普通丝瓜耐褐变研究进展

娄丽娜　刘哲　苏小俊

苏小俊

男，博士，研究员。江苏省新长征突击手，江苏省第四期“333工程”第三层次培养对象。主要从事瓜类和十字花科蔬菜遗传育种和高效栽培技术研究。2005年主编《袖珍果蔬优质丰产栽培》系列丛书；2007主编《无公害高效栽培重点、难点与实例》系列丛书；以第一作者撰写专业著作7本，个人累计80多万字。2007年度被江苏省农业科学院授予“发表论文奖”。

获得江苏省科技进步二等奖、南京市科技进步三等奖、江苏省科学技术奖三等奖各1次。获得《小白菜育种方法》等国家发明专利6项，主持制定丝瓜、萝卜等江苏省地方标准7项。作为主要完成人之一育成江蔬一号丝瓜、江蔬肉丝瓜；参与选育双冠大白菜、夏丰大白菜、热抗白小白菜、热抗青小白菜；主持选育宁红1号萝卜、苏丽夏红1号萝卜、苏丽冬白1号萝卜、苏秀1号叶用萝卜和苏丝3号丝瓜。

摘 要：普通丝瓜在运输、加工过程中果皮、果肉易发生褐变，严重影响其商品价值。从褐变的生理生化机理、耐褐变品种的选育、耐褐变的遗传研究3个方面对丝瓜耐褐变的研究进展情况进行了概述，以期为普通丝瓜耐褐变育种工作提供理论依据。

关键词：普通丝瓜；耐褐变；研究进展

丝瓜为一年生攀缘性草本植物，属于葫芦科（Cucurbitaceae）丝瓜属（Luffa Mill.）， 染色体数2n=2x=26。丝瓜起源于亚洲热带地区，主要分布于亚洲、大洋洲、非洲和美洲的热带和亚热带地区，在全世界共有8个种，在我国主要有普通丝瓜[L. cylindrica （L.） M. Roem]和有棱丝瓜[L. acutangula （L.） Roxb.]2个栽培种[1]。普通丝瓜自6世纪初传入我国，北宋时栽培已经相当普遍，有棱丝瓜19世纪传入我国。丝瓜适应性强， 近10 a来，栽培面积呈扩大趋势，北方栽培面积逐年增加，但主产区仍集中在南部及华东地区，如海南、广东、广西、福建、湖南、湖北、四川、江苏和浙江等地，种质资源也大多分布于这些主产区。华南地区以栽培有棱丝瓜为主，江苏省及长江中下游广大地区则以栽培普通丝瓜为主。

目前，绝大部分普通丝瓜品种在运输、加工过程中，其果皮、果肉及汤汁易出现褐变现象，严重影响其食用价值和营养价值，进而影响普通丝瓜及其产品的商品价值[2～4]，而有棱丝瓜相对不易褐变。本研究主要概述普通丝瓜在耐褐变方面的研究进展，以期为普通丝瓜耐褐变育种以及耐褐变品种在生产上的应用提供理论依据。

1 丝瓜褐变的生理生化机理

褐变的机理可分为两大类：一类是氧化酶催化下的多酚类物质的氧化和抗坏血酸氧化，称为酶促褐变；另一类是没有酶参与的褐变，称为非酶褐变，主要有美拉德反应、抗坏血酸氧化、脱镁叶绿素褐变、焦糖化作用等[5]。酶促褐变的发生需要具备多酚氧化酶、酚类物质和氧，一旦这3个条件得到满足，酶促褐变就会发生。

从生理层面来讲，丝瓜的褐变属于酶促褐变，其褐变的主要原因是丝瓜受到碰撞、摩擦、加热等因素刺激时，活性氧增加，损坏其细胞结构，打破了酶和酚类物质的区室化分布，细胞内多酚类物质在多酚氧化酶（Polyphenoloxidase，PPO）及过氧化物酶（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]。

要控制酶促褐变，防止丝瓜变褐，只需消除发生酶促褐变的3个因素中的任何1个即可，如抑制酶的活性，减少酚类物质的含量，也可以隔绝氧气。要抑制酶的活性，最简单直接的方法就是使用热处理，使大部分多酚氧化酶失去活性，如无核白葡萄的多酚氧化酶，在70℃以下作用不明显，而在80℃时，仅1 min 酶活性就基本消失[7，8]；但是，也有些果实中多酚氧化酶的热稳定性高，如香蕉一般在90～100℃的热水中处理10 min，酶的活性才能完全丧失[9]。黄树苹等[2]对丝瓜多酚氧化酶的酶学特性进行了研究，发现丝瓜多酚氧化酶的反应体系在15～25℃、pH值在6.14～7.12时其有较高的活性，最适反应温度是20℃，最适pH值是6.18，并对丝瓜多酚氧化酶活性的抑制剂进行了研究。酚类物质是酶促褐变的底物，不同植物、同一植物的不同组织、同一组织的不同发育期，其褐变的主要酚类物质有可能不同。香蕉褐变的主要底物是多巴胺[10]，鸭梨的褐变底物是以绿原酸为主的酚类物质[11]，鲜切莲藕的主要褐变底物是邻苯二酚[12]。黄树苹等[13]对丝瓜褐变底物进行了研究，还使用Folin-Ciocalteu比色法对丝瓜多酚进行了定量测定，确定了测定丝瓜多酚含量的最佳反应体系，为使用分光光度计法测定丝瓜多酚含量提供了参照。

使用化学药品处理，也可以减少酶促褐变的发生，例如在苹果中加入质量分数为1%的抗坏血酸能完全防止褐变[5]；在包装前，使用质量分数为2.5%的柠檬酸和质量分数为0.25%的抗坏血酸水溶液处理杨桃，可有效抑制其褐变[14]。一些酚类物质，因为其能与多酚氧化酶活性部位结合，因而也能起到抑制褐变的作用，例如在苹果的鲜切片中，肉桂酸、阿魏酸、没食子酸与抗坏血酸具有相同的抑制效果；4-HR（4-己基间苯二酚）被食品药品监督管理局确定为安全的褐变抑制剂，质量分数为0.005%的用量，即可有效抑制苹果、土豆、芒果等的褐变[5]。在丝瓜上鲜见使用上述化学药品进行抑制褐变处理，在丝瓜的深加工中，可以尝试使用上述化学药品来抑制丝瓜果肉的褐变。

此外，中国台湾的几个学者也对丝瓜褐变的生理机制进行了探讨，其中，苏群棋[15]对包括东光在内的9个丝瓜品种的多酚氧化酶的特性及所含的多酚成分、含量与褐变间的关系进行了研究。张茂鸿[16]研究了3个丝瓜品种的果实多酚氧化酶活性、过氧化物酶活性、总酚类化合物含量变化以及它们与果实褐化的关系。吴佳真[17]比较了4个丝瓜品种果皮及果肉总酚含量与丝瓜褐化速率之间的关系。通过这些研究证明，多酚氧化酶的含量和活性与褐变具有直接关系，充分说明丝瓜的褐变主要是多酚氧化酶引起的酶促褐变。这些研究进行得较早，为充分认识丝瓜褐变的生理机理奠定了基础。随着科技的不断进步，采用高新技术从更深层次揭示褐变机理和采取更有效的抑制褐变技术，使为人们提供高品质的耐褐变丝瓜品种成为可能。

2 耐褐变丝瓜品种的选育

低酚含量的丝瓜品种，其发生褐变的几率降低。有关抗褐变类型丝瓜品种的选育，目前报道较少，北京中农绿亨种子科技有限公司的育种家整合利用国内外野生丝瓜资源，通过远缘杂交获得了白皮丝瓜新品种青首白玉，与不耐褐变的丝瓜相比，其烹调后果肉不变褐色。安徽省农业科学院园艺研究所培育的皖绿1号早丝瓜、福建省福州市蔬菜科学研究所培育的农福丝瓜80等品种，果肉在烹调过程中也不易褐变。花秀凤等[6]通过对普通丝瓜品种资源果肉的褐变度进行测定发现，普通丝瓜品种褐变度变异系数为36.1%，变异范围广，表明普通丝瓜果肉褐变度遗传改良具有很大的潜力；筛选出低褐变度的普通丝瓜品种材料26份；此外还发现，福建栽培的8个普通丝瓜品种的褐变差异较大，其中，农福丝瓜801和金美2号2个品种褐变度低，品质较好，可以大面积栽培。

江苏省农科院蔬菜研究所的王成等[4]以普通丝瓜嫩瓜为试验材料，探讨了影响果肉褐变及褐变程度的相关因素，包括沸水水浴时间、果实不同部位及不同瓜龄，制定出了普通丝瓜果肉褐变等级的分级标准，为丝瓜褐变机理的研究、抗褐变种质资源的筛选和品种的选育奠定了基础。王辉等[18]采用王成等[4]的方法，对117份丝瓜种质资源的果肉褐变特征进行鉴定，结果发现丝瓜果肉耐褐变性状变异系数高达82.32%；极耐褐变材料10份，占8.55%；易褐变材料86份，占总资源的73.50%，这说明普通丝瓜极耐褐变资源稀少，生产中大部分普通丝瓜较不耐褐变。试验中还发现，以耐褐变材料作为亲本尤其是作为母本时，较容易筛选出褐变指数较低的后代。江苏省农科院蔬菜所经过一系列的丝瓜耐褐变试验和品种筛选，培育出了果肉不易褐变的丝瓜新品种苏丝4号，该品种适宜在江苏、浙江、安徽、湖南、四川等长江中下游及其以南地区种植[19]。

随着基因工程技术的不断发展和进步，其在马铃薯抗褐变品种的改良上表现出很好的效果。Bachem等[20]将一段约2.0 kb的cDNA片段通过农杆菌介导转化，反向插入到马铃薯的染色体组内，通过合适的启动子表达出反义的RNA，结果块茎中多酚氧化酶活性被抑制，块茎中的酚类物质氧化受阻，不易发生褐变。POT32基因是与马铃薯块茎褐化密切相关的多酚氧化酶基因[21]，构建反义POT32基因植物表达载体并进行马铃薯遗传转化，得到的纯合四倍体转基因马铃薯，在褐变时间和褐变指数上明显低于未转基因材料[22]。然而目前，对丝瓜中多酚氧化酶相关基因的转化和表达研究，还未见报道。随着研究的深入，转基因工程的应用不仅可以从基因水平上探讨丝瓜褐变的机理，还可以应用到丝瓜抗褐变品种的培育改良上。

3 耐褐变丝瓜的遗传研究

目前，关于丝瓜的遗传分析，还未见报道。江苏省农业科学院蔬菜研究所的王辉等[23]采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法，对耐褐变丝瓜与易褐变丝瓜亲本构建的P1、P2、F1、B1、B2和F2 6个世代群体的果肉褐变特性进行分析，结果表明，普通丝瓜果肉耐褐变遗传符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模型（E_0）控制。其中B1、B2和F2的主基因遗传率分别为50.00%、50.00%和62.27%，多基因遗传率分别为40.07%、 42.04%和31.63%，环境方差占总表型方差的6.10%～9.93%[23]。上述结果表明，在丝瓜耐褐变育种中，应在充分利用主基因的基础上，兼顾多基因的累积，在早期世代即进行丝瓜耐褐变的选择。今后有必要加强对丝瓜耐褐变标记的开发和抗性基因的QTL定位研究，进行标记辅助育种，提高育种效率，加快耐褐变丝瓜品种的选育。

4 研究前景

丝瓜以食嫩果为主，是最主要的瓜类蔬菜之一，其果肉细腻柔滑，味道鲜美，具有清热化痰、凉血解毒之功效，具有较高的食用、药用价值[14]。但是，目前栽培的绝大部分普通丝瓜品种在运输、加工过程中，其果皮、果肉及汤汁易出现褐变现象，在一定程度上降低了其食用价值和应用价值，进而影响了丝瓜产品的商品价值[2，3，12]。

果蔬褐变是多种因素作用的复杂过程，目前对果蔬褐变的机理已经有了深入的研究，有关抑制褐变的方法，不论是物理、化学、生物技术层面的，也都有了较多方面的进展，找到了多种抑制褐变的方法。丝瓜耐褐变的研究工作，多集中在生理机制、品种筛选及品种选育层面，但研究得不够深入和透彻，此外，有关丝瓜果肉耐褐变的分子遗传机制及基因工程方面的研究还未见报道，这极大地影响了果肉耐褐变丝瓜品种的选育工作。为加快选育进程，培育优良耐褐变品系，应根据其遗传特点，有的放矢采取有效的育种措施，才能快速、高效地达到育种目标。

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