紫葉和綠葉水東芥菜遺傳規律及其品質差異分析

李海渤 楊桂玲 朱云娜 王素琴 馮慧敏

（韶關學院英東生物與農業學院，韶關市芥菜工程技術研究開發中心，廣東韶關 512005）

水東芥菜屬于十字花科蕓薹屬葉用芥菜類卷心芥（var.Yang et Chen）變種，原產于廣東省電白縣水東鎮，是國家地理標志產品，主要特點為小卷心、葉少莖多、爽脆微甜、質嫩無渣、無芥菜苦澀味等，具有提高食欲、清熱解毒、抗菌消腫之功效（崔建昌 等，2007）。在葉用芥菜育種目標中，除提高產量、增強抗病性等兩大方向外，選育富含維生素、礦物質元素、芥子油苷、保健型次生代謝產物（如花青素等）的高品質芥菜新品種對我國芥菜育種工作具有重要意義（萬正杰 等，2018）。

紫色蔬菜，因其富含花青素及酚類物質而備受關注（Chao et al.，2013）。據報道，紫葉成因是花青素在葉片表皮細胞液泡中積累所致，顯微觀察可看到紫葉大白菜和普通白菜以及紫葉甘藍型油菜葉片的上表皮、紫葉芥菜葉片上下表皮有一層花青素均勻分布（Mushtaq et al.，2016；李海渤 等，2020）。花青素是一種植物次生代謝產物，具有消炎、抗腫瘤、調節血脂等多種保健功能，并被證實與其他物質（如VC、總酚、類黃酮等）具有協同抗輻射、抗氧化等功能（白海娜，2016）。目前白菜類、甘藍、青花菜等蕓薹屬植物均有紫色類型的報道，主要研究方向集中在新品種選育、合成代謝途徑、調控基因表達、花青素含量差異以及食品添加劑領域（凌文華 等，2014）。紫葉芥菜的相關報道較少，研究主要集中在遺傳分析、基因定位及光合作用等方面（李海渤 等，2020；Heng et al.，2020）。

為豐富芥菜品種類型，韶關學院英東生物與農業學院蔬菜新品種選育項目組以紫葉野芥為非輪回親本，以綠葉水東芥菜為輪回親本，經多代回交及自交，建立了紫葉-綠葉水東芥菜近等基因系，對紫葉水東芥菜的遺傳規律進行分析；并測定了紫葉、綠葉水東芥菜群體的株高、單株鮮質量、色差、葉綠素、類胡蘿卜素、花青素、總酚、類黃酮、可溶性糖、VC、可溶性固形物、蛋白質、粗纖維等指標，旨在分析相似遺傳背景條件下紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜的生長指標、色素含量、品質指標差異，為紫葉水東芥菜新品種選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

輪回親本：綠葉水東芥菜，品種名大甘，茂名市正菜農產品有限公司的自留種。株型半直立，葉片合抱，株高38 cm，開展度40～50 cm；外葉長38 cm、寬27 cm，中肋寬4 cm，葉柄長5.5 cm、寬1.4 cm，葉緣淺鋸齒，淺裂刻，綠色；葉柄肥厚，綠色，脆嫩，有辣味；抽薹晚，營養生長期中等，單株質量150～250 g。

非輪回親本：紫葉野芥，發現于華中農業大學傅廷棟院士試驗田，經4 代輪回選擇獲得高花青素含量、遺傳穩定的品系。株高20～30 cm，開展度40～50 cm，葉片長20～30 cm、寬7～15 cm，葉柄寬1～3 cm，葉片倒卵形、裂葉、葉緣齒狀，葉面中等皺縮，花青素含量極高，葉面、葉脈及中肋均呈紫色，有光澤，葉脈明顯，株型匍匐，單株質量100～200 g，口感粗糙，味苦澀。

2016 年9 月開始，于韶關市芥菜工程技術研究開發中心，以大甘和紫葉野芥為親本構建正反交F群體、F群體及BC回交群體。近等基因系群體構建過程如下：以大甘為母本，以紫葉野芥為父本，雜交得到（大甘×紫葉野芥）F；F與大甘回 交，得到〔（大甘×紫葉野芥）×大甘〕BC；取回交群體中的紫葉單株與大甘回交4 代后自交，得到〔（大甘×紫葉野芥）×大甘〕BCF群體；取BCF群體中的紫葉單株，分別進行自交，自交后代不發生紫葉、綠葉性狀分離的為純合群體，其遺傳組成為〔（大甘×紫葉野芥）×大甘〕BCFS。從而獲得穩定的紫葉水東芥菜品系（編號：20P-109），與輪回親本大甘（編號：202-4 母）組成近等基因系。

1.2 試驗方法

試驗在韶關市芥菜工程技術研究開發中心進行。2020 年10 月10 日，分別播種上述正反交F群體、F群體、BC回交群體及20P-109、202-4母群體，并于5 葉期統計反交F群體、F群體、BC回交群體紫葉、綠葉單株數量，同時以卡方檢驗驗證紫葉性狀遺傳規律。

11 月2 日，將20P-109 及202-4 母群體移栽至溫室，統一水肥管理，在移栽前、整地時一次性施入復合肥（N-PO-KO為15-5-25）50 kg·（667 m）。12 月10 日每群體分別選取生長狀態良好的植株10 株，觀察表型性狀；取由外向內數第3片葉，測定農藝性狀指標、色差、色素及酚類化合物含量、營養品質指標等。

試驗地土壤為重壤土（＜0.01 mm 物理性粘粒含量為59.02%），pH 值6.14，有機質含量20.02 g·kg，全氮含量0.90 g·kg，堿解氮含量106.81 mg·kg，速效磷含量80.13 mg·kg，速效鉀含量221.00 mg·kg。

1.3 項目測定

參照李錫香和沈鏑（2008）的方法測定株高、開展度、葉長、葉寬、中肋寬、葉柄長、葉柄寬、單株鮮質量等農藝性狀指標。

采用色差分析儀CR-400〔柯尼卡美能達（中國）投資有限公司〕測定葉片正面上、下、左、右4 個部位的a、b、L 值，取4 次數據的平均值。a、b 值表示色度組分，取值范圍為（-60，60），a 值反映紅綠色度（正值偏紅、負值偏綠），b 值反映橙藍色度（正值偏橙、負值偏藍），a、b 絕對值越大，顏色越深；L 值反映亮度，取值范圍為（0，100），0 表示黑色，100 表示白色，L 值越大，亮度越高。通過a、b 值可計算出色調值（色度角）H、色度值C、色澤比h。H 反映紅橙綠藍紫等顏色及這些基本色之間的過渡色〔當a ＞0，b ＞0 時，H= tan（b/a）；當a ＜0，b ＞0 時，H=180+tan（b/a）〕，H=0°表示紫紅色（H ＜50°時，H 值越小，紅色越深），H=45°表示橙紅色，H=90°表示黃色，H=180°表示綠色，H=270°表示藍色；C=（a+b），表示彩度，反映色素的濃度，C 值越高，色素純度越高，顏色越鮮艷；h=a/b，表示色度組分a、b 值的占比情況，h 值越小，綠色越深，h 值越大，紅色越深（汪琳和應鐵進，2000；Suriano et al.，2021）。

采用烘干稱重法測定葉片含水量（高俊鳳，2012）。

取新鮮葉片，去除葉脈后剪碎，采用UV-2600 型紫外分光光度計測定葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素（劉家堯和劉新，2010）、花青素 （Fuleki ＆ Francis，1968）、總酚、類黃酮（曹建康 等，2007）含量。采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量（曹建康 等，2007）；參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》的方法測定VC 含量，因紫葉芥菜有色素干擾，需加白陶土去除色素干擾；參照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定》的方法測定可溶性固形物含量；參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》的方法測定蛋白質含量；參照GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》的方法測定粗纖維含量。

1.4 數據處理

利用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件對試驗數據進行分析，并對各指標進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 水東芥菜紫葉性狀遺傳規律及表型觀察

2.1.1 水東芥菜紫葉性狀遺傳規律 從表1 可以看出，（大甘×紫葉野芥）正反交F均為紫葉，表明紫葉性狀為核基因控制的顯性性狀；〔大甘×紫葉野芥）×大甘〕BC表現性狀分離，且紫葉∶綠 葉≈ 1∶1，F群體中紫葉∶綠葉≈ 3∶1，表明控制紫葉、綠葉性狀的為1 對等位基因。

表1 水東芥菜紫葉性狀的遺傳分析

2.1.2 紫葉和綠葉水東芥菜表型及農藝性狀比較 202-4 母和20P-109 均為半直立株型，葉片合抱，葉緣淺鋸齒、淺裂刻，外部葉片倒卵形，內部葉片小卷心，葉面平滑，葉柄綠色、肥厚、脆嫩、有辣味；抽薹晚，營養生長期中等。兩者最顯著差異在于20P-109 葉色紫紅，而202-4 母葉色翠綠。20P-109 的株高、開展度、葉長、葉寬、中肋寬、葉柄長、葉柄寬與202-4 母差異不顯著，但單株鮮質量顯著低于202-4 母（圖1、表2）。

表2 紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜的農藝性狀

圖1 紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜的單株及葉片

2.2 紫葉和綠葉水東芥菜葉片色差分析

從表3 可以看出，202-4 母葉片a 值為負數，屬于綠色系，而20P-109 葉片a 值為正數，屬于紅色系；202-4 母葉片b 值顯著高于20P-109，二者均為正數，偏橙色；202-4 母葉片L 值顯著高于20P-109，顏色較為鮮亮；202-4 母葉片H 值顯著高于20P-109，202-4 母為綠色系，20P-109 屬于紫紅色系；202-4 母葉片C 值顯著高于20P-109，說明綠葉的色素純度高，顏色鮮艷；202-4 母葉片h 值顯著低于20P-109，說明202-4 母葉色為綠色，20P-109為紅色。

表3 紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜的葉片色差

2.3 紫葉和綠葉水東芥菜葉片色素及酚類化合物含量分析

從表4 可以看出，202-4 母和20P-109 葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b 及類胡蘿卜素含量差異均不顯著，但202-4 母的葉綠素a/b 顯著高于20P-109；而20P-109 葉片的花青素、總酚及類黃酮含量均極顯著高于202-4 母，其中20P-109 葉片花青素含量是202-4 母的48 倍。

2.4 紫葉和綠葉水東芥菜葉片營養品質分析

202-4 母和20P-109 葉片的含水量及可溶性糖、VC、可溶性固形物、蛋白質、粗纖維含量測定結果見表5；經ANOVA 單因素方差分析，LSD多重比較（＜0.05），差異均不顯著。

表4 紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜葉片色素及酚類化合物含量 （FW）

表5 紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜葉片營養品質分析

2.5 紫葉和綠葉水東芥菜葉片各指標相關性分析

對20P-109 和202-4 母葉片各指標進行相關性分析。結果表明（表6），葉片色差L、b、H、C值兩兩之間極顯著正相關，a 值與h 值極顯著正相關；L、b、H、C 值與葉綠素a/b 顯著正相關，與a、h 值及花青素、總酚、類黃酮含量極顯著負相關；a、h 值與葉綠素a/b 顯著負相關，與花青素、總酚、類黃酮含量極顯著正相關。葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b 含量兩兩之間顯著或極顯著正相關，葉綠素a/b 與花青素、總酚、類黃酮含量顯著負相關；類胡蘿卜素含量與葉綠素a、葉綠素a+b 含量顯著正相關。花青素、總酚、類黃酮含量兩兩之間極顯著正相關；可溶性固形物含量與可溶性糖含量極顯著正相關，二者與其他指標無顯著相關性；VC、蛋白質、粗纖維含量與所有指標間均無顯著相 關性。

3 結論與討論

本試驗結果表明，水東芥菜紫葉性狀是由1 對基因控制的顯性性狀，紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜株高、開展度及葉片形態指標差異均不顯著，但紫葉水東芥菜單株鮮質量顯著低于綠葉水東芥菜，說明經過多代的回交選育，紫葉-綠葉水東芥菜近等基因系材料20P-109 和202-4 母遺傳背景高度相似，但紫葉水東芥菜光合作用效率可能低于綠葉水東芥菜（李海渤 等，2020），因而其單株鮮質量低于綠葉水東芥菜，具體原因有待進一步深入研究。

葉片色澤是蔬菜產品重要的外觀指標之一，選育不同葉色的蔬菜品種是育種工作者的育種目標之一。通過色差計測定葉片顏色，使其數字化，比肉眼觀察更精準、可靠。色差值L、a、b、H、C、h 可在數字水平確定葉片的亮度及紅綠程度。本試驗選用了色差分析儀，其測量精度比色差計有所提升，測定結果表明紫葉水東芥菜葉片的a、h 值顯著高于綠葉水東芥菜，而L、b、H、C 值則均顯著低于綠葉水東芥菜，說明紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜葉片在亮度及紅綠程度上存在顯著差異。同時相關性分析表明，葉片色差值a、h 與葉綠素a/b 顯著負相關，與花青素、總酚、類黃酮含量極顯著正相關，L、b、H、C 則反之。這與前人對紫葉萵苣的研究結果一致（高琦 等，2016）。紫葉水東芥菜葉片的花青素含量極顯著高于綠葉水東芥菜，說明可以通過色差值精確表征葉色紅綠程度進而反映出葉綠素a/b 以及花青素、總酚、類黃酮含量的高低程度；a、h 值越高，則葉綠素a/b 越低，而花青素、總酚、類黃酮含量則越高。該結論與前人對紫葉葉用萵苣（生菜）的研究結果一致（郝敬虹 等，2014）。

葉綠素負責葉綠體接收、傳遞和轉化光能，是植物進行光合作用的色素（李海渤 等，2020），通過影響植物光合作用及物質合成速率，進而影響植株生長勢和生長量。本試驗中，紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜葉片的葉綠素a、葉綠素b 含量差異均不顯著；但紫葉水東芥菜的葉綠素a/b 顯著低于綠葉水東芥菜，且葉綠素a/b 與花青素含量呈顯著負相關，說明紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜的葉綠素a 和葉綠素b 占比明顯不同，并且與葉片的顏色密切相關。據報道，葉綠素b 對藍紫光的吸收能力大于葉綠素a，所以陰生植物葉綠素a+b含量高、葉綠素a/b 低，能很好地利用蔭蔽條件下占優勢的漫射光（藍紫光）（劉立俠 等，1990）。所以，紫葉水東芥菜耐弱光能力理論上高于綠葉水東芥菜，該結果與紫葉芥菜的研究結果一致（李海渤 等，2020）。

總酚、類黃酮和花青素均為植物次生代謝產物，對果蔬的色澤、品質和風味形成、成熟衰老過程、組織褐變、抗逆性和抗病性代謝以及貯藏、加工性能等均有重要影響（Dai &Mumper，2010；Sotovaca et al.，2012）。總酚、類黃酮和花青素還具有較高的營養和保健功能，在降血糖、抑制腫 瘤、抗氧化、增強心血管和人體免疫力等方面均具有一定的功效（李先民 等，2020）。研究表明，氧化是機體產生自由基、導致衰老的主要原因，而且自由基與血栓、腫瘤等疾病的發生密切相關，補充抗氧化物質能有效減少機體產生的自由基數量或者加速自由基的清除速度（楊雅涵 等，2020），而花青素消除自由基的能力是VE 的50 倍，是VC 的20 倍（Bakowska et al.，2003）；另據報道，大多數花青素含量較高的紫葉葉用萵苣（生菜）品種抗氧化還原能力較強（郝敬虹 等，2014）。本試驗中，紫葉水東芥菜葉片的花青素含量高達5 353.3 mg·kg（FW），是綠葉水東芥菜的48 倍，同時紫葉水東芥菜葉片的總酚、類黃酮含量也極顯著高于綠葉水東芥菜，分別是綠葉水東芥菜的4.9、3.6 倍，說明紫葉水東芥菜的營養、保健價值遠高于綠葉水東芥菜。另外，相關性分析顯示花青素、類黃酮、總酚含量兩兩極顯著正相關，說明隨著葉色的加深和花青素的積累，紫葉水東芥菜的總酚、類黃酮含量也相應升高。

可溶性糖、VC、蛋白質含量是衡量蔬菜品質的重要指標，也是蔬菜育種者的重要研究內容。從前人的研究結果來看，可溶性糖、纖維素和蛋白質含量等營養品質指標與蔬菜的葉色并無明顯的規律性（劉凱歌 等，2021）。本試驗中，紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜葉片的VC、蛋白質、粗纖維、可溶性糖、可溶性固形物含量差異均不顯著，說明紫葉水東芥菜的花青素積累并未明顯影響其他營養品質指標。

參試紫葉水東芥菜和綠葉水東芥菜為近等基因系，其性狀除紫葉、綠葉差異之外，在葉綠素a/b 以及花青素、總酚、類黃酮含量等方面存在顯著或極顯著差異，其原因可能是花青素在葉片中的積累影響了植物光合色素的相對含量，鑒于花青素及總酚同屬于類黃酮代謝路徑的分支，因而使得花青素、總酚、類黃酮含量存在極顯著正相關關系。

綜上所述，水東芥菜的紫葉性狀由1 對顯性基因控制，紫葉水東芥菜花青素、總酚、類黃酮含量與綠葉水東芥菜差異達極顯著水平，而VC、蛋白質、粗纖維、可溶性糖、可溶性固形物含量等營養品質指標與綠葉水東芥菜差異不顯著，可作為一種營養保健型蔬菜加以推廣應用。