文紫椒1號紫色果實各生長發(fā)育階段的色素變化

顧 凡， 李桂瓊， 趙鵬宇， 趙昶靈*，張洪玲， 陳杞臨， 袁恩平， 張雪廷， 文國松， 徐紹忠

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院， 云南 昆明 650201； 2.上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院， 上海 200093；3.文山農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 云南 文山 663000)

0 引言

【研究意義】不同辣椒(Capsicumannuum)品種的果色存在差異，紫果色辣椒具有獨特的保健功效和急待開發(fā)的觀賞價值。文紫椒1號是云南省文山州大面積種植的紫色性狀最明顯的丘北辣椒品種之一，其葉片近軸面為紫綠色，莖為淡紫色，葉柄及花瓣頂端的2/3和邊緣均為紫色，花瓣具縱向紫色條紋，尤其是果實的紫色最濃。探明文紫椒1號紫色果實在不同發(fā)育階段的色素變化特征，對丘北辣椒新奇果色新品種的選育和生產(chǎn)應(yīng)用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】國內(nèi)外研究表明，辣椒果實在不同發(fā)育階段的果色主要源于其果皮的3類色素，果實的綠色源于葉綠素；紫色源于花色苷，且最主要的花色苷為花翠素3-反式香豆酰蘆丁糖苷-5-葡萄糖苷；橙紅色則源于類胡蘿卜素類，主要為辣椒紅素和辣椒玉紅素[1-3]。文山州主栽的辣椒品種為果色艷麗多樣的丘北辣椒系列，迄今已有370余年的種植史[4]。目前，辣椒已成為文山州的特色經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，在全州乃至云南省的經(jīng)濟發(fā)展和鄉(xiāng)村脫貧致富、鄉(xiāng)村振興方面發(fā)揮著舉足輕重的作用[5]。文山州大面積種植的文紫椒1號在丘北辣椒紫色品種中極具代表性，在果實發(fā)育的過程中其尖端首先呈紫色，并從尖端向中部和基部由綠變紫，在徹底成熟時則完全變?yōu)榧t色，即在整個發(fā)育過程中，果色的變化規(guī)律為綠紫→淡紫→濃紫→紅?！狙芯壳腥朦c】目前，未見丘北辣椒紫色品種紫色果實在各發(fā)育階段果實成色機理的研究報道，故選擇具有代表性的文紫椒1號，研究其不同發(fā)育階段的色素變化特征?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探明文紫椒1號紫色果實不同生長發(fā)育階段葉綠素、花色苷和類胡蘿卜素的含量變化及其相關(guān)性，為文山州丘北辣椒新奇果色新品種的選育和生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 品種 文紫椒1號植株，于2020年7月2日、7月22日和8月28日采自集于位于文山農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒品種繁育基地，繁育基地位于文山州硯山縣江那鎮(zhèn)獅子山村(104°21′19″E，23°34′47″N，平均海拔 1 528.2 m)。

1.1.2 儀器 UV-6100S型紫外-可見分光光度計，上海元析儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 植株預(yù)處理 每次采集時，隨機選取9株健康植株，加土和水適量、將其假植于塑料桶中，帶回實驗室按果長及成熟情況分為5個發(fā)育階段：第1發(fā)育階段，果長為0～1.5 cm；第2發(fā)育階段，果長為1.5～3 cm；第3發(fā)育階段，果長為3～4.5 cm；第4發(fā)育階段，果長為4.5～6 cm；第5發(fā)育階段，成熟期紅色果實。將果實縱剖為兩半，剔取果皮；將果皮加液氮研磨成粉，置-80℃?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 指標(biāo)測定

1) 辣椒果實葉綠素及類胡蘿卜素含量。參照文獻[6]的方法略作修改后測定果實的葉綠素(Chl)含量和類胡蘿卜素(Car)含量：取果皮粉1.000 g，加 5 mL 80%丙酮研磨至勻漿，在黑暗中過濾后定容至25 mL，采用紫外-可見分光光度計測定濾液的 A663.0、A646.0和A470.0，并據(jù)文獻[7]的方法按Lichtenthaler等修正Arnon法的公式計算Chl和Car含量，3次重復(fù)。

2) 辣椒果實總花色苷含量(TAC)。TAC以色價度量[8]；取果皮粉0.500 0 g，加含1%濃鹽酸(v/v)的甲醇30 mL研磨成勻漿，在黑暗中過濾后定容到50 mL；測定濾液的A539.0和A657.0；參照文獻[9-10]的方法計算果實的TAC。

TAC=(A539.0-0.25A657.0)/g FW

式中，A539.0和A657.0分別表示在539.0 nm和657.0 nm處的吸光值，0.25為系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 20.0進行雙因素相關(guān)性分析，采用LSD法和沃勒-鄧肯法進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 文紫椒1號紫色果實各生長發(fā)育階段葉綠素的含量

從圖1看出，文紫椒1號紫色果實在不同發(fā)育階段葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和葉綠素(a+b)〔Chl(a+b)〕含量的變化。Chl a含量：第4階段最高，為0.225 mg/g FW，第5階段最低，僅為第4階段的15.04%；第1階段、第2階段和第3階段分別為第4階段的69.38%、79.80%和96.44%；不同發(fā)育階段間差異極顯著。Chl b含量：第4階段最高，為0.072 mg/g FW；第5階段最低，較第4階段降低59.67%；第1階段、第2階段和第3階段分別較第4階段降低17.80%、4.45%和3.89%。第4階段極顯著高于其余各階段，第5階段極顯著低于其余階段，第2階段與第3階段間差異不顯著，但二者均極顯著高于第1階段。Chl(a+b)含量：第4階段最高，為0.297 mg/g FW，第5階段最低，較第4階段降低78.83%；第1階段、第2階段和第3階段分別較第4階段降低27.51%、16.39%和3.64%。不同發(fā)育階段間差異極顯著。

注：不同大小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)，下同。

2.2 文紫椒1號紫色果實不同生長發(fā)育階段類胡蘿卜素的含量

從圖2看出，文紫椒1號紫色果實生長發(fā)育的第1～4階段類胡蘿卜素(Car)含量基本穩(wěn)定，為0.061～0.088 mg/g FW；第5階段Car含量最高，為1.892 mg/g FW，分別為第1階段、第2階段、第3階段和第4階段的31.21倍、30.76倍、25.74倍和21.47倍，第1階段和第2階段間差異不顯著，二者極顯著低于其余階段，其余階段間差異極顯著。

圖2 文紫椒1號紫色果實各生長發(fā)育階段類胡蘿卜素的含量

2.3 文紫椒1號紫色果實各生長發(fā)育階段葉綠素及類胡蘿卜素的相對含量

從圖3看出，文紫椒1號紫色果實不同生長發(fā)育階段的葉綠素a(Chl a)/葉綠素b(Chl b)和葉綠素(a+b)〔Chl(a+b)〕/類胡蘿卜素(Car)的變化。Chl a/Chl b：第3階段最大，為3.137；第1階段、第2階段、第4階段和第5階段分別為第3階段的84.15%、83.25%、99.67%和37.20%。表明，從第1階段至第3階段，果實由黃綠轉(zhuǎn)變?yōu)樗{綠，且藍綠色在第3階段達最濃；從第3階段至第5階段，果實由藍綠重新轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠；但第1階段至第4階段的黃綠和藍綠均被花色苷的紫色掩蓋，第5階段果實的Chl a/Chl b驟降至最低，此時Chl的黃綠被Car的橙紅色掩蓋。Chl(a+b)/Car：第2階段最大，為4.000；第5階段最小，僅為第2階段的0.83%；第1階段、第3階段和第4階段分別為第2階段的89.12%、96.43%和84.35%，表明，果實在第2階段最綠，但綠色肉眼不可見，而第5階段最紅，且紅色肉眼可見。

圖3 文紫椒1號紫色果實各生長發(fā)育階段葉綠素及類胡蘿卜素的相對含量

2.4 文紫椒1號紫色果實不同生長發(fā)育階段總花色苷的含量

從圖4看出，文紫椒1號紫色果實在生長發(fā)育的第4階段總花色苷含量(TAC)最高，為2.453 (A539.0-0.25A657.0)/g FW，依次為第4階段>第3階段>第5階段>第2階段>第1階段，第4階段分別較第1階段、第2階段、第3階段和第5階段提高211.61%、187.95%、84.97%和119.19%；各階段間差異極顯著,表明，第1～4階段，果實紫色不斷加深，至第4階段時達最紫，第4～5階段，紫色變淡，被紅色取代。

圖4 文紫椒1號紫色果實不同發(fā)育階段總花色苷的含量

2.5 文紫椒1號紫色果實葉綠素、類胡蘿卜素和總花色苷含量間的相關(guān)性

從表1可知，文紫椒1號紫色果實生長發(fā)育過程中葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)、葉綠素(a+b)〔Chl(a+b)〕和類胡蘿卜素(Car)及總花色苷含量(TAC)間相關(guān)性的變化。Chl a與Chl b呈極顯著正相關(guān)；Chl(a+b)與Chl a和Chl b呈極顯著正相關(guān)；Car與Chl a和Chl(a+b)呈顯著負(fù)相關(guān)，與Chl b呈極顯著負(fù)相關(guān)；TAC與Chl a、Chl b和Chl(a+b)呈正相關(guān)，與Car呈負(fù)相關(guān)，原因是花色苷合成中的成苷反應(yīng)需要光合產(chǎn)生的糖作為糖基來源，而葉綠素的含量決定光合速率的大小，進而決定糖的合成與積累量[11]。

表1 文紫椒1號紫色果實葉綠素、類胡蘿卜素和總花色苷含量間的相關(guān)性

3 討論

果色的多樣性和獨特性一直是丘北辣椒地方特色的重要內(nèi)涵之一[11]，也是丘北辣椒進一步產(chǎn)業(yè)化發(fā)展依托的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀之一[12]。以文紫椒1號為代表的丘北辣椒紫色果實具有獨特的保健功效和急待開發(fā)的觀賞價值。一方面，丘北辣椒紫色果中的花色苷具有抗氧化、抗衰老、抗癌和改善心腦血管功能等藥理活性[13-14]，與普通的青辣椒和紅辣椒相比，其具有的保健功效更易得到消費者選擇。另一方面，丘北辣椒紫色果的紫色色相和色度總是隨果實的生長發(fā)育階段而變，并與葉片、花瓣和莖的紫色構(gòu)成清新淡雅、極具觀賞價值的紫色系統(tǒng)，可促使丘北辣椒從單純的蔬菜用作物轉(zhuǎn)變?yōu)橛^賞性經(jīng)濟作物，即可從觀賞角度拓展、提升丘北辣椒的經(jīng)濟價值，可為文山州乃至云南省辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新的思路。近年來，培育包括紫色在內(nèi)的新奇果色的丘北辣椒品種、開發(fā)丘北辣椒的保健和觀賞價值已成為文山州辣椒從業(yè)者竭力追求的目標(biāo)[15]。研究結(jié)果表明，文紫椒1號果實的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素(a+b)含量均以生長發(fā)育的第4階段最高，分別為0.225 mg/g FW、0.072 mg/g FW和0.297 mg/g FW，且均極顯著高于其余各生長發(fā)育階段；胡蘿卜素含量以生長發(fā)育的第5階段最高，為1.892 mg/g FW，極顯著高于其余各生長發(fā)育階段；總花色苷含量以生長發(fā)育的第4階段最高，為2.453(A539.0-0.25A657.0)/g FW，極顯著高于其余各生長發(fā)育階段。葉綠素a與葉綠素b呈極顯著正相關(guān)；葉綠素(a+b)與葉綠素a和葉綠素b呈極顯著正相關(guān)；類胡蘿卜素與葉綠素b呈極顯著負(fù)相關(guān)；總花色苷與葉綠素a、葉綠素b和葉綠素(a+b)呈正相關(guān)，與類胡蘿卜素呈負(fù)相關(guān)。

4 結(jié)論

文紫椒1號果實的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素(a+b)和總花色苷含量均在生長發(fā)育的第4階段最高，胡蘿卜素含量在生長發(fā)育的第5階段最高，葉綠素a與葉綠素b呈極顯著正相關(guān)，葉綠素(a+b)與葉綠素a和葉綠素b呈極顯著正相關(guān)，類胡蘿卜素與葉綠素b呈極顯著負(fù)相關(guān)，總花色苷與葉綠素a、葉綠素b和葉綠素(a+b)呈正相關(guān)，與類胡蘿卜素呈負(fù)相關(guān)。文紫椒1號果實生長發(fā)育的第1～3階段，由黃綠轉(zhuǎn)為藍綠，第4階段轉(zhuǎn)為紫色，第5階段轉(zhuǎn)為橙紅色。