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      西瓜種質(zhì)資源番茄紅素含量評(píng)價(jià)

      2018-05-10 09:21:39袁平麗趙勝杰路緒強(qiáng)尚建立劉文革
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年7期
      關(guān)鍵詞:橘色番茄紅素類群

      袁平麗, 李 智, 趙勝杰, 路緒強(qiáng), 何 楠, 尚建立, 劉文革

      (中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所,河南鄭州 450009)

      西瓜(Citrulluslanatus)是世界范圍的主要水果之一,而中國(guó)是西瓜生產(chǎn)與消費(fèi)第一大國(guó)[1]。西瓜果實(shí)中富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素C等多種重要的功能性成分,其中,番茄紅素具有抗氧化、抗癌、預(yù)防心血管疾病等功效[2-4]。西瓜中的番茄紅素比番茄中的番茄紅素更容易被人體吸收,鮮食即可被人體直接吸收而起到保健作用,其有效性比番茄高40%[5-6],因此,高番茄紅素西瓜育種一直是西瓜品質(zhì)育種的重要目標(biāo)之一[7-9]。Perkins-Veazie等研究表明,紅瓤西瓜品種中的番茄紅素含量為33~100 mg/kg,由品種自身特性和環(huán)境共同作用而引起差異[3,10]。萬(wàn)學(xué)閃等認(rèn)為,紅瓤西瓜果實(shí)番茄紅素在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的積累呈“S”形曲線變化,幼果期番茄紅素含量相對(duì)較低,著色期急劇增加,完熟期達(dá)到峰值[11]。袁平麗等用高效液相色譜法(HPLC)和分光光度法測(cè)定比較西瓜番茄紅素的含量,結(jié)果顯示,分光光度法測(cè)得的平均番茄紅素含量是HPLC法的1.45倍,2種方法結(jié)果基本一致,可比較不同品種間番茄紅素的含量[12]。Gomes等研究認(rèn)為,西瓜汁加工成粉末時(shí),其番茄紅素含量、抗氧化能力分別提高216%、192%,且西瓜粉保存番茄紅素含量和抗氧化性能相對(duì)更穩(wěn)定[13]。豆峻嶺等分析紅瓤、黃瓤無(wú)籽西瓜果實(shí)在不同發(fā)育時(shí)期番茄紅素的積累差異及合成關(guān)鍵酶基因PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYb表達(dá)差異后認(rèn)為,授粉后25 d可能是西瓜番茄紅素積累的關(guān)鍵時(shí)期,番茄紅素合成途徑上游PSY基因和控制分解LCYb基因在番茄紅素合成中可能起到較為重要的作用,其中LCYb基因?qū)ξ鞴先可痍P(guān)鍵作用[14]。Bang等在LCYB啟動(dòng)子附近的多態(tài)性區(qū)域兩側(cè)設(shè)計(jì)引物,開(kāi)發(fā)出區(qū)分紅瓤、黃瓤西瓜LCYB等位基因的PCR新標(biāo)記Clcyb600,這一標(biāo)記與SNP或CAPS標(biāo)記相比,更容易區(qū)分LCYB等位基因[15]。Woomoon等通過(guò)微板法用紫外測(cè)定西瓜果實(shí)中的番茄紅素含量認(rèn)為,微板法能快速簡(jiǎn)單篩選高番茄紅素含量西瓜資源,結(jié)果可靠,比高效薄層色譜法更精準(zhǔn),并測(cè)定出96份西瓜材料的番茄紅素含量范圍為3.2~98.3 mg/kg,共篩選出15份高番茄紅素含量的品種[16]。Liu等通過(guò)F2群體構(gòu)建關(guān)于西瓜番茄紅素含量和其他果實(shí)性狀的遺傳圖譜,包含16個(gè)連鎖群,總長(zhǎng)2 039.5 cM,有37個(gè)SSR標(biāo)記,107個(gè)CAPSs標(biāo)記,為鑒定和克隆番茄紅素相關(guān)基因提供參考,為培育高番茄紅素含量西瓜品種提供有用標(biāo)記[17]。

      目前,對(duì)西瓜番茄紅素的合成積累原理已做了較多研究,但西瓜種質(zhì)資源繁多,各品種間差異較大,有關(guān)西瓜資源中番茄紅素含量的評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少。本試驗(yàn)以221份西瓜品種(系)為材料,通過(guò)分光光度計(jì)法測(cè)定其番茄紅素含量,分析比較不同品種(系)西瓜果實(shí)中番茄紅素含量的差異,以期篩選出高番茄紅素含量的品種,為西瓜育種親本的選配提供幫助,為西瓜番茄紅素的遺傳研究奠定良好的基礎(chǔ)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      221份二倍體西瓜種質(zhì),由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所國(guó)家西瓜甜瓜種質(zhì)資源中期庫(kù)和多倍體西瓜課題組提供,其中1份為野生西瓜,2份為黏籽西瓜,4份為籽瓜,48份為地方品種,107份為選育品種,59份為國(guó)外引進(jìn)品種;163份為紅瓤品種,38份為粉瓤品種,16份為黃瓤或橘黃瓤品種,4份為白瓤品種(表1)。2015年3月中旬,將西瓜種子播種于新鄉(xiāng)試驗(yàn)基地大棚內(nèi)育苗,移栽時(shí)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),行距為 1.5 m,株距為0.8 m;覆蓋地膜,單蔓整枝,第2雌花留單瓜,田間栽培管理一致;5月中旬開(kāi)始授粉,雌、雄花開(kāi)花前1 d下午套帽,開(kāi)花當(dāng)天自交授粉,掛牌標(biāo)注授粉日期;7月初采收,取同一天授粉、大小均勻的果實(shí),每個(gè)品種采3個(gè)瓜;取果實(shí)中心果肉,去籽勻漿;液氮速凍,置于-80 ℃冰箱保存,待測(cè)[11-12]。

      表1221份西瓜種質(zhì)資源的特征特性

      續(xù)表1

      編號(hào)品種名稱品種類型瓤色編號(hào)品種名稱品種類型瓤色M54ZXG00005L粉色M158ZXG01478V紅色M55ZXG00009L紅色M160PI278013V紅色M56ZXG00010L紅色M162ZXG00214T紅色M57ZXG00011L紅色M163CharlestongrayT粉色M58ZXG00012L粉色M165SugarleeT粉色M60ZXG00055L紅色M168ZXG00398T粉色M63ZXG00123L紅色M169CalhounGrayT紅色M65ZXG00128L紅色M170AllSweetT紅色M66ZXG00145L紅色M171ZXG00492T紅色M67ZXG00146L紅色M174BlackdiaondT粉色M71ZXG00160L粉色M176MpamophbiuT粉色M72ZXG00210L粉色M177ZXG00690T紅色M73ZXG00234L紅色M183PI277985T紅色M74ZXG00235L紅色M186PI319212T紅色M75ZXG00239L橘色M187SmokyleeT紅色M77ZXG00250L紅色M189CriosonSweetT紅色M78ZXG00259L紅色M190DixieleeT粉色M80ZXG00286L紅色M203PI345546T紅色M81ZXG00289L紅色M212PI537472T紅色M82ZXG00298L粉色M214ZXG00015V粉色M83ZXG00348L紅色M215ZXG00144V紅色M84ZXG00361L紅色M216ZXG00147V紅色M85ZXG00363L紅色M217ZXG00187V紅色M86ZXG00373L粉色M21974-5-1V粉色M88ZXG00410L橘色M220ZXG00243V紅色M89ZXG00443L橘色M221ZXG00253V粉色M92ZXG00632L粉色M223ZXG00264V紅色M97ZXG00714L紅色M226ZXG00350V紅色M98ZXG00722L紅色M227ZXG00355V紅色M99ZXG00738L紅色M228ZXG00358V紅色M101ZXG01191L紅色M229ZXG00421V紅色M103ZXG00006T粉色M230ZXG00430V紅色M104ZXG00007T紅色M231ZXG00441V紅色M105ZXG00014T粉色M232ZXG00591V紅色M107ZXG00222T粉色M233ZXG00626V紅色M109ZXG00378T紅色M238ZXG00852(2)V紅色M111ZXG00979T紅色M239ZXG00882V粉色M112ZXG00981T粉色M240ZXG01084V紅色M113ZXG00995T粉色M241ZXG01192V紅色M114PI314148T粉色M243ZXG01341V紅色M117PI379248T粉色M244LovrinT紅色M121ZXG00182S粉色M245ZXG00130T粉色M126ZXG00607S紅色M247ZXG00140T紅色M127ZXG00665S淺黃色M248ZXG00141T粉色M132ZXG00330L粉色M250ZXG00219T粉色M133ZXG00407L紅色M251ZXG00245T紅色M134ZXG00436L橘色M252ZXG00265T粉色M135ZXG00476L紅色M254MarketmedgetT紅色M137ZXG00698L紅色M255PI307750T紅色M138ZXG00716L黃色M257ZXG00429T粉色M139ZXG00724L橘色M259ZXG00450T紅色M143ZXG00342V粉色M261ToatoseedT粉色M144ZXG00359V紅色M262ZXG00523T紅色M146ZXG00484V粉色M266ZXG00812T紅色

      續(xù)表1

      編號(hào)品種名稱品種類型瓤色編號(hào)品種名稱品種類型瓤色M147ZXG00559V紅色M267PI161375T粉色M148ZXG00627V紅色M268ZXG01529T紅色M150ZXG00923L紅色M269SugarBabyT紅色M152ZXG01260V紅色M272ZXG00482S紅色M153ZXG01286V粉色

      注:品種類型中L、V、T、S、W、E分別表示地方品種、選育品種、引進(jìn)品種、籽瓜、野生品種、黏籽西瓜。表6同。

      1.2 番茄紅素的測(cè)定

      1.2.1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 將番茄紅素標(biāo)樣分別配制成0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的溶液,經(jīng)分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)502 nm處的吸光度,得到線性方程為y=3.249x+0.011(r2=0.997 3),則番茄紅素含量計(jì)算公式為

      B=(D×3.249+0.011)×f/m。

      式中:B為番茄紅素含量,mg/kg;D為波長(zhǎng)502 nm處的吸光度;m為樣品質(zhì)量,g;f為稀釋倍數(shù)。

      1.2.2 西瓜種質(zhì)番茄紅素的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取勻漿機(jī)破壁后的西瓜汁3 g,置于與真空泵相連的砂芯漏斗中抽濾;用 20 mL無(wú)水乙醇分3次脫水處理,再用30 mL甲醇分3次洗滌至洗出液無(wú)色;換接新的抽濾瓶,西瓜渣用2%二氯甲烷石油醚提取液洗滌至液無(wú)色;合并提取液,移入100 mL容量瓶,用少量2%二氯甲烷石油醚提取液洗抽濾瓶3次后倒入容量瓶,用提取液定容至100 mL;在波長(zhǎng)502 nm處測(cè)定吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得西瓜種質(zhì)中番茄紅素的含量。重復(fù)3次,取平均值。

      1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

      采用SPSS 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),采用類平均聚類法對(duì)201份紅、粉瓤西瓜種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 201份紅、粉瓤色西瓜種質(zhì)資源番茄紅素含量分析

      2.1.1 番茄紅素含量系統(tǒng)聚類 由表2、圖1可見(jiàn),距離系數(shù)D=9時(shí),201份紅、粉瓤西瓜種質(zhì)資源可根據(jù)番茄紅素含量水平劃分為4個(gè)類型群,分別為極高型(P4)、高型(P3)、中間型(P2)、普通型(P1),其番茄紅素含量平均值差異極顯著(P<0.01);201份西瓜種質(zhì)資源中,番茄紅素平均含量為 35.23 mg/kg,最高、最低含量分別為91.99、10.03 mg/kg,極差為81.96 mg/kg;類群內(nèi)番茄紅素含量極差為11.50~25.72 mg/kg;普通型類群的番茄紅素平均含量為 26.55 mg/kg,極差為25.72 mg/kg,變異系數(shù)為24.29%;極高型類群的番茄紅素平均含量為84.05 mg/kg,極差為 14.03 mg/kg,變異系數(shù)7.44%;普通型類群的變異系數(shù)大于其他類群,包含的資源數(shù)量相對(duì)最多,為126份,占總資源數(shù)的62.69%,中間型類群的資源數(shù)量為60份,占比為 29.85%;高型、極高型類群的材料數(shù)分別為9、6份,占比分別為4.48%、2.99%。表3為番茄紅素含量高型和極高型類群的西瓜品種番茄紅素含量,這為優(yōu)質(zhì)西瓜育種提供了較多的親本。

      表2201份紅、粉瓤西瓜種質(zhì)各類型群主要統(tǒng)計(jì)參數(shù)及方差分析

      注:數(shù)據(jù)后不同大寫(xiě)字母表示類群間差異極顯著(P<0.01)。

      2.1.2 不同類型西瓜在4個(gè)番茄紅素類群中的分布 由表4可見(jiàn),38份地方品種中,普通型、中間型、高型、極高型類群的種質(zhì)分別有21、9、5、3份,占比分別為55.26%、23.68%、13.16%、7.89%;103份選育品種中,普通型、中間型、高型、極高型類群的種質(zhì)分別有61、37、3、2份,占比分別為 59.22%、35.92%、2.91%、1.94%;57份國(guó)外引進(jìn)品種中,普通型、中間型、高型、極高型類群的種質(zhì)分別有41、14、1、1份,占比分別為71.93%、24.56%、1.75%、1.75%;3份籽瓜的番茄紅素含量均相對(duì)不高,為普通型類群。

      2.1.3 不同瓤色西瓜在4個(gè)番茄紅素類群中的分布 由表5可見(jiàn),163份紅瓤西瓜品種中,高型、極高型類群種質(zhì)分別為9、6份,占比分別為5.52%、3.68%,38份粉瓤西瓜品種中多為普通類群,有33份種質(zhì),占粉瓤品種數(shù)的86.84%,無(wú)高型、極高型類群種質(zhì),這說(shuō)明番茄紅素含量可能與瓤色有關(guān),紅瓤色西瓜品種含有較高含量的番茄紅素。

      2.2 20份黃、白、橘色瓤西瓜番茄紅素含量分析

      由表6可見(jiàn),20份黃、白、橘色瓤西瓜品種的番茄紅素含量相對(duì)極少,其含量范圍為0~6.32 mg/kg,平均含量為 1.79 mg/kg,變異系數(shù)為95.80%;白瓤西瓜通常不含有番茄紅素,而本試驗(yàn)測(cè)得白瓤西瓜番茄紅素含量相對(duì)極少,平均含量為0.57 mg/kg,這可能是由分光光度計(jì)測(cè)定誤差引起的;黃、橘色瓤的西瓜番茄紅素含量相對(duì)較少,平均含量為 2.10 mg/kg,其測(cè)定結(jié)果可能受到其他類胡蘿卜素的干擾;20份西瓜種質(zhì)資源中,4份選育品種、2份國(guó)外引進(jìn)品種的西瓜瓤色為黃色或橘黃色,番茄紅素含量相對(duì)稍高,其中,M6為野生西瓜,瓤色淡黃色,番茄紅素含量為1.44 mg/kg,M38、M44為白瓤黏籽瓜,番茄紅素含量分別為0.36、0.88 mg/kg,M127為籽瓜, 瓤色淡黃色, 番茄紅素含量為0.51 mg/kg;10份地方品種中,黃瓤、白瓤、橘色瓤都有,番茄紅素含量分布相對(duì)較為均勻。

      表3試材中高番茄紅素含量西瓜品種概況

      表4201份紅、粉瓤西瓜不同類型在4個(gè)番茄紅素類群中的分布

      表5201份不同瓤色西瓜在4個(gè)番茄紅素類群中的分布

      3 結(jié)論與討論

      鮮食西瓜中的番茄紅素是一種天然類胡蘿卜素,可以直接被人體吸收,具有猝滅活性氧、消除人體自由基、保護(hù)心血管等功能[18-20]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,201份紅、粉瓤西瓜材料的番茄紅素含量為10.03~91.99 mg/kg,平均含量為 35.23 mg/kg,與Perkins-Veazie等的研究結(jié)論[10]較為一致;20份黃、白、橘色瓤的西瓜番茄紅素含量相對(duì)極少,其含量范圍為0~6.32 mg/kg,平均含量為1.79 mg/kg,說(shuō)明西瓜果實(shí)中番茄紅素含量與西瓜瓤色可能相關(guān),瓤色差異可能是引起西瓜品種番茄紅素含量不同的主要原因,與高美玲等研究結(jié)果[21]吻合。對(duì)紅、粉瓤西瓜根據(jù)番茄紅素含量系統(tǒng)聚類結(jié)果表明,大多數(shù)西瓜資源的番茄紅素含量處于普通類群、中間型類群,高型、極高型僅占所測(cè)品種數(shù)量的7.46%,且都為紅瓤色品種;38份地方品種中,高型、極高型品種數(shù)量為8份,占比為21.05%,103份選育品種中,高型、極高型品種數(shù)量為5份,占比為4.85%,57份國(guó)外引進(jìn)品種中,高型、極高型品種數(shù)量為2份,占比為3.51%。

      在西瓜育種最初階段,人們往往通過(guò)生產(chǎn)比較,篩選出適合當(dāng)?shù)氐奈鞴隙酁榇蠊?、糖度稍低、色彩艷麗的品種,而番茄紅素含量與瓤色有關(guān),因此,地方品種中高番茄紅素含量的西瓜品種比例相對(duì)較高;西瓜選育品種是育種工作者通過(guò)雜交、自交等手段,以豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、少籽、耐貯運(yùn)、口感好、抗病蟲(chóng)害及抗逆等為目標(biāo)而培育的品種[22-23],選育時(shí)有一定偏好,富含番茄紅素并非其主要的育種目標(biāo),有些品種可能富含瓜氨酸、谷胱甘肽、維生素C等功能性成分,因此,選育品種的番茄紅素含量并不明顯高于地方品種。國(guó)外引進(jìn)品種往往具有一種或多種優(yōu)異或特異性狀, 其番茄紅素含量情況類似選育品種。在長(zhǎng)期育種工作中,我國(guó)已收集了大量的西瓜種質(zhì)資源,加強(qiáng)對(duì)這些資源深度和廣度評(píng)價(jià),可豐富西瓜育種的基礎(chǔ)材料,為西瓜育種提供優(yōu)良種質(zhì)。劉文革等通過(guò)測(cè)定多倍體、二倍體西瓜果實(shí)中的番茄紅素等功能性成分含量差異,成功選育出多個(gè)高番茄紅素、高瓜氨酸含量的西瓜新品種[8,24-25],這些功能性成分有益人體健康,可滿足不同消費(fèi)者的需求。本試驗(yàn)選出6份極高番茄紅素含量和9份高番茄紅素含量的西瓜品種,可通過(guò)選配親本,培育更高含量番茄紅素的優(yōu)良西瓜品種。

      表6黃白瓤西瓜番茄紅素含量特征

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