正相關(guān)關(guān)系。木質(zhì)素與類黃酮的相關(guān)系數(shù)是0.84，表明木質(zhì)素與類黃酮存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表5 辣椒素及其他次生代謝物的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

辣椒素用途廣泛，但產(chǎn)量很低，不能滿足生產(chǎn)的需要，栽培條件對(duì)辣椒果實(shí)中的辣椒素含量有一定影響，故可以通過(guò)改變?cè)耘鄺l件來(lái)調(diào)節(jié)辣椒素的積累。多位學(xué)者研究顯示，合理施用氮、磷、鉀能有效地促進(jìn)辣椒果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，有利于辣椒高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)[19-21]。王彥飛等[22]研究表明，施用生物肥料能有效提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)。王淑杰等[11，23]研究表明，可根據(jù)辣椒胎座的需求調(diào)節(jié)施用氮素水平，促進(jìn)辣椒素的積累。因此合理施用肥料能夠提高辣椒的品質(zhì)，促進(jìn)果實(shí)中辣椒素含量的積累。本試驗(yàn)研究表明，在辣椒生長(zhǎng)發(fā)育階段施用1/3有機(jī)肥+1/3無(wú)機(jī)復(fù)合肥+1/3生物復(fù)合肥，果實(shí)中辣椒素含量最高，且于花后45 d時(shí)采摘辣椒，辣椒素的積累值達(dá)到最高；該處理下木質(zhì)素、總酚、類黃酮的含量也均為最高，說(shuō)明配施復(fù)合型肥料不僅有利于辣椒素的合成積累，也有利于木質(zhì)素、總酚、類黃酮等次生代謝物的合成積累，且對(duì)辣椒素及其相關(guān)次生代謝物質(zhì)的合成積累效果最佳。施用復(fù)合型肥料對(duì)果實(shí)中辣椒素及其相關(guān)次生代謝物的含量均有一定促進(jìn)作用，這與上述研究者的研究結(jié)論一致。

在本試驗(yàn)條件下，辣椒素和木質(zhì)素之間呈極顯著的正相關(guān)，與總酚和類黃酮呈正相關(guān)；木質(zhì)素和類黃酮之間呈顯著的正相關(guān)。辣椒素與木質(zhì)素、總酚、類黃酮均有一定的正相關(guān)關(guān)系。已有研究表明，辣椒素是由香草基胺和支鏈脂肪酸在辣椒素合成酶的催化下縮合而成的，辣椒素代謝底物苯丙氨酸是生物體內(nèi)苯丙烷代謝途徑底物，在合成代謝中可同時(shí)生成木質(zhì)素、單寧、黃酮類化合物等；合成辣椒素的中間物質(zhì)酚類化合物（對(duì)香豆酸、肉桂酸、咖啡酸和阿魏酸等）也是木質(zhì)素、生物堿、類黃酮、單寧的合成中間物質(zhì)[2-3，24]。辣椒素與木質(zhì)素、總酚、類黃酮的生物合成前體物相同。在本試驗(yàn)中，施用復(fù)合型肥料有利于辣椒素與木質(zhì)素、總酚、類黃酮合成途徑中共同前體物的生成，進(jìn)而促進(jìn)辣椒素及其相關(guān)次生代謝物的合成。