西瓜果實類胡蘿卜素組分含量與瓤色相關(guān)性分析

摘" " 要：為了探明不同瓤色西瓜果實發(fā)育過程中顏色變化與類胡蘿卜素組分及含量之間的關(guān)系，以紅瓤、粉紅瓤、黃瓤和橘瓤4種西瓜為研究對象，分別在授粉后7、14、21、28、35、42和49 d利用色差儀對果實進行顏色特征值的表征，并測定類胡蘿卜素組分及含量。結(jié)果表明，在西瓜果實發(fā)育過程中，紅瓤西瓜G42和粉紅瓤西瓜23XZ-9主要積累番茄紅素和β-胡蘿卜素，橘瓤西瓜23XZ-8主要積累β-胡蘿卜素和少量葉黃素，黃瓤西瓜蘭芯主要積累葉黃素。在所供試的西瓜材料中，類胡蘿卜素含量在果實發(fā)育過程中整體上隨著果實成熟度增加而提高，且隨著果實過熟含量逐漸下降，但是不同瓤色西瓜類胡蘿卜素各個組分含量增加情況不同。不同瓤色西瓜顏色特征值在果實發(fā)育過程中變化趨勢與類胡蘿卜素含量變化相似，相關(guān)性分析表明，西瓜果實中番茄紅素含量與紅綠色指標a*值、a*/b*值、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，β-胡蘿卜素含量與黃藍色指標b*值、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，葉黃素含量與黃藍色指標b*、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)。研究結(jié)果可為不同瓤色西瓜育種提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西瓜瓤色；顏色特征值；類胡蘿卜素；相關(guān)性分析

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）01-031-08

Correlation analysis between watermelon flesh color with carotenoid compositions and content

HU Ziwei1， ZHANG Leichen1， CHEN Yingzi2， ZHU Yong1， ZHANG Hao1， HUANG Yunping1

（1. Ningbo Key Laboratory of Characteristic Horticultural Crops in Quality Adjustment and Resistance Breeding/Ningbo Academy of Agricultural Sciences， Ningbo 315040， Zhejiang， China; 2. Agricultural Product Quality and Safety Management Station of Ninghai County， Ningbo 315000， Zhejiang， China）

Abstract： In order to investigate the relationship between color and carotenoids compositions and content change during the development of watermelon fruit with different flesh colors， this study took red， pink， yellow and orange watermelon as the research object， the color characteristic value of the fruit were characterized by chromometer at 7， 14， 21， 28， 35， 42 and 49 days after pollination， respectively， and the carotenoida components and content were also measured. The results showed that during the development of watermelon fruit， red watermelon G42 and pink watermelon 23XZ-9 mainly accumulated lycopene and β-carotene， orange watermelon 23XZ-8 mainly accumulated β-carotene and a small amount of lutein， yellow watermelon lanxin mainly accumulated lutein. In the tested watermelon materials， the content of carotenoids increased overall during fruit development as the fruit matured， but decreased gradually as the fruit overripened， but the increase of each component of carotenoids in watermelon with different flesh color was different. The change trend of color characteristic value of watermelon with different flesh color was similar to that of carotenoid content during fruit development. Correlation analysis showed that lycopene content was positively correlated with a* value， a*/b* value and chroma， and β-carotene content was positively correlated with b* value and chroma. The content of lutein was positively correlated with b* and chroma. The study can provide theoretical basis for watermelon breeding with different flesh colors.

Key words： Watermelon flesh; Color characteristic value; Carotenoids; Correlation analysis

類胡蘿卜素是一類重要的天然色素的總稱，主要是C40親脂類異戊二烯類，在所有光合生物（細菌、藻類、植物）以及一些非光合細菌和真菌中都有合成[1]。在蔬菜作物中，類胡蘿卜素主要存在形式有番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素等，不同組成和含量的類胡蘿卜素賦予了蔬菜豐富多彩的顏色[2]。類胡蘿卜素具有抗氧化作用，可減少氧化損傷，有助于改善心血管功能，預(yù)防動脈粥樣硬化等[3]。

西瓜（Citrullus lanatus）是葫蘆科一年生蔓生草本植物，果肉甘甜多汁，深受消費者喜愛[4]。我國是世界上西瓜種植和消費第一大國，據(jù)FAO統(tǒng)計，2022年我國西瓜種植面積達139萬hm2，總產(chǎn)量達6054萬t。西瓜果實除了味美，還富含多種對人體有益的功能物質(zhì)，如番茄紅素、維生素C等[5]。瓤色是西瓜的一個重要性狀，目前通過視覺可將西瓜瓤色分為白色、橙黃色、橙色、深紅色和猩紅色和金絲雀黃色[6]。不同瓤色西瓜的類胡蘿卜素組成和含量不同，紅瓤西瓜含有大量的番茄紅素，商品紅瓤西瓜中番茄紅素平均含量甚至比新鮮番茄高60%[7-8]；橙黃瓤西瓜中含有大量β-胡蘿卜素[9]；黃色西瓜果肉則含有葉黃素、新黃質(zhì)和紫黃質(zhì)[10-11]。

近年來，隨著消費水平的提高，人們在消費的時候不僅注重食品的外觀和風味等感官品質(zhì)，對其營養(yǎng)品質(zhì)的要求也不斷提高，因此，在育種中篩選出類胡蘿卜素含量高的西瓜品種具有重大意義。目前，主要采用高效液相色譜法測定西瓜果實中類胡蘿卜素組成和含量[12]，這需要專門的實驗室設(shè)備和溶劑，因此，研究者通過將不同蔬菜水果的顏色與其類胡蘿卜素含量相關(guān)聯(lián)，以簡化化學方法在實驗室中對類胡蘿卜素的組成進行測定[13]。色差儀是一種用于測量物體表面顏色的儀器，將物體表面的反射光或透射光轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以分析色彩的三刺激值（如RGB、XYZ、LAB）。在番茄中，利用色差儀測量番茄果實的顏色特征值，結(jié)果表明，番茄果實中番茄紅素含量與a*值、a*/b*呈極顯著正相關(guān)，與L*、b*、色度角呈極顯著負相關(guān)；β-胡蘿卜素含量與L*值、色度角呈極顯著負相關(guān)[13-14]。葡萄柚果汁的a*值與番茄紅素含量呈正相關(guān)[15]。在西瓜中，Pardo等[16]發(fā)現(xiàn)利用公式1000 a*/（b*+L*）作為指數(shù)表示品種的視覺顏色時，能明顯區(qū)分各個品種，但對于不同瓤色西瓜顏色特征值與類胡蘿卜素含量之間的關(guān)系還需進一步研究。

筆者利用色差儀分析了4種瓤色西瓜在授粉后不同天數(shù)的顏色特征，同時測定了果實發(fā)育期間類胡蘿卜素組分和含量的變化情況，利用相關(guān)性分析和回歸分析，探究顏色特征與類胡蘿卜素含量之間的關(guān)系，旨在為西瓜種質(zhì)資源評價和營養(yǎng)育種提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院西瓜課題組長期收集、培育的4份西瓜種質(zhì)資源為試驗材料，其性狀如表1所示。

1.2 設(shè)計

試驗于2023年8－11月在寧波市高新農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗園區(qū)進行。每份材料3個重復，每個重復為1個大棚，面積260 m2，每份材料定植200株。西瓜種植行株距為90 cm × 40 cm，均采用常規(guī)栽培方法管理。試驗采用隨機區(qū)組排列，授粉后7 d開始采樣，每隔7 d采樣1次，即分別于授粉后7、14、21、28、35、42和49 d采樣。采樣時，選取5～6個長勢一致且發(fā)育良好的果實，分別測定果實瓤色特征值和類胡蘿卜素組分及含量。

1.3 方法

1.3.1" " 西瓜果實瓤色特征值的測定" " 使用色差儀（LS175，深圳市林上科技有限公司）測定4種瓤色西瓜果實發(fā)育過程中的瓤色變化情況，并由CIELAB參數(shù)（亮度指標L*，紅綠色指標a*，黃藍色指標b*）對果肉顏色進行表征。在每個品種不同發(fā)育時期的西瓜中隨機挑取長勢相同的3個果實，對果實進行橫切，平均分2份，隨機測量西瓜果實剖面上3個點，記錄Lab值，計算3個點的平均值，即為該西瓜果實的Lab值。根據(jù)公式（1）和公式（2）計算西瓜果實的色彩飽和度（C）和色度角（H）[13]。

[C=（a*）2+（b*）2] ；" " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

H = tan-1（b*/a*），a*gt; 0，b* gt; 0；

H = 180°+ tan-1（b*/a*），a*lt; 0 。" " " " " " " " （2）

其中色彩飽和度（C）表示顏色純度，C值越高，表明鮮艷度越高；色度角（H）表示顏色角度，取值范圍為0°～360°，0°表示紅色，90°表示黃色，180°表示綠色，270°表示藍色[17]。

1.3.2 果實可溶性固形物含量測定 利用糖度計（PAL-BXIACID F5， ATAGO）測量4種瓤色果實發(fā)育過程中中心和邊緣可溶性固形物含量。在每個品種不同發(fā)育時期的西瓜中隨機挑取長勢相同的5個果實，對果實進行橫切，取中心果肉和邊緣果肉擠壓成汁滴于糖度計上，記錄中心和邊緣可溶性固形物含量，計算平均值和標準差。

1.3.3 果實類胡蘿卜素含量測定 取一半果肉去籽榨汁，稱取5 g（精確到0.01 g）西瓜勻漿于50 mL離心管中，加入15 mL叔丁基甲醚振蕩提取30 min后，用離心機5000 r·min-1離心3 min，吸取上清液，利用0.22 μm濾膜進行過濾后作為HPLC上機液。

色譜條件：超高效合相色譜配備PDA檢測器和色譜工作站（Empower 3）。色譜柱為HSS C18 SB色譜柱（3.0 mm×100 mm，1.8 μm），柱溫40 ℃，流動相為CO2∶乙醇，流速1.5 mL·min-1，進樣量為1 μL，檢測波長為440 nm。將各類胡蘿卜素標準樣（番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素）分別用流動相溶解，稀釋配制成不同濃度的標準液，按上述高效液相色譜條件進樣，以峰面積為縱坐標，標準液濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

對比樣品中類胡蘿卜素的保留時間，確定樣品中類胡蘿卜素的組成，并根據(jù)標準曲線進行定量。每組樣品檢測5～6個果實，計算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2016計算各數(shù)據(jù)的平均值和標準差等參數(shù)，采用IBM SPSS Statistics 26進行多元線性相關(guān)性分析，使用GraphPad Prsim 8繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 西瓜果實在授粉后不同時期的發(fā)育情況

4種西瓜果實瓤色變化情況如圖1所示，在授粉7 d時，4種西瓜的瓤色都呈白色；紅瓤G42在授粉14 d時，心皮附近開始呈現(xiàn)紅色，隨著果實成熟，紅色逐漸加深，至授粉35 d時趨于穩(wěn)定；粉紅瓤23XZ-9和橘瓤23XZ-8在授粉14 d時心皮附近顏色略有變化，至授粉21 d時心皮附近轉(zhuǎn)色明顯，最終在授粉42 d時顏色變化穩(wěn)定；黃瓤蘭芯在授粉14 d前果肉顏色未見明顯變化，授粉21 d時心皮附近顏色開始有所變化，至授粉28 d時顏色變化明顯，但整體上顏色變化過程較為緩慢。

4種不同瓤色類型的西瓜果實可溶性固形物含量的變化趨勢存在差異。G42在授粉7～35 d時，可溶性固形物含量不斷升高，其中中心可溶性固形物含量在授粉35 d時達到最大后趨于穩(wěn)定，而邊緣可溶性固形物含量在授粉49 d時達到最高（圖2-A）。23XZ-9的可溶性固形物含量在授粉42 d時達到最高值，過熟后開始下降，且在果實發(fā)育前期，可溶性固形物含量提高的幅度小于G42（圖2-B）。蘭芯在授粉14 d后可溶性固形物含量上升明顯，呈波動上升趨勢，且在授粉49 d時達到最高值（圖2-C）。23XZ-8的中心可溶性固形物含量隨著果實發(fā)育進程呈先升高后降低的變化趨勢，在授粉35 d時達到最大值；而邊緣可溶性固形物含量呈先升后降再升的變化趨勢，在授粉49 d時達到最高值（圖2-D）。

2.2 西瓜果實發(fā)育過程中顏色特征值變化

利用色差儀檢測果實發(fā)育過程中瓤色的變化情況，并由CIELAB參數(shù)（亮度指標L*，紅綠色指標a*，黃藍色指標b*）對果肉顏色進行表征。由圖3可知，在授粉7 d時，4種瓤色西瓜的Lab值都趨近于0。紅瓤的G42和粉紅瓤的23XZ-9在果實發(fā)育過程中Lab的變化趨勢相似（圖3-A～B），L*值在授粉14 d時均達到峰值（分別為73和79左右），然后下降，至授粉35 d時穩(wěn)定在50左右，反映出果實初期亮度高，后期降低；b*值變化不大，G42和23XZ-9分別穩(wěn)定在20和15左右，顯示輕微的黃色調(diào)；a*值隨果實發(fā)育而增大，G42在授粉35 d時達到最大值30左右，23XZ-9在授粉42 d時達到最大值31左右，均表明果肉呈現(xiàn)明顯的紅色調(diào)。由Lab變化情況可知，在果實發(fā)育過程中，紅瓤G42和粉紅瓤23XZ-9初期果實亮度高，然后逐漸降低，同時伴隨著輕微的黃色調(diào)和明顯的紅色調(diào)增加，其中G42的紅色調(diào)更明顯。

由圖3-C～D可知，黃瓤的蘭芯和橘瓤的23XZ-8的Lab值在果實發(fā)育中變化趨勢相似。L*值均在授粉14 d達到最大值，然后變化不明顯，蘭芯的L*值穩(wěn)定在75左右，而23XZ-8的L*值穩(wěn)定在70左右；a*值變化幅度較??；b*值從授粉7 d開始增加，蘭芯和23XZ-8均在授粉28 d達到峰值，過熟期略有下降。Lab變化表明，蘭芯和23XZ-8果實瓤色從初期的較亮色調(diào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓狞S色調(diào)，同時23XZ-8帶有輕微的紅色調(diào)。

利用公式計算4種不同瓤色西瓜的色彩飽和度（C）、色度角（H）和a*/b*值。由圖4-A可知，紅瓤G42和粉紅瓤23XZ-9的a*/b*值隨著果實發(fā)育逐漸升高，23XZ-9的a*/b*值在果實發(fā)育前期上升幅度小于G42，在授粉21 d后比值迅速升高。23XZ-8和蘭芯的a*/b*值變化不明顯。4種西瓜的色彩飽和度在果實成熟過程中逐漸上升，23XZ-8和蘭芯在授粉28 d時達到最大，然后逐漸降低，G42和23XZ-9分別在授粉35 d和授粉42 d時達到最大（圖4-B）。G42果實的色度角在授粉21 d時就趨于穩(wěn)定；23XZ-9在果實發(fā)育初期色度角偏黃，在授粉21 d后，色度角急速變小，偏向紅色，在授粉28 d時逐漸趨于穩(wěn)定；蘭芯在果實發(fā)育期色度角穩(wěn)定接近90°；23XZ-8在果實發(fā)育初期色度角偏黃，隨著果實成熟，色度角逐漸小于90°，但仍大于G42和23XZ-9，偏向黃色（圖4-C）。

2.3 西瓜果實發(fā)育過程中類胡蘿卜素含量的變化

不同瓤色的西瓜在果實發(fā)育過程中類胡蘿卜素組成成分和含量不同（圖5）。紅瓤的G42在發(fā)育過程中主要積累番茄紅素和β-胡蘿卜素，其中番茄紅素在授粉14 d時開始積累，在授粉42 d時達到最大值，在過熟期含量開始下降；β-胡蘿卜素在G42中的含量少于番茄紅素，且β-胡蘿卜素在授粉21 d后開始積累，在授粉42 d后趨于穩(wěn)定，約為10 mg·kg-1；在G42果實過熟期（授粉49 d）還檢測到微量的葉黃素（圖5-A）。與G42相似，粉紅瓤的23XZ-9在果實發(fā)育過程中也是主要積累番茄紅素和β-胡蘿卜素，不同的是，23XZ-9的番茄紅素在授粉21 d后開始累積，在授粉42 d時達到最大值，然后含量開始下降；β-胡蘿卜素在授粉28 d后開始累積，且在果實發(fā)育期含量逐漸上升（圖5-B）。雖然23XZ-9的番茄紅素積累晚于G42，但番茄紅素最大含量高于G42。黃瓤的蘭芯在果實成熟過程中只檢測到少量的葉黃素，且在授粉21 d后開始積累，維持在1 mg·kg-1左右（圖5-C）。橘瓤的23XZ-8在果實發(fā)育過程中主要積累β-胡蘿卜素和少量的葉黃素，其中β-胡蘿卜素在授粉14 d后開始積累，在授粉42 d時達到最大值，約為14 mg·kg-1；在授粉21 d時，葉黃素開始積累，其在果實發(fā)育過程中含量變化不明顯，保持在0.5 mg·kg-1左右（圖5-D）。

2.4 西瓜果實發(fā)育過程中類胡蘿卜素含量與顏色特征值的相關(guān)性分析

如圖6-A所示，紅瓤、粉紅瓤西瓜在果實發(fā)育過程中以番茄紅素積累為主，而番茄紅素含量與a*、a*/b*值、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，即西瓜果實成熟過程中，色彩飽和度越高，紅度越高，a*/b*值越大，番茄紅素含量越高；橘瓤西瓜中β-胡蘿卜素含量與b*、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，與a*呈顯著正相關(guān)，即紅度和黃度越高，色彩飽和度越高，β-胡蘿卜素含量越高（圖6-B）；黃瓤西瓜中葉黃素含量與b*、色

彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，即黃度越高，色彩飽和度越高，葉黃素含量越高（圖6-C）。

在西瓜果實發(fā)育過程中，不同瓤色的西瓜果實含不同類型的類胡蘿卜素，但三種類胡蘿卜素含量都與西瓜果實的色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，因此將番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素分別與果實色彩飽和度做回歸分析（圖6-D～F）。番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素含量與色彩飽和度之間的回歸系數(shù)分別為0.81、0.67和0.67，由此可見，由番茄紅素與色彩飽和度構(gòu)建的回歸方程擬合度更好。

3 討論與結(jié)論

在西瓜果實發(fā)育過程中，瓤色的變化主要與類胡蘿卜素組分和含量相關(guān)，目前已從西瓜果實中檢測出10～14種不同類型的類胡蘿卜素[11，18]。紅瓤西瓜富含番茄紅素[19]，并含有少量八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、ζ-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃素、紫黃素等[11]；橙瓤西瓜主要可分為兩類，一類以番茄紅素、八氫番茄紅素、ζ-胡蘿卜素為主[20]，另一類則以β-胡蘿卜素為主，含有微量番茄紅素，例如橙瓤西瓜NY162003[9]；黃瓤西瓜則以新黃質(zhì)和紫黃素為主[20]。研究表明，番茄紅素在紅瓤西瓜果實發(fā)育過程中呈“S”型增長曲線，即西瓜成熟過程中，番茄紅素含量不斷增加，成熟西瓜果實中番茄紅素含量會持續(xù)增加一段時間后開始下降[21]。在本試驗中，通過對果實發(fā)育階段瓤色的觀察，發(fā)現(xiàn)G42和23XZ-9果實中番茄紅素的積累同樣呈現(xiàn)出“S”型增長模式，與前人的研究結(jié)果一致。此外，這兩種西瓜果實中也檢測到了β-胡蘿卜素的積累，但其含量相較于番茄紅素較低，且主要在果實發(fā)育的中期階段開始增加。橘瓤23XZ-8中β-胡蘿卜素積累也呈“S”型增長模式，與前人報道不同，在本試驗中，橘瓤23XZ-8西瓜在授粉21 d后還檢測出少量的葉黃素。黃瓤西瓜中類胡蘿卜素總含量偏少，僅為紅瓤或橙瓤西瓜中的1%～2%[22]，在本試驗中，黃瓤西瓜蘭芯在授粉21 d后開始積累少量的葉黃素，且其隨著果實發(fā)育含量變化幅度不明顯。

關(guān)于類胡蘿卜素組分和含量與果實顏色之間的關(guān)系已在多種植物中進行了研究。在番茄中，番茄紅素含量與Ｌ*、b*呈極顯著負相關(guān)，與a*、a*/b*呈極顯著正相關(guān)，β-胡蘿卜素含量與Ｌ*呈極顯著負相關(guān)，番茄紅素和β-胡蘿卜素含量與色彩飽和度均無顯著相關(guān)性[13]。在野生玫瑰果中，果皮和果肉中的葉黃素、β-胡蘿卜素、番茄紅素含量與Ｌ*、b*呈顯著負相關(guān)[23]。在西瓜中，番茄紅素含量與a*呈正相關(guān)[8]。在本試驗中，測定并分析了L*、a*、b*、a*/b*、色彩飽和度（C）和色度角（H）在不同瓤色西瓜果實發(fā)育過程中的變化情況。G42和23XZ-9在授粉28 d后色度角接近，且二者番茄紅素含量差異較小，同時G42和23XZ-9的a*值和色彩飽和度的變化趨勢與番茄紅素積累情況相似。橙瓤23XZ-8的色度角偏向90°，這可能與在其果實中檢測到葉黃素有關(guān)，23XZ-8果實中b*值和色彩飽和度的變化曲線與β-胡蘿卜素含量變化趨勢相似，但不同的是，23XZ-8果實的b*值和色彩飽和度在授粉28 d時達到最大值后開始下降。黃瓤蘭芯的b*值和色彩飽和度在授粉21 d后增長迅速，這與其葉黃素積累情況一致。相關(guān)性分析結(jié)果表明，西瓜果實中番茄紅素含量與a*、a*/b*值、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，β-胡蘿卜素和葉黃素含量與b*、色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)，研究結(jié)果與番茄不同[13]，在本試驗中，西瓜類胡蘿卜素含量與L*值都無顯著相關(guān)性，而與色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)。

綜上所述，紅瓤G42和粉紅瓤23XZ-9主要積累番茄紅素和少量β-胡蘿卜素，橘瓤西瓜23XZ-8主要積累β-胡蘿卜素和少量葉黃素，而黃瓤蘭芯主要積累葉黃素。相關(guān)性分析表明，番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素含量均與西瓜果實的色彩飽和度呈極顯著正相關(guān)。進一步的回歸分析結(jié)果表明，番茄紅素含量與色彩飽和度之間的相關(guān)性最為顯著，其回歸方程的擬合度高于β-胡蘿卜素和葉黃素。研究結(jié)果對在育種中通過觀察西瓜瓤色測評其類胡蘿卜素組分和含量具有指導意義。

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