紫椒和白皮椒花青素及葡萄糖含量的變異規(guī)律研究

謝志和，劉雨婷，張祥，李平平，鄧明華,2*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學 園林園藝學院,云南 昆明 650201；2.云南省通?？h經(jīng)濟作物工作站 玉溪市鄧明華專家基層科研工作站,云南 玉溪 652700）

辣椒（Capsicum annuumL.）茄科，辣椒屬，原產(chǎn)于南美洲、秘魯、墨西哥等地，為一年生或有限多年生植物［1］。辣椒種類非常豐富，有紫色辣椒、白皮椒、朝天椒、青椒等。紫色辣椒是我國稀有的辣椒種質(zhì)資源，其品種的特殊性，田間鑒定其耐熱性、耐旱性、抗病性、抗逆性等可利用特性極強。在紫辣椒中莖、葉、花、果等器官中富含花青素，均表現(xiàn)為紫色［2］，具有紫色性狀的辣椒用途十分廣泛，可以利用其紫色性狀，標記苗期性狀制種，提高雜交育種效率等。

花青素是屬于酚類化合物中的類黃酮家族的天然色素，最早發(fā)現(xiàn)于花生仁包衣中。廣泛存在于植物體中，主要分布于葉片、果實、花朵中，是構(gòu)成花瓣和果實顏色的色素之一，它因種類結(jié)構(gòu)、pH 等因素不同使果實和花朵呈現(xiàn)五顏六色，一般酸性條件下呈紅色，堿性條件下呈藍色［3］。自然界中游離的花青素極少見，主要以糖苷的形式存在［4］。常與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花青素苷［5］，其中糖苷基還可以與一個或幾個的香豆酸，阿魏酸、咖啡酸、對羥基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通過酯鍵形成?；幕ㄉ眨?］?；ㄇ嗨刈鳛橹参锎紊x產(chǎn)物可以作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)［7］，增加植物抗冷和抗旱能力，作為抗氧化物質(zhì)，清除自由基能力是維生素E的50倍，是維生素C 的20 倍，花青素可被人體100%吸收［8］。消除因光強或非生物脅迫產(chǎn)生的活性氧（ROS）及其中間體,作為免受光傷害的保護物質(zhì)，減輕強光下的光合抑制及對葉綠素的光漂白［9］。它能夠保護人體免受自由基等有害物質(zhì)的損傷［10］，增強血管彈性，改善循環(huán)系統(tǒng)，增強皮膚光滑度，抑制炎癥和過敏［11］?；ㄇ嗨厝菀妆谎趸?，除化學結(jié)構(gòu)、pH外，貯藏濃度、溫度、光照、氧氣、酶類、蛋白質(zhì)、金屬離子、紫外線輻射、二氧化硫等都會影響其花青素的合成和穩(wěn)定性質(zhì)［12］。植物花青素合成積累受到外界環(huán)境因素的影響和自身因素的影響。茶樹喜光怕熱，光照是影響紅紫芽茶花青素含量的重要因素［13］。氮磷鉀肥影響馬鈴薯新品種‘黑美人’產(chǎn)量花青素含量［14］。紫心大白菜花青素合成和積累受外界環(huán)境因素的影響［15］。谷子花青素積累與其低溫適應性有關(guān)［16］。

糖類在植物生長發(fā)育系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，葡萄糖［17］是最初發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)信號物質(zhì)之一，控制蛋白和基因的調(diào)控,葡萄糖是一種最常見的單糖，其產(chǎn)量大、應用廣。葡萄糖作為植物呼吸基質(zhì)，為作物的各種合成過程和各種生命活動提供了所需能量，是營養(yǎng)中最基本的物質(zhì)［18］。植物體內(nèi)葡萄糖含量對整個植物生長發(fā)育周期具有重要的作用［19］。一定濃度的葡萄糖有利于水稻根系生長,缺糖在幼苗生長后期顯著抑制了根系的生長［20］。葡萄糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),能提高細胞的滲透調(diào)節(jié)能力,具有維持細胞滲透壓平衡和增強植物響應非生物脅迫的能力［21］。

關(guān)于紫色辣椒花青素的積累規(guī)律報道較少。本研究以云南本地特有紫色辣椒和白皮辣椒資源為材料，對不同栽培條件（大棚、露地）下的辣椒果實、花、葉片不同發(fā)育時期中的花青素和葡萄糖含量變異規(guī)律進行研究，為云南的紫色辣椒的開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究于2015 年2 月至11 月在云南農(nóng)業(yè)大學園林園藝學院后山基地和實驗室里進行。

試驗材料種植在園林園藝學院后山蔬菜基地，種植方式參照實驗室采用過的深溝窄畦的種植方式，每個小區(qū)10 m2，畦面寬1 m，行距50 cm，株距30 cm，每畦種2 行，每穴1 株［22］。

采用隨機取樣的不同方法，分別對大棚內(nèi)和露地的紫色辣椒及白皮椒，取不同時間段的葉、果實和花為材料，每次葉片、果實、花都取三個重復，葉片、果實、花各取2 g，保存于-86 ℃，進行花青素和葡萄糖含量的測定。葉片取移栽后10、20、30、40、50 d 的葉片，果實取開花后10、20、30、40、50 d 的果實。

1.2 測定項目與方法

花青素含量測定取樣、研磨、離心、提取參照Giusti,M.M.,&Wrolstad,R.E.等［23］方 法。對 照 用0.1 mol/L 的鹽酸乙醇溶液，在530、620、650 nm 波長下用分光光度計測定提取液的吸光值。

ODλ=（OD530－OD620）－0.1×（OD650－OD620）

花青素含量（nmol/g）=ODλ/ε×V/m×106

ODλ：花青素在530 nm 波長下的光密度，ε：花青素摩爾消光系數(shù)4.62×104，V：提取液總體積（mL），m：取樣質(zhì)量（g），106：結(jié)果換算為nmol的倍數(shù)。

葡萄糖含量測定參照師改琴等方法［24］。取0.5 g鮮樣于研缽中，液氮研磨成粉末，倒入10 mL 刻度離心管內(nèi)，加4 mL80%的乙醇，置80°C 水浴不斷攪拌40 min，離心（5 000 r/min），離心10 min，收集上清液，其殘渣加80%酒精重復提取兩次，合并上清液。在上清液中加0.5 g 活性炭，80 °C 脫色3 min，離心（5 000 r/min），離心5 min，收集上清液后用水定容至10 mL，即得可溶性糖溶液。取原液5 mL 用水定容至50 mL 待測。

葡萄糖標準曲線的建立，精密量取2 mL 稀釋標準液置于具塞試管中，分別加入0.5 mL 蒽酮乙酸乙酯試劑及5 mL 濃硫酸，充分振蕩，立即放入沸水浴中準確保溫1 min，取出后自然冷卻至室溫，照紫外光一可見分光光度法620 nm 的波長出測定吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒葉片花青素含量比較

根據(jù)圖1可知，大棚栽培的紫色辣椒葉子隨著栽培時間增加，花青素含量前期先升后降，露地栽培的紫色辣椒葉片，其花青素含量前期較高，中期有變化，后期有緩慢上升，且露地栽培葉片的花青素含量明顯高于大棚栽培葉子花青素的含量。白皮辣椒大棚栽培的葉片花青素含量，在發(fā)育過程中，先上升，保持一段平穩(wěn)時期后，繼續(xù)增加，露地栽培的白皮辣椒葉片隨著生長時間增加，花青素含量均有不同程度的上升。露地栽培的紫色辣椒葉片花青素含量在各生長發(fā)育時期均高于白皮辣椒葉片在露地栽培的含量。露地栽培的紫色辣椒葉片在移栽后初期含量最高。

圖1 不同環(huán)境條件下紫辣椒和白皮辣椒葉片花青素含量比較Fig.1 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content of leaves in different environmental conditions

2.2 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒果實花青素含量比較

紫色辣椒的果實在不同環(huán)境條件下，其花青素含量初期增幅度較小，后期增幅較大。且露地栽培的果實的花青素含量總體上高于大棚栽培的花青素含量，某些時期稍有變化。大棚栽培的白皮辣椒果實在發(fā)育過程中花青素含量保持平穩(wěn)趨勢，變化較小，露地栽培的果實花青素的含量先降后升。無論何種栽培方式，紫色辣椒的果實的花青素含量相對較白皮辣椒的含量高。露地栽培的紫色辣椒果實在開花結(jié)果后50 d 花青素含量最高，說明紫色辣椒果實隨著其成熟度增加，花青素含量增加。結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒果實花青素含量比較Fig.2 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content of fruits in different environmental conditions

2.3 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒葉片葡萄糖含量比較

如圖3所示，白皮辣椒的葉片和紫色辣椒的葉片，在大棚栽培下葡萄糖含量都高于露地栽培的葡萄糖含量，大棚栽培下的白皮辣椒和紫色辣椒的葡萄糖含量均呈先上升后下降的趨勢。且第20 天時含量最高。露地栽培的白皮辣椒和紫色辣椒的葉片葡萄糖含量大體上下降趨勢，稍有變化，但不大。大棚栽培條件下的白皮辣椒和紫色辣椒的葉片葡萄糖含量均高于露地栽培的含量。紫色辣椒在大棚栽培條件下的葉片的葡萄糖含量初期高于白皮辣椒葉片葡萄糖的含量，生長一定時期后，二者的葡萄糖含量變化差異不大。

圖3 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒葉片糖含量比較Fig.3 The comparison of purple pepper and white pepper`s Glucose content of leaves in different environmental conditions

2.4 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒果實葡萄糖含量比較

由圖4可知，大棚栽培的紫色辣椒的果實的葡萄糖含量明顯高于露地栽培果實的葡萄糖含量，大棚栽培紫色辣椒果實葡萄糖含量前期保持先上升，后期有波動，露地栽培的紫色辣椒果實葡萄糖含量前期緩慢下降，后期逐漸上升。大棚栽培的白皮辣椒果實葡萄糖含量總體上呈上升的趨勢，露地栽培的白皮辣椒果實葡萄糖含量初期較高，后下降，接著保持上升的趨勢。白皮辣椒果實葡萄糖含量無論大棚栽培的還是露地栽培其果實的葡萄糖含量均高于紫色辣椒果實葡萄糖的含量。白皮辣椒果實的葡萄糖含量相對較紫色辣椒的高。大棚栽培的白皮辣椒在開花結(jié)果后50 d 其果實葡萄糖含量最高。

圖4 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒果實葡萄糖含量比較Fig.4 The comparison of purple pepper and white pepper`s Glucose content of fruits in different environmental conditions

2.5 大棚栽培紫色辣椒葉片與果實花青素與糖含量的比較

由圖5可知，大棚栽培的紫色辣椒果實的花青素含量保持較高含量，隨著果實的生長發(fā)育而不斷增加，葉片的花青素含量先上升后緩慢下降，總體上變化不大。紫色辣椒果實的葡萄糖含量呈相對較平穩(wěn)的變化趨勢。紫色辣椒果實和葉片的花青素含量都較葡萄糖含量高。紫色辣椒果實的花青素含量不斷增加的同時，其果實的葡萄糖含量也隨之緩慢增加。紫色辣椒葉片花青素含量的變化先上升后下降，葉片葡萄糖含量的變化前期上升較慢，后保持平穩(wěn)的趨勢。

圖5 大棚栽培紫色辣椒葉片、果實花青素與葡萄糖含量的比較Fig.5 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content and Glucose content of leaves and fruits in different environmental conditions

3 討論

3.1 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒葉片、果實花青素含量比較

前人研究表明增加葡萄、草莓，茄子等光照可增加花青素的合成，蘋果通過果園地面覆蓋鋁箔等增強光照從而增加果皮花青素濃度［25］。同一植物不同品種不同部位的果實中花青素含量因光照強度不同而不同［26］，頂部果實花青素含量最高，其次為樹冠外，然后是樹冠內(nèi)部［27］。紫色辣椒和白皮辣椒，分別種植在大棚和露地環(huán)境條件下。因其品種不同，受到的環(huán)境條件不同，花青素含量存在差異［28］。紫色辣椒，不同部位花青素含量來看，紫色辣椒果實的所含花青素含量明顯高于葉片花青素含量，因為果實是辣椒的最有價值的部分，多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)都積累于果實；紫色辣椒無論是果實或葉片花青素含量高于白皮辣椒，可能是由于紫色辣椒的特殊性，所以紫色辣椒花青素含量總體上要比白皮辣椒花青素含量高；從栽培方式來看，露地栽培的花青素含量較大棚栽培的花青素含量高，因露地栽培的紫色辣椒所接受的光照強度相對大棚栽培的大,陽光的照射時間較大棚栽培的長,光質(zhì)也存在差異。這與前人的光照可以增加花青素合成的結(jié)論一致［29］。白皮辣椒，不同部位來看，果實花青素含量高于葉片含量，果實是花青素累積的主要器官；露地栽培的花青素含量相對大棚栽培的高，露地栽培吸收的光照較大棚栽培的多。這與前人研究，溫度的高低也會影響花青素的含量，一般低氣溫可促進花青素合成，高氣溫則抑制［30］相似。在涼爽的氣溫條件下，蘋果花青素積累迅速，而溫暖氣溫條件下積累則慢［31］一致。植物受到的紫外線照射量不同也會引起其花青素含量的差異，植株接受的紫外線照射時間長，可促進花青素的積累，照射時間短則積累量少［32］。二氧化碳的濃度過高則會抑制花青素的合成。具體的蛋白和基因調(diào)控水平，有待進一步研究。

取樣時期的差異性。使花青素含量存在的變化，與以上所述存在差異，可能是由于天氣、溫度、光照、土壤微生物含量、時間差異等導致花青素含量的變化有所波動。本試驗研究表明不同環(huán)境條件對不同植物花青素含量變化有較大的影響［33］。時間的差異性水平有待進一步研究。

3.2 不同環(huán)境條件下紫色辣椒和白皮辣椒葉片、果實葡萄糖含量比較

趙劍波等人研究表明桃果實不同時期葡萄糖和果糖含量差異較大［34］；王艷秋等人表明在果實接近成熟前,葡萄糖含量先增加后降低［35］。葡萄糖含量也因多種因素影響而不同。不考慮栽培環(huán)境條件，從品種來看，紫色辣椒的葉片葡萄糖含量較白皮辣椒的含量高，白皮辣椒的果實葡萄糖含量相對紫色辣椒高，紫色辣椒葉片葡萄糖含量高，可能是由于紫色辣椒的特殊性，白色辣椒果實葡萄糖含量高，可能是由于白皮椒的葡萄糖的合成量高。紫色辣椒大棚栽培的葉片和果實葡萄糖含量高于露地栽培，可能是由于大棚栽培的溫差小，溫度較露地高，提升光合效率，在一個相對適宜的環(huán)境下干物質(zhì)消耗少［36］。大棚栽培的白皮辣椒葉片和果實的葡萄糖含量變化和大棚栽培的紫色辣椒相同，但露地栽培的白皮椒開花結(jié)果的初期果實葡萄糖含量明顯要高于大棚栽培的，可能是由于露地栽培的白皮椒初期果實自身的生長代謝因素所導致，可能也和成熟度有關(guān)［37］。不考慮品種，總體來看大棚栽培的葡萄糖含量較露地栽培的高，這可能和大棚內(nèi)的環(huán)境條件有關(guān)。不同組織，葉和果的代謝水平有待進一步研究。

3.3 大棚栽培紫色辣椒葉片與果實花青素與糖含量的比較

劉健暉等人研究表明萬壽菊在含有蔗糖或葡萄糖的培養(yǎng)基上培養(yǎng)時,花瓣顏色會加深且花色苷積累量增加,表明蔗糖和葡萄糖有利于萬壽菊花色苷的積累［38］。紫色辣椒各部分器官的花青素含量不同［39］，由于果實是營養(yǎng)物質(zhì)存儲器官，體內(nèi)含有的礦質(zhì)元素多于葉子的含量，葡萄糖和蛋白質(zhì)的含量也高于其他部位，而花青素的合成積累受葡萄糖和蛋白質(zhì)的作用，所以果實的花青素的含量是最高的。大棚栽培的紫色辣椒果實隨著生長期變化，成熟度增加，花青素含量增加，其葡萄糖含量也增加。這可能與物質(zhì)代謝和基因調(diào)控有關(guān)，二者在基因調(diào)控水平上有待加強研究。

整體來看，露地栽培的紫色辣椒的花青素含量相對大棚栽培的高；紫色辣椒的花青素含量高于白皮辣椒；與前人研究的紫色辣椒花青素含量相對較的結(jié)果相似［33］。果實的花青素含量較葉片高。露地栽培的葡萄糖含量低于大棚栽培，葉片葡萄糖含量低于果實，紫色辣椒葉片葡萄糖含量高于白皮辣椒，紫色辣椒果實的葡萄糖含量低于白皮辣椒。露天栽培的辣椒光照時間較大棚栽培的長，且露天栽培氣溫多變，露天栽培辣椒得到的紫外線照射量高于大棚栽培的量，大棚栽培的氣溫、二氧化碳高于露天栽培氣溫，所以，紫椒種植在露地栽培條件，其所含花青素含量高于大棚栽培。大棚栽培的白皮辣椒的葡萄糖含量相對露地栽培的高［17］與前人研究一致?？梢詾樯a(chǎn)種植上提高植物花青素和葡萄糖含量提供參考，為二者進一步研究提供理論依據(jù)。