西瓜果實番茄紅素含量遺傳規(guī)律的研究

丁 謙，丁大為，王 波，姚夢佳，魏懷生，張建農(nóng)

(1.濰坊工程職業(yè)學院 花卉學院，山東 青州 262500； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，蘭州 730070)

西瓜因其營養(yǎng)豐富，肥美多汁，成為國際上大面積栽培的水果之一。隨著生活水平的不斷提高，消費者對西瓜果實的營養(yǎng)成分要求也越來越高，特別是番茄紅素，維生素C，瓜氨酸等，其中番茄紅素最為重要。西瓜果瓤顏色多為紅色、黃色，少數(shù)品種呈現(xiàn)白色。而紅色果肉與番茄紅素含量多寡有直接關(guān)系。番茄紅素是一種天然的色素，人體本身不可合成，但對人類健康具有重要的調(diào)節(jié)作用，如抑制癌細胞生長[1]、降低膽固醇[2]和較強的抗氧化作用[3]。

Perkins[4]等研究發(fā)現(xiàn)，西瓜紅色果肉中含有豐富的且可被直接吸收的番茄紅素。因此，深入分析西瓜果實中番茄紅素的遺傳規(guī)律則顯得尤為重要。目前對西瓜果實番茄紅素遺傳規(guī)律的研究較少[5]，本實驗以籽瓜自交系(白瓤)為母本，西瓜自交系(紅瓤)為父本，雜交的F1、F2代及F1代與雙親的回交代為材料，探討西瓜中番茄紅素含量的遺傳規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

P1：籽瓜自交系J-1(白瓤)，P2：西瓜自交系04-12(紅瓤)，P1×P2得F1、F1自交得F2，F(xiàn)1×P1得BC1-Y、F1×P2得BC1-YY。將上述材料種植在同一塊試驗地，田間管理相同，待果實成熟期分別采收不同品系的果實備用。

1.2 方法

1.2.1 番茄紅素的提取方法

番茄紅素測定采用分光光度法，參照李增光[6]、張連富等[7]的方法并加以改進。由西瓜果實中部取果肉2.0g置于研缽中迅速搗碎研磨成糊狀勻漿，與6ml正己烷(含2%二氯甲烷)混勻加入到棕色試劑瓶中，并調(diào)節(jié)PH值到5.7，然后置于溫度35℃，轉(zhuǎn)速110r/min的恒溫搖床上密閉避光2h，在室溫下靜置10min使各相分離,取上層有機相0.2ml，用正己烷(含2%二氯甲烷)稀釋至2ml，然后以正己烷(含2%二氯甲烷)作對照，利用紫外分光光度計測其在503 nm處的吸光值，根據(jù)番茄紅素標準吸收曲線(公式)計算其中番茄紅素的含量[8]，并統(tǒng)計分析。

在果實成熟期，在P1、P2、及F1代材料中隨機選5個果實測定取平均值，在BC1-Y中隨機選擇51個，BC1-YY中隨機選52個，F(xiàn)2代中隨機選107個果實進行測定。

1.2.2 番茄紅素標準曲線圖的繪制

準確稱取真空干燥(45℃ 30min)番茄紅素標準樣品2.5mg,在5ml棕色容量瓶中用正己烷(含2%二氯甲烷)溶解后并定容，得到母液濃度0.5mg/ml,然后迅速稀釋到不同倍數(shù)并定容到50ml棕色容量瓶中，在503nm測定吸光值(每種稀釋液平行重復3次測吸光值，取平均值作標準曲線)，用以計算番茄紅素含量[6]，并以吸光值(y)對番茄紅素濃度(x)作圖，得到如下番茄紅素標準吸收曲線。

圖1 番茄紅素濃度與吸光度的標準曲線

2 結(jié)果與分析

測定結(jié)果顯示P1果實平均番茄紅素含量為0.56 mg/kg.FW，P2為52.23 mg/kg.FW， F1為4.67 mg/kg.FW。BC1-YY、BC1-Y及F2的測定結(jié)果見圖2-4。圖2結(jié)果顯示，BC1-YY群體番茄紅素含量集中在兩個區(qū)域，即0～10 mg/kg.FW和30～40 mg/kg.FW，其他區(qū)域僅有少量分布；圖3的結(jié)果表明該群體番茄紅素含量集中在較低的范圍內(nèi)；而圖4結(jié)果顯示，F(xiàn)2番茄紅素含量集中在0～10 mg/kg.FW中，僅在30～60 mg/kg.FW區(qū)域內(nèi)有少量分布。

圖2 BC1-YY番茄紅素含量分布

圖3 BC1-Y番茄紅素含量分布

F2w代分離比例結(jié)果表明，低番茄紅素含量是由兩對重疊顯性基因控制[13]。本實驗F2代大比例的分離不符合一對基因控制的遺傳性狀，而兩對重疊顯性基因決定著低番茄紅素含量的解釋相對符合本實驗結(jié)果。

圖4 F2番茄紅素含量分布

比較以上3個圖中番茄紅素含量分布可以發(fā)現(xiàn)，20～30 mg/kg.FW的含量為一中斷區(qū)域，為了簡化分析，我們將番茄紅素含量﹤20 mg/kg.FW的劃為一組，﹥30 mg/kg.FW的劃為另一組，由此得到以下分離數(shù)據(jù)。

表1 P1、P2、F1、F2、BC1-Y、BC1-YY果實番茄紅素含量分離比例

X2測驗結(jié)果顯示除BC1-YY的值大于X20.05外，其余結(jié)果與表中分離比例相符。

3 討論

前人研究發(fā)現(xiàn)，不同瓤色西瓜品種間番茄紅素含量差異較大。Perkins[9]等對二倍體、三倍體以及雜交后代的番茄紅素含量進行測定。結(jié)果顯示西瓜果肉中番茄紅素含量介于35-76 mg/kg.FW之間，其中黃瓤品種的果肉具有較低的番茄紅素含量(0-0.5 mg/kg.FW)。Tome[10]等測定了深淺不同的紅瓤西瓜果肉中番茄紅素含量，研究發(fā)現(xiàn)深紅色西瓜品種的番茄紅素含量高于淺紅色品種。最近的研究發(fā)現(xiàn)，深紅瓤×粉紅瓤的組合中，雜種子一代瓤色表現(xiàn)為中間類型，但其F2代中瓤色出現(xiàn)明顯分離，紅色占主導地位，這表明不同瓤色果肉中番茄紅素的含量受基因型的影響[11]。

本試驗中白瓤品種的果實番茄紅素含量極少，而紅瓤品種含量較多，雜交后的F1代果肉仍以白色為主，只是稍變黃一些，番茄紅素含量只有少量增加，這與前人研究結(jié)果相符；而F1代與白瓤親本回交的后代基本維持在低含量的水平，F(xiàn)2代和F1代與紅瓤親本回交的后代則出現(xiàn)分離。劉清華[12]對不同瓤色西瓜品種果實的番茄紅素含量進行了測定，結(jié)果表明：白瓤品種含量多少于1 mg/kg.FW，黃瓤品種在2-8.7 mg/kg.FW之間，粉紅品種40-46 mg/kg.FW,紅瓤品種44-63 mg/kg.FW。說明：紅瓤品種含量大幅高于前兩者。即在紅瓤品種和白、黃瓤品種中番茄紅素含量出現(xiàn)中斷數(shù)據(jù)區(qū)域，參照本實驗結(jié)果3個后代的分離群體認為有主效基因決定著番茄紅素含量。

例如，設(shè)兩對重疊顯性基因分別為AA、BB(基因之間無連鎖關(guān)系)，當西瓜個體的基因型為A-B-時，表現(xiàn)型都是低水平的番茄紅素，只有基因型為aabb時，才表現(xiàn)較高水平的番茄紅素，但是在BC1-YY的分離……統(tǒng)計中有些偏差。路緒強等[14]研究結(jié)果表明，西瓜番茄紅素含量的遺傳符合“一對加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因”模型。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，低范圍番茄紅素含量和高范圍番茄紅素含量組內(nèi)呈現(xiàn)連續(xù)性分布，因此，在相應(yīng)范圍內(nèi)可能還存在數(shù)對微效基因?qū)Ψ鸭t素含量起著修飾作用，以至于在一定范圍內(nèi)使其呈現(xiàn)數(shù)量性狀的遺傳特征。