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不同樱桃番茄品种果实发育过程中类胡萝卜素的变化规律

来源:知实学术 分类:农业论文 发布时间:2021-03-20 浏览:

  摘要 分析不同樱桃番茄品种果实发育期类胡萝卜素的变化规律,探讨果肉外观颜色差异形成的原因,为选育不同果实颜色的樱桃番茄新品种提供参考。以成熟果色分别为红色、粉色、黄色、紫色和绿色的“状元红” “粉丽娜” “皇冠” “黑珍珠”和“碧玺”5个樱桃番茄品种为试材,测定其绿熟期、转色期、成熟期的叶绿素、番茄红素、胡萝卜素等色素的含量。结果表明,5个樱桃番茄品种在果实成熟过程中叶绿素含量呈逐渐降低趋势,完熟期含量最低;番茄红素含量呈逐渐增高趋势,其中,“状元红”完熟期番茄红素的含量最高,达0.092 mg/g;“黑珍珠”随着果实的成熟,叶绿素、胡萝卜素和番茄红素的含量呈增高趋势,其叶绿素、胡萝卜素含量明显高于“状元红”和“粉丽娜”;“皇冠”果实成熟过程中胡萝卜素的含量均低于其他几个品种;“皇冠”和“碧玺”果实成熟过程中几乎不含番茄红素。

  关键词 樱桃番茄;果实发育;类胡萝卜素;果实颜色;色素含量

  中图分类号 S641.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2021)04-0046-04

  doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.012

现代农业

  《现代农业》始终宣传党的方针政策,传播农业科学知识,为农业、农民服务是其一贯的办刊宗旨。本刊主要报道国内外的农业新技术、新成果,介绍实用技术,刊载专家学者对疑难问题的解答,传递市场信息,为广大农牧民脱贫致富达小康服务。

  Law of Changes of Carotenoid Content in Different Cultivars of Cherry Tomato during Fruit Development

  YAN Jian-min, CAO Ke-mei, LI Yun-zhou et al

  (College of Agriculture,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025)

  Abstract The change regularity of carotenoid contents of cherry tomato fruits with different colors during the development was studied, and the relationship between cherry tomato fruit color and carotenoid change was analyzed, providing a reference for breeding new varieties including more lycopene. Five cherry tomato varieties were used as test materials which maturity fruit color was red, pink, yellow, purple and green, respectively, and the content of chlorophyll, lycopene, carotene and other pigments during fruit development was measured. The result showed that the content of chlorophyll decreased gradually and the content of lycopene increased in five cherry tomato varieties during the ripening process, among which Zhuangyuanhong that the content of lycopene was the highest 0.092 mg/g in the mature stage. The contents of chlorophyll, carotene and lycopene in Heizhenzhu increased with the ripening of the fruit, and the contents of chlorophyll and carotene were significantly higher in Heizhenzhu than that of Zhuangyuanhong and Fenlina.The content of carotene of Huangguan was lower than that of other varieties during the ripening process;Huangguan and Bixi almost did not contain lycopene during the ripening process of fruit.

  Key words Cherry tomato;Fruit development;Carotenoid;Fruit color;Pigment content

  基金项目 国家自然科学基金项目(31960604);贵州大学人才引进科研项目(贵大人基合字〔2014〕18号);贵州省生物学国内一流学科建设学科开放基金(GNYL〔2017〕009FX4KT43)。

  作者简介 闫见敏(1983—),女,河北邯郸人,副教授,博士,从事蔬菜育种与生物技术研究。通信作者,教授,博士,从事蔬菜作物生长发育调控研究。

  收稿日期 2020-07-08

  类胡萝卜素普遍存在于不同颜色的花卉、水果、蔬菜中,其含量和组成不仅决定果实外观色泽和商品性,同时还具有抗癌、降血压、提高免疫力、抗氧化、延缓衰老等保健功效[1-5],各国育种工作者越来越重视作物品种中类胡萝卜素含量的选择。樱桃番茄果色有红色、粉色、黄色、橙色、棕色、紫色、黑色、绿色等颜色,富含多种类胡萝卜素,近年来番茄红素在食品加工、医药保健、美容养颜等领域得到广泛应用。目前,番茄红素市场逐渐扩大,急需大量富含番茄红素的品种。类胡萝卜素广泛存在于植物叶绿体和有色体膜上,由8个异戊二烯单位首尾相连形成,是一类重要的天然色素的总称,除八氢番茄红素、六氢番茄红素等少数类胡萝卜素呈无色外,绝大多数类胡萝卜素呈现一定颜色,如黄色、橙色和红色。在枇杷[6]、枸杞[7]、宫内伊予柑[8]、万寿菊[9]、番茄[10]、辣椒[11]、杏[12]、桃[13]、芒果[14]和柑橘[15]等不同作物上研究表明,果实内不同类胡萝卜素含量的变化引起果实外观呈色存在一定的差异,影响果实营养品质与商品特性。王蕾等[16]对6个不同成熟果色的番茄品種采用HPLC外标法在果实发育期进行类胡萝卜素含量变化分析,结果表明,番茄果实发育过程中,不同成熟果色的番茄果实中番茄红素、

  叶黄素、β-胡萝卜素含量有所不同。李京等[17]研究发现在室温、避光、通风等不同环境条件下,采后番茄的果实中总类胡萝卜素的含量在转色期后迅速增加;其中,番茄红素的比例也随之增加。吕鑫等[18]以不同成熟果色的4个番茄品种为试材在果实发育期对果实不同部位的番茄红素含量进行测定,结果发现红果品种中番茄红素含量最高,绿果品种中最低;胎座中番茄红素合成最早。吴浪等[19]研究发现,番茄果实表面颜色易受番茄果实不同部位影响,其中,果肉色对果实表面颜色的影响最大,依次是果皮色、胎座胶状物质颜色。

  虽然国内外关于番茄果实色泽与类胡萝卜素含量变化有不少报道,但大部分集中在普通番茄上,且研究方法主要是HPLC。对于樱桃番茄不同成熟期类胡萝卜素含量变化规律缺乏研究,因此,为了提高番茄红素品种选育效率,有必要采用操作简单、快速、实用的有机溶剂提取法筛选富含番茄红素的品种资源。笔者以5种不同成熟果色的樱桃番茄为试验材料,研究其果实发育过程中类胡萝卜素含量和果实色泽变化的相关性,为筛选富含番茄红素的樱桃番茄新品种提供理论基础。

  1 材料与方法

  1.1 试验材料

  材料为成熟果色分别呈红色、粉色、黄色、紫色和绿色的“状元红”“粉丽娜”“皇冠”“黑珍珠”和“碧玺”5个樱桃番茄品种,均购自山东省寿光市瑞航农业科技有限公司。

  1.2 试验设计

  于2017年4月13日分别将5个樱桃番茄品种的种子直接播入装有湿润育苗基质的72孔黑色塑料育苗盘穴孔内,每孔播2粒,塑料大棚内育苗。当幼苗具5~6片真叶时,从塑料大棚移栽到露地,按株行距55 cm×45 cm进行定值,常规田间管理。待果实定型后,分别采取不同品种绿熟期、转色期、完熟期3个时期的果实(图1),用有机溶剂法提取类胡萝卜素。3次重复,每重复用5个果实。

  1.3 测定项目与方法

  1.3.1 类胡萝卜素的提取与测定。

  将3次重复的果实混合,切碎,随机取5~10 g 混合样品于研钵中,加7~8 mL丙酮和5~6 mL己烷,研磨成匀浆状。匀浆倒入耐酸性过滤性漏斗中,将漏斗装在抽滤瓶上抽滤,漏斗上残渣用少量丙酮和己烷反复洗涤抽滤,直至残渣呈白色为止。滤液倒入分液漏斗中,静置后分为2层,弃下相。上层用20 mL 90%甲醇洗涤约1 min,静置、澄清分层后弃去下相,反复2~3次,用滤纸将分液漏斗嘴吸干,将溶液定容至50 mL。487.5及502.0 nm波长处测定并记录其光密度值,测3次,取其平均值。

  计算公式:

  总胡萝卜素(μg/g)=D487.5×稀释倍数×106/(181×比色杯厚度×样品重)

  番茄红素=(D502×181/487.5-42/237)×100%

  1.3.2 叶绿素的提取与测定。

  叶绿素的测定参考阮美颖等[20]的测定方法,稍作改动。称取0.2 g样品于研钵中,加入少量95%乙醇,碳酸钙、石英砂研磨,过滤至棕色容量瓶中定

  容至25 mL,分光光度计测定665、649 nm波长并记录其光

  密度值。

  计算公式:

  Ca=12.72A665-2.59A649

  Cb=22.88A649-4.67A665

  Ct=Ca+Cb

  式中,Ca为叶绿素a浓度,Cb为叶绿素b浓度,Ct为总叶绿素浓度;A665为波长665 nm处的吸光值;A649为波长649 nm处的吸光值。

  1.4 数据分析

  利用Microsft Office Excel 2010整理数据,用SPSS软件绘制成图。

  2 结果与分析

  2.1 不同樱桃番茄品种果实发育过程中叶绿素含量的变化

  5个不同樱桃番茄品种果实发育过程中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量均呈逐渐下降趋势,到完熟期其含量降至最低(图2)。其中,紫色品种“黑珍珠”果实发育过程中的叶绿素含量均比其他4个品种高。完熟期的紫色品种“黑珍珠”叶绿素含量略高于绿色品种“碧玺”,显著高于红色品种“状元红”、粉色品种“粉丽娜”和黄色品种“皇冠”,可能说明紫色番茄呈紫色与自身含较高叶绿素有关,这也可能是呈紫

  色的原因之一。绿色品种“碧玺”在果实成熟过程中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量变化趋势相同,与成熟期成反比关系,即随着果实成熟其含量降低,其在各时期的叶绿素含量均高于“状元红”“粉丽娜”和“皇冠”。完熟期“状元红”“粉丽娜”和“皇冠”这3个品种的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量趋于零。

  2.2 不同樱桃番茄品种果实发育过程中胡萝卜素含量的变化

  樱桃番茄果实成熟期胡萝卜素含量的变化趋势与叶绿素含量的变化趋势正好相反,即随着果实的成熟5个樱桃番茄品种的胡萝卜素含量呈逐渐增加趋势(图3),其中,紫色品种“黑珍珠”的胡萝卜素含量在各时期均显著高于其他4个品种,完熟期达到最高为0.014 mg/g;绿色品种“碧玺”完熟期的胡萝卜素含量超过“状元红”“粉丽娜”和“皇冠”;黄色品种“皇冠”在3个成熟时期的胡萝卜素含量均低于其他4个品种,推测可能是黄色品种“皇冠”随着果实成熟其叶黄质和α-胡萝卜素含量急剧下降直至消失[8],导致其胡萝卜素含量也随着降低。

  2.3 不同樱桃番茄品种果实发育过程中番茄红素含量的变化

  由图4可知,5个樱桃番茄品种在绿熟期基本不含番茄红素。红色品种“状元红”、粉色品种“粉丽娜”和紫色品种“黑珍珠”的番茄红素含量均随着果实的成熟呈上升趋势,且上升幅度很大,到完熟期“状元红”的含量达到最高,为0.092 mg/g,其次为“粉丽娜”,然后是“黑珍珠”。说明这3個品种的呈色也受到了番茄红素含量的影响。黄色品种“皇冠”和绿色品种“碧玺”这2个品种在果实发育过程中几乎不含番茄红素。

  3 结论与讨论

  类胡萝卜素广泛存在于自然界中,主要包括胡萝卜素(碳氢化合物)和叶黄素(胡萝卜素的氧化衍生物)两大类,具有明显的抗氧化作用,是人类和动物必不可少的营养物质。除八氢番茄红素、六氢番茄红素等少数类胡萝卜素呈无色外,绝大多数类胡萝卜素均呈一定的颜色,如番茄红素呈红色,叶黄素呈黄色,α-胡萝卜素和β-胡萝卜素呈橙色[21]。研究发现,多数植物花、果的颜色与类胡萝卜素的种类及其含量的积累有关,不同色素含量的变化导致品种间存在颜色差异[22]。

  番茄的果实颜色是果皮颜色和果肉颜色的相互叠加。其中樱桃番茄以其精致小巧、娇艳的外形、独特可口的食味而深受消费者的青睐,已逐渐被市场认可为一种新型水果,其果实颜色是重要的商品性状,因此对樱桃番茄果实色泽的研究引起科研工作者的极大重视。该研究以5个不同成熟果色的樱桃番茄品种为试材,测定其绿熟期、转色期、成熟期的叶绿素、番茄红素、胡萝卜素等色素的含量。结果表明,不同品种的樱桃番茄果实外观颜色变化与其积累的类胡萝卜素含量有关,主要是由于叶绿素含量下降和类胡萝卜素含量升高所致,这与曲瑞芳等[23]的研究结果相一致。5个樱桃番茄品种在果实成熟过程中叶绿素含量呈逐渐降低趋势,到完熟期含量降到最低;番茄红素含量呈逐渐增高趋势。完熟期红色品种“状元红”、粉色品种“粉丽娜”和黄色品种“皇冠”这3个樱桃番茄品种的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量趋于零。“状元红”“粉丽娜”和“黑珍珠”这3个樱桃番茄的番茄红素含量均随着果实成熟而大幅度增加,这与常培培等[24]的研究结果一致,即红、粉、紫色品种富含番茄红素。“皇冠”和“碧玺”的番茄红素完熟期含量基本趋于零。因此,推测类胡萝卜素含量的差异是造成该试验中5个樱桃番茄品种呈不同果色的主要原因。紫色番茄“黑珍珠”在整个果实成熟过程中其叶绿素含量和胡萝卜素含量均明显高于其他4个品种。该研究还发现,黄果番茄“皇冠”的胡萝卜素含量在各时期均比其他4个品种的含量低,这可能与黄色番茄含有r基因有关,因为r基因的存在可大大降低胡萝卜素的合成,且抑制了番茄紅素的生成。

  目前,关于番茄果色形成的分子水平研究也越来越受到重视。番茄的染色体上含有较多与类胡萝卜素含量有关并控制花和果实着色的基因位点。研究发现,番茄进入转色期后,控制八氢番茄红素合成酶的基因Psy-1和控制八氢番茄红素脱氢酶的基因Pds非常活跃,其mRNA 水平显著增加[17,25]。与此同时,番茄红素环化酶基因Lcy-b 和Lcy-e的mRNA 水平急剧下降,并很快消失[26-27]。这些基因表达水平的差异意味着番茄红素的积累与果实发育成熟过程中的基因转录调控有关。Yan等[28]揭示了Aft-SIMYBATV调控紫色番茄形成的分子机制。Yang等[29]利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对红果番茄杂交种“京番501”“京番501”和“京番602”定向快速创制了粉果番茄杂交种,并能保持原始红果材料的优异农业性状。该研究仅重点研究了樱桃番茄类胡萝卜素的变化规律,关于其类胡萝卜素组分、代谢、分子机制,以及如何快速高效地定向培养不同成熟果色的樱桃番茄还有待进一步研究。

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文章名称:不同樱桃番茄品种果实发育过程中类胡萝卜素的变化规律

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