復合型肥料對辣椒素及其相關次生代謝物質積累的影響與相關分析

蘇 丹，蓬桂華，韓世玉，耿廣東

（1.貴州省辣椒研究所 貴陽 550006； 2.貴州大學 貴陽 550025）

辣椒（Capsicum annuum L.）是一種重要的蔬菜和調味料，在我國的種植面積僅次于大白菜，位居第二[1]。辣椒中辣味成分的來源辣椒素（capsaicin），是評估辣椒果實品質的重要指標，被廣泛應用于食品、醫療等領域[2-3]。辣椒素是一種有刺激性并可在口腔中產生灼燒感的次生代謝物質，由香草酰胺和支鏈脂肪酸在辣椒素合成酶的催化下縮合而成的，香草酰胺是通過苯丙氨酸途徑合成的[4-7]。而作為辣椒素代謝底物之一的苯丙氨酸也是生物體內苯丙酸代謝途徑底物，可以生成單寧、木質素、類黃酮類化合物等次生代謝物[8-9]。合成辣椒素的代謝中間物質,如香豆酸、肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸等同時是蛋白質、生物堿、類黃酮、木質素、單寧以及香豆素的合成中間物質[10]。因此，辣椒素的生物合成存在著與其他次生代謝物的生物合成途徑競爭共同前體物的問題[11]。目前的研究表明，辣椒素類物質的生物合成與環境、基因型和栽培條件有密切的關系。不同的生態條件下栽培辣椒，辣椒品種、生態環境條件及品種—環境互作均對辣椒素含量有影響[12]，不同基因型辣椒果實中辣椒素含量以胎座中最高，果肉次之，種子最少[13]，不同光照條件下栽培辣椒，以80%自然光最有利于辣椒素的合成，類黃酮積累隨光強降低而降低，木質素含量隨光強增加而降低，單寧含量不受光照強度影響[14]。氮肥對辣椒素含量的影響十分明顯，磷肥對辣椒素的影響只有顯著水平，鉀肥對辣椒素含量的影響不顯著[12]，但氮、磷、鉀肥的配合施用對辣椒素的合成有促進作用[15]。盡管國內在施肥水平上對辣椒素合成上有了很多的研究，但多數是單一肥料對辣椒素積累的影響。筆者研究了幾種常用復合型肥料對辣椒果實中辣椒素類物質及其相關次生代謝物質合成積累的影響及辣椒素類物質合成代謝中幾種相關次生代謝物質的關系，為提高辣椒果實中辣椒素的積累、調控辣椒素的合成代謝提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試辣椒材料為‘L024’，由貴州省辣椒研究所提供，朝天椒，果實錐形，果面光滑，青熟果綠色，紅熟果鮮紅色，味辣，多在貴州遵義地區露地栽培。

供試肥料為有機復合肥、無機復合肥、生物復合肥。有機復合肥：有機質≥30.0%、N+P+K≥4.0%、水分≤20.0%，貴陽花溪興農有限公司生產；無機復合肥：N+P2O5≥55.0%，四川宏達股份有限公司生產；生物復合肥（阿維菌素原肥）：N、P、K≥40%、有機質≥30.0%、有效活性菌數 2億·g-1、腐殖酸≥15%、黃腐酸鉀≥20%、蛋白質≥10%、中微量元素≥8%，河北省藁城市金禾生物有機肥有限公司生產。供試裝盆土為黃壤，pH 6.01，有機質（ω，后同）12.94 g·kg-1，全氮1.21 g·kg-1，堿解氮 63.5mg·kg-1，全磷 0.68g·kg-1，有效磷 6.6 mg·kg-1。

1.2 方法

1.2.1 育苗與移栽 試驗于2013年在貴州省辣椒研究所試驗基地中露地栽培。試驗辣椒材料于3月上旬按照辣椒漂浮育苗基質的制作方法（專利授權號：CN 101779591 B）準備育苗基質，采用辣椒漂浮育苗技術[12]育苗。待幼苗長出6片真葉時進行煉苗并挑選健壯和長勢一致的辣椒植株移栽至塑料盆缽中，每盆2株。盆缽大小為20 cm×25 cm，每盆裝土約5 kg。

1.2.2 盆栽設計 試驗根據復合型肥料種類，設5個肥料處理，分別為：T1—不施肥（CK），T2—有機肥，T3—無機復合肥，T4—生物復合肥，T5—1/3有機復合肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥。每盆每次施入18 g肥料，共3次，分別于辣椒的苗期、初花期和盛花期施入。每處理3次重復，共210盆。

1.3 測定項目與方法

辣椒開花當天，對同一節位（“四門斗”）花朵進行掛牌標記，分別于開花后 30、35、40、45、50 、55、60 d對同一節位（“四門斗”）果實隨機取樣，每次取樣均選取3個大小均勻、果形基本一致的果實進行相關指標的測定。辣椒素含量的測定采用高效液相色譜法[16]；木質素含量參考林葵的方法[17]；總酚和類黃酮含量的測定參考《果蔬采后生理生化實驗指導》的方法[18]。

試驗所得數據使用Excel 2007進行處理，方差分析和相關分析采用DPS7.05進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同肥料處理對辣椒果實中辣椒素及次生代謝物積累的影響

2.1.1 不同肥料處理對辣椒素積累的影響 表1所示為不同肥料處理下辣椒果實發育成熟過程中辣椒素含量的變化。辣椒素含量在果實的生長發育期均為先上升后下降并逐漸趨于穩定。T1、T2在花后35 d時首先達到積累峰值，T3、T4在花后40 d時達到積累峰值，T5在花后45 d時達到積累峰值。各處理辣椒素質量分數均值從大到小依次 為 ：T5（2.54 mg ·g-1）＞T2（2.26 mg· g-1）＞T4（2.14 mg·g-1）＞T3（1.99 mg·g-1）＞T1（1.89 mg·g-1）。T5辣椒素積累峰值及均值均為最高，各處理對果實中辣椒素的影響均達到極顯著水平。從結果可以看出，在種植辣椒時，施用不同的復合型肥料均有利于果實中辣椒素的積累，其中施用1/3有機肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥并于花后45 d時采摘辣椒果實，辣椒果實中辣椒素積累的效果最佳。

表1 不同肥料處理對辣椒果實中辣椒素含量影響ω/（mg·g-1）

2.1.2 不同肥料處理對木質素積累的影響 表2所示為不同肥料處理下辣椒果實中木質素含量的變化。木質素在辣椒果實發育過程中均呈“上升—下降—上升—下降—上升”趨勢。各處理木質素含量均值從大到小依次為：T5（38.09 A280·g-1）＞T2（27.43 A280·g-1＞T4（26.84 A280·g-1）＞T3（26.49 A280·g-1）＞T1（18.60 A280·g-1）。T5 的木質素含量積累峰值及均值均為最高，T5與其他處理間的差異達到極顯著水平；T2、T3、T4的木質素含量均高于對照T1（不施肥），與T1的差異也均達到極顯著水平。從結果可以看出，種植辣椒時施用復合型肥料均能促進辣椒果實中木質素的合成積累，其中T5(1/3有機肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥)最有利于木質素的合成積累。

表2 不同肥料處理對辣椒果實中木質素含量的影響（A280·g-1）

2.1.3 不同肥料處理對總酚積累的影響 由表3可知，隨著辣椒果實的發育成熟，果實中的總酚含量整體呈上升趨勢，果實成熟中后期上升趨勢更為明顯，積累峰值均出現在花后60 d時，各處理總酚質量分數的積累峰值從大到小依次為：T5（7.57 mg·g-1）＞T4（5.90 mg·g-1）＞T2（5.68 mg·g-1）＞T1（5.52 mg·g-1）＞T3（4.63 mg·g-1）。其中，T5的總酚含量積累峰值高達7.57 mg·g-1，明顯高于其他處理。各處理的總酚含量均值較為接近，但對照T1的總酚含量均值明顯低于其他處理，且與其他處理間的差異達到極顯著水平。說明種植辣椒時，施用復合型肥料可促進辣椒果實中總酚含量的合成積累。其中，施用1/3有機肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥，最有利于果實成熟后期總酚含量的合成積累；且于花后60 d采摘時果實中總酚含量最高。

表3 不同肥料處理對辣椒果實中總酚含量的影響ω/（mg·g-1）

2.1.4 不同肥料處理對類黃酮積累的影響 由表4可知，隨著辣椒果實的發育成熟，類黃酮含量變化趨勢為先上升再略起伏并逐漸趨于穩定。各處理的類黃酮質量分數均值依次為：T5（5.85 mg·g-1）＞T3（5.76 mg·g-1）＞T2（5.49 mg·g-1）＞T4（5.32 mg·g-1）＞T1（5.04 mg·g-1）。其中T5的類黃酮含量最高，且在果實成熟后期類黃酮含量迅速增加，高達11.37 mg·g-1，遠高于其他處理，T5與其他處理之間的差異達到極顯著水平。對照T1的類黃酮含量均值低于其他處理，且與其他處理間的差異達到極顯著水平，各處理對果實中類黃酮含量的影響達到顯著水平。說明種植辣椒時，施用不同的復合型肥料均有利于類黃酮的積累，其中T5(1/3有機肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥)對類黃酮的積累效果最佳。

表4 不同肥料處理對辣椒果實中類黃酮含量的影響ω/（mg·g-1）

2.2 辣椒果實中辣椒素與其他次生代謝物積累的相關性分析

從表5可以看出，在辣椒果實生長發育過程中，在不同肥料處理下辣椒素與木質素的相關系數是0.94，與總酚和類黃酮的相關系數是0.72和0.65，表明辣椒素與木質素存在極顯著的正相關關系，與總酚和類黃酮存在一定的正相關關系。木質素與類黃酮的相關系數是0.84，表明木質素與類黃酮存在顯著的正相關關系。

表5 辣椒素及其他次生代謝物的相關性分析

3 討論與結論

辣椒素用途廣泛，但產量很低，不能滿足生產的需要，栽培條件對辣椒果實中的辣椒素含量有一定影響，故可以通過改變栽培條件來調節辣椒素的積累。多位學者研究顯示，合理施用氮、磷、鉀能有效地促進辣椒果實的生長發育，有利于辣椒高產優質生產[19-21]。王彥飛等[22]研究表明，施用生物肥料能有效提高辣椒的產量和品質。王淑杰等[11，23]研究表明，可根據辣椒胎座的需求調節施用氮素水平，促進辣椒素的積累。因此合理施用肥料能夠提高辣椒的品質，促進果實中辣椒素含量的積累。本試驗研究表明，在辣椒生長發育階段施用1/3有機肥+1/3無機復合肥+1/3生物復合肥，果實中辣椒素含量最高，且于花后45 d時采摘辣椒，辣椒素的積累值達到最高；該處理下木質素、總酚、類黃酮的含量也均為最高，說明配施復合型肥料不僅有利于辣椒素的合成積累，也有利于木質素、總酚、類黃酮等次生代謝物的合成積累，且對辣椒素及其相關次生代謝物質的合成積累效果最佳。施用復合型肥料對果實中辣椒素及其相關次生代謝物的含量均有一定促進作用，這與上述研究者的研究結論一致。

在本試驗條件下，辣椒素和木質素之間呈極顯著的正相關，與總酚和類黃酮呈正相關；木質素和類黃酮之間呈顯著的正相關。辣椒素與木質素、總酚、類黃酮均有一定的正相關關系。已有研究表明，辣椒素是由香草基胺和支鏈脂肪酸在辣椒素合成酶的催化下縮合而成的，辣椒素代謝底物苯丙氨酸是生物體內苯丙烷代謝途徑底物，在合成代謝中可同時生成木質素、單寧、黃酮類化合物等；合成辣椒素的中間物質酚類化合物（對香豆酸、肉桂酸、咖啡酸和阿魏酸等）也是木質素、生物堿、類黃酮、單寧的合成中間物質[2-3，24]。辣椒素與木質素、總酚、類黃酮的生物合成前體物相同。在本試驗中，施用復合型肥料有利于辣椒素與木質素、總酚、類黃酮合成途徑中共同前體物的生成，進而促進辣椒素及其相關次生代謝物的合成。