不同櫻桃番茄品種果實發育過程中類胡蘿卜素的變化規律

閆見敏 曹克梅 李云洲 張萬萍 耿廣東 須文

摘要 分析不同櫻桃番茄品種果實發育期類胡蘿卜素的變化規律，探討果肉外觀顏色差異形成的原因，為選育不同果實顏色的櫻桃番茄新品種提供參考。以成熟果色分別為紅色、粉色、黃色、紫色和綠色的“狀元紅” “粉麗娜” “皇冠” “黑珍珠”和“碧璽”5個櫻桃番茄品種為試材，測定其綠熟期、轉色期、成熟期的葉綠素、番茄紅素、胡蘿卜素等色素的含量。結果表明，5個櫻桃番茄品種在果實成熟過程中葉綠素含量呈逐漸降低趨勢，完熟期含量最低;番茄紅素含量呈逐漸增高趨勢，其中，“狀元紅”完熟期番茄紅素的含量最高，達0.092 mg/g;“黑珍珠”隨著果實的成熟，葉綠素、胡蘿卜素和番茄紅素的含量呈增高趨勢，其葉綠素、胡蘿卜素含量明顯高于“狀元紅”和“粉麗娜”;“皇冠”果實成熟過程中胡蘿卜素的含量均低于其他幾個品種;“皇冠”和“碧璽”果實成熟過程中幾乎不含番茄紅素。

關鍵詞 櫻桃番茄;果實發育;類胡蘿卜素;果實顏色;色素含量

中圖分類號 S641.2? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）04-0046-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.012

Law of Changes of Carotenoid Content in Different Cultivars of Cherry Tomato during Fruit Development

YAN Jian-min， CAO? Ke-mei， LI? Yun-zhou et al

（College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou? 550025）

Abstract The change regularity of carotenoid contents of cherry tomato fruits with different colors during the development was studied， and the relationship between cherry tomato fruit color and carotenoid change was analyzed， providing a reference for breeding new varieties including more lycopene. Five cherry tomato varieties were used as test materials which maturity fruit color was red， pink， yellow， purple and green， respectively， and the content of chlorophyll， lycopene， carotene and other pigments during fruit development was measured. The result showed that the content of chlorophyll decreased gradually and the content of lycopene increased in five cherry tomato varieties during the ripening process， among which Zhuangyuanhong that the content of lycopene was the highest 0.092 mg/g in the mature stage. The contents of chlorophyll， carotene and lycopene in Heizhenzhu increased with the ripening of the fruit， and the contents of chlorophyll and carotene were significantly higher in Heizhenzhu than that of Zhuangyuanhong and Fenlina.The content of carotene of Huangguan was lower than that of other varieties during the ripening process;Huangguan and Bixi almost did not contain lycopene during the ripening process of fruit.

Key words Cherry tomato;Fruit development;Carotenoid;Fruit color;Pigment content

基金項目 國家自然科學基金項目（31960604）;貴州大學人才引進科研項目（貴大人基合字〔2014〕18號）;貴州省生物學國內一流學科建設學科開放基金（GNYL〔2017〕009FX4KT43）。

作者簡介 閆見敏（1983—），女，河北邯鄲人，副教授，博士，從事蔬菜育種與生物技術研究。通信作者，教授，博士，從事蔬菜作物生長發育調控研究。

收稿日期 2020-07-08

類胡蘿卜素普遍存在于不同顏色的花卉、水果、蔬菜中，其含量和組成不僅決定果實外觀色澤和商品性，同時還具有抗癌、降血壓、提高免疫力、抗氧化、延緩衰老等保健功效[1-5]，各國育種工作者越來越重視作物品種中類胡蘿卜素含量的選擇。櫻桃番茄果色有紅色、粉色、黃色、橙色、棕色、紫色、黑色、綠色等顏色，富含多種類胡蘿卜素，近年來番茄紅素在食品加工、醫藥保健、美容養顏等領域得到廣泛應用。目前，番茄紅素市場逐漸擴大，急需大量富含番茄紅素的品種。類胡蘿卜素廣泛存在于植物葉綠體和有色體膜上，由8個異戊二烯單位首尾相連形成，是一類重要的天然色素的總稱，除八氫番茄紅素、六氫番茄紅素等少數類胡蘿卜素呈無色外，絕大多數類胡蘿卜素呈現一定顏色，如黃色、橙色和紅色。在枇杷[6]、枸杞[7]、宮內伊予柑[8]、萬壽菊[9]、番茄[10]、辣椒[11]、杏[12]、桃[13]、芒果[14]和柑橘[15]等不同作物上研究表明，果實內不同類胡蘿卜素含量的變化引起果實外觀呈色存在一定的差異，影響果實營養品質與商品特性。王蕾等[16]對6個不同成熟果色的番茄品種采用HPLC外標法在果實發育期進行類胡蘿卜素含量變化分析，結果表明，番茄果實發育過程中，不同成熟果色的番茄果實中番茄紅素、

葉黃素、β-胡蘿卜素含量有所不同。李京等[17]研究發現在室溫、避光、通風等不同環境條件下，采后番茄的果實中總類胡蘿卜素的含量在轉色期后迅速增加;其中，番茄紅素的比例也隨之增加。呂鑫等[18]以不同成熟果色的4個番茄品種為試材在果實發育期對果實不同部位的番茄紅素含量進行測定，結果發現紅果品種中番茄紅素含量最高，綠果品種中最低;胎座中番茄紅素合成最早。吳浪等[19]研究發現，番茄果實表面顏色易受番茄果實不同部位影響，其中，果肉色對果實表面顏色的影響最大，依次是果皮色、胎座膠狀物質顏色。

雖然國內外關于番茄果實色澤與類胡蘿卜素含量變化有不少報道，但大部分集中在普通番茄上，且研究方法主要是HPLC。對于櫻桃番茄不同成熟期類胡蘿卜素含量變化規律缺乏研究，因此，為了提高番茄紅素品種選育效率，有必要采用操作簡單、快速、實用的有機溶劑提取法篩選富含番茄紅素的品種資源。筆者以5種不同成熟果色的櫻桃番茄為試驗材料，研究其果實發育過程中類胡蘿卜素含量和果實色澤變化的相關性，為篩選富含番茄紅素的櫻桃番茄新品種提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料為成熟果色分別呈紅色、粉色、黃色、紫色和綠色的“狀元紅”“粉麗娜”“皇冠”“黑珍珠”和“碧璽”5個櫻桃番茄品種，均購自山東省壽光市瑞航農業科技有限公司。

1.2 試驗設計

于2017年4月13日分別將5個櫻桃番茄品種的種子直接播入裝有濕潤育苗基質的72孔黑色塑料育苗盤穴孔內，每孔播2粒，塑料大棚內育苗。當幼苗具5～6片真葉時，從塑料大棚移栽到露地，按株行距55 cm×45 cm進行定值，常規田間管理。待果實定型后，分別采取不同品種綠熟期、轉色期、完熟期3個時期的果實（圖1），用有機溶劑法提取類胡蘿卜素。3次重復，每重復用5個果實。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 類胡蘿卜素的提取與測定。

將3次重復的果實混合，切碎，隨機取5～10 g 混合樣品于研缽中，加7～8 mL丙酮和5～6 mL己烷，研磨成勻漿狀。勻漿倒入耐酸性過濾性漏斗中，將漏斗裝在抽濾瓶上抽濾，漏斗上殘渣用少量丙酮和己烷反復洗滌抽濾，直至殘渣呈白色為止。濾液倒入分液漏斗中，靜置后分為2層，棄下相。上層用20 mL 90%甲醇洗滌約1 min，靜置、澄清分層后棄去下相，反復2～3次，用濾紙將分液漏斗嘴吸干，將溶液定容至50 mL。487.5及502.0 nm波長處測定并記錄其光密度值，測3次，取其平均值。

計算公式：

總胡蘿卜素（μg/g）=D487.5×稀釋倍數×106/（181×比色杯厚度×樣品重）

番茄紅素=（D502×181/487.5-42/237）×100%

1.3.2 葉綠素的提取與測定。

葉綠素的測定參考阮美穎等[20]的測定方法，稍作改動。稱取0.2 g樣品于研缽中，加入少量95%乙醇，碳酸鈣、石英砂研磨，過濾至棕色容量瓶中定

容至25 mL，分光光度計測定665、649 nm波長并記錄其光

密度值。

計算公式：

Ca=12.72A665-2.59A649

Cb=22.88A649-4.67A665

Ct=Ca+Cb

式中，Ca為葉綠素a濃度，Cb為葉綠素b濃度，Ct為總葉綠素濃度;A665為波長665 nm處的吸光值;A649為波長649 nm處的吸光值。

1.4 數據分析

利用Microsft Office Excel 2010整理數據，用SPSS軟件繪制成圖。

2 結果與分析

2.1 不同櫻桃番茄品種果實發育過程中葉綠素含量的變化

5個不同櫻桃番茄品種果實發育過程中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素的含量均呈逐漸下降趨勢，到完熟期其含量降至最低（圖2）。其中，紫色品種“黑珍珠”果實發育過程中的葉綠素含量均比其他4個品種高。完熟期的紫色品種“黑珍珠”葉綠素含量略高于綠色品種“碧璽”，顯著高于紅色品種“狀元紅”、粉色品種“粉麗娜”和黃色品種“皇冠”，可能說明紫色番茄呈紫色與自身含較高葉綠素有關，這也可能是呈紫

色的原因之一。綠色品種“碧璽”在果實成熟過程中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素的含量變化趨勢相同，與成熟期成反比關系，即隨著果實成熟其含量降低，其在各時期的葉綠素含量均高于“狀元紅”“粉麗娜”和“皇冠”。完熟期“狀元紅”“粉麗娜”和“皇冠”這3個品種的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素的含量趨于零。

2.2 不同櫻桃番茄品種果實發育過程中胡蘿卜素含量的變化

櫻桃番茄果實成熟期胡蘿卜素含量的變化趨勢與葉綠素含量的變化趨勢正好相反，即隨著果實的成熟5個櫻桃番茄品種的胡蘿卜素含量呈逐漸增加趨勢（圖3），其中，紫色品種“黑珍珠”的胡蘿卜素含量在各時期均顯著高于其他4個品種，完熟期達到最高為0.014 mg/g;綠色品種“碧璽”完熟期的胡蘿卜素含量超過“狀元紅”“粉麗娜”和“皇冠”;黃色品種“皇冠”在3個成熟時期的胡蘿卜素含量均低于其他4個品種，推測可能是黃色品種“皇冠”隨著果實成熟其葉黃質和α-胡蘿卜素含量急劇下降直至消失[8]，導致其胡蘿卜素含量也隨著降低。

2.3 不同櫻桃番茄品種果實發育過程中番茄紅素含量的變化

由圖4可知，5個櫻桃番茄品種在綠熟期基本不含番茄紅素。紅色品種“狀元紅”、粉色品種“粉麗娜”和紫色品種“黑珍珠”的番茄紅素含量均隨著果實的成熟呈上升趨勢，且上升幅度很大，到完熟期“狀元紅”的含量達到最高，為0.092 mg/g，其次為“粉麗娜”，然后是“黑珍珠”。說明這3個品種的呈色也受到了番茄紅素含量的影響。黃色品種“皇冠”和綠色品種“碧璽”這2個品種在果實發育過程中幾乎不含番茄紅素。

3 結論與討論

類胡蘿卜素廣泛存在于自然界中，主要包括胡蘿卜素（碳氫化合物）和葉黃素（胡蘿卜素的氧化衍生物）兩大類，具有明顯的抗氧化作用，是人類和動物必不可少的營養物質。除八氫番茄紅素、六氫番茄紅素等少數類胡蘿卜素呈無色外，絕大多數類胡蘿卜素均呈一定的顏色，如番茄紅素呈紅色，葉黃素呈黃色，α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素呈橙色[21]。研究發現，多數植物花、果的顏色與類胡蘿卜素的種類及其含量的積累有關，不同色素含量的變化導致品種間存在顏色差異[22]。

番茄的果實顏色是果皮顏色和果肉顏色的相互疊加。其中櫻桃番茄以其精致小巧、嬌艷的外形、獨特可口的食味而深受消費者的青睞，已逐漸被市場認可為一種新型水果，其果實顏色是重要的商品性狀，因此對櫻桃番茄果實色澤的研究引起科研工作者的極大重視。該研究以5個不同成熟果色的櫻桃番茄品種為試材，測定其綠熟期、轉色期、成熟期的葉綠素、番茄紅素、胡蘿卜素等色素的含量。結果表明，不同品種的櫻桃番茄果實外觀顏色變化與其積累的類胡蘿卜素含量有關，主要是由于葉綠素含量下降和類胡蘿卜素含量升高所致，這與曲瑞芳等[23]的研究結果相一致。5個櫻桃番茄品種在果實成熟過程中葉綠素含量呈逐漸降低趨勢，到完熟期含量降到最低;番茄紅素含量呈逐漸增高趨勢。完熟期紅色品種“狀元紅”、粉色品種“粉麗娜”和黃色品種“皇冠”這3個櫻桃番茄品種的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素的含量趨于零。“狀元紅”“粉麗娜”和“黑珍珠”這3個櫻桃番茄的番茄紅素含量均隨著果實成熟而大幅度增加，這與常培培等[24]的研究結果一致，即紅、粉、紫色品種富含番茄紅素。“皇冠”和“碧璽”的番茄紅素完熟期含量基本趨于零。因此，推測類胡蘿卜素含量的差異是造成該試驗中5個櫻桃番茄品種呈不同果色的主要原因。紫色番茄“黑珍珠”在整個果實成熟過程中其葉綠素含量和胡蘿卜素含量均明顯高于其他4個品種。該研究還發現，黃果番茄“皇冠”的胡蘿卜素含量在各時期均比其他4個品種的含量低，這可能與黃色番茄含有r基因有關，因為r基因的存在可大大降低胡蘿卜素的合成，且抑制了番茄紅素的生成。

目前，關于番茄果色形成的分子水平研究也越來越受到重視。番茄的染色體上含有較多與類胡蘿卜素含量有關并控制花和果實著色的基因位點。研究發現，番茄進入轉色期后，控制八氫番茄紅素合成酶的基因Psy-1和控制八氫番茄紅素脫氫酶的基因Pds非常活躍，其mRNA 水平顯著增加[17，25]。與此同時，番茄紅素環化酶基因Lcy-b 和Lcy-e的mRNA 水平急劇下降，并很快消失[26-27]。這些基因表達水平的差異意味著番茄紅素的積累與果實發育成熟過程中的基因轉錄調控有關。Yan等[28]揭示了Aft-SIMYBATV調控紫色番茄形成的分子機制。Yang等[29]利用CRISPR/Cas9基因編輯技術對紅果番茄雜交種“京番501”“京番501”和“京番602”定向快速創制了粉果番茄雜交種，并能保持原始紅果材料的優異農業性狀。該研究僅重點研究了櫻桃番茄類胡蘿卜素的變化規律，關于其類胡蘿卜素組分、代謝、分子機制，以及如何快速高效地定向培養不同成熟果色的櫻桃番茄還有待進一步研究。

參考文獻

[1] 徐昌杰，張上隆.柑橘類胡蘿卜素合成關鍵基因研究進展[J].園藝學報，2002，29（S1）：619-623.

[2] HUGHES D A.Dietary carotenoids and human immune function[J].Nutrition，2001，17（10）：823-827.

[3] FRASER P D，BRAMLEY P M.The biosynthesis and nutritional uses of carotenoids[J].Progress in lipid research，2004，43：228-265.

[4] DI MASCIO P，KAISER S，SIES H.Lycopene as the most efficient biological carotenoid singlet oxygen quencher[J].Archives of biochemistry and biophysics，1989，274（2）：532-538.

[5] MCGHIE T K，AINGE G D.Color in fruit of the genus Actinidia：Carotenoid and chlorophyll compositions[J].Journal of agricultural and food chemistry，2002，50（1）：117-121.

[6] 熊作明，周春華，陶 俊.不同類型枇杷果實著色期間果肉類胡蘿卜素含量的變化[J].中國農業科學，2007，40（12）：2910-2914.

[7] 李赫，陳敏，馬文平，等.不同成熟期枸杞中類胡蘿卜素含量的變化規律[J].中國農業科學，2006，39（3）：599-605.

[8] 王偉杰，徐建國，徐昌杰.宮內伊予柑果實發育期間色澤和色素的變化[J].園藝學報，2006，33（3）：461-465.

[9] MOEHS C P，TIAN L，OSTERYOUNG K W，et al.Analysis of carotenoid biosynthetic gene expression during marigold petal development[J].Plant molecular biology，2001，45（3）：281-293.

[10] FRASER P D，TRUESDALE M R，BIRD C R，et al.Carotenoid biosynthesis during tomato fruit development（evidence for tissue-specific gene expression）[J].Plant physiology，1994，105（1）：405-413.

[11] RMER S，HUGUENEY P，BOUVIER F，et al.Expression of the genes encoding the early carotenoid biosynthetic enzymes in Capsicum annuum[J].Biochemical and biophysical research communications，1993，196（3）：1414-1421.

[12] RUIZ D，EGEA J，TOMS-BARBERN F A，et al.Carotenoids from new apricot（Prunus armeniaca L.）varieties and their relationship with flesh and skin color[J].Journal of agricultural and food chemistry，2005，53（16）：6368-6374.

[13] GIL M I，TOMS-BARBERN F A，HESS-PIERCE B，et al.Antioxidant capacities，phenolic compounds，carotenoids，and vitamin C contents of nectarine，peach，and plum cultivars from California[J].Journal of agricultural and food chemistry，2002，50（17）：4976-4982.

[14] CHEN J P，TAI C Y，CHEN B H.Effects of different drying treatments on the stability of carotenoids in Taiwanese mango（Mangifera indica L.）[J].Food chemistry，2007，100（3）：1005-1010.

[15] IKOMA Y，KOMATSU A，KITA M，et al.Expression of a phytoene synthase gene and characteristic carotenoid accumulation during citrus fruit development[J].Physiologia plantarum，2001，111（2）：232-238.

[16] 王蕾，岳英，魯曉燕，等.不同色澤番茄品種類胡蘿卜素含量的HPLC分析[J].石河子大學學報（自然科學版），2011，29（4）：442-447.

[17] 李京，惠伯棣，裴凌鵬.番茄果實在成熟過程中類胡蘿卜素含量的變化[J].中國食品學報，2006，6（2）：122-125.

[18] 呂鑫，侯麗霞，張曉明，等.番茄果實成熟過程中番茄紅素含量的變化[J].中國蔬菜，2009（6）：21-24.

[19] 吳浪，劉婧儀，梁燕.番茄綠果與紅果顏色性狀遺傳的研究[J].園藝學報，2016，43（4）：674-682.

[20] 阮美穎，葉青靜，周國治，等.不同顏色櫻桃番茄果實成熟過程中色素的變化[J].浙江農業科學，2013（5）：526-528.

[21] BARTLEY G E，SCOLNIK P A.Plant carotenoids：Pigments for photoprotection，visual attraction，and human health[J].The plant cell，1995，7（7）：1027-1038.

[22] SAPIR M，OREN-SHAMIR M，OVADIA R，et al.Molecular aspects of Anthocyanin fruit tomato in relation to high pigment-1[J].Journal of heredity，2008，99（3）：292-303.

[23] 曲瑞芳，梁燕，鞏振輝，等.番茄不同品種間番茄紅素含量變化規律的研究[J].西北農業學報，2006，15（3）：121-123.

[24] 常培培，梁燕，張靜，等.5 種不同果色櫻桃番茄品種果實揮發性物質及品質特性分析[J].食品科學，2014，35（22）：215-221.

[25] CORONA V，ARACRI B，KOSTURKOVA G，et al.Regulation of a carotenoid biosynthesis gene promoter during plant development [J].The plant journal，1996，9（4）：505-512.

[26] PECKER I，GUBBAY R，CUNNINGHAM F X JR，et al.Cloning and characterization of the cDNA for lycopene β- cyclase from tomato reveals a decrease in its expression during tomato ripening [J].Plant molecular biology，1996，30：806-819.

[27] RONEN G，COHEN M，ZAMIR D，et al.Regulation of carotenoid biosynthesis during tomato fruie development：Expression of the gene for lycopene epsilon-cyclase is down-regulated during ripening and is elevated in the mutant Delta[J].The plant journal，1999，17（4）：341-351.

[28] YAN S S，CHEN N，HUANG Z J，et al.Anthocyanin fruit encodes an R2R3-MYB transcription factor，SlAN2-like，activating the transcription of SlMYBATV to fine-tune anthocyanin content in tomato fruit[J].New phytologist，2020，225（5）：2048-2063.

[29] YANG T X，DENG L，ZHAO W，et al.Rapid breeding of pink-fruited tomato hybrids using the CRISPR/Cas9 system[J].Journal of genetics and genomics，2019，46（10）：505-508.