大紅和無刺黃龍火龍果不同發育階段果實甜菜色素組分及含量差異分析

胡鶯菊 何云 李洪立 洪青梅 濮文輝 李瓊 胡文斌

關鍵詞：火龍果；色澤；甜菜色素；組分；相關性分析；主成分分析

火龍果（Hylocereus undulatus Britt），屬仙人掌科（Cactaceae）多年生攀援植物，因其色澤艷麗、風味獨特、營養豐富而受到廣大消費者的青睞[1-2]。在我國火龍果的種植主要集中于海南、廣西、廣東、云南、貴州、福建等地，為當地果農帶來了良好的經濟收益[3]。隨著人們生活水平的提高，對果實品質也提出了新的需求。色澤作為評價火龍果果實外觀品質的核心指標，對其果實及加工產品的商品價值有重要影響[4-5]。因此，改善果實色澤，提高其著色程度成為了當下育種者的主要研究方向之一。

果實色澤的形成主要源自于色素的積累，色素的種類與含量決定著果實的著色[6]，常見的植物色素有花青素、甜菜色素、類胡蘿卜素、葉綠素等。研究表明，火龍果果實的色素主要為甜菜色素，它在火龍果成色過程中扮演著關鍵角色[7-8]。甜菜色素作為一類水溶性含氮生物堿色素，主要包括以氨基酸為輔基的甜菜黃素和糖苷化的甜菜紅素[9-10]。目前火龍果的商品果主要有紅皮紅肉、紅皮白肉、黃皮白肉3 種類型，經前人研究發現，其發育過程可分為幼果期、膨大期、轉色期、成熟期，幼果期甜菜色素無明顯變化趨勢，且3 種類型色澤的差異主要由甜菜色素導致[11-12]。目前關于火龍果中甜菜色素合成的代謝通路、調控的關鍵基因與轉錄因子等研究已有報道[13-18]，但關于導致火龍果色澤差異現象的主要色素成分與變化規律還未明確。

因此，本研究以包含紅皮、黃皮、紅肉、白肉的具代表性的主栽品種紅皮紅肉型火龍果大紅和黃皮白肉型火龍果無刺黃龍膨大期（坐果后13、16 d）、轉色期（坐果后19、22 d）、成熟期（坐果后25、28 d）3 個時期（6 個不同發育階段）的果實為材料，測量不同部位（果肉、果皮、萼片）色澤參數、甜菜色素總含量及甜菜色素組分和相對含量的變化，以探究火龍果果實色澤差異的形成機理，為闡述火龍果果實發育過程中的著色機制、甜菜色素的開發利用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

以中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所儋州火龍果種質圃大紅、無刺黃龍火龍果夏季果果實為實驗材料，2 個品種夏季果果實自坐果至成熟所需時間均為28 d 左右，采樣時間為6月21 日至7 月9 日。各品種采樣6 次：（1）膨大期（坐果后13、16 d）2 次；（2）轉色期（坐果后19、22 d）2 次；（3）成熟期（坐果后25、28 d）2 次。單次采集5 個果實，液氮速凍后用干冰冷藏運回實驗室待測。

1.2 方法

1.2.1 色澤參數測定 采用BY-320 精密色差儀測量果實不同部位的a*、b*、L*值。a*、b*表示顏色組分，其中a*正值為紅色，負值為綠色；b*正值為黃色，負值為藍色；a*、b*值的絕對值越大，顏色越深。L*表示果實亮度，L*值越大，表示果實亮度越高。

1.2.2 甜菜色素測定 （1）色素提取。各時期、各部位樣品分別勻漿后，準確稱取勻漿樣品2.00 g（精確至0.01 g）于50 mL 離心管中，加入20 mL30%乙醇水溶液，超聲20 min；轉速12 000×g 離心9 min 后，吸取上清液，用微孔濾膜（孔徑0.22 μm）過濾樣品，并保存于進樣瓶中待測。

（2）甜菜色素總含量測定。甜菜色素總含量的測定參照周俊良等[19]的方法。

（3）甜菜色素組分與相對定量測定。甜菜色素組分的定性及相對定量測定參照陽辛鳳等[7]的方法。以a 表示甜菜紅素系列、b 表示甜菜色素代謝物系列、c 表示甜菜黃素系列，各組分分別表示為：a1（甜菜苷）、a2（丙二酰甜菜苷）、a3（Decarboxylated Phyllocactin）、a4（2-descarboxybetanidin）、a5（2，17-Decarboxyphyllocactin）、a6（decarboxylatedneo betanin）、a7（Prebetanin）、b1（甜菜苷配基）、b2（甜菜醛氨酸）、b3（環多巴）、b4（多巴）、b5（酪氨酸）、b6（色氨酸）、c1（梨果仙人掌黃質）、c2（亮氨酸-甜菜黃素）、c3（酪氨酸-甜菜黃素）。

1.3 數據處理

1.3.1 組分篩查 以Analyst 軟件對樣品信息進行采集，包括一級質譜信息與二級碎片信息，然后將數據導入PeakView 軟件中通過實驗室自建甜菜素篩查庫進行檢索，實現樣品中甜菜素的篩查與確證。

1.3.2 數據分析 采用Microsoft Excel 和SPSS23.0 軟件進行數據處理和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同發育階段果實色澤參數變化

2.1.1 不同發育階段果實紅綠色度值a*的變化由圖1 可見，大紅果肉a*值坐果后16 d 前絕對值趨近于0，坐果后16～28 d 呈逐漸升高趨勢；果皮與萼片a*值坐果后13～19 d 均為負值，19～28 d 為正值且逐漸增加。無刺黃龍果肉a*值在整個發育期內絕對值均趨近于0，且差異不顯著；果皮與萼片a*值在25 d 前均為負值，28 d 絕對值趨近于0。

2.1.2 不同發育階段果實黃藍色度值b*的變化由圖2 可見，大紅和無刺黃龍果肉b*值坐果后13～28 d 絕對值均趨近于0，大紅果皮與萼片b*值坐果后22 d 顯著增加而后下降；無刺黃龍果皮與萼片b*值坐果后13～19 d 呈平穩趨勢，而后呈顯著上升趨勢。

2.1.3 不同發育階段果實亮度值L*的變化 由圖3 可見，大紅3 個部位及無刺黃龍果肉L*值坐果后13～28 d 均呈下降趨勢，無刺黃龍果皮與萼片L* 值坐果后13～19 d 差異不顯著，坐果后19～28 d呈上升趨勢。

2.2 不同發育階段果實甜菜色素組分變化

2.2.1 大紅不同發育階段甜菜色素組分變化 由表1 可見，大紅果肉坐果后13～16 d 未檢測到甜菜色素組分，坐果后19 d 檢測到5 種甜菜色素組分，分別為甜菜苷、甜菜苷配基、環多巴、多巴、梨果仙人掌黃質；坐果后22 d 檢測到7 種甜菜色素組分， 在坐果后19 d 的基礎上增加了Decarboxylated Phyllocactin 和2-descarboxy-betanidin；坐果后25～28 d 檢測到9 種甜菜色素組分，在坐果后22 d 的基礎上增加了丙二酰甜菜苷和decarboxylatedneo betanin 。大紅果皮坐果后13～16 d 未檢測到甜菜色素組分，坐果后19 d 檢測到環多巴和多巴；坐果后22 d 檢測到6 種甜菜色素組分，分別為甜菜苷、2-descarboxy-betanidin、甜菜苷配基、環多巴、多巴、梨果仙人掌黃質；坐果后25 d 在22 d 的基礎上增加了丙二酰甜菜苷，坐果后28 d 共檢測到9 種甜菜色素組分，在坐果后25 d 的基礎上增加了Decarboxylated Phyllocactin和2，17-Decarboxyphyllocactin。大紅萼片坐果后22 d 檢測到了甜菜苷、環多巴、多巴和梨果仙人掌黃質4 種甜菜色素組分，坐果后25 d 和28d 分別在此基礎上增加了丙二酰甜菜苷、2-descarboxy-betanidin 和2，17-Decarboxyphyllocactin。

2.2.2 無刺黃龍不同發育階段甜菜色素組分變化由表1 可見，無刺黃龍果肉坐果后13～19 d 未檢測到甜菜色素組分，坐果后22 d 檢測到甜菜苷配基，坐果后25～28 d 檢測到酪氨酸和甜菜苷配基。無刺黃龍果皮坐果后19 d 檢測到酪氨酸，坐果后22～28 d 均檢測到Prebetanin、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸－甜菜黃素、酪氨酸－甜菜黃素5 種甜菜色素。無刺黃龍萼片坐果后22 d 檢測到酪氨酸和亮氨酸－甜菜黃素，坐果后25～28 d 均檢測到Prebetanin、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸－甜菜黃素、酪氨酸－甜菜黃素。

2.2.3 大紅和無刺黃龍不同發育階段甜菜色素組分差異分析 大紅果肉坐果后19 d 檢測到甜菜色素組分，主要為甜菜色素代謝物，坐果后28 d 甜菜色素組分最為豐富，達到9 種；無刺黃龍果肉坐果后22 d 檢測到酪氨酸，坐果后28 d 僅含2種甜菜色素，二者僅有甜菜苷配基1 種共有組分。大紅和無刺黃龍果皮均坐果后19 d 開始檢測到甜菜色素組分，但大紅主要為甜菜醛氨酸，無刺黃龍主要為酪氨酸；大紅果皮坐果后22～28 d 甜菜色素種類逐漸增加且在28 d 時主要為甜菜紅素，無刺黃龍果皮22～28 d 甜菜色素種類均為5 種且主要為甜菜黃素。大紅和無刺黃龍萼片均坐果后22 d 開始檢測到甜菜色素組分，大紅萼片坐果后25～28 d 甜菜色素種類逐漸增加，在坐果后28 d時達到7 種，無刺黃龍坐果后25～28 d 甜菜色素種類均為5 種且組分與其果皮一致。

2.3 不同發育階段果實甜菜色素含量變化

2.3.1 大紅不同發育階段甜菜色素含量變化 由圖4 及表1 可見，大紅果肉坐果后13～16 d 未檢測到甜菜色素，坐果后19～28 d 甜菜色素總含量逐漸增加，在28 d 達到峰值（27.28 mg/100 g）。坐果后19 d 甜菜色素組分以甜菜苷配基的相對含量最高（51.36%），坐果后22～28 d 以甜菜苷相對含量最高（33.45%～38.22%）。大紅果皮甜菜色素總含量變化趨勢與果肉一致，峰值（24.35 mg/100 g）較果肉略有下降。坐果后19 d 以甜菜醛氨酸相對含量最高（75.63%），坐果后22～28 d 以甜菜苷相對含量最高（43.62%～46.37%）；此外，坐果后22 d梨果仙人掌黃質的相對含量達12.32%，為大紅各部位、各時期的最高值。大紅萼片坐果后13～19 d未檢測到甜菜色素，坐果后22 d 甜菜色素含量為0.81 mg/100 g，隨后逐漸增加，在坐果后28 d 達到峰值（14.98 mg/100 g）。坐果后22 d 多巴相對含量最高為55.83% ， 坐果后25 d 以甜菜苷（29.88%），多巴（33.52%）相對含量較高；坐果后28 d 以甜菜苷相對含量最高（32.45%）。

2.3.2 無刺黃龍不同發育階段甜菜色素含量變化由圖4 及表1 可見，無刺黃龍果肉坐果后13～16 d未檢測到甜菜色素，坐果后19～28 d 甜菜色素含量低且差異不顯著。無刺黃龍果皮坐果后19 d 甜菜色素總含量為3.57 mg/100 g，僅含酪氨酸；坐果后22 d 甜菜色素總含量為4.63 mg/100 g，以亮氨酸-甜菜黃素的相對含量最高（38.76%）；坐果后25 d 甜菜色素總含量為4.87 mg/100 g，坐果后28 d 含量為10.33 mg/100 g，各組分相對含量與坐果后22 d 差異不顯著。無刺黃龍萼片坐果后13～22 d 未檢測到甜菜色素，坐果后25 d 甜菜色素含量為4.49 mg/100 g，以亮氨酸-甜菜黃素的相對含量最高（40.4%），坐果后28 d 甜菜色素含量為5.29 mg/100 g，各組分相對含量與坐果后25 d 差異不顯著。

2.3.3 大紅和無刺黃龍不同發育階段甜菜色素含量差異分析 大紅果肉坐果后19 d 甜菜色素組分以甜菜苷配基含量最高，坐果后22～28 d 以甜菜苷含量最高；無刺黃龍果肉坐果后22 d 僅含酪氨酸，坐果后25～28 d 以酪氨酸含量最高。大紅果皮坐果后19 d 以甜菜醛氨酸含量最高，坐果后22～28 d 以甜菜苷含量最高；無刺黃龍果皮坐果后19 d 僅含酪氨酸，坐果后22～28 d 以亮氨酸-甜菜黃素含量最高。大紅萼片坐果后坐果后22～25 d 多巴含量最高，坐果后28 d 甜菜苷含量最高；無刺黃龍萼片坐果后22 d 以酪氨酸含量最高，坐果后25～28 d 以亮氨酸-甜菜黃素含量最高。

2.4 果實色澤參數與甜菜色素總含量的相關性分析

由表2 可見，大紅果肉、果皮、萼片甜菜色素總含量均與a*值呈顯著正相關（P<0.05），相關系數為0.817、0.827、0.904；大紅果皮與萼片L*值呈顯著負相關，相關系數為-0.818、-0.878。無刺黃龍果皮甜菜色素總含量與b*值呈顯著正相關，相關系數為0.893；萼片甜菜色素總含量與a*、b*均呈極顯著正相關（P<0.01），與L*值呈顯著正相關，相關系數分別為0.994、0.928、0.821；果肉甜菜色素總含量與a*、b*、L*的相關性均未達顯著水平。

2.5 果實色澤參數與甜菜色素各組分含量的相關性分析

2.5.1 大紅火龍果色澤參數與甜菜色素各組分含量的相關性 由表3 可見，大紅果肉a*值與甜菜苷、Decarboxylated Phyllocactin、2-descarboxy-betanidin的含量均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.938、0.931、0.918；b*值與甜菜苷和DecarboxylatedPhyllocactin 呈極顯著負相關，相關系數分別為?0.957、?0.933，與2-descarboxy-betanidin、梨果仙人掌黃質呈顯著負相關，相關系數為?0.888、?0.898；L*值與丙二酰甜菜苷、Decarboxylated Phyllocacti、2-descarboxy-betanidin、descarboxylatedneobetanidin、梨果仙人掌黃質呈顯著負相關，相關系數為?0.853、?0.903、?0.887、?0.813、?0.861。大紅果皮a*值與甜菜苷、Decarboxylated Phyllocactin呈極顯著正相關，相關系數為0.951、0.940，與環多巴呈顯著正相關，相關系數為0.877；b*值與梨果仙人掌黃質呈顯著正相關（ 系數為0.871），L*值與各組分相關性均不顯著。大紅萼片a*值與甜菜苷、環多巴的含量呈極顯著正相關，相關系數為0.989、0.961，與丙二酰甜菜苷顯著相關（系數為0.857）；b*值與各組分相關性均不顯著；L*值與2-descarboxy-betanidin、2，17-Decarboxyphyllocactin 含量呈顯著負相關，相關系數分別為?0.906、?0.906。

2.5.2 無刺黃龍火龍果色澤參數與甜菜色素各組合含量的相關性 無刺黃龍果肉與各組分含量的相關性均未達顯著水平；果皮的b*、L*值均與亮氨酸-甜菜黃素、酪氨酸-甜菜黃素的含量呈顯著正相關，相關系數分別為0.873、0.916、0.915、0.838；萼片b*值與亮氨酸-甜菜黃素、酪氨酸－甜菜黃素的含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.949、0.935。

2.6 果實甜菜色素組分的主成分分析

2.6.1 大紅甜菜色素組分主成分分析 主成分特征值碎石圖曲線的陡峭程度，可以直接反映各成分的變化趨勢，進而明確主成分的提取數量。由圖5 可知，大紅甜菜色素前3 個主成分的特征值呈快速下降趨勢，且從第8 個主成分特征值開始，碎石圖曲線趨于平滑且平穩。由表4 可知，前4個主成分的特征值分別為3.774、2.348、1.430、1.164，具有較高的代表性，其累積貢獻率近80%。因此，可選取前4 個主成分作為大紅甜菜色素組分的分析指標。

第1 主成分甜菜紅素類（PC1-DH）的方差貢獻率為34.30%（表4），主要綜合了甜菜苷、丙二酰甜菜苷、環多巴等組分（表5）；第2 主成分甜菜紅素與代謝物綜合類（PC2-DH）的方差貢獻率為21.35%，主要綜合了2，17-Decarboxyphyllocactin、甜菜醛氨酸、環多巴等組分；第3 主成分代謝物與甜菜黃素綜合類（PC3-DH）的方差貢獻率為13.00%，主要綜合了甜菜苷配基、環多巴、多巴、梨果仙人掌黃質等組分；第4 主成分甜菜色素綜合類（PC4-DH）的方差貢獻率為10.57%，主要綜合了2-descarboxy-betanidin、甜菜醛氨酸、梨果仙人掌黃質等組分。

2.6.2 無刺黃龍甜菜色素組分主成分分析 通過主成分分析（圖6、表6、表7）得出，在無刺黃龍火龍果中，前2 個主成分的特征值變化趨勢陡峭且大于1，分別為3.703 和1.350，具較高的代表性，貢獻率達84.21%。因此，可選取前2 個主成分作為無刺黃龍甜菜色素組分的分析指標。第1 主成分甜菜黃素類（PC1-WCHL）的方差貢獻率為61.71%，主要綜合了亮氨酸－甜菜黃素、酪氨酸－甜菜黃素、Prebetanin 等組分；第2 主成分甜菜色素綜合類（PC2-WCHL）的方差貢獻率為22.50%，主要綜合了酪氨酸、甜菜苷配基等組分。

3 結論

色澤參數是反映果實著色變化最直觀的指標之一，其數值可以準確客觀地評價果實色澤變化。大紅果肉a*值坐果后16 d 前趨近于0，而后逐漸增加呈現紅色；果皮與萼片a*值坐果后19 d 前為負值，19～28 d 為正且呈上升趨勢，b*值坐果后22 d 顯著增加而后下降，表現為由綠色先轉為紅黃色而后轉為紅色。無刺黃龍果肉a*、b*值在整個發育期內趨近于0，未出現紅綠、黃藍色，果皮與萼片a*值在25 d 前為負值，28 d 絕對值趨近于0，b*值坐果后13～19 d 呈平穩趨勢，而后顯著上升，表現為由綠色轉為黃色。與已有研究[11]對比，在紅皮紅肉火龍果果皮由綠色轉為紅色的基礎上，發現了大紅果皮坐果后22 d 色澤呈現紅黃色，而后轉為紅色。

大紅火龍果坐果后13～16 d 未檢測到甜菜色素，19 d 以甜菜色素代謝物相對含量最高，未發生轉色；22～28 d 以甜菜紅素的種類及相對含量最高，且總含量逐漸增加，表現為紅色逐漸加深；果皮在22 d 梨果仙人掌黃質的相對含量達12.32%，為大紅各部位、各時期的最高值，表現為紅黃色。無刺黃龍火龍果果肉坐果后13～16 d未檢測到甜菜色素，19～28 d 甜菜色素含量低且主要為甜菜色素代謝物，未發生轉色。果皮13～16 d未檢測到甜菜色素，19 d 僅有酪氨酸（甜菜色素代謝物）未發生轉色；22～28 d 以亮氨酸－甜菜黃素的相對含量最高，且總含量逐漸增加，表現為黃色逐漸加深。萼片13～22 d 未檢測到甜菜色素，25～28 d 以亮氨酸-甜菜黃素的相對含量最高，黃色逐漸加深。由此可推測，大紅火龍果的紅色主要由甜菜紅素導致，無刺黃龍的黃色主要由甜菜黃素導致，甜菜色素代謝物在火龍果中未呈色；此外，甜菜紅素和甜菜黃素的占比會直接影響火龍果色澤的呈現。

通過相關性分析可得，大紅3 個部位的a*值與甜菜色素總含量呈顯著正相關，與甜菜苷的含量呈極著正相關。無刺黃龍果皮、萼片的b*值與甜菜色素總含量和亮氨酸-甜菜黃素的含量均呈顯著正相關，果肉甜菜色素總含量與a*、b*、L*值的相關性均未達顯著水平。對2 個品種的甜菜色素組分進行主成分分析，大紅提取了4 個主成分，累積方差貢獻率達79.23%；第1 主成分甜菜紅素類貢獻率為34.30%，主要綜合了甜菜苷、丙二酰甜菜苷等組分；第2 主成分甜菜紅素及代謝物綜合類貢獻率為21.35% ， 主要綜合了2，17-Decarboxyphyllocactin、甜菜醛氨酸等。無刺黃龍提取了2 個主成分，累計率達84.21%；第1主成分甜菜黃素類貢獻率為61.71%，主要綜合了亮氨酸－甜菜黃素、酪氨酸-甜菜黃素等組分。大紅第一主成分甜菜紅素類的貢獻率相對較低，未達到預期水平；這可能是由于其甜菜紅素種類更為豐富，單一主成分無法達到較高的貢獻率。

在本研究中大紅和無刺黃龍果皮與萼片隨著甜菜色素的增加逐漸轉色；無刺黃龍果肉僅含甜菜色素代謝物未發生轉色；WYBRANIEC 等[20]指出甜菜色素是導致火龍果與其雜交種果實顏色差別的原因；SVENSON 等[21]還指出塊根作物美洲落葵馬鈴薯紅色塊根鮮重所含甜菜紅素與黃色塊根鮮重所含甜菜黃素的占比均較高，從而影響了其塊根顏色，與本研究結果相似。結合相關性和主成分分析，進一步推測，大紅果實的紅色主要由甜菜苷、丙二酰甜菜苷、2，17-Decarboxyphy llocactin 貢獻，無刺黃龍果皮與萼片的黃色主要由亮氨酸-甜菜黃素貢獻，這為火龍果色澤的評價和育種提供了新的思路。

本研究通過探討了大紅和無刺黃龍火龍果不同發育階段色澤參數與甜菜色素總含量、組分與相對含量的變化，闡述了火龍果果實色澤差異的形成機理，為探究火龍果果實的著色機制、色澤的評價及甜菜色素的開發利用提供理論依據和技術支撐。