絲瓜耐褐變性和種質(zhì)資源分類的研究進(jìn)展

馮英娜+巫建華+顏志明+王全智+蘇小俊+賈思振

摘要：論述絲瓜機(jī)械損傷后的褐變因素，即酶促褐變。酶促褐變分為多酚氧化酶和過氧化物酶對褐變的影響。多酚氧化酶催化酚類物質(zhì)形成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀，降低絲瓜的營養(yǎng)品質(zhì)和商品價(jià)值。論述前人對絲瓜褐變的研究，總結(jié)前人對絲瓜褐變的研究方法以及對褐變的抑制研究，同時(shí)對絲瓜種質(zhì)資源分類進(jìn)行論述，從形態(tài)學(xué)標(biāo)記、DNA分子標(biāo)記兩個(gè)方面闡述在絲瓜種質(zhì)資源分類上的應(yīng)用，對今后絲瓜種質(zhì)資源分類的研究進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：絲瓜；多酚氧化酶；過氧化物酶；種質(zhì)資源分類

中圖分類號： S642.401

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0199-02

絲瓜（Luffa cylindrica）是葫蘆科絲瓜屬一年生攀援草本植物，絲瓜主要的栽培種分為2類，一類是普通絲瓜，另一類是有棱絲瓜。普通絲瓜在機(jī)械損傷、烹飪等加工過程中果肉和果汁會發(fā)生褐變，褐變可分為酶促褐變和非酶促褐變2種類型。酶促褐變的原因主要是絲瓜的多酚氧化酶催化酚類物質(zhì)形成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀，大大降低絲瓜的營養(yǎng)價(jià)值，嚴(yán)重影響絲瓜的商品價(jià)值[1-3]。不同品種的普通絲瓜果肉褐變程度相差較大，主要與不同品種普通絲瓜中多酚氧化酶活性和含量、酚類物質(zhì)種類和含量有關(guān)。

1 絲瓜酶促褐變特性

1.1 絲瓜多酚氧化酶特性

酶促褐變發(fā)生需要適當(dāng)?shù)孜铩⒚负脱鯕?個(gè)基本條件。絲瓜含有較多的酚類物質(zhì)，在多酚氧化酶的條件下將酚類物質(zhì)氧化成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀。黃樹蘋等通過自行組配的8份雜交組合材料篩選出褐變程度最高的作為研究多酚氧化酶的材料，采用分光光度法研究PPO活性，發(fā)現(xiàn)PPO與底物反應(yīng)得到的反應(yīng)產(chǎn)物的最適應(yīng)波長是410 nm；溫度20 ℃時(shí)吸光度最大，此時(shí)酶的活性最強(qiáng)；pH值對絲瓜PPO活性也有影響，pH值3.6～6.8時(shí)PPO活性增強(qiáng)，pH值超過6.8時(shí)PPO活性逐漸降低，由此可知pH值為6.8時(shí)PPO活性最大[1]。維生素C和硫代硫酸鈉對PPO抑制性很強(qiáng)，濃度為50 mg/L維生素C和100 mg/L硫代硫酸鈉對絲瓜PPO都具有顯著的抑制效果，檸檬酸對其抑制性影響不大。陳銑等通過測定123份普通絲瓜種質(zhì)資源PPO的活性變異，篩選出26份低活性的普通絲瓜材料，這26份材料可作為普通絲瓜品質(zhì)改良的重要資源并加以利用[4]。

1.2 絲瓜過氧化物酶特性

周向軍等以愈木創(chuàng)酚為底物，波長470 nm測定絲瓜的過氧化物酶活性。探討了溫度、底物濃度、抑制劑對酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)絲瓜POD最適反應(yīng)pH值為5.0，最適反應(yīng)溫度為45 ℃，正交試驗(yàn)表明最佳抑制劑組合為6 mmol/L維生素C+6 mmol/L 半胱氨酸+6 mmol/L EDTA+6 mmol/L檸檬酸，在此條件下抑制率為58.89%，對POD酶促褐變均具有抑制作用[2]。

2 絲瓜果肉褐變性狀的遺傳

王輝等采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型多世代聯(lián)合分析的方法，對構(gòu)建的6個(gè)群體褐變特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)普通絲瓜果肉耐褐變遺傳符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因混合遺傳模型（E-O）[5]?；ㄐ泺P等對123份普通絲瓜進(jìn)行褐變度的測定，篩選出低褐變度的絲瓜材料，同時(shí)普通絲瓜褐變度的吸光度在0.115～0.647之間，變異系數(shù)為36.1%，表明變異差異較大，為絲瓜耐褐變的遺傳改良提供有利條件[6]。王輝等對11份絲瓜材料進(jìn)行耐褐變材料的篩選，極耐褐變資源的瓜形多為圓筒形，耐褐變材料作為親本之一所組配的組合，其褐變指數(shù)均較低[7]。

褐變研究由來已久，但大多是圍繞果實(shí)酚類物質(zhì)發(fā)育生理、氧化作用和酶的適宜環(huán)境以及酚含量、酶活性變化與褐變發(fā)生的關(guān)系，乃至影響褐變發(fā)生的因素與防止其發(fā)生的技術(shù)措施展開的[8-12]。褐變在基因的調(diào)控中還未發(fā)現(xiàn)，在接下來的研究中進(jìn)一步挖掘褐變基因。

3 形態(tài)標(biāo)記在絲瓜種質(zhì)資源分類上的進(jìn)展

植物在長期的生長演化過程中，植株在形態(tài)上表現(xiàn)出各種各樣的特征，依據(jù)這些表型特征對其進(jìn)行分類，此方法在蔬菜分類中應(yīng)用最早，也是最典型的方法之一。廣義的形態(tài)學(xué)特征還可以借助簡單的方法來識別某些特征，比如生理特征、抗病性、抗蟲性等。依據(jù)形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分類，簡單、明了、易操作，被廣大育種者所接受。

絲瓜的主要形態(tài)學(xué)特征包括瓜棱、葉片、第一雌花節(jié)位、瓜形、瓜色、瓜長等。絲瓜在我國主要分為有棱絲瓜[Luffa acutangual （Linn.） Roxb.]和普通絲瓜[Luffa cylindrical （Linn.） Roem. ]。有棱絲瓜主要分布在廣東省一帶，其他地方主要以普通絲瓜為主。夏軍輝等采用形態(tài)學(xué)標(biāo)記運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析將26份絲瓜種質(zhì)材料的遺傳多樣性進(jìn)行分析[13]。在植物學(xué)性狀的分類中將絲瓜分為2類，一類是有棱絲瓜，另一類是普通絲瓜。

4 DNA分子標(biāo)記在絲瓜種質(zhì)資源分類上的進(jìn)展

分子標(biāo)記作為植物種質(zhì)資源鑒定分類的有效工具，采用分子標(biāo)記能夠較準(zhǔn)確地進(jìn)行種質(zhì)資源的分類和遺傳多樣性研究。分子標(biāo)記是從遺傳物質(zhì)DNA水平上研究遺傳變異的規(guī)律，能夠排除外界環(huán)境對基因表達(dá)的干擾，結(jié)果更具可靠性，分子標(biāo)記已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前多種分子標(biāo)記被應(yīng)用于絲瓜種質(zhì)資源分類中，如SSR（簡單重復(fù)序列）、RAPD（隨機(jī)擴(kuò)增序列）、ISSR（簡單序列重復(fù)區(qū)間擴(kuò)增多態(tài)性）、SRAP（相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性）、SCoT（目標(biāo)起始密碼子多態(tài)性）等。

4.1 SSR分子標(biāo)記

SSR分子標(biāo)記是以PCR為基礎(chǔ)，DNA用量少，技術(shù)簡便，易于操作，重復(fù)性和穩(wěn)定性好。由于SSR引物開發(fā)價(jià)格高，絲瓜研究又相對滯后，所以在絲瓜種質(zhì)資源分類上報(bào)道有限。劉軍等利用SSR和SRAP標(biāo)記對30份絲瓜的種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)30份絲瓜被分為普通絲瓜和有棱絲瓜，30份絲瓜種質(zhì)的平均遺傳相似系數(shù)為0.761，表明絲瓜種質(zhì)間遺傳背景較狹窄[14]。

4.2 SRAP分子標(biāo)記

SRAP也是一種基于PCR的新型標(biāo)記，由美國加州大學(xué)作物系Li等在蕓薹屬作物上開發(fā)出來[15]。崔俊杰等采用SRAP標(biāo)記將來源不同的56份有棱絲瓜和8份普通絲瓜進(jìn)行親緣關(guān)系分析，結(jié)果表明在遺傳系數(shù)為0.17處將64份絲瓜分為兩大類群，第一類是普通絲瓜，第二類是有棱絲瓜。有棱絲瓜群又被分為2個(gè)亞群，一類以常綠型絲瓜為主，另一類是短果型絲瓜[16]。從分子水平上來看絲瓜的分類與形態(tài)學(xué)較為一致，這與劉軍等對30份絲瓜種質(zhì)資源進(jìn)行分類的結(jié)果相似。

4.3 ISSR分子標(biāo)記

ISSR分子標(biāo)記用錨定的微衛(wèi)星DNA為引物，即在SSR序列的 3′端或5′端加上2～4個(gè)隨機(jī)核苷酸，在PCR反應(yīng)中錨定引物可引起特定位點(diǎn)退火，導(dǎo)致與錨定引物互補(bǔ)的間隔不太大的重復(fù)序列間DNA片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增。陳超文對30份絲瓜種質(zhì)資源進(jìn)行ISSR分析，基于Jaccard遺傳相似系數(shù)的Neighbour-Joining聚類分析，在相似系數(shù)0.313處劃分為2類，即普通絲瓜和有棱絲瓜，此結(jié)果的劃分與栽培上劃分一致[17]。Prakash等對絲瓜栽培種和野生種進(jìn)行多樣性分析，將絲瓜分為有棱絲瓜和普通絲瓜，他認(rèn)為這種分類的結(jié)果可能因?yàn)?種絲瓜開花的時(shí)間不同，有棱絲瓜在傍晚開花而普通絲瓜在白天開花。3種野生種被分為一類，可能是因?yàn)橐吧z瓜具有天然的雜交性，而普通絲瓜和有棱絲瓜需要人工輔助授粉[18]。蘇小俊采用ISSR分子標(biāo)記對搜集到國內(nèi)地方品種43份絲瓜種質(zhì)資源進(jìn)行親緣關(guān)系的鑒定，聚類分析發(fā)現(xiàn)以大部分形態(tài)學(xué)和生物學(xué)性狀類似的種質(zhì)聚在一起，比如果形相似的聚在一起。多數(shù)來源相同地方的種質(zhì)聚在一起，說明這些地方絲瓜種質(zhì)間交流相對頻繁，進(jìn)一步說明種質(zhì)分類與地域有一定關(guān)系[19]。

4.4 其他分子標(biāo)記

除了以上列出的分子標(biāo)記外，SCoT、RAPD、COS等分子標(biāo)記在絲瓜種質(zhì)資源分類上也見少量報(bào)道。蔣雅琴等運(yùn)用SCoT分子標(biāo)記分析81份絲瓜種質(zhì)資源的遺傳多樣性和親緣關(guān)系。SCoT分子標(biāo)記分析表明收集到81份絲瓜栽培種之間的遺傳背景較寬，多樣性較豐富，同時(shí)說明有棱絲瓜的遺傳相似系數(shù)大于0.658 0，普通絲瓜遺傳相似系數(shù)大于0.712 0，有棱絲瓜和普通絲瓜種內(nèi)的遺傳變異較小，種內(nèi)的遺傳背景較狹窄[20]，這與夏軍輝的研究結(jié)果[13]一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃樹蘋，談太明，徐長城，等. 絲瓜過氧化物酶的特性初步研究[J]. 中國蔬菜，2009（10）：17-22.

[2]周向軍，高義霞，袁毅君，等. 絲瓜過氧化物酶的特性和抑制作用研究[J]. 中國釀造，2011（10）：81-85.

[3]王 成，王 輝，婁麗娜，等. 普通絲瓜果肉褐變的鑒定方法研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（11）：137-138.

[4]陳 銑，花秀鳳，黃斌斌. 不同基因型普通絲瓜PPO活性的變異及低活性品種的篩選[J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，28（10）：962-965.

[5]王 輝，婁麗娜，王 成，等. 普通絲瓜果肉褐變性狀的數(shù)量遺傳分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，30（3）：607-611.

[6]花秀鳳，陳 銑，黃斌斌. 普通絲瓜果肉褐變的變異及低褐變品種的篩選[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（19）：103-106.

[7]王 輝，王 成，婁麗娜. 絲瓜果肉耐褐變種質(zhì)資源的篩選及初步應(yīng)用[J]. 長江蔬菜，2013（14）：20-22.

[8]Fabio C，Alessandra B，Anna G，et al. Radical scavenging activities of peels and pulps from cv. Golden Delicious apples as related to their phenolic composition[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry，2004，52（15）：4684-4689.

[9]Amiot M J，Tacchini M，Aubert S，et al. Phenolic composition and browning susceptibility of various apple cultivars at maturity[J]. Journal of Food Science，1992，57（4）：958-962.

[10]Cheng G W，Crisosto C H.Browning potential，phenolic composition，and polyphenoloxidase activity of buffer extracts of peach and nectarine skin tissue[J]. Journal of the American Society for Horticulturalence，1995，120（5）：835-838.

[11]Larrigaudiere C，Lentheric I，Vendrell M.Relationship between enzymatic browning and internal disorders in controlled-atmosphere stored pears[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture，1998，78（2）：232-236.

[12]田世平，徐 勇，姜愛麗，等. 冬雪蜜桃在氣調(diào)冷藏期間品質(zhì)及相關(guān)酶活性的變化[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，34 （6）：656-661.

[13]夏軍輝，向長萍. 絲瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性的形態(tài)和RAPD標(biāo)記分析[J]. 中國蔬菜，2008（10）：21-25.

[14]劉 軍，許美榮，趙志偉，等. 絲瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性的SSR與SRAP分析[J]. 中國瓜菜，2010（2）：1-4.

[15]Li G，Quiros C F.Sequence-related amplified polymorphism（SRAP），a new marker system based on a simple PCR reaction：its application to mapping and gene tagging in Brossica[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，103（2/3）：455-461.

[16]崔俊杰，宋建文，汪國平，等. 絲瓜種質(zhì)資源親緣關(guān)系的SRAP分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2012，13（6）：1061-1066.

[17]陳超文. 絲瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性的ISSR分析[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2009.

[18]Prakash K，Pati K，Arya L，et al.Population structure and diversity in cultivated and wild Luffa species[J]. Biochemical Systematics and Ecology，2014，56：165-170.

[19]蘇小俊. 普通絲瓜種質(zhì)資源評價(jià)體系及主要農(nóng)藝性狀遺傳規(guī)律研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[20]蔣雅琴，黎 炎，李文嘉，等. SCoT分子標(biāo)記技術(shù)在絲瓜上的應(yīng)用[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，45（12）：2117-2122.姜自紅，劉中良. 嫁接對銅脅迫下黃瓜幼苗生長和光合特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（4）：201-203.