西瓜種質資源番茄紅素含量評價

袁平麗， 李 智， 趙勝杰， 路緒強， 何 楠， 尚建立， 劉文革

(中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南鄭州 450009)

西瓜(Citrulluslanatus)是世界范圍的主要水果之一，而中國是西瓜生產與消費第一大國[1]。西瓜果實中富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素C等多種重要的功能性成分，其中，番茄紅素具有抗氧化、抗癌、預防心血管疾病等功效[2-4]。西瓜中的番茄紅素比番茄中的番茄紅素更容易被人體吸收，鮮食即可被人體直接吸收而起到保健作用，其有效性比番茄高40%[5-6]，因此，高番茄紅素西瓜育種一直是西瓜品質育種的重要目標之一[7-9]。Perkins-Veazie等研究表明，紅瓤西瓜品種中的番茄紅素含量為33～100 mg/kg，由品種自身特性和環境共同作用而引起差異[3，10]。萬學閃等認為，紅瓤西瓜果實番茄紅素在果實發育過程中的積累呈“S”形曲線變化，幼果期番茄紅素含量相對較低，著色期急劇增加，完熟期達到峰值[11]。袁平麗等用高效液相色譜法(HPLC)和分光光度法測定比較西瓜番茄紅素的含量，結果顯示，分光光度法測得的平均番茄紅素含量是HPLC法的1.45倍，2種方法結果基本一致，可比較不同品種間番茄紅素的含量[12]。Gomes等研究認為，西瓜汁加工成粉末時，其番茄紅素含量、抗氧化能力分別提高216%、192%，且西瓜粉保存番茄紅素含量和抗氧化性能相對更穩定[13]。豆峻嶺等分析紅瓤、黃瓤無籽西瓜果實在不同發育時期番茄紅素的積累差異及合成關鍵酶基因PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYb表達差異后認為，授粉后25 d可能是西瓜番茄紅素積累的關鍵時期，番茄紅素合成途徑上游PSY基因和控制分解LCYb基因在番茄紅素合成中可能起到較為重要的作用，其中LCYb基因對西瓜瓤色起關鍵作用[14]。Bang等在LCYB啟動子附近的多態性區域兩側設計引物，開發出區分紅瓤、黃瓤西瓜LCYB等位基因的PCR新標記Clcyb600，這一標記與SNP或CAPS標記相比，更容易區分LCYB等位基因[15]。Woomoon等通過微板法用紫外測定西瓜果實中的番茄紅素含量認為，微板法能快速簡單篩選高番茄紅素含量西瓜資源，結果可靠，比高效薄層色譜法更精準，并測定出96份西瓜材料的番茄紅素含量范圍為3.2～98.3 mg/kg，共篩選出15份高番茄紅素含量的品種[16]。Liu等通過F2群體構建關于西瓜番茄紅素含量和其他果實性狀的遺傳圖譜，包含16個連鎖群，總長2 039.5 cM，有37個SSR標記，107個CAPSs標記，為鑒定和克隆番茄紅素相關基因提供參考，為培育高番茄紅素含量西瓜品種提供有用標記[17]。

目前，對西瓜番茄紅素的合成積累原理已做了較多研究，但西瓜種質資源繁多，各品種間差異較大，有關西瓜資源中番茄紅素含量的評價研究相對較少。本試驗以221份西瓜品種(系)為材料，通過分光光度計法測定其番茄紅素含量，分析比較不同品種(系)西瓜果實中番茄紅素含量的差異，以期篩選出高番茄紅素含量的品種，為西瓜育種親本的選配提供幫助，為西瓜番茄紅素的遺傳研究奠定良好的基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

221份二倍體西瓜種質，由中國農業科學院鄭州果樹研究所國家西瓜甜瓜種質資源中期庫和多倍體西瓜課題組提供，其中1份為野生西瓜，2份為黏籽西瓜，4份為籽瓜，48份為地方品種，107份為選育品種，59份為國外引進品種；163份為紅瓤品種，38份為粉瓤品種，16份為黃瓤或橘黃瓤品種，4份為白瓤品種(表1)。2015年3月中旬，將西瓜種子播種于新鄉試驗基地大棚內育苗，移栽時采用裂區設計，行距為 1.5 m，株距為0.8 m；覆蓋地膜，單蔓整枝，第2雌花留單瓜，田間栽培管理一致；5月中旬開始授粉，雌、雄花開花前1 d下午套帽，開花當天自交授粉，掛牌標注授粉日期；7月初采收，取同一天授粉、大小均勻的果實，每個品種采3個瓜；取果實中心果肉，去籽勻漿；液氮速凍，置于-80 ℃冰箱保存，待測[11-12]。

表1221份西瓜種質資源的特征特性

續表1

編號品種名稱品種類型瓤色編號品種名稱品種類型瓤色M54ZXG00005L粉色M158ZXG01478V紅色M55ZXG00009L紅色M160PI278013V紅色M56ZXG00010L紅色M162ZXG00214T紅色M57ZXG00011L紅色M163CharlestongrayT粉色M58ZXG00012L粉色M165SugarleeT粉色M60ZXG00055L紅色M168ZXG00398T粉色M63ZXG00123L紅色M169CalhounGrayT紅色M65ZXG00128L紅色M170AllSweetT紅色M66ZXG00145L紅色M171ZXG00492T紅色M67ZXG00146L紅色M174BlackdiaondT粉色M71ZXG00160L粉色M176MpamophbiuT粉色M72ZXG00210L粉色M177ZXG00690T紅色M73ZXG00234L紅色M183PI277985T紅色M74ZXG00235L紅色M186PI319212T紅色M75ZXG00239L橘色M187SmokyleeT紅色M77ZXG00250L紅色M189CriosonSweetT紅色M78ZXG00259L紅色M190DixieleeT粉色M80ZXG00286L紅色M203PI345546T紅色M81ZXG00289L紅色M212PI537472T紅色M82ZXG00298L粉色M214ZXG00015V粉色M83ZXG00348L紅色M215ZXG00144V紅色M84ZXG00361L紅色M216ZXG00147V紅色M85ZXG00363L紅色M217ZXG00187V紅色M86ZXG00373L粉色M21974-5-1V粉色M88ZXG00410L橘色M220ZXG00243V紅色M89ZXG00443L橘色M221ZXG00253V粉色M92ZXG00632L粉色M223ZXG00264V紅色M97ZXG00714L紅色M226ZXG00350V紅色M98ZXG00722L紅色M227ZXG00355V紅色M99ZXG00738L紅色M228ZXG00358V紅色M101ZXG01191L紅色M229ZXG00421V紅色M103ZXG00006T粉色M230ZXG00430V紅色M104ZXG00007T紅色M231ZXG00441V紅色M105ZXG00014T粉色M232ZXG00591V紅色M107ZXG00222T粉色M233ZXG00626V紅色M109ZXG00378T紅色M238ZXG00852(2)V紅色M111ZXG00979T紅色M239ZXG00882V粉色M112ZXG00981T粉色M240ZXG01084V紅色M113ZXG00995T粉色M241ZXG01192V紅色M114PI314148T粉色M243ZXG01341V紅色M117PI379248T粉色M244LovrinT紅色M121ZXG00182S粉色M245ZXG00130T粉色M126ZXG00607S紅色M247ZXG00140T紅色M127ZXG00665S淺黃色M248ZXG00141T粉色M132ZXG00330L粉色M250ZXG00219T粉色M133ZXG00407L紅色M251ZXG00245T紅色M134ZXG00436L橘色M252ZXG00265T粉色M135ZXG00476L紅色M254MarketmedgetT紅色M137ZXG00698L紅色M255PI307750T紅色M138ZXG00716L黃色M257ZXG00429T粉色M139ZXG00724L橘色M259ZXG00450T紅色M143ZXG00342V粉色M261ToatoseedT粉色M144ZXG00359V紅色M262ZXG00523T紅色M146ZXG00484V粉色M266ZXG00812T紅色

續表1

編號品種名稱品種類型瓤色編號品種名稱品種類型瓤色M147ZXG00559V紅色M267PI161375T粉色M148ZXG00627V紅色M268ZXG01529T紅色M150ZXG00923L紅色M269SugarBabyT紅色M152ZXG01260V紅色M272ZXG00482S紅色M153ZXG01286V粉色

注：品種類型中L、V、T、S、W、E分別表示地方品種、選育品種、引進品種、籽瓜、野生品種、黏籽西瓜。表6同。

1.2 番茄紅素的測定

1.2.1 番茄紅素標準曲線的繪制 將番茄紅素標樣分別配制成0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的溶液，經分光光度計測定波長502 nm處的吸光度，得到線性方程為y=3.249x+0.011(r2=0.997 3)，則番茄紅素含量計算公式為

B=(D×3.249+0.011)×f/m。

式中：B為番茄紅素含量，mg/kg；D為波長502 nm處的吸光度；m為樣品質量，g；f為稀釋倍數。

1.2.2 西瓜種質番茄紅素的測定 準確稱取勻漿機破壁后的西瓜汁3 g，置于與真空泵相連的砂芯漏斗中抽濾；用 20 mL無水乙醇分3次脫水處理，再用30 mL甲醇分3次洗滌至洗出液無色；換接新的抽濾瓶，西瓜渣用2%二氯甲烷石油醚提取液洗滌至液無色；合并提取液，移入100 mL容量瓶，用少量2%二氯甲烷石油醚提取液洗抽濾瓶3次后倒入容量瓶，用提取液定容至100 mL；在波長502 nm處測定吸光度，根據標準曲線求得西瓜種質中番茄紅素的含量。重復3次，取平均值。

1.3 數據統計分析

采用SPSS 22.0軟件對試驗數據進行統計，采用類平均聚類法對201份紅、粉瓤西瓜種質資源進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 201份紅、粉瓤色西瓜種質資源番茄紅素含量分析

2.1.1 番茄紅素含量系統聚類 由表2、圖1可見，距離系數D=9時，201份紅、粉瓤西瓜種質資源可根據番茄紅素含量水平劃分為4個類型群，分別為極高型(P4)、高型(P3)、中間型(P2)、普通型(P1)，其番茄紅素含量平均值差異極顯著(P<0.01)；201份西瓜種質資源中，番茄紅素平均含量為 35.23 mg/kg，最高、最低含量分別為91.99、10.03 mg/kg，極差為81.96 mg/kg；類群內番茄紅素含量極差為11.50～25.72 mg/kg；普通型類群的番茄紅素平均含量為 26.55 mg/kg，極差為25.72 mg/kg，變異系數為24.29%；極高型類群的番茄紅素平均含量為84.05 mg/kg，極差為 14.03 mg/kg，變異系數7.44%；普通型類群的變異系數大于其他類群，包含的資源數量相對最多，為126份，占總資源數的62.69%，中間型類群的資源數量為60份，占比為 29.85%；高型、極高型類群的材料數分別為9、6份，占比分別為4.48%、2.99%。表3為番茄紅素含量高型和極高型類群的西瓜品種番茄紅素含量，這為優質西瓜育種提供了較多的親本。

表2201份紅、粉瓤西瓜種質各類型群主要統計參數及方差分析

注：數據后不同大寫字母表示類群間差異極顯著(P<0.01)。

2.1.2 不同類型西瓜在4個番茄紅素類群中的分布 由表4可見，38份地方品種中，普通型、中間型、高型、極高型類群的種質分別有21、9、5、3份，占比分別為55.26%、23.68%、13.16%、7.89%；103份選育品種中，普通型、中間型、高型、極高型類群的種質分別有61、37、3、2份，占比分別為 59.22%、35.92%、2.91%、1.94%；57份國外引進品種中，普通型、中間型、高型、極高型類群的種質分別有41、14、1、1份，占比分別為71.93%、24.56%、1.75%、1.75%；3份籽瓜的番茄紅素含量均相對不高，為普通型類群。

2.1.3 不同瓤色西瓜在4個番茄紅素類群中的分布 由表5可見，163份紅瓤西瓜品種中，高型、極高型類群種質分別為9、6份，占比分別為5.52%、3.68%，38份粉瓤西瓜品種中多為普通類群，有33份種質，占粉瓤品種數的86.84%，無高型、極高型類群種質，這說明番茄紅素含量可能與瓤色有關，紅瓤色西瓜品種含有較高含量的番茄紅素。

2.2 20份黃、白、橘色瓤西瓜番茄紅素含量分析

由表6可見，20份黃、白、橘色瓤西瓜品種的番茄紅素含量相對極少，其含量范圍為0～6.32 mg/kg，平均含量為 1.79 mg/kg，變異系數為95.80%；白瓤西瓜通常不含有番茄紅素，而本試驗測得白瓤西瓜番茄紅素含量相對極少，平均含量為0.57 mg/kg，這可能是由分光光度計測定誤差引起的；黃、橘色瓤的西瓜番茄紅素含量相對較少，平均含量為 2.10 mg/kg，其測定結果可能受到其他類胡蘿卜素的干擾；20份西瓜種質資源中，4份選育品種、2份國外引進品種的西瓜瓤色為黃色或橘黃色，番茄紅素含量相對稍高，其中，M6為野生西瓜，瓤色淡黃色，番茄紅素含量為1.44 mg/kg，M38、M44為白瓤黏籽瓜，番茄紅素含量分別為0.36、0.88 mg/kg，M127為籽瓜， 瓤色淡黃色， 番茄紅素含量為0.51 mg/kg；10份地方品種中，黃瓤、白瓤、橘色瓤都有，番茄紅素含量分布相對較為均勻。

表3試材中高番茄紅素含量西瓜品種概況

表4201份紅、粉瓤西瓜不同類型在4個番茄紅素類群中的分布

表5201份不同瓤色西瓜在4個番茄紅素類群中的分布

3 結論與討論

鮮食西瓜中的番茄紅素是一種天然類胡蘿卜素，可以直接被人體吸收，具有猝滅活性氧、消除人體自由基、保護心血管等功能[18-20]。本試驗結果顯示，201份紅、粉瓤西瓜材料的番茄紅素含量為10.03～91.99 mg/kg，平均含量為 35.23 mg/kg，與Perkins-Veazie等的研究結論[10]較為一致；20份黃、白、橘色瓤的西瓜番茄紅素含量相對極少，其含量范圍為0～6.32 mg/kg，平均含量為1.79 mg/kg，說明西瓜果實中番茄紅素含量與西瓜瓤色可能相關，瓤色差異可能是引起西瓜品種番茄紅素含量不同的主要原因，與高美玲等研究結果[21]吻合。對紅、粉瓤西瓜根據番茄紅素含量系統聚類結果表明，大多數西瓜資源的番茄紅素含量處于普通類群、中間型類群，高型、極高型僅占所測品種數量的7.46%，且都為紅瓤色品種；38份地方品種中，高型、極高型品種數量為8份，占比為21.05%，103份選育品種中，高型、極高型品種數量為5份，占比為4.85%，57份國外引進品種中，高型、極高型品種數量為2份，占比為3.51%。

在西瓜育種最初階段，人們往往通過生產比較，篩選出適合當地的西瓜多為大果型、糖度稍低、色彩艷麗的品種，而番茄紅素含量與瓤色有關，因此，地方品種中高番茄紅素含量的西瓜品種比例相對較高；西瓜選育品種是育種工作者通過雜交、自交等手段，以豐產、優質、少籽、耐貯運、口感好、抗病蟲害及抗逆等為目標而培育的品種[22-23]，選育時有一定偏好，富含番茄紅素并非其主要的育種目標，有些品種可能富含瓜氨酸、谷胱甘肽、維生素C等功能性成分，因此，選育品種的番茄紅素含量并不明顯高于地方品種。國外引進品種往往具有一種或多種優異或特異性狀， 其番茄紅素含量情況類似選育品種。在長期育種工作中，我國已收集了大量的西瓜種質資源，加強對這些資源深度和廣度評價，可豐富西瓜育種的基礎材料，為西瓜育種提供優良種質。劉文革等通過測定多倍體、二倍體西瓜果實中的番茄紅素等功能性成分含量差異，成功選育出多個高番茄紅素、高瓜氨酸含量的西瓜新品種[8，24-25]，這些功能性成分有益人體健康，可滿足不同消費者的需求。本試驗選出6份極高番茄紅素含量和9份高番茄紅素含量的西瓜品種，可通過選配親本，培育更高含量番茄紅素的優良西瓜品種。

表6黃白瓤西瓜番茄紅素含量特征

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