辣椒種質(zhì)資源辣椒素含量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

朱 麗,薛新如,梁宗旭,許琳玉,余國(guó)峰,唐 懿,李煥秀,*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) a. 園藝學(xué)院;b.果蔬研究所,四川 成都 611130)

辣椒是茄科辣椒屬植物,全世界35個(gè)種中,有Capsicumannuum、Capsicumbaccatum、Capsicumchinense、Capsicumfrutescens和Capsicumpubescens共5個(gè)種被馴化并在世界各地廣泛栽培。生產(chǎn)中最常見的是一年生辣椒(CapsicumannuumL.)。我國(guó)辣椒年產(chǎn)量占世界的1/3左右,是世界上最大的辣椒生產(chǎn)國(guó)和辣椒出口大國(guó)[1]。

辣椒素類物質(zhì)主要由辣椒素、二氫辣椒素及其衍生物組成(辣椒素和二氫辣椒素含量約占90%),并且特異地在辣椒果實(shí)胎座中合成,其含量在不同栽培種、不同品種中有巨大差異[2-3],是評(píng)價(jià)辣椒品種品質(zhì)、辣味、辣椒制品品質(zhì)的重要指標(biāo)[4]。前人對(duì)辣椒種質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),辣椒果實(shí)的辣椒素含量與其主要農(nóng)藝性狀呈現(xiàn)顯著相關(guān)性,與單株果數(shù)、始花節(jié)位呈正相關(guān),與干物質(zhì)含量、青果鮮重、果肉厚、果寬呈負(fù)相關(guān),在對(duì)高辣椒素含量品種選育時(shí),應(yīng)更注重選擇小果型、晚熟、單果重小的品種[5-7]。

本試驗(yàn)測(cè)定了54份辣椒材料在3個(gè)發(fā)育時(shí)期的辣椒素含量,測(cè)量了24個(gè)農(nóng)藝性狀,并對(duì)辣椒素含量和農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性分析,旨在揭示辣椒果實(shí)發(fā)育過(guò)程中辣椒素含量的變化,以及辣椒素含量與農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系,以期為高辣度、高辣椒素含量辣椒品種的選育和生產(chǎn)計(jì)劃提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜研究室保存的54份辣椒材料,主要包括已經(jīng)純化的自交系材料、部分雜交種材料,以及從其他地方引進(jìn)的材料,具體信息見表1。辣椒果實(shí)大小分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下:燈籠形果實(shí)橫徑,>7 cm為大果(L),5～7 cm為中果(M),<5 cm為小果(S);錐形、羊角形、指形等其他果形果實(shí)縱徑,>15 cm為大果(L),10～15 cm為中果(M),<10 cm為小果(S)。

表1 供試?yán)苯凡牧闲畔able 1 Information of pepper materials to be tested

1.2 儀器設(shè)備

BSA224S電子天平(精確到0.000 1 g),北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;LQ-A3002電子天平(精確到0.01 g),五鑫衡器有限公司;烘箱;Agilent 1260高效液相色譜儀,美國(guó)Agilent Technologies公司;D-37520冷凍離心機(jī),美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

分別在幼果期(花后10 d左右采收)、綠熟期(達(dá)到商品果采收)、紅熟期(完全轉(zhuǎn)色為紅色或者黃色)采摘新鮮辣椒果實(shí),去梗和籽,55 ℃烘干后,精確稱取0.100 0 g,用高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定辣椒素含量[8]。

用電子天平稱量單果重(精度為0.01 g),果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑用直尺測(cè)量(精確到0.01 cm),果肉厚用游標(biāo)卡尺測(cè)量(精度為0.01 mm)。根據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[9],采用目測(cè)方法觀察記錄辣椒的18個(gè)表型指標(biāo),包括株型、主莖色、葉形、葉色、花冠顏色、花藥顏色、花柱顏色、花柱長(zhǎng)度、花梗著生狀態(tài)、果面棱溝、果面光澤、果面特征、果肩形狀、果形、心室數(shù)、果實(shí)切面形狀、綠熟期果色、紅熟期果色。株高和株幅2個(gè)辣椒植株形態(tài)指標(biāo)在門椒達(dá)到紅熟期時(shí)測(cè)定。

辣椒素總量[10]和辣度計(jì)算方法:

X=(X1+X2)/90%;

(1)

T=(X1+X2)×(16.1×103)+(X1+X2)/90%×10%×(9.3×103)。

(2)

式(1)和(2)中:X表示辣椒素總含量,g·kg-1;X1、X2分別表示辣椒素、二氫辣椒素含量,g·kg-1;T表示辣度;辣椒素總量計(jì)算公式中90%表示辣椒素、二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)樣品純度;辣度計(jì)算公式中90%表示辣椒素與二氫辣椒素折算為辣椒素類物質(zhì)總量的系數(shù)。

1.4 辣椒素和二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

分別精確稱取辣椒素、二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品0.010 3 g(精確到0.001 g)于10 mL容量瓶中,用98%甲醇定容,配成質(zhì)量濃度均為1 000 mg·L-1的辣椒素、二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。分別吸取辣椒素和二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液5.0 mL和2.5 mL于10 mL容量瓶中,用98%甲醇定容,配成辣椒素和二氫辣椒素質(zhì)量濃度分別為500和250 mg·L-1的混合儲(chǔ)備液。再將混合儲(chǔ)備液梯度稀釋成6個(gè)工作液,其中辣椒素和二氫辣椒素的質(zhì)量濃度分別為1.00～200.00 mg·L-1和0.50～100.00 mg·L-1。用高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定,根據(jù)峰面積與標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件統(tǒng)計(jì)測(cè)定的數(shù)據(jù)。農(nóng)藝性狀根據(jù)《辣椒種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,用IBM SPSS Statistics 25軟件對(duì)各性狀進(jìn)行變異系數(shù)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒素含量

辣椒素含量標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=5.373 9x+7.005 2,R2=0.996 7;二氫辣椒素含量標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=10.297x+0.765 9,R2=0.999 7,標(biāo)準(zhǔn)品峰面積與進(jìn)樣量有良好的線性關(guān)系(圖1)。

圖1 辣椒素和二氫辣椒素含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of capsaicine and dihydrocapsaicin content

辣椒素類物質(zhì)測(cè)定結(jié)果如表2所示。辣椒幼果期、綠熟期和紅熟期辣椒素總含量變化呈現(xiàn)2種趨勢(shì):36份辣椒資源在幼果期總量最低,綠熟期最高,紅熟期略微下降;18份辣椒資源的辣椒素總量隨果實(shí)發(fā)育逐漸上升,紅熟期最高。54份辣椒材料中辣椒素總含量最高的是CTJ1,在綠熟期和紅熟期分別為11.65、6.25 g·kg-1;辣椒素總含量最低的材料是LJ1和CJ3,綠熟期和紅熟期辣椒素總量分別為0.10 g·kg-1、0.03 g·kg-1和0.07 g·kg-1、0.01 g·kg-1。除個(gè)別材料的辣椒素含量極低外,大部分材料的辣椒素含量均高于二氫辣椒素含量。

表2 供試?yán)苯凡牧系睦苯匪仡愇镔|(zhì)含量Table 2 Capsaicinoids content of the tested pepper materials g·kg-1

續(xù)表2 Continued Table 2

2.2 辣椒素類物質(zhì)含量分布

幼果期,供試材料辣椒素、二氫辣椒素含量都較低,小于0.5 g·kg-1的材料分別為36份和51份(圖2-A);綠熟期的辣椒素主要分布在1.5 g·kg-1以下和3.5 g·kg-1及以上,共有41份(圖2-B);紅熟期的辣椒素主要分布在0～<2.0 g·kg-1,有41份(圖2-C)。兩個(gè)時(shí)期的二氫辣椒素含量均較低,主要集中在0～<2.5 g·kg-1和0～<1.5 g·kg-1,其中小于0.5 g·kg-1的分別有36份(圖2-B)和43份(圖2-C)。辣椒素和二氫辣椒素含量分布規(guī)律基本一致。

在辣椒幼果期,辣椒素總含量較低,集中分布在0～<2.0 g·kg-1,<0.5 g·kg-1的有41份,1.0～<2.0 g·kg-1的有9份,3.0～<4.0 g·kg-1的有4份,綠熟期和紅熟期辣椒素總含量分布規(guī)律基本一致,辣椒素總含量越高,材料數(shù)量越少,其中綠熟期和紅熟期分別出現(xiàn)5個(gè)和1個(gè)總含量大于7.0 g·kg-1的極高辣椒素含量材料(圖2-D)。

A,幼果期;B,綠熟期;C,紅熟期;D,辣椒素總含量。A, Young fruit stage; B, Green ripening stage; C, Red ripening stage; D, Total capsaicin content.圖2 五十四份辣椒材料辣椒素、二氫辣椒素、辣椒素總含量分布Fig.2 Distribution of total contents of capsaicin, dihydrocapsaicin and capsaicin of 54 pepper materials

2.3 辣度等級(jí)與分布

54份辣椒材料中,幼果期辣度主要集中在2 500～<30 000,有36份,其中辣度在5 000～<15 000的有17份,占31.5%;綠熟期辣度均在1 000以上,主要集中在5 000～<50 000,共36份,占66.7%;紅熟期辣度主要集中在5 000～<100 000,共45份,占83.3%(表3)?？傮w來(lái)看,54份辣椒材料的辣度均較高,果實(shí)發(fā)育的3個(gè)時(shí)期辣度主要維持在5級(jí)以上,其中綠熟期和紅熟期主要集中在6～9級(jí)。

表3 五十四份辣椒的辣度Table 3 Spiciness of 54 pepper materials

由表4可以看出,不同大小果實(shí)的辣度等級(jí)分布不同,大果型和中果型辣椒在3個(gè)時(shí)期辣度等級(jí)主要分布在7級(jí)以下;小果型辣椒不同發(fā)育階段辣度等級(jí)差異較大,但大多在5級(jí)以上,幼果期集中在5～7級(jí),綠熟期集中在6～10級(jí),紅熟期集中在6～9級(jí)。小果型辣椒辣度等級(jí)比大果型高。

表4 不同果實(shí)大小辣椒辣度等級(jí)分布Table 4 Distribution of spicy grade of pepper with different fruit sizes

2.4 辣椒材料性狀的變異

從表5可以看出,辣椒素含量與24個(gè)農(nóng)藝性狀的平均變異系數(shù)為56.16%。其中,果面棱溝的變異系數(shù)最大,達(dá)到165.07%;其次為單果重、幼果期辣椒素總量、綠熟期辣椒素總量,變異系數(shù)分別為132.69%、118.91%、110.47%。果肩形狀、果實(shí)橫徑、紅熟期辣椒素的變異系數(shù)也均超過(guò)90%,花冠色、花柱色、果實(shí)切面形狀、果實(shí)縱徑的變異系數(shù)均超過(guò)50%。果面光澤的變異系數(shù)最小,為0,說(shuō)明供試材料的果面都有光澤。供試?yán)苯饭胬鉁?、單果重、辣椒素含量、果肩形狀、果?shí)橫徑、花冠色、花柱色、果實(shí)切面形狀、果實(shí)縱徑等性狀差異性較大,在育種工作中有較強(qiáng)的選擇潛力。

表5 辣椒材料性狀的變異Table 5 Variation of pepper material traits

2.5 辣椒材料各性狀的相關(guān)性分析

表6是辣椒材料各性狀的相關(guān)性分析結(jié)果,可以看出每個(gè)性狀都至少與2個(gè)其他性狀顯著相關(guān)。與果實(shí)縱徑顯著相關(guān)的性狀最多,達(dá)到12個(gè),其中,果實(shí)縱徑與花柱長(zhǎng)度、花梗著狀、幼果期辣椒素總含量、綠熟期辣椒素總含量、紅熟期辣椒素總含量極顯著負(fù)相關(guān),與果面棱溝、果面特征、果型、單果重、果實(shí)橫徑極顯著正相關(guān)。與單果重顯著相關(guān)的性狀有11個(gè)。主莖色與葉色、花冠色、花藥色、花柱色、綠熟期果色性狀顯著或極顯著正相關(guān)。

辣椒果實(shí)的辣椒素含量與多個(gè)農(nóng)藝性狀顯著相關(guān)。幼果期辣椒素總含量與花柱長(zhǎng)度、花梗著生狀態(tài)分別呈顯著和極顯著正相關(guān),與綠熟期果色、單果重、縱徑、果肉厚呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。綠熟期辣椒素含量與花梗著生狀態(tài)、幼果期辣椒素含量極顯著正相關(guān),與果肩形狀、單果重、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果肉厚顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。紅熟期辣椒素含量與花梗著生狀態(tài)、幼果期辣椒素含量、綠熟期辣椒素含量極顯著正相關(guān),與果肩形狀、紅熟期顏色、單果重、果實(shí)縱徑、果肉厚顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。由此可見,小果型、果肉薄、單果重小的品種辣椒素含量較高,而果型大、果肉厚、單果重大的品種辣椒素含量較低。選育辣椒素含量高的品種應(yīng)注意優(yōu)先選擇小果型、薄果肉、單果重小、花梗直立的品種。

3 討論

54份辣椒材料中,大部分材料的辣椒素含量高于二氫辣椒素含量,與前人的研究結(jié)果一致[11-12]。辣椒素總含量隨果實(shí)發(fā)育變化不同,呈現(xiàn)兩種趨勢(shì),一是隨果實(shí)發(fā)育逐漸增加到最高值,而紅熟期略微降低,這一結(jié)果在吳奕敏等[13]的研究中也得到了驗(yàn)證,二是隨果實(shí)發(fā)育,辣椒素總含量總體呈上升趨勢(shì),到紅熟期最高,這與劉周斌等[14-15]的研究結(jié)果一致。辣椒素特異地在胎座組織中合成,再轉(zhuǎn)運(yùn)到辣椒果肉和種子,其相關(guān)基因的表達(dá)量和辣椒素的合成在一定時(shí)期內(nèi)達(dá)到頂峰[16],辣椒素隨著果實(shí)發(fā)育而逐漸積累,辣椒素含量呈現(xiàn)逐漸上升且果實(shí)成熟時(shí)達(dá)到最大值;而辣椒素含量在紅熟期降低,前人的推測(cè)可能是由于不同品種遺傳因素,辣椒果實(shí)發(fā)育過(guò)程中辣椒素被氧化降解成其他次生代謝物質(zhì)[14],干物質(zhì)積累過(guò)多,在紅熟期干辣椒中辣椒素含量占比下降。不同果實(shí)大小的辣椒辣度分布不同,小果型辣椒辣度等級(jí)比大果型高。

辣椒的多個(gè)性狀具有多樣性,具有豐富的遺傳變異,且部分性狀之間呈顯著相關(guān)性,性狀間的相關(guān)性可為制定辣椒育種目標(biāo)和選育優(yōu)良品種提供參考。本研究中各性狀的平均變異系數(shù)為56.16%,單果重、果肩形狀變異系數(shù)較大,果面光澤的變異系數(shù)最小,說(shuō)明材料表型具有多樣性,在育種工作中有較強(qiáng)的選擇潛力;與果形相關(guān)的性狀之間、與顏色相關(guān)的性狀之間都存在相關(guān)性,且辣椒材料的顏色性狀和果形性狀間也存在著相關(guān)性,上述結(jié)果在白健君等[17]、夏碧波等[18]、龔明霞等[19]的研究中也得到了證實(shí)。此外,果面棱溝的變異系數(shù)最大,達(dá)到165.07%,不同時(shí)期辣椒素含量變異系數(shù)也較大。果實(shí)發(fā)育的3個(gè)時(shí)期辣椒素總含量與辣椒果實(shí)性狀之間有較強(qiáng)聯(lián)系,與單果重、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果肉厚呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),這與李晴等[5]、蔡飛龍[6]、張海利[7]的研究結(jié)果一致。推測(cè)果形大、果肉厚、單果重大的辣椒單位質(zhì)量中胎座占比小,辣椒素含量低、辣度等級(jí)小。辣椒素含量與花梗著生狀態(tài)呈極顯著正相關(guān),這一結(jié)果還未在其他研究中得到驗(yàn)證,也可能是供試材料不夠豐富。

本研究結(jié)果可為高辣度、高辣椒素含量辣椒品種的選育奠定基礎(chǔ),為辣椒生產(chǎn)種植計(jì)劃提供指導(dǎo)理論。此外,不同材料按照各自果實(shí)發(fā)育期,及不同部位辣椒素含量、果實(shí)其他營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、產(chǎn)量與其他農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究。