普通絲瓜耐褐變研究進(jìn)展

婁麗娜　劉哲　蘇小俊

蘇小俊

男，博士，研究員。江蘇省新長征突擊手，江蘇省第四期“333工程”第三層次培養(yǎng)對象。主要從事瓜類和十字花科蔬菜遺傳育種和高效栽培技術(shù)研究。2005年主編《袖珍果蔬優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培》系列叢書；2007主編《無公害高效栽培重點、難點與實例》系列叢書；以第一作者撰寫專業(yè)著作7本，個人累計80多萬字。2007年度被江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院授予“發(fā)表論文獎”。

獲得江蘇省科技進(jìn)步二等獎、南京市科技進(jìn)步三等獎、江蘇省科學(xué)技術(shù)獎三等獎各1次。獲得《小白菜育種方法》等國家發(fā)明專利6項，主持制定絲瓜、蘿卜等江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)7項。作為主要完成人之一育成江蔬一號絲瓜、江蔬肉絲瓜；參與選育雙冠大白菜、夏豐大白菜、熱抗白小白菜、熱抗青小白菜；主持選育寧紅1號蘿卜、蘇麗夏紅1號蘿卜、蘇麗冬白1號蘿卜、蘇秀1號葉用蘿卜和蘇絲3號絲瓜。

摘 要：普通絲瓜在運(yùn)輸、加工過程中果皮、果肉易發(fā)生褐變，嚴(yán)重影響其商品價值。從褐變的生理生化機(jī)理、耐褐變品種的選育、耐褐變的遺傳研究3個方面對絲瓜耐褐變的研究進(jìn)展情況進(jìn)行了概述，以期為普通絲瓜耐褐變育種工作提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：普通絲瓜；耐褐變；研究進(jìn)展

絲瓜為一年生攀緣性草本植物，屬于葫蘆科（Cucurbitaceae）絲瓜屬（Luffa Mill.）， 染色體數(shù)2n=2x=26。絲瓜起源于亞洲熱帶地區(qū)，主要分布于亞洲、大洋洲、非洲和美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)，在全世界共有8個種，在我國主要有普通絲瓜[L. cylindrica （L.） M. Roem]和有棱絲瓜[L. acutangula （L.） Roxb.]2個栽培種[1]。普通絲瓜自6世紀(jì)初傳入我國，北宋時栽培已經(jīng)相當(dāng)普遍，有棱絲瓜19世紀(jì)傳入我國。絲瓜適應(yīng)性強(qiáng)， 近10 a來，栽培面積呈擴(kuò)大趨勢，北方栽培面積逐年增加，但主產(chǎn)區(qū)仍集中在南部及華東地區(qū)，如海南、廣東、廣西、福建、湖南、湖北、四川、江蘇和浙江等地，種質(zhì)資源也大多分布于這些主產(chǎn)區(qū)。華南地區(qū)以栽培有棱絲瓜為主，江蘇省及長江中下游廣大地區(qū)則以栽培普通絲瓜為主。

目前，絕大部分普通絲瓜品種在運(yùn)輸、加工過程中，其果皮、果肉及湯汁易出現(xiàn)褐變現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其食用價值和營養(yǎng)價值，進(jìn)而影響普通絲瓜及其產(chǎn)品的商品價值[2～4]，而有棱絲瓜相對不易褐變。本研究主要概述普通絲瓜在耐褐變方面的研究進(jìn)展，以期為普通絲瓜耐褐變育種以及耐褐變品種在生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 絲瓜褐變的生理生化機(jī)理

褐變的機(jī)理可分為兩大類：一類是氧化酶催化下的多酚類物質(zhì)的氧化和抗壞血酸氧化，稱為酶促褐變；另一類是沒有酶參與的褐變，稱為非酶褐變，主要有美拉德反應(yīng)、抗壞血酸氧化、脫鎂葉綠素褐變、焦糖化作用等[5]。酶促褐變的發(fā)生需要具備多酚氧化酶、酚類物質(zhì)和氧，一旦這3個條件得到滿足，酶促褐變就會發(fā)生。

從生理層面來講，絲瓜的褐變屬于酶促褐變，其褐變的主要原因是絲瓜受到碰撞、摩擦、加熱等因素刺激時，活性氧增加，損壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)，打破了酶和酚類物質(zhì)的區(qū)室化分布，細(xì)胞內(nèi)多酚類物質(zhì)在多酚氧化酶（Polyphenoloxidase，PPO）及過氧化物酶（Peroxidase，POD）的催化下氧化形成醌，醌聚合形成黑色或褐色沉淀[3，6]。

要控制酶促褐變，防止絲瓜變褐，只需消除發(fā)生酶促褐變的3個因素中的任何1個即可，如抑制酶的活性，減少酚類物質(zhì)的含量，也可以隔絕氧氣。要抑制酶的活性，最簡單直接的方法就是使用熱處理，使大部分多酚氧化酶失去活性，如無核白葡萄的多酚氧化酶，在70℃以下作用不明顯，而在80℃時，僅1 min 酶活性就基本消失[7，8]；但是，也有些果實中多酚氧化酶的熱穩(wěn)定性高，如香蕉一般在90～100℃的熱水中處理10 min，酶的活性才能完全喪失[9]。黃樹蘋等[2]對絲瓜多酚氧化酶的酶學(xué)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)絲瓜多酚氧化酶的反應(yīng)體系在15～25℃、pH值在6.14～7.12時其有較高的活性，最適反應(yīng)溫度是20℃，最適pH值是6.18，并對絲瓜多酚氧化酶活性的抑制劑進(jìn)行了研究。酚類物質(zhì)是酶促褐變的底物，不同植物、同一植物的不同組織、同一組織的不同發(fā)育期，其褐變的主要酚類物質(zhì)有可能不同。香蕉褐變的主要底物是多巴胺[10]，鴨梨的褐變底物是以綠原酸為主的酚類物質(zhì)[11]，鮮切蓮藕的主要褐變底物是鄰苯二酚[12]。黃樹蘋等[13]對絲瓜褐變底物進(jìn)行了研究，還使用Folin-Ciocalteu比色法對絲瓜多酚進(jìn)行了定量測定，確定了測定絲瓜多酚含量的最佳反應(yīng)體系，為使用分光光度計法測定絲瓜多酚含量提供了參照。

使用化學(xué)藥品處理，也可以減少酶促褐變的發(fā)生，例如在蘋果中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的抗壞血酸能完全防止褐變[5]；在包裝前，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的檸檬酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的抗壞血酸水溶液處理楊桃，可有效抑制其褐變[14]。一些酚類物質(zhì)，因為其能與多酚氧化酶活性部位結(jié)合，因而也能起到抑制褐變的作用，例如在蘋果的鮮切片中，肉桂酸、阿魏酸、沒食子酸與抗壞血酸具有相同的抑制效果；4-HR（4-己基間苯二酚）被食品藥品監(jiān)督管理局確定為安全的褐變抑制劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005%的用量，即可有效抑制蘋果、土豆、芒果等的褐變[5]。在絲瓜上鮮見使用上述化學(xué)藥品進(jìn)行抑制褐變處理，在絲瓜的深加工中，可以嘗試使用上述化學(xué)藥品來抑制絲瓜果肉的褐變。

此外，中國臺灣的幾個學(xué)者也對絲瓜褐變的生理機(jī)制進(jìn)行了探討，其中，蘇群棋[15]對包括東光在內(nèi)的9個絲瓜品種的多酚氧化酶的特性及所含的多酚成分、含量與褐變間的關(guān)系進(jìn)行了研究。張茂鴻[16]研究了3個絲瓜品種的果實多酚氧化酶活性、過氧化物酶活性、總酚類化合物含量變化以及它們與果實褐化的關(guān)系。吳佳真[17]比較了4個絲瓜品種果皮及果肉總酚含量與絲瓜褐化速率之間的關(guān)系。通過這些研究證明，多酚氧化酶的含量和活性與褐變具有直接關(guān)系，充分說明絲瓜的褐變主要是多酚氧化酶引起的酶促褐變。這些研究進(jìn)行得較早，為充分認(rèn)識絲瓜褐變的生理機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。隨著科技的不斷進(jìn)步，采用高新技術(shù)從更深層次揭示褐變機(jī)理和采取更有效的抑制褐變技術(shù)，使為人們提供高品質(zhì)的耐褐變絲瓜品種成為可能。

2 耐褐變絲瓜品種的選育

低酚含量的絲瓜品種，其發(fā)生褐變的幾率降低。有關(guān)抗褐變類型絲瓜品種的選育，目前報道較少，北京中農(nóng)綠亨種子科技有限公司的育種家整合利用國內(nèi)外野生絲瓜資源，通過遠(yuǎn)緣雜交獲得了白皮絲瓜新品種青首白玉，與不耐褐變的絲瓜相比，其烹調(diào)后果肉不變褐色。安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所培育的皖綠1號早絲瓜、福建省福州市蔬菜科學(xué)研究所培育的農(nóng)福絲瓜80等品種，果肉在烹調(diào)過程中也不易褐變?；ㄐ泺P等[6]通過對普通絲瓜品種資源果肉的褐變度進(jìn)行測定發(fā)現(xiàn)，普通絲瓜品種褐變度變異系數(shù)為36.1%，變異范圍廣，表明普通絲瓜果肉褐變度遺傳改良具有很大的潛力；篩選出低褐變度的普通絲瓜品種材料26份；此外還發(fā)現(xiàn)，福建栽培的8個普通絲瓜品種的褐變差異較大，其中，農(nóng)福絲瓜801和金美2號2個品種褐變度低，品質(zhì)較好，可以大面積栽培。

江蘇省農(nóng)科院蔬菜研究所的王成等[4]以普通絲瓜嫩瓜為試驗材料，探討了影響果肉褐變及褐變程度的相關(guān)因素，包括沸水水浴時間、果實不同部位及不同瓜齡，制定出了普通絲瓜果肉褐變等級的分級標(biāo)準(zhǔn)，為絲瓜褐變機(jī)理的研究、抗褐變種質(zhì)資源的篩選和品種的選育奠定了基礎(chǔ)。王輝等[18]采用王成等[4]的方法，對117份絲瓜種質(zhì)資源的果肉褐變特征進(jìn)行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)絲瓜果肉耐褐變性狀變異系數(shù)高達(dá)82.32%；極耐褐變材料10份，占8.55%；易褐變材料86份，占總資源的73.50%，這說明普通絲瓜極耐褐變資源稀少，生產(chǎn)中大部分普通絲瓜較不耐褐變。試驗中還發(fā)現(xiàn)，以耐褐變材料作為親本尤其是作為母本時，較容易篩選出褐變指數(shù)較低的后代。江蘇省農(nóng)科院蔬菜所經(jīng)過一系列的絲瓜耐褐變試驗和品種篩選，培育出了果肉不易褐變的絲瓜新品種蘇絲4號，該品種適宜在江蘇、浙江、安徽、湖南、四川等長江中下游及其以南地區(qū)種植[19]。

隨著基因工程技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其在馬鈴薯抗褐變品種的改良上表現(xiàn)出很好的效果。Bachem等[20]將一段約2.0 kb的cDNA片段通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化，反向插入到馬鈴薯的染色體組內(nèi)，通過合適的啟動子表達(dá)出反義的RNA，結(jié)果塊莖中多酚氧化酶活性被抑制，塊莖中的酚類物質(zhì)氧化受阻，不易發(fā)生褐變。POT32基因是與馬鈴薯塊莖褐化密切相關(guān)的多酚氧化酶基因[21]，構(gòu)建反義POT32基因植物表達(dá)載體并進(jìn)行馬鈴薯遺傳轉(zhuǎn)化，得到的純合四倍體轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，在褐變時間和褐變指數(shù)上明顯低于未轉(zhuǎn)基因材料[22]。然而目前，對絲瓜中多酚氧化酶相關(guān)基因的轉(zhuǎn)化和表達(dá)研究，還未見報道。隨著研究的深入，轉(zhuǎn)基因工程的應(yīng)用不僅可以從基因水平上探討絲瓜褐變的機(jī)理，還可以應(yīng)用到絲瓜抗褐變品種的培育改良上。

3 耐褐變絲瓜的遺傳研究

目前，關(guān)于絲瓜的遺傳分析，還未見報道。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所的王輝等[23]采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型多世代聯(lián)合分析方法，對耐褐變絲瓜與易褐變絲瓜親本構(gòu)建的P1、P2、F1、B1、B2和F2 6個世代群體的果肉褐變特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，普通絲瓜果肉耐褐變遺傳符合2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因混合遺傳模型（E_0）控制。其中B1、B2和F2的主基因遺傳率分別為50.00%、50.00%和62.27%，多基因遺傳率分別為40.07%、 42.04%和31.63%，環(huán)境方差占總表型方差的6.10%～9.93%[23]。上述結(jié)果表明，在絲瓜耐褐變育種中，應(yīng)在充分利用主基因的基礎(chǔ)上，兼顧多基因的累積，在早期世代即進(jìn)行絲瓜耐褐變的選擇。今后有必要加強(qiáng)對絲瓜耐褐變標(biāo)記的開發(fā)和抗性基因的QTL定位研究，進(jìn)行標(biāo)記輔助育種，提高育種效率，加快耐褐變絲瓜品種的選育。

4 研究前景

絲瓜以食嫩果為主，是最主要的瓜類蔬菜之一，其果肉細(xì)膩柔滑，味道鮮美，具有清熱化痰、涼血解毒之功效，具有較高的食用、藥用價值[14]。但是，目前栽培的絕大部分普通絲瓜品種在運(yùn)輸、加工過程中，其果皮、果肉及湯汁易出現(xiàn)褐變現(xiàn)象，在一定程度上降低了其食用價值和應(yīng)用價值，進(jìn)而影響了絲瓜產(chǎn)品的商品價值[2，3，12]。

果蔬褐變是多種因素作用的復(fù)雜過程，目前對果蔬褐變的機(jī)理已經(jīng)有了深入的研究，有關(guān)抑制褐變的方法，不論是物理、化學(xué)、生物技術(shù)層面的，也都有了較多方面的進(jìn)展，找到了多種抑制褐變的方法。絲瓜耐褐變的研究工作，多集中在生理機(jī)制、品種篩選及品種選育層面，但研究得不夠深入和透徹，此外，有關(guān)絲瓜果肉耐褐變的分子遺傳機(jī)制及基因工程方面的研究還未見報道，這極大地影響了果肉耐褐變絲瓜品種的選育工作。為加快選育進(jìn)程，培育優(yōu)良耐褐變品系，應(yīng)根據(jù)其遺傳特點，有的放矢采取有效的育種措施，才能快速、高效地達(dá)到育種目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 高軍，徐海，蘇小俊，等.普通絲瓜果長遺傳規(guī)律分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（5）：123-125.

[2] 黃樹蘋，談太明，徐長城，等.絲瓜多酚氧化酶的酶學(xué)特性初步研究[J].中國蔬菜，2009（10）：17-22.

[3] 周向軍，高義霞，袁毅君，等.絲瓜過氧化物酶的特性和抑制作用研究[J].中國釀造，2011（10）：81-85.

[4] 王成，王輝，婁麗娜，等.普通絲瓜果肉褐變的鑒定方法[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（11）：137-138.

[5] 張孔海，孫萬慧，段鴻斌.果蔬食品的褐變與控制[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2005（2）：40-41，44.

[6] 花秀鳳，陳銑，黃斌斌.普通絲瓜果肉褐變的變異及低褐變品種的篩選[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（19）：103-106.

[7] 林向東，張琪，李冀新，等.無核白葡萄多酚氧化酶特性的研究[J].食品科學(xué)，2000，21（12）：43-45.

[8] Macdonald L， Schaschke C. Combined effect of high pressure， temperature and holding time on polyphenoloxidase and peroxidase activity in banana （Musa acuminata） [J]. J Sci Food Agric， 2000， 80（6）： 719-724.

[9] 胡位榮，張昭其，季作梁，等.冷害對荔枝果皮膜脂過氧化和保護(hù)酶活性的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，25（3）：6-9.

[10] Greiffiths L A. Detection and identification of the polyphenol oxidase substrate of banana[J]. Nature， 1959， 184： 58.

[11] 中國科學(xué)院植物研究所鴨梨黑心病防治小組.鴨梨黑心病研究Ⅱ.酚類物質(zhì)的酶促褐變[J].植物學(xué)報，1974，16（3）：235-242.

[12] 郁志芳，趙友興，李寧，等.鮮切蓮藕酶促褐變底物的分析確定[J].食品科學(xué)，2002，23（4）：41-44.

[13] 黃樹蘋，談太明，徐長城，等. Folin-Ciocalteu比色法測定絲瓜中多酚含量的研究[J].中國蔬菜，2010（4）：47-52.

[14] Laurila E， Kervinen R， Ahvenainen R. The inhibition of enzymatic browning in minimally processed vegetables and fruits[J]. Postharvest News and Information， 1998， 9（4）： 53-66.

[15] 蘇群棋.不同瓜品種之多元酶氧化酶、多元酚含量與褐變間關(guān)系之探討[D].臺北：中國文化大學(xué)，1998.

[16] 張茂鴻.圓筒絲瓜果實生長發(fā)育及貯藏期間果實多酚氧化酵素活性及過氧化酵素活性之研究[D].臺北：屏東科技大學(xué)，1997.

[17] 吳佳真.圓筒絲瓜結(jié)果特性及果肉褐化之品種差異[D].臺北：臺灣大學(xué)，2004.

[18] 王輝，王成，婁麗娜，等.絲瓜果肉耐褐變種質(zhì)資源的篩選及初步應(yīng)用[J].長江蔬菜，2013（14）：20-22.

[19] 王輝，王成，婁麗娜，等.果肉不易褐變絲瓜新品種蘇絲4號[J].長江蔬菜，2013（3）：20.

[20] Bachem C W B. Visualization of differential gene expression using a novel method of RNA fingerprinting based on AFLP， analysis of gene expression during potato tuber development[J]. Plant Journal， 1996， 9（5）： 745-753.

[21] Peter W T， Lan B D， Simon P R. Polyphenol oxidase in potato[J]. Plant Physiol， 1995， 109（2）： 525-531.

[22] 王清，李靜文，戴朝曦，等.純合四倍體馬鈴薯遺傳轉(zhuǎn)化體系優(yōu)化及轉(zhuǎn)基因塊莖的褐化鑒定[J].分子植物育種，2006，4（4）：553-558.

[23] 王輝，婁麗娜，王成，等.普通絲瓜果肉褐變性狀的數(shù)量遺傳分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，30（3）：607-611.