西瓜種質資源番茄紅素含量鑒定與評價

摘 " "要：為了挖掘高番茄紅素含量兼具優異農藝性狀的西瓜種質，對設施栽培的21份西瓜種質資源的農藝性狀進行鑒定和評價，并采用超高效液相色譜法檢測其番茄紅素含量。農藝性狀的鑒定和評價結果顯示，21份西瓜種質資源的果實發育期在27.00～42.00 d，單果質量在1.71～8.53 kg，邊部可溶性固形物含量（w）在7.00%～10.20%，中心可溶性固形物含量在10.00%～14.80%。21份西瓜種質資源的鮮質量番茄紅素檢測結果顯示，番茄紅素含量范圍在46.53～95.78 μg·g-1，變異系數達17.84%。其中，有3份種質資源的番茄紅素含量gt;80 μg·g-1，屬極高番茄紅素含量西瓜種質；有7份種質的番茄紅素含量在70.13～78.57 μg·g-1，屬高番茄紅素含量西瓜種質。并且，西瓜果肉瓤色與番茄紅素、八氫番茄紅素及γ-胡蘿卜素的含量呈極顯著正相關。瓤色可作為鑒定篩選高番茄紅素含量西瓜種質的核心農藝性狀，小果型西瓜種質W1-11和大果型西瓜種質All-Sweet Scarlet果實發育期分別為27 d和42 d，可作為高番茄紅素含量的優質高產西瓜新品種選育的直接或間接親本。

關鍵詞：西瓜；番茄紅素；種質資源；鑒定；評價

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）02-025-07

Identification and evaluation of lycopene content in watermelon germplasm resources

LIU Xiuyun1， CAO Biting2， YUE Dingyi1， GU Weihong2

（1. Shanghai Vocational College of Agriculture and Forestry， Shanghai 201699， China; 2. Horticultural Research Institute， Shanghai Academy of Agricultural Sciences/Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology， Shanghai 201403， China）

Abstract： In order to explore watermelon germplasm with high lycopene content and excellent agronomic traits， "the agronomic traits of 21 watermelon germplasm resources under facility cultivation were identified and evaluated， and the lycopene content was detected by ultra performance liquid chromatography. The results of identification and evaluation of agronomic traits showed that the development period of the 21 watermelon germplasm resources ranged from 27 to 42 days， with single fruit mass ranging from 1.71 to 8.53 kg. The soluble solid content at the edge of the fruit ranged from 7.00% to 10.20%， while the soluble solid at the center ranged from 10.00% to 14.80%. The lycopene content in fresh weight ranged from 46.53 to 95.78 μg·g-1， with a coefficient of variation of 17.84%. Among these， lycopene content of three germplasm resources were greater than 80 μg·g-1， categorized as watermelon germplasm with extremely high lycopene content， and seven germplasms ranged from 70.13 to 78.57 μg·g-1， categorized as watermelon germplasm with high lycopene content. The study also found that the flesh color of watermelon was significantly positively correlated with the content of lycopene， phytoene and γ-carotene. Therefore， flesh color can be used as a core agronomic trait for the identifying and selecting watermelon germplasm with high lycopene content. The small fruit watermelon germplasm W1-11 and the large fruit watermelon germplasm All-Sweet Scarlet， with fruit development periods of 27 days and 42 days， respectively， can be used as direct or indirect parents for breeding high-quality， high-yield and disease-resistant watermelon varieties with high lycopene content.

Key words： Watermelon; Lycopene; Germplasm; Identification; Evaluation

西瓜是我國重要的經濟作物，年栽培面積達2000萬hm2以上，其規模和產量均居世界第一[1]。有研究認為，西瓜是一種新型功能性保健食品，其特異功效成分主要是西瓜果肉中的番茄紅素[2]。番茄紅素作為類胡蘿卜素的一種，具有消除人體自由基、抗老化、保護皮膚等功效[3-5]。因此，選育高番茄紅素含量的優質高產西瓜新品種將顯著提升西瓜產品的附加值[6]。研究表明，一般成熟紅瓤西瓜果肉組織中的番茄紅素積累量比新鮮采收的紅番茄高出60%[7]，且西瓜果肉中的番茄紅素可被人體直接吸收，無需加熱或加工，其利用效率比新鮮采收的番茄高出40%[8]。不同西瓜品種果肉中的番茄紅素含量差異較大，紅瓤西瓜品種番茄紅素積累最多，粉紅瓤西瓜品種中番茄紅素的含量低于紅瓤，黃瓤和白瓤西瓜品種中幾乎檢測不到番茄紅素，而橙瓤西瓜品種中番茄紅素的積累與其種類有關[9]。此外，西瓜果肉中番茄紅素含量受基因型、倍性、施肥、采收時間、貯藏溫度等多種因素的影響[10-14]。筆者采用高效液相色譜法，檢測了21份紅瓤西瓜種質資源果肉中的番茄紅素含量，并對各西瓜種質資源的大田主要農藝性狀進行了鑒定分析，旨在從中篩選出一批高番茄紅素含量兼具優質高產性狀的優異西瓜種質，為西瓜種質創新及新品種選育提供核心種質材料。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的21份西瓜種質資源均由上海市農業科學院園藝研究所西瓜育種團隊提供。其中，6份為育成的純合新品系，5份為引進的常規品種，10份為育成推廣的雜交品種。各種質資源的名稱、來源及類型見表1。

1.2 大田種植方法及主要農藝性狀鑒定

試驗于2023年2月20日至6月27日在上海農林職業技術學院種質資源圃進行，設施為6 m跨度鋼架大棚。采用溫床基質穴盤育苗，育苗基質為V草炭土∶V水稻土∶V精制有機肥=3∶2∶1的混合基質，育苗穴盤為50孔，孔徑為5 cm，孔深為5 cm。幼苗出土后，在第3片真葉長出時及時移栽于大棚。瓜苗定植大棚前，大田施用150 kg·hm-2獅馬牌（N、P、K質量比為15∶15∶15）復合肥及15 t·hm-2的有機肥，一次性耕翻入土做底肥，果實膨大期再分2次滴施三元復合肥300 kg·hm-2。大田種植采用隨機區組設計，3次重復，每重復定植20株，小區面積17.5 m2。統一采用三膜覆蓋爬地栽培模式，單行定植，株距33 cm，行距250 cm。采用主蔓摘心雙蔓整枝留果方式，果實成熟期每小區調查10株，共計3個小區，考察各西瓜種質資源的果實發育期、單瓜質量、可溶性固形物含量以及口感品質等主要農藝性狀。采用日本ATAGO愛拓糖度計（PAL-1）測定果實的中心和邊部可溶性固形物含量。

1.3 測定方法

1.3.1 樣品采集 根據各西瓜種質資源的生育期特性及授粉坐果期，于果實成熟期分批采收各西瓜種質的成熟果實，每份西瓜種質選取3個成熟期一致的果實。西瓜果實橫切，先目測果肉顏色，隨后采集各果實的中心果肉，裝入50 mL的離心管，放入液氮中速凍，于-80 ℃冰箱保存備用。

1.3.2 番茄紅素檢測 所有樣品先粗提取，采用超高效液相色譜（ultra performance liquid chromatography，UPLC）（ExionLC? AD，https：//sciex.com.cn/）和串聯質譜（tandem mass spectrometry，MS/MS）檢測各西瓜樣品的類胡蘿卜素組成及含量[15-18]。每份樣品做3次重復檢測。類胡蘿卜素含量的檢測是在基于標準品構建的自建數據庫中比對進行物質定性分析，統計所有目標物的色譜峰面積積分，并根據類胡蘿卜素標準品測定的標準曲線進行定量分析（以鮮質量計）。

1.4 數據統計與分析

采用Excel 2019軟件對所有數據進行整理統計。采用SPASS 27對數據進行相關性分析。相關性分析采用雙變量，用皮爾遜相關系數進行相關分析，顯著性檢驗采用雙尾法。

2 結果與分析

2.1 各西瓜種質資源的主要農藝性狀表現

21份西瓜種質資源的主要農藝性狀鑒定結果見表2。鑒定結果顯示，包含W1-11、W1-9、W2K-1、圣女紅3號和全美2K的 5份西瓜種質果實發育期在27～29 d，單果質量1.71～2.09 kg，邊部可溶性固形物含量（w，后同）為9.30%～10.20%，中心可溶性固形物含量為13.20%～14.80%，瓤色為鮮紅至大紅，屬于特早熟、高糖、紅瓤、小果型西瓜優異種質。紅玲、秀玲、黑美人、W16-1-7以及Lovrin這5份西瓜種質果實發育期均為30 d，單果質量2.37～4.37 kg，邊部可溶性固形物含量為8.80%～9.50%，中心可溶性固形物含量為12.70%～13.40%，瓤色為鮮紅至大紅，屬早熟、高糖、優質、中小果型西瓜優異種質。富研、旭大和、甘美4K、飴珍和元帥這5份西瓜種質果實發育期為31～32 d，單果質量3.86～4.72 kg，邊部可溶性固形物含量為8.30%～9.00%，中心可溶性固形物含量為12.50%～13.10%，瓤色為鮮紅至大紅，肉質細嫩至致密，屬于早中熟、紅瓤、中果型西瓜優異種質。強者711和美都的果實發育期為34 d，單果質量4.87～4.93 kg，果肉鮮紅，邊部可溶性固形物含量為8.0%以上，中心可溶性固形物含量為12.5%以上，屬中熟、紅瓤、中大果型西瓜優異種質。AW24-11-6、BW11-3-4、All-Sweet Scarlet 和All Sweet這4份西瓜種質果實發育期為37～42 d，單果質量7.31～8.53 kg，果肉大紅，邊部可溶性固形物含量為7.0%以上，中心可溶性固形物含量為10.0%以上，屬晚熟、大紅瓤、大果型西瓜優異種質。

對各西瓜種質資源的主要農藝性狀進行差異比較分析，結果顯示21份西瓜種質資源的果實發育期在27.00～42.00 d，變異系數為12.54%；單果質量為1.71～8.53 kg，變異系數為51.64%；邊部可溶性固形物含量為7.00%～10.20%，變異系數為8.92%；中心可溶性固形物含量為10.00%～14.80%，變異系數為7.12%（表3）。邊部可溶性固形物含量、中心可溶性固形物含量、果實發育期和單瓜質量的變異系數均大于5%，表明供試的21份西瓜種質資源的主要農藝性狀表現差異較大，遺傳背景豐富。

2.2 21份西瓜種質資源果肉中類胡蘿卜素組成及含量分析

對21份西瓜種質資源果肉中類胡蘿卜素類物質進行檢測分析發現，可從中檢測到69種類胡蘿卜素，其中有16種類胡蘿卜素在每份西瓜種質果肉中均能夠檢測到，包括了番茄紅素、八氫番茄紅素、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、葉黃素、月桂酸酯、葉黃素肉豆蔻酸酯、葉黃素二肉豆蔻酸酯、玉米黃質、紫黃質、β-隱黃質、8'-β-阿樸胡蘿卜素醛、α-隱黃質、海膽烯酮、葉黃素二月桂酸酯等。其中，含量相對較高的類胡蘿卜素主要有番茄紅素、八氫番茄紅素、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素和葉黃素。

21份西瓜種質資源果肉中的主要類胡蘿卜素含量見表4。由表4可知，西瓜果肉中的番茄紅素為其類胡蘿卜素物質的主要組分，且不同種質間的番茄紅素含量差異較大。21份西瓜種質資源果肉中的番茄紅素含量范圍在46.53～95.78 μg·g-1，變異系數達17.84%，其中，W1-11的番茄紅素含量為最高，達95.78 μg·g-1，比番茄紅素含量最低的美都（46.53 μg·g-1）高出2.06倍。

W1-11、W1-9 和All-Sweet Scarlet 這3份種質果肉中的番茄紅素含量均大于80.00 μg·g-1，屬極高番茄紅素含量西瓜優異種質。W2K-1 、W16-1-7、黑美人、AW24-11-6、BW11-3-4、All-Sweet和圣女紅3號這7份種質的番茄紅素含量在70.36～78.57 μg·g-1，屬高番茄紅素含量西瓜優異種質，其余西瓜種質的番茄紅素含量在46.53～69.67 μg·g-1，屬中間含量型西瓜種質。

由表4可知，各西瓜種質資源果肉中的八氫番茄紅素含量范圍在0.55～6.44 μg·g-1，變異系數達63.66%，各種質間的含量差異極大。其中，八氫番茄紅素含量最高的是W2K-1，為6.44 μg·g-1；其次是W1-11，含量為5.48 μg·g-1；八氫番茄紅素含量最低的是元帥，為0.55 μg·g-1，W2K-1的八氫番茄紅素含量是元帥的11.7倍。

從21份西瓜種質資源果肉中還檢測到α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素和葉黃素等，其中以β-胡蘿卜素為主（表4），各西瓜品種果肉中的β-胡蘿卜素含量比γ-胡蘿卜素含量高出50%左右，而α-胡蘿卜素含量均極微。21份西瓜種質資源果肉中的β-胡蘿卜素含量范圍在0.29～1.81 μg·g-1，變異系數為44.98%。含量最高的是W1-11，達1.81 μg·g-1，含量最低的是全美2K，為0.29 μg·g-1。其中，W1-11果肉中的β-胡蘿卜素含量比全美2K高出6.24倍。

2.3 西瓜種質資源主要農藝性狀與類胡蘿卜素含量的相關性分析

根據表2中各西瓜種質資源的主要農藝性狀表現，將果肉大紅色用2表示，果肉鮮紅色用1表示，對各種質的主要農藝性狀及其類胡蘿卜素含量進行相關性分析，得到表5。由表5可知，21份西瓜種質資源的主要農藝性狀中，果肉瓤色與番茄紅素、八氫番茄紅素和γ-胡蘿卜素含量等呈極顯著正相關，與葉黃素含量呈顯著正相關。相關性分析結果表明，西瓜果肉的瓤色深淺與類胡蘿卜素含量高低密切相關。

由表5可知，西瓜果肉的中心可溶性固形物含量與八氫番茄紅素、γ-胡蘿卜素和葉黃素含量也呈顯著或極顯著正相關。因西瓜果肉中的八氫番茄紅素、γ-胡蘿卜素和葉黃素等含量均極微，且水肥管理技術對西瓜果肉的可溶性固形物含量影響極大，因此，可溶性固形物含量可作為鑒定篩選高番茄紅素西瓜品種的輔助農藝性狀指標。

3 討論與結論

西瓜的品質主要由外觀（果型和果皮特征）、瓤色、口感品質和營養功能品質構成[19]。類胡蘿卜素是一類呈黃色、橙紅色或紅色的多烯類物質，目前已發現的類胡蘿卜素有700余種，類胡蘿卜素根據化學結構的不同可以分為兩類，一類是胡蘿卜素（只含碳、氫兩種元素，不含氧元素），另一類是葉黃素（有羥基、酮基、羧基、甲氧基等含氧官能團，如葉黃素和蝦青素）[20]。成熟西瓜組織內，番茄紅素含量約占類胡蘿卜素含量的95%，是西瓜果肉呈現紅色特征的主要色素來源，更是反映西瓜營養功能品質的關鍵功效成分之一[21]，培育高番茄紅素的西瓜品種對豐富市場西瓜品種和市民健康均有實際意義。種質資源是西瓜育種的“芯片”，篩選合適的種質作為育種親本材料，是育種家培育新品種的重要步驟。

目前，國內外有關西瓜番茄紅素的研究主要集中于不同西瓜種質資源果肉中番茄紅素含量的檢測分析，有關高番茄紅素含量兼具優質高產農藝性狀西瓜優異種質的挖掘鑒定方面的研究報道較少。袁平麗等[9]分析了221份不同瓤色西瓜種質資源的番茄紅素含量，發現紅瓤及粉紅瓤西瓜種質的番茄紅素含量范圍在10.03～91.99 μg·g-1，平均含量為35.23 μg·g-1，并從中篩選出6份極高番茄紅素含量和9份高番茄紅素含量的西瓜種質資源。Perkins-veazie等[13]檢測了50份不同紅瓤西瓜種質資源果肉中的番茄紅素含量，其范圍在30～100 μg·g-1。在本研究中，不同類型紅瓤西瓜種質果肉中番茄紅素含量范圍在46.53～95.78 μg·g-1，變異系數達17.84%。同時，在研究時發現一些番茄紅素含量高的西瓜種質存在口感品質差或產量低、抗病抗逆性差等缺陷，不能直接利用，有待通過雜交、回交和自交選育手段，改良應用于優質、高產、抗病、抗逆西瓜新種質的選育中。

國內外在西瓜果實番茄紅素的積累合成規律及含量鑒定相關基因等方面開展了較多研究，袁平麗等[9]和Perkins-veazie等[13]的研究表明，番茄紅素主要在紅瓤品種中積累，本研究的結果與其一致。21份西瓜種質資源的主要農藝性狀及其類胡蘿卜素含量的相關性分析結果顯示，西瓜果肉瓤色與番茄紅素含量呈正相關，瓤色差異是造成西瓜種質番茄紅素含量不同的主要原因，西瓜果肉瓤色可作為鑒定篩選高番茄紅素含量西瓜種質的主要農藝性狀，即瓤色越深（即紅色越深），果肉中番茄紅素類胡蘿卜素含量越高。豆峻嶺[8]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的表達差異后認為，授粉后25 d可能是西瓜番茄紅素積累的關鍵時期，其中LCYb基因在番茄紅素合成中可能起關鍵作用。王超楠等[22]利用構建的遺傳連鎖圖譜對西瓜果肉中番茄紅素含量及其瓤色性狀進行QTL定位分析，在4號染色體上獲得了WII04E07-37和WII04E07-40兩個與西瓜果肉紅色性狀相關的CAPS標記。Bang等[23]利用構建的西瓜番茄紅素含量和與其果實性狀的F2群體遺傳圖譜，檢測到37個與西瓜番茄紅素含量相關SSR標記及107個CAPSs標記，可輔助用于西瓜番茄紅素含量的鑒定。筆者選出3份極高番茄紅素含量和7份高番茄紅素含量的西瓜品種，可通過選配親本，培育更高番茄紅素含量的優良西瓜品種。

在本研究的21份西瓜種質中，小果型西瓜種質W1-11的番茄紅素含量高達95.78 μg·g-1，且表現特早熟（果實發育期≤27 d）、優質（肉質細嫩松脆）、高糖（邊部可溶性固形物和中心可溶性固形物含量分別達10.2%和14.8%），是開展番茄紅素合成及其遺傳積累規律研究的優異種質。大果型西瓜種質All-Sweet Scarlet則表現抗枯萎病兼抗蔓枯病，兼具高糖、大果型結果中未見等優異農藝性狀，這些優異種質可作為高番茄紅素含量兼具不同生育期和不同果型性狀的優質高產西瓜新品種選育的直接或間接親本。

參考文獻

[1] SEBLANI R，KEINATH A P，MUNKVOLD G. Gummy stem blight： One disease， three pathogens[J]．Molecular Plant Pathology，2023，24（8）：825-837．

[2] GERSTER H．The potential role of lycopene for human health[J]．Journal of the American College of Nutrition，1997，16（2）：109-126．

[3] OSHIMA S，OJIMA F，SAKAMOTO H，et al．Supplementation with carotenoid inhibits singlet oxygen-mediated oxidation of human plasma low-density lipeprotein[J]．Journal of Agricultural and Food Chemistry，1996，44（8）：2306-2309．

[4] CLINTON S K．Lycopene：Chemistry，biology，and implications for human health and disease[J]．Nutrition Reviews，1998，56（2）：35-51．

[5] AGARWAL S，RAO A V．Tomato lycopene and its role in human health and chronic diseases[J]．Canadian Medical Association Journal，2000，163（6）：739-744．

[6] 劉文革，閻志紅，趙勝杰，等．高番茄紅素含量西瓜新品種綠野無籽的選育[J]．中國瓜菜，2012，25（1）：23-26．

[7] HOLDEN J M，ELDRIDGE A L，BEECHER G R，et al．Carotenoid content of U.S. foods： An update of the database[J]．Journal of Food Composition and Analysis，1999，12（3）：169-196．

[8] 豆峻嶺．多倍體西瓜番茄紅素合成關鍵酶基因表達及相關內源激素研究[D]．北京：中國農業科學院，2014．

[9] 袁平麗，李智，趙勝杰，等．西瓜種質資源番茄紅素含量評價[J]．江蘇農業科學，2018，46（7）：115-120．

[10] YOO K S，BANG H，LEE E J，et al．Variation of carotenoid，sugar，and ascorbic acid concentrations in watermelon genotypes and genetic analysis[J]．Horticulture Environment and Biotechnology，2012，53（6）：552-560．

[11] 袁平麗，劉文革，路緒強，等．不同倍性西瓜果實發育過程中番茄紅素含量動態[J]．果樹學報，2012，29（5）：890-894．

[12] 何楠，趙勝杰，劉文革，等．施用鉀肥對西瓜番茄紅素的影響研究[J]．長江蔬菜，2008，20（7）：21-22．

[13] PERKINS-VEAZIE P，COLLINS J K，PAIR S D，et al．Lycopene content differs among red-fleshed watermelon cultivars[J]．Journal of the Science of Food and Agriculture，2001，81（10）：983-987．

[14] PERKINS-VEAZIE P，COLLINS J K．Carotenoid content of intact watermelons after storage[J]．Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（16）：5868-5874．

[15] AMORIN-CARRILHO K T，CEPEDA A，FENTE C，et al．Review of methods for analysis of carotenoids[J]．Trends in Analytical Chemistry，2014，56：49-73．

[16] INBARAJ B S，LU H，HUNG C F，et al．Determination of carotenoids and their esters in fruits of Lycium barbarum Linnaeus by HPLC-DAD-APCI-MS[J]．Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis，2008，47（4/5）：812-818．

[17] RODRIGUES D B，MARIUTTI L R B，MERCADANTE A Z．Two-step cleanup procedure for the identification of carotenoid esters by liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization-tandem mass spectrometry[J]．Journal of Chromatography A，2016，1457：116-124．

[18] RIVERA S M，CHRISTOU P，CANELA-GARAYOA R．Identification of carotenoids using mass spectrometry[J]．Mass Spectrometry Reviews，2014，33（5）：353-372．

[19] 郭紹貴．西瓜果實品質進化的轉錄組和基因組比較研究[D]．北京：中國農業大學，2018．

[20] NISAR N，LI L，LU S，et al．Carotenoid metabolism in plants[J]．Molecular Plant，2015，8（1）：68-82．

[21] 萬學閃，劉文革，閻志紅，等．西瓜果實發育過程中番茄紅素、瓜氨酸和維生素C等功能物質含量的變化[J]．中國農業科學，2011，44（13）：2738-2747．

[22] 王超楠，劉識，高鵬，等．西瓜果肉番茄紅素含量及果實相關性狀QTL分析[J]．中國瓜菜，2019，32（8）：223-224．

[23] BANG H，YI G，KIM S，et al．Watermelon lycopene β-cyclase： promoter characterization leads to the development of a PCR marker for allelic selection[J]．Euphytica，2014，200（3）：363-378.