絲瓜耐褐變性和種質資源分類的研究進展

馮英娜+巫建華+顏志明+王全智+蘇小俊+賈思振

摘要：論述絲瓜機械損傷后的褐變因素，即酶促褐變。酶促褐變分為多酚氧化酶和過氧化物酶對褐變的影響。多酚氧化酶催化酚類物質形成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀，降低絲瓜的營養(yǎng)品質和商品價值。論述前人對絲瓜褐變的研究，總結前人對絲瓜褐變的研究方法以及對褐變的抑制研究，同時對絲瓜種質資源分類進行論述，從形態(tài)學標記、DNA分子標記兩個方面闡述在絲瓜種質資源分類上的應用，對今后絲瓜種質資源分類的研究進行展望。

關鍵詞：絲瓜；多酚氧化酶；過氧化物酶；種質資源分類

中圖分類號： S642.401

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0199-02

絲瓜（Luffa cylindrica）是葫蘆科絲瓜屬一年生攀援草本植物，絲瓜主要的栽培種分為2類，一類是普通絲瓜，另一類是有棱絲瓜。普通絲瓜在機械損傷、烹飪等加工過程中果肉和果汁會發(fā)生褐變，褐變可分為酶促褐變和非酶促褐變2種類型。酶促褐變的原因主要是絲瓜的多酚氧化酶催化酚類物質形成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀，大大降低絲瓜的營養(yǎng)價值，嚴重影響絲瓜的商品價值[1-3]。不同品種的普通絲瓜果肉褐變程度相差較大，主要與不同品種普通絲瓜中多酚氧化酶活性和含量、酚類物質種類和含量有關。

1 絲瓜酶促褐變特性

1.1 絲瓜多酚氧化酶特性

酶促褐變發(fā)生需要適當?shù)孜铩⒚负脱鯕?個基本條件。絲瓜含有較多的酚類物質，在多酚氧化酶的條件下將酚類物質氧化成醌類，醌聚合發(fā)生黑色或褐色沉淀。黃樹蘋等通過自行組配的8份雜交組合材料篩選出褐變程度最高的作為研究多酚氧化酶的材料，采用分光光度法研究PPO活性，發(fā)現(xiàn)PPO與底物反應得到的反應產物的最適應波長是410 nm；溫度20 ℃時吸光度最大，此時酶的活性最強；pH值對絲瓜PPO活性也有影響，pH值3.6～6.8時PPO活性增強，pH值超過6.8時PPO活性逐漸降低，由此可知pH值為6.8時PPO活性最大[1]。維生素C和硫代硫酸鈉對PPO抑制性很強，濃度為50 mg/L維生素C和100 mg/L硫代硫酸鈉對絲瓜PPO都具有顯著的抑制效果，檸檬酸對其抑制性影響不大。陳銑等通過測定123份普通絲瓜種質資源PPO的活性變異，篩選出26份低活性的普通絲瓜材料，這26份材料可作為普通絲瓜品質改良的重要資源并加以利用[4]。

1.2 絲瓜過氧化物酶特性

周向軍等以愈木創(chuàng)酚為底物，波長470 nm測定絲瓜的過氧化物酶活性。探討了溫度、底物濃度、抑制劑對酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)絲瓜POD最適反應pH值為5.0，最適反應溫度為45 ℃，正交試驗表明最佳抑制劑組合為6 mmol/L維生素C+6 mmol/L 半胱氨酸+6 mmol/L EDTA+6 mmol/L檸檬酸，在此條件下抑制率為58.89%，對POD酶促褐變均具有抑制作用[2]。

2 絲瓜果肉褐變性狀的遺傳

王輝等采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型多世代聯(lián)合分析的方法，對構建的6個群體褐變特性進行分析，發(fā)現(xiàn)普通絲瓜果肉耐褐變遺傳符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因混合遺傳模型（E-O）[5]。花秀鳳等對123份普通絲瓜進行褐變度的測定，篩選出低褐變度的絲瓜材料，同時普通絲瓜褐變度的吸光度在0.115～0.647之間，變異系數(shù)為36.1%，表明變異差異較大，為絲瓜耐褐變的遺傳改良提供有利條件[6]。王輝等對11份絲瓜材料進行耐褐變材料的篩選，極耐褐變資源的瓜形多為圓筒形，耐褐變材料作為親本之一所組配的組合，其褐變指數(shù)均較低[7]。

褐變研究由來已久，但大多是圍繞果實酚類物質發(fā)育生理、氧化作用和酶的適宜環(huán)境以及酚含量、酶活性變化與褐變發(fā)生的關系，乃至影響褐變發(fā)生的因素與防止其發(fā)生的技術措施展開的[8-12]。褐變在基因的調控中還未發(fā)現(xiàn)，在接下來的研究中進一步挖掘褐變基因。

3 形態(tài)標記在絲瓜種質資源分類上的進展

植物在長期的生長演化過程中，植株在形態(tài)上表現(xiàn)出各種各樣的特征，依據(jù)這些表型特征對其進行分類，此方法在蔬菜分類中應用最早，也是最典型的方法之一。廣義的形態(tài)學特征還可以借助簡單的方法來識別某些特征，比如生理特征、抗病性、抗蟲性等。依據(jù)形態(tài)學特征進行分類，簡單、明了、易操作，被廣大育種者所接受。

絲瓜的主要形態(tài)學特征包括瓜棱、葉片、第一雌花節(jié)位、瓜形、瓜色、瓜長等。絲瓜在我國主要分為有棱絲瓜[Luffa acutangual （Linn.） Roxb.]和普通絲瓜[Luffa cylindrical （Linn.） Roem. ]。有棱絲瓜主要分布在廣東省一帶，其他地方主要以普通絲瓜為主。夏軍輝等采用形態(tài)學標記運用系統(tǒng)聚類分析將26份絲瓜種質材料的遺傳多樣性進行分析[13]。在植物學性狀的分類中將絲瓜分為2類，一類是有棱絲瓜，另一類是普通絲瓜。

4 DNA分子標記在絲瓜種質資源分類上的進展

分子標記作為植物種質資源鑒定分類的有效工具，采用分子標記能夠較準確地進行種質資源的分類和遺傳多樣性研究。分子標記是從遺傳物質DNA水平上研究遺傳變異的規(guī)律，能夠排除外界環(huán)境對基因表達的干擾，結果更具可靠性，分子標記已經應用于各個領域。目前多種分子標記被應用于絲瓜種質資源分類中，如SSR（簡單重復序列）、RAPD（隨機擴增序列）、ISSR（簡單序列重復區(qū)間擴增多態(tài)性）、SRAP（相關序列擴增多態(tài)性）、SCoT（目標起始密碼子多態(tài)性）等。

4.1 SSR分子標記

SSR分子標記是以PCR為基礎，DNA用量少，技術簡便，易于操作，重復性和穩(wěn)定性好。由于SSR引物開發(fā)價格高，絲瓜研究又相對滯后，所以在絲瓜種質資源分類上報道有限。劉軍等利用SSR和SRAP標記對30份絲瓜的種質資源進行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)30份絲瓜被分為普通絲瓜和有棱絲瓜，30份絲瓜種質的平均遺傳相似系數(shù)為0.761，表明絲瓜種質間遺傳背景較狹窄[14]。

4.2 SRAP分子標記

SRAP也是一種基于PCR的新型標記，由美國加州大學作物系Li等在蕓薹屬作物上開發(fā)出來[15]。崔俊杰等采用SRAP標記將來源不同的56份有棱絲瓜和8份普通絲瓜進行親緣關系分析，結果表明在遺傳系數(shù)為0.17處將64份絲瓜分為兩大類群，第一類是普通絲瓜，第二類是有棱絲瓜。有棱絲瓜群又被分為2個亞群，一類以常綠型絲瓜為主，另一類是短果型絲瓜[16]。從分子水平上來看絲瓜的分類與形態(tài)學較為一致，這與劉軍等對30份絲瓜種質資源進行分類的結果相似。

4.3 ISSR分子標記

ISSR分子標記用錨定的微衛(wèi)星DNA為引物，即在SSR序列的 3′端或5′端加上2～4個隨機核苷酸，在PCR反應中錨定引物可引起特定位點退火，導致與錨定引物互補的間隔不太大的重復序列間DNA片段進行PCR擴增。陳超文對30份絲瓜種質資源進行ISSR分析，基于Jaccard遺傳相似系數(shù)的Neighbour-Joining聚類分析，在相似系數(shù)0.313處劃分為2類，即普通絲瓜和有棱絲瓜，此結果的劃分與栽培上劃分一致[17]。Prakash等對絲瓜栽培種和野生種進行多樣性分析，將絲瓜分為有棱絲瓜和普通絲瓜，他認為這種分類的結果可能因為2種絲瓜開花的時間不同，有棱絲瓜在傍晚開花而普通絲瓜在白天開花。3種野生種被分為一類，可能是因為野生絲瓜具有天然的雜交性，而普通絲瓜和有棱絲瓜需要人工輔助授粉[18]。蘇小俊采用ISSR分子標記對搜集到國內地方品種43份絲瓜種質資源進行親緣關系的鑒定，聚類分析發(fā)現(xiàn)以大部分形態(tài)學和生物學性狀類似的種質聚在一起，比如果形相似的聚在一起。多數(shù)來源相同地方的種質聚在一起，說明這些地方絲瓜種質間交流相對頻繁，進一步說明種質分類與地域有一定關系[19]。

4.4 其他分子標記

除了以上列出的分子標記外，SCoT、RAPD、COS等分子標記在絲瓜種質資源分類上也見少量報道。蔣雅琴等運用SCoT分子標記分析81份絲瓜種質資源的遺傳多樣性和親緣關系。SCoT分子標記分析表明收集到81份絲瓜栽培種之間的遺傳背景較寬，多樣性較豐富，同時說明有棱絲瓜的遺傳相似系數(shù)大于0.658 0，普通絲瓜遺傳相似系數(shù)大于0.712 0，有棱絲瓜和普通絲瓜種內的遺傳變異較小，種內的遺傳背景較狹窄[20]，這與夏軍輝的研究結果[13]一致。

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