色素辣椒果實(shí)品質(zhì)對(duì)鹽、堿脅迫的差異響應(yīng)

張海英，吉雪花，李慧姬，張中榮，朱冉冉，呂慧

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 石河子 832003)

目前，土壤鹽堿化已成為世界性的問題,全球鹽堿地面積近10億hm2,我國(guó)鹽堿地面積約9 914萬hm2[1],是世界鹽堿地面積最大的國(guó)家之一,每年造成的損失難以估計(jì)[2],因此，開發(fā)和利用鹽堿土,對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)的持續(xù)優(yōu)質(zhì)發(fā)展具有重要意義。新疆屬于溫帶大陸性氣候，不合理的耕作使土壤鹽堿化日益加重,不同地區(qū)土壤鹽分組成各異,其中北疆土壤主要以NaCl和Na2SO4等中性鹽為主,南疆土壤含有較多Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽,土壤pH較北疆地區(qū)偏高。目前，新疆已成為全國(guó)最大的制干辣椒生產(chǎn)基地，因此,研究鹽堿地對(duì)辣椒果實(shí)品質(zhì)的影響對(duì)新疆制干辣椒生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展意義重大。

辣椒果實(shí)可用于鮮食、制干、觀賞，其中制干辣椒品種以色澤紅艷或辣度較高最具市場(chǎng)潛力。制干辣椒不僅可作為調(diào)料,其含有的辣椒紅素,還可用來作食品添加劑、化妝品等,含有的辣椒堿和辣椒二氫堿等辣椒素類物質(zhì)有望成為下一代國(guó)際抗癌藥物和減肥藥物的核心成分[3-4]。研究表明,適度干旱能提高果實(shí)硬度、降低有機(jī)酸含量,促進(jìn)果實(shí)品質(zhì)形成[5]；堿脅迫使嘎拉蘋果果實(shí)蘋果酸含量顯著降低,蔗糖含量顯著升高,糖酸比提高[6]；適度的鹽處理可以增加番茄、西瓜和草莓等果實(shí)的含糖量,提高品質(zhì)[7-9]；李紅彥等[10]研究表明，隨著硫酸鈉濃度的增大,番茄果實(shí)可溶性固形物、可溶性糖、有機(jī)酸含量均逐漸升高；黃立華等[11]研究表明,輕度蘇打鹽脅迫對(duì)番茄果實(shí)的有機(jī)酸含量有抑制作用,卻可提高果實(shí)的可溶性糖含量和糖酸比；甜瓜果實(shí)可溶性糖、固形物和蛋白含量均隨海水濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)[12]；鹽堿復(fù)合脅迫可降低灰棗果實(shí)中的有機(jī)酸含量并提高糖酸比[13]。

上述研究表明鹽、堿會(huì)影響果實(shí)中糖酸蛋白等含量,致使風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)甚至經(jīng)濟(jì)效益發(fā)生改變，但關(guān)于鹽堿對(duì)辣椒辣度和色澤影響的研究較少，因此，本文研究針對(duì)南北疆土壤鹽分的組成特點(diǎn),開展鹽分組成對(duì)色素辣椒果實(shí)品質(zhì)影響的研究，旨在闡明中性鹽和堿性鹽與色素辣椒主要品質(zhì)間的關(guān)系,為新疆色素辣椒的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

紅龍23板椒由新疆天椒種業(yè)紅安農(nóng)業(yè)有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 材料培養(yǎng)

試驗(yàn)于2018年3月在新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站進(jìn)行,將種子于28 ℃催芽4 d,播種在的穴盤內(nèi)(草炭+蛭石)=2∶1。待苗長(zhǎng)到二葉一心時(shí)，每隔1周澆1次10%Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.2 試驗(yàn)處理

當(dāng)幼苗長(zhǎng)到5片真葉時(shí),選取長(zhǎng)勢(shì)一致的辣椒幼苗移植到直徑30 cm,高45 cm的花盆中。盆中按(草炭+蛭石)∶園土∶有機(jī)質(zhì)=5∶3∶1拌勻,園土過2 mm篩并殺菌消毒,每盆定植3株。緩苗1周后進(jìn)行鹽堿處理,以澆自來水作對(duì)照(pH=7.05)。試驗(yàn)設(shè)置中性鹽(NaCl，pH=6.99)、堿性鹽(Na2CO3∶NaHCO3=1∶9，pH=9.30)、中性鹽和堿性鹽混合脅迫(NaCl∶Na2CO3∶NaHCO3=9∶1∶9，pH=8.88)，這3種鹽的Na+濃度均保持在100 mmol/L。每處理3次重復(fù)；每隔10天處理1次,每次每盆澆鹽堿溶液400 mL,處理期間15 d澆灌1次50%Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.3 取樣

處理后分別于青熟期、轉(zhuǎn)色期、紅熟期對(duì)植株中部果實(shí)取樣，每株取果實(shí)2或3個(gè),洗凈表面,用紗布吸干水分,低溫保存。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 常規(guī)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

有機(jī)酸含量采用酸堿滴定法[14]測(cè)定，Vc含量采用2,6-二氯靛酚滴定法[15]測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法[16]測(cè)定。

1.3.2 辣椒素含量測(cè)定

采用液相色譜法測(cè)定辣椒素含量?？焖贉?zhǔn)確稱取0.5 g辣椒粉樣品于10 mL離心管中,加入5 mL甲醇,在超聲中提取50 min,于4 000 r/min離心5 min,將上清液轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中,再加入4 mL甲醇到濾渣中,超聲提取40 min,于4 000 r/min離心5 min,將2次上清液混合,用甲醇定容至10 mL。經(jīng)0.22 μm的有機(jī)濾膜過濾,儲(chǔ)存于-20 ℃冰箱中進(jìn)行色譜分析。

采用高效液相色譜法(LC-2010 A HT,色譜柱:Inertsil ODS-3),色譜條件為流動(dòng)相 V(甲醇)∶V(水)=80∶20,流速 0.8 mL/min,柱溫30.0 ℃,UV檢測(cè)器波長(zhǎng)280 nm,進(jìn)樣量10 μL。

1.3.3 辣椒紅素含量測(cè)定

采用丙酮浸提比色法[17]?？焖贉?zhǔn)確稱取粉碎樣品0.3 g,加入3 ml丙酮,在冰上黑暗震蕩10 min,混合均勻后3 500 r/min室溫離心10 min,抽提液轉(zhuǎn)移至干凈的離心管中,剩余殘?jiān)偌? mL丙酮震蕩離心,將抽提液合并到第1次,然后殘?jiān)偌? mL丙酮,震蕩離心,合并3次抽提液,用0.2 μm濾膜過濾,在460 nm處測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2010和Origin 9.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作,方差分析通過SPSS17.0軟件ANOVA完成,采用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)常規(guī)品質(zhì)的影響

結(jié)果(表1)顯示：青熟期，3種脅迫均能使制干辣椒果實(shí)可溶性蛋白、可溶性糖、有機(jī)酸及Vc含量下降,其中堿性鹽脅迫的果實(shí)上述指標(biāo)下降幅度最大,分別較對(duì)照下降19.95%、6.17%、29.69%、80%。轉(zhuǎn)色期，中性鹽、堿性鹽及混合脅迫下辣椒果實(shí)可溶性蛋白含量較對(duì)照分別提高40.06%、71.82%、56.35%；堿性鹽脅迫和混合脅迫使果實(shí)可溶性糖較對(duì)照分別升高16.51%、4.25%；3種脅迫下有機(jī)酸和Vc含量顯著下降,有機(jī)酸較對(duì)照分別下降12.31%、16.18%、15.17%，Vc較對(duì)照分別下降了78.47%、83.21%、86.5%。紅熟期,中性鹽、堿性鹽和混合脅迫下的辣椒果實(shí)可溶性蛋白較對(duì)照分別升高52.04%、78.58%、65.61%，可溶性糖分別升高了20.26%、40.95%、28.88%；3種脅迫下有機(jī)酸較對(duì)照分別下降24.09%、29.24%、27.02%，Vc含量分別較對(duì)照降低87.27%、87.50%、89.77%。

綜上可知：3種脅迫均能提高各發(fā)育階段辣椒果實(shí)的糖酸比。

2.2 鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)辣椒素含量的影響

結(jié)果(圖1、表2)顯示：青果期,辣椒果實(shí)主要以二氫辣椒堿為主；鹽、堿、混合脅迫下青果二氫辣椒堿的含量較對(duì)照分別提高26.49%、105.3%、88.74%。轉(zhuǎn)色期,堿性鹽、混合脅迫均明顯促進(jìn)了辣椒堿和二氫辣椒堿的合成,而中性鹽脅迫主要促進(jìn)了二氫辣椒堿的上升；中性鹽、堿性鹽、混合脅迫下辣椒堿分別較對(duì)照提高-5.22%、76.31%、75.96%，二氫辣椒堿分別較對(duì)照上升23.44%、103.13%、36.46%。紅熟期,中性鹽、堿性鹽、混合鹽脅迫下辣椒堿、二氫辣椒堿含量均明顯增加,辣椒堿較對(duì)照分別上升21.04%、118.77%、42.72%，二氫辣椒堿較對(duì)照分別上升15.61%、98.73%、34.18%。

表2 鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)辣椒堿和二氫辣椒堿含量的影響 單位：mg/g

A、B—辣椒堿、二氫辣椒堿單標(biāo)；C—辣椒堿、二氫辣椒堿混標(biāo)；D—樣品；C—辣椒堿(capsaicin)；Dhc—二氫辣椒堿(dhydrocapsaaicin)

綜上可知：堿性鹽脅迫在不同時(shí)期對(duì)果實(shí)辣椒素的合成促進(jìn)作用均較大,中性鹽脅迫的促進(jìn)作用較小。

2.3 鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)辣椒紅素的影響

處理后各階段果實(shí)色素含量變化(圖2)顯示：青果期中性鹽、堿性鹽、混合脅迫使果實(shí)辣椒紅素含量較對(duì)照分別升高28.61%、61.38%、43.67%；轉(zhuǎn)色期除堿性鹽脅迫使辣椒紅素含量降低外,中性鹽和混合脅迫的辣椒紅素含量較對(duì)照顯著升高9.99%、5.46%；紅熟期3種脅迫下果實(shí)辣椒紅素含量分別較對(duì)照下降-1.72%、-9.96%、-3.20%。由此可知：果實(shí)成熟初期鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)紅色素的積累起著促進(jìn)作用,隨著果實(shí)的成熟及脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),辣椒紅素的合成受到抑制,逐漸低于對(duì)照。

圖2 鹽、堿脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)辣椒紅素含量的影響

3 討論

由于作物類種類及耐鹽性不同,鹽脅迫對(duì)作物果實(shí)品質(zhì)的影響也不同[18]。黃立華等[11]研究表明,土壤pH對(duì)番茄果實(shí)可溶性糖和有機(jī)酸有較大的影響：當(dāng)土壤pH=9.34時(shí)番茄果實(shí)可溶性糖含量為pH=7.52時(shí)的4倍,同時(shí)有機(jī)酸含量下降為pH=7.52的25%,使糖酸比大大升高。本文研究結(jié)果表明除青果期外,pH=6.99中性鹽處理的辣椒果實(shí)可溶性糖含量低于pH=8.88的混合脅迫,混合脅迫可溶性糖含量低于pH=9.30堿性鹽脅迫，3個(gè)時(shí)期果實(shí)有機(jī)酸含量呈現(xiàn)中性鹽處理>混合脅迫>堿性鹽脅迫的趨勢(shì)，表明不同pH鹽脅迫均能提高辣椒果實(shí)的糖酸比，其中pH=9.30堿性鹽促進(jìn)作用顯著，這與黃立華[11]對(duì)番茄的研究、位杰等[13]對(duì)灰棗的研究以及陳映彤等[21]對(duì)甜瓜的研究結(jié)果一致。

關(guān)于鹽脅迫后植物糖酸變化也有不同研究結(jié)果，如賈旭梅等[19]研究表明混合鹽堿脅迫可提高垂絲海棠葉片的可溶性糖和有機(jī)酸含量；XU A K等[20]研究表明中性鹽脅迫對(duì)小麥根和莖中有機(jī)酸含量影響不大,但堿性鹽使小麥根和莖有機(jī)酸含量顯著升高；李紅彥等[10]研究表明Na2SO4脅迫能促進(jìn)番茄果實(shí)有機(jī)酸和可溶性糖的積累,并降低果實(shí)糖酸比。造成上述研究結(jié)果不同的原因主要與鹽分的種類、溶液的pH和測(cè)定的器官，以及葉片、根、莖等營(yíng)養(yǎng)器官和果實(shí)對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)有所不同有關(guān)。

MIZRAHI Y等[22]研究表明，當(dāng)混合鹽堿濃度大于0.6%時(shí)會(huì)嚴(yán)重抑制灰棗Vc的積累。本文試驗(yàn)結(jié)果表明3種鹽脅迫均明顯抑制了辣椒果實(shí)Vc的積累,這與邵俏賽[23]、張振興等[24]的研究結(jié)果一致。這主要與鹽脅迫導(dǎo)致過氧化有關(guān)，Vc是清除活性氧的重要組分,由于過氧化加劇,辣椒體內(nèi)用于清除氧化劑的Vc被大量消耗,從而使體內(nèi)抗壞血酸含量下降。黃立華等[11]研究表明Vc上升與脅迫的濃度較低有關(guān)。脅迫下植物細(xì)胞膜滲透勢(shì)發(fā)生改變,為了平衡細(xì)胞內(nèi)外滲透壓,植物常會(huì)將體內(nèi)的大分子蛋白分解為小分子蛋白甚至氨基酸降低滲透勢(shì)[8]。本文試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著辣椒果實(shí)成熟度增加,果實(shí)中可溶性蛋白呈先降低后升高的趨勢(shì),這與位杰等[13]研究結(jié)果相似,轉(zhuǎn)色期和紅熟期3種脅迫均使蛋白質(zhì)的分解加速,大量分解成各種氨基酸,尤其是脯氨酸,從而降低了果實(shí)中的蛋白質(zhì)含量。

辣度和辣椒紅素是制干辣椒重要的商品性狀[25]。王夢(mèng)等[26]研究發(fā)現(xiàn)辣椒堿單體、二氫辣椒堿單體、降二氫辣椒堿單體對(duì)超氧陰離子自由基(O2-·)與羥基自由基(·OH)有一定的清除能力，具有明顯的抗氧化效果；彭瓊等[27]研究發(fā)現(xiàn)輕度干旱能使辣椒果實(shí)中辣椒堿和二氫辣椒堿含量均明顯增加。本文研究發(fā)現(xiàn)辣椒青果中不含辣椒堿，其原因一是青椒果實(shí)中辣椒素含量低，二是與提取條件有關(guān)，如提取時(shí)間，流動(dòng)相比例等[28]；另外，研究表明中性鹽、堿性鹽及鹽堿混合脅迫都能促進(jìn)辣椒堿和二氫辣椒堿的合成，其中堿性鹽對(duì)辣度的積累具有更明顯的促進(jìn)作用。當(dāng)對(duì)番茄進(jìn)行鹽脅迫時(shí)，植株體內(nèi)ROS含量會(huì)增加，果實(shí)中類胡蘿卜素的積累也會(huì)增加，番茄紅素含量有所提高[29]。本文研究結(jié)果表明辣椒紅素含量隨鹽堿脅迫而減少，這是由于鹽堿脅迫導(dǎo)致植物體內(nèi)過氧化加劇，而活性氧等可以誘導(dǎo)辣椒紅素中的共軛雙烯鍵斷裂，發(fā)生直接氧化或加成反應(yīng)，導(dǎo)致辣椒紅素含量下降，從而使顏色減退[30]。

4 結(jié)論

(1)在相同Na+濃度下，3種脅迫對(duì)色素辣椒果實(shí)品質(zhì)的影響由大到小依次為堿性鹽>混合脅迫>中性鹽脅迫。

(2)含有堿性鹽的土壤可提高色素辣椒的辣度,但對(duì)紅色素的生成有一定的抑制作用,對(duì)色素辣椒的商品品質(zhì)影響較大。