辣椒野生型與果色突變體果實(shí)不同發(fā)育階段色澤比較與品質(zhì)分析

李麗緣，吳麗麗，黃湖榮，蔣清清，徐 歡，楊博智，周書棟

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 長沙 410125）

辣椒（CapsicumannuumL.）是繼馬鈴薯、番茄之后的全球第三大蔬菜作物。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織最新統(tǒng)計(jì)，2020年全球辣椒種植面積為3 104.99萬 畝，產(chǎn)量為3 613.70萬 t。辣椒是我國重要的蔬菜作物，種植面積和產(chǎn)值均居蔬菜之首，在保證我國蔬菜周年均衡供應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[1]。隨著人們生活水平的提高，高品質(zhì)已成為辣椒重要的育種目標(biāo)。果實(shí)品質(zhì)包括外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)，色澤是評價(jià)辣椒果實(shí)外觀品質(zhì)的重要依據(jù)，而質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)成分則是影響辣椒果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的主要因素。

辣椒果色主要由葉綠素（chlorophyll，Chl）、花青素苷和類胡蘿卜素（carotenoid，Car）的種類和含量決定。Chl在果實(shí)未成熟階段含量豐富，賦予果實(shí)綠色，而花青素苷和Car則在成熟果實(shí)中積累，使果實(shí)呈現(xiàn)紅橙黃紫等絢麗色彩[2]。紅色果實(shí)與黃色、橙色果實(shí)之間Car種類及各組分相對含量存在差異。紅色辣椒中，Car以辣椒紅素、辣椒玉紅素為主，二者約占總Car含量的46%[3]，而黃色和橙色果實(shí)中辣椒紅素和辣椒色素含量很少甚至接近0，以紫黃素、玉米黃素、葉黃質(zhì)、β-胡蘿卜素和新黃質(zhì)為主[4-5]。辣椒鮮果色澤評價(jià)可采用液相色譜測定色素含量，也可通過色差儀直接測定果表色價(jià)指標(biāo)（L*、a*、b*值），現(xiàn)已證實(shí)L*、a*、b*值在一定程度上可預(yù)測果實(shí)呈色物質(zhì)的種類和相對含量[6-7]。辣椒果實(shí)質(zhì)地由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量決定，風(fēng)味物質(zhì)主要取決于其獨(dú)特成分辣椒素的含量，營養(yǎng)成分主要包括維生素、糖類、蛋白質(zhì)、脂類等。辣椒果實(shí)中VC含量居蔬菜作物之首[8]，糖類以葡萄糖和果糖為主[9]，脂類物質(zhì)主要存在辣椒種子中。研究表明，辣椒果實(shí)發(fā)育過程中，纖維素、半纖維素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)等品質(zhì)成分與基因型和果實(shí)發(fā)育階段密切相關(guān)[10-13]。研究不同果色辣椒發(fā)育過程中色澤和品質(zhì)成分變化規(guī)律有利于高品質(zhì)辣椒的選育。

本研究以辣椒自交系6421和其果色突變體E55（采用甲基磺酸乙酯誘變6421種子獲得）為實(shí)驗(yàn)材料，分析兩種不同顏色辣椒果實(shí)發(fā)育過程中色澤與品質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律及各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，旨在為進(jìn)一步了解辣椒果色呈色機(jī)理和改善辣椒品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣椒高代自交系6421及果色突變體E55（已連續(xù)自交3 代，突變性狀能穩(wěn)定遺傳），由湖南省蔬菜研究所提供。

纖維素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量測定試劑盒 北京索萊寶科技有限公司；辣椒素檢測試劑盒美國Beacon公司。

1.2 儀器與設(shè)備

光柵分光測色差儀 深圳三恩馳公司；多功能酶標(biāo)儀 奧地利帝肯公司；藥材粉碎機(jī) 東莞市華太電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段色價(jià)指標(biāo)測定

實(shí)驗(yàn)于2022年6月至2023年3月在湖南省蔬菜研究所人工氣候室和實(shí)驗(yàn)室完成。分別播種6421、E55種子各50 粒至穴盤中，于綠熟期（現(xiàn)蕾后約40 d）、轉(zhuǎn)色期（現(xiàn)蕾后45～55 d）和成熟期（現(xiàn)蕾后約70 d）取樣。取樣要求果實(shí)各發(fā)育階段形狀、大小均勻一致，果色相對接近。植株全生育期保持室內(nèi)溫度（24±2）℃/（18±2）℃（光照/黑暗），光照時(shí)間為16 h/d，光照強(qiáng)度4 000 lx。

辣椒盛果期時(shí)，選擇6421、E55不同發(fā)育階段（綠熟期、轉(zhuǎn)色初期、轉(zhuǎn)色中期、轉(zhuǎn)色后期和成熟期）果實(shí)，用光柵分光測色差儀測量果實(shí)果肩、果中部、靠近果尖部位的L*、a*、b*值，計(jì)算彩度值（C*）和色度角（h）。每個(gè)果實(shí)各部位分別測定3 次，整個(gè)果實(shí)的色價(jià)取該果實(shí)9 個(gè)測定值的平均值。C*和h計(jì)算分別參考式（1）、（2）：

1.3.2 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段Chl和Car含量測定

取6421、E55不同發(fā)育階段果實(shí)，稱取0.5 g果肉，參考Yang Bozhi等[14]方法，測定果實(shí)中Chl a、Chl b、Chl和Car含量，分別參考式（3）～（6）計(jì)算：

隨著國家對防汛抗旱業(yè)務(wù)工作要求的逐年深入，服務(wù)于國家防汛抗旱事業(yè)的天眼系統(tǒng)將不斷發(fā)展，未來兩三年將在天氣雷達(dá)信息深入應(yīng)用、氣候特征監(jiān)測信息應(yīng)用、降水過程定量化描述和降水預(yù)報(bào)質(zhì)量評估應(yīng)用等方面將有進(jìn)一步發(fā)展。

式中：A665nm、A649nm及A470nm分別為提取液在665、649 nm和470 nm波長處的吸光度；V為提取液總體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.3 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段品質(zhì)指標(biāo)測定

分別取6421、E55不同發(fā)育階段果實(shí)，測定新鮮果實(shí)果肉中的纖維素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量；同時(shí)取新鮮果實(shí)，60 ℃烘干至質(zhì)量恒定，去籽去柄，研磨成粉末過40 目篩，測定辣椒素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段色價(jià)比較

由圖1可知，6421和E55果實(shí)成熟過程中顏色變化不一致，6421果實(shí)顏色變化依次為綠色（綠熟期）、綠/淺褐色（轉(zhuǎn)色初期）、褐色（轉(zhuǎn)色中期）、褐/紅色（轉(zhuǎn)色后期）、紅色（成熟期），而E55果實(shí)顏色變化依次為綠色（綠熟期）、綠/黃色（轉(zhuǎn)色初期）、黃色（轉(zhuǎn)色中期）、黃/橙色（轉(zhuǎn)色后期）、橙色（成熟期）。

圖1 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期的果實(shí)Fig.1 Fruits of 6421 and E55 at different developmental stages

分別選取6421、E55各發(fā)育階段果實(shí)進(jìn)行色價(jià)測定。由表1可知，隨著果實(shí)的發(fā)育，6421果實(shí)L*值先降低后升高，轉(zhuǎn)色中期最低，且轉(zhuǎn)色中期L*值顯著低于其他各時(shí)期（P＜0.05）；a*值顯著上升，成熟期時(shí)最高；b*值無顯著變化；C*值緩慢上升至轉(zhuǎn)色中期后顯著上升，至轉(zhuǎn)色后期再緩慢上升；h值先顯著下降（P＜0.05），至轉(zhuǎn)色后期緩慢下降。E55果實(shí)L*和b*值先顯著上升至轉(zhuǎn)色中期后緩慢降低；a*值先顯著上升至轉(zhuǎn)色中期，隨后緩慢上升；C*值先顯著上升至轉(zhuǎn)色后期，隨后緩慢上升；h值先顯著下降至轉(zhuǎn)色中期，隨后緩慢下降（P＜0.05）。比較6421、E55果實(shí)同一時(shí)期色價(jià)差異，綠熟期時(shí)，二者L*、a*、b*、C*和h值不存在顯著差異（P＞0.05）；轉(zhuǎn)色初期、中期與后期，E55果實(shí)L*、b*、C*值均顯著高于6421果實(shí)，轉(zhuǎn)色中期E55果實(shí)a*值顯著高于6421果實(shí)，轉(zhuǎn)色后期E55果實(shí)h值顯著高于6421果實(shí)（P＜0.05）；成熟期時(shí)，除a*值外，E55果實(shí)L*、b*、C*和h值均顯著高于6421果實(shí)（P＜0.05）。

表1 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段果實(shí)L*、a*、b*、C*、h值比較Table 1 Comparison of L*,a*,b*,C* and h values between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.2 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段Chl及Car含量比較

表2 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段Chl a、Chl b、Chl和Car含量比較Table 2 Comparison of Chl a,Chl b,Chl and Car contents between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.3 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段品質(zhì)成分比較

由表3可知，6421、E55果實(shí)由綠熟期至轉(zhuǎn)色初期，纖維素含量顯著降低，VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量均呈顯著升高的趨勢，轉(zhuǎn)色初期至成熟期，纖維素含量繼續(xù)降低，VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量繼續(xù)增加，但各相鄰時(shí)期之間減少或增加的幅度較綠熟期至轉(zhuǎn)色初期要小。比較6421、E55果實(shí)同一時(shí)期品質(zhì)指標(biāo)差異，綠熟期時(shí)，6421、E55果實(shí)中纖維素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量差異不顯著（P＞0.05）。轉(zhuǎn)色初期、中期、后期及成熟期時(shí)，E55果實(shí)中纖維素含量、可溶性蛋白含量均顯著低于6421果實(shí)（P＜0.05），而VC、可溶性糖含量均顯著高于6421果實(shí)，辣椒素含量在各發(fā)育階段與6421果實(shí)無顯著差異（P＞0.05）。

表3 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段品質(zhì)成分比較Table 3 Comparison of quality components between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.4 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段色素含量與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

由表4可知，果實(shí)色素含量之間存在相關(guān)性，色素與各品質(zhì)指標(biāo)也存在相關(guān)性。6421果實(shí)中Chl含量與Car含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），E55果實(shí)中Chl含量與Car含量也呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。6421、E55果實(shí)中Chl含量均與除纖維素含量之外的各品質(zhì)指標(biāo)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，Car含量與除纖維素含量之外的各品質(zhì)指標(biāo)呈顯著或極顯著正相關(guān)。各品質(zhì)指標(biāo)中，纖維素含量與其他指標(biāo)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，VC、可溶性糖、可溶性蛋白和辣椒素含量兩兩之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。6421果實(shí)各指標(biāo)中，Chl含量與Car含量相關(guān)程度相對最高，相關(guān)系數(shù)為-0.997。E55果實(shí)各指標(biāo)中，VC含量與辣椒素含量關(guān)程度相對最高，相關(guān)系數(shù)為0.993。

表4 6421和E55果實(shí)不同發(fā)育階段色素含量與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性Table 4 Correlation between pigment content and quality indexes of 6421 and E55 fruits at different developmental stages

3 討論

辣椒果色主要與Chl、Car的種類和含量相關(guān)，比較果實(shí)顏色差異除測量色素含量外，還可通過直接采用色差儀測定果表色度指標(biāo)判斷[15-17]。L*、a*、b*、C*和h值為衡量色價(jià)的5 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)[18]，其中L*值為明亮度，代表果實(shí)中Car積累引起的色素加深與Chl降解引起的色素降低之間的關(guān)系，E55轉(zhuǎn)色期和成熟期果實(shí)中Car含量相對最高，Chl含量為0，與其果表L*值最高相符合。a*值代表紅綠色度，a*值越大，果表越紅，a*值為負(fù)數(shù)時(shí)，則果表偏綠；6421、E55成熟果實(shí)分別為紅色和橙色，而綠熟果呈綠色，這與6421和E55成熟期果實(shí)a*值最高，綠熟期果實(shí)a*值為負(fù)數(shù)相符合。b*值代表黃藍(lán)色度，b*值越大，果實(shí)顏色越趨向黃色；E55轉(zhuǎn)色期和成熟期果色分別為黃色和橙色，這時(shí)Car含量相對最高，與果實(shí)b*值最高相符合。h值范圍在0°～180°之間，角度由小到大依次對應(yīng)紫紅、紅、橙紅、橙、黃、黃綠、綠、藍(lán)綠色；6421果實(shí)成熟期果實(shí)為紅色，h值最低，而6421和E55果實(shí)綠熟期為綠色，h值大于100。綠熟期時(shí)6421、E55果實(shí)Chl、Car含量不存在顯著差異，二者對應(yīng)的5 個(gè)色價(jià)指標(biāo)之間也不存在顯著差異。而轉(zhuǎn)色期至成熟期，6421、E55果實(shí)顏色不一致，對應(yīng)色價(jià)指標(biāo)之間存在顯著差異，說明果實(shí)顏色用色價(jià)進(jìn)行評價(jià)可靠，而果實(shí)顏色差異是Chl和Car含量不同而導(dǎo)致。

果實(shí)成熟除涉及到果實(shí)的顏色變化外，還與果實(shí)品質(zhì)成分變化密切相關(guān)。纖維素作為構(gòu)成植物細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)，對果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)影響較大。果實(shí)成熟初期纖維素含量較高，果實(shí)質(zhì)地較硬，隨著果實(shí)的成熟，纖維素在酶作用下被降解，果實(shí)成熟軟化。Ling Qihua等[19]檢測到番茄成熟期果實(shí)中纖維素含量顯著低于轉(zhuǎn)色期纖維素含量，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控纖維素降解的slSP1-KD轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)量在番茄果實(shí)成熟期最高，而在轉(zhuǎn)色期較低。劉周斌等[12]的研究發(fā)現(xiàn)不同辣椒品種果實(shí)成熟過程中纖維素含量均呈逐漸下降的趨勢。本研究中6421、E55果實(shí)纖維素含量綠熟期時(shí)最高，轉(zhuǎn)色期時(shí)顯著降低，成熟期時(shí)含量最低，與前人研究結(jié)果相似。

果實(shí)成熟過程中，糖、蛋白質(zhì)等固形物含量迅速增加。艾佳音等[20]的研究發(fā)現(xiàn)櫻桃果實(shí)中進(jìn)入轉(zhuǎn)色期后葡萄糖和果糖含量迅速增加，至成熟期增速減緩。García-Gómez等[21]研究發(fā)現(xiàn)杏果實(shí)成熟過程中，可溶性固體含量不斷積累，且在成熟期達(dá)到相對穩(wěn)定。Fenn等[22]指出，由于番茄果實(shí)成熟受植物激素調(diào)節(jié)，成熟期糖類營養(yǎng)物質(zhì)增加，并伴隨細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)改變和果實(shí)軟化現(xiàn)象出現(xiàn)。果實(shí)成熟過程中，VC、辣椒素含量也隨之升高。劉周斌等[12]、劉金兵等[23]、伍翔[24]的研究均表明，辣椒果實(shí)從綠熟期至成熟期VC和辣椒素含量呈增長趨勢，但不同品種增幅不一致。王彥華等[25]的研究表明，番茄果實(shí)中VC含量從綠熟期到白熟期顯著升高，之后趨于平緩，轉(zhuǎn)色期略有下降，到完熟期達(dá)到最高。本實(shí)驗(yàn)中6421、E55果實(shí)可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)在綠熟期較低，轉(zhuǎn)色期顯著升高，成熟期繼續(xù)增加，但與轉(zhuǎn)色期差異不顯著，這與前人研究結(jié)論相似。

色素類物質(zhì)積累與果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)具有相關(guān)性。施林妹等[26]研究發(fā)現(xiàn)，櫻桃番茄果實(shí)在成熟過程中，色素與還原糖、VC含量呈正相關(guān)。還原糖可為色素合成提供原料，VC有利于增強(qiáng)色素穩(wěn)定性。于洋[27]對番茄果實(shí)主要色素與糖代謝進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明果實(shí)在成熟過程中葡萄糖和果糖的積累有利于各部位中Car合成和Chl降解。本研究中，6421、E55果實(shí)色素Chl含量均與可溶性糖、VC含量呈負(fù)相關(guān)，Car含量與可溶性糖、VC含量呈正相關(guān)，這與前人結(jié)果相似。色素類物質(zhì)與纖維素、可溶性蛋白及辣椒素含量相關(guān)性鮮見報(bào)道，本研究結(jié)果顯示，Car含量與纖維素含量呈負(fù)相關(guān)，與可溶性蛋白、辣椒素含量呈正相關(guān)，而Chl含量與纖維素含量呈正相關(guān)，與可溶性蛋白質(zhì)、辣椒素含量呈負(fù)相關(guān)。果實(shí)各品質(zhì)指標(biāo)也存在相關(guān)性。如馮營等[28]研究表明辣椒果實(shí)中VC含量與辣椒素含量呈正相關(guān)。劉周斌等[12]研究表明辣椒果實(shí)中纖維素含量與其余品質(zhì)指標(biāo)（糖類、蛋白質(zhì)、辣椒素、VC、VE）呈負(fù)相關(guān)，且糖類、蛋白質(zhì)、辣椒素、VC、VE含量之間相互呈正相關(guān)。本研究中，6421、E55果實(shí)纖維素含量與可溶性糖、可溶性蛋白、VC、辣椒素含量呈負(fù)相關(guān)，可溶性糖、可溶性蛋白、VC、辣椒素含量之間相互呈正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果也基本一致。

對成熟期的6421、E55果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行比較，E55果實(shí)中纖維素含量極顯著低于6421果實(shí)，辣椒素含量差異不顯著。纖維素含量的高低影響果實(shí)口感[29]，一般而言，高品質(zhì)的鮮食辣椒纖維素含量低，皮薄肉厚、入口無渣，可推測E55果實(shí)較6421果實(shí)品質(zhì)更優(yōu)，是適合鮮食的高品質(zhì)辣椒。

4 結(jié)論

通過比較野生型6421和果色突變體E55辣椒果實(shí)不同發(fā)育階段的色澤變化和果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)二者果實(shí)顏色、色價(jià)及色素含量在各發(fā)育階段均不同。從綠熟期至成熟期，6421、E55果色分別由綠轉(zhuǎn)褐再轉(zhuǎn)紅和由綠轉(zhuǎn)黃再轉(zhuǎn)橙，色價(jià)指標(biāo)a*、C*值增加而h值降低，Chl含量降低而Car含量增加。品質(zhì)指標(biāo)同樣與果實(shí)發(fā)育階段相關(guān)，其中VC、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)以及辣椒素含量隨著果實(shí)成熟而增加，而纖維素含量下降。同一發(fā)育階段6421、E55果實(shí)色價(jià)和品質(zhì)成分在綠熟期時(shí)無顯著差異，其他時(shí)期除辣椒素含量外其余各指標(biāo)均存在顯著差異。相關(guān)性分析表明，6421和E55果實(shí)Chl、Car含量均與除纖維素含量之外的各品質(zhì)指標(biāo)分別呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)或正相關(guān)。各品質(zhì)指標(biāo)中，纖維素與其他指標(biāo)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，而可溶性糖含量、可溶性蛋白和辣椒素兩兩之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。