西瓜果实番茄红素含量遗传规律的研究

丁 谦，丁大为，王 波，姚梦佳，魏怀生，张建农

(1.潍坊工程职业学院 花卉学院，山东 青州 262500； 2.甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070)

西瓜因其营养丰富，肥美多汁，成为国际上大面积栽培的水果之一。随着生活水平的不断提高，消费者对西瓜果实的营养成分要求也越来越高，特别是番茄红素，维生素C，瓜氨酸等，其中番茄红素最为重要。西瓜果瓤颜色多为红色、黄色，少数品种呈现白色。而红色果肉与番茄红素含量多寡有直接关系。番茄红素是一种天然的色素，人体本身不可合成，但对人类健康具有重要的调节作用，如抑制癌细胞生长[1]、降低胆固醇[2]和较强的抗氧化作用[3]。

Perkins[4]等研究发现，西瓜红色果肉中含有丰富的且可被直接吸收的番茄红素。因此，深入分析西瓜果实中番茄红素的遗传规律则显得尤为重要。目前对西瓜果实番茄红素遗传规律的研究较少[5]，本实验以籽瓜自交系(白瓤)为母本，西瓜自交系(红瓤)为父本，杂交的F1、F2代及F1代与双亲的回交代为材料，探讨西瓜中番茄红素含量的遗传规律。

1 材料与方法

1.1 材料

P1：籽瓜自交系J-1(白瓤)，P2：西瓜自交系04-12(红瓤)，P1×P2得F1、F1自交得F2，F1×P1得BC1-Y、F1×P2得BC1-YY。将上述材料种植在同一块试验地，田间管理相同，待果实成熟期分别采收不同品系的果实备用。

1.2 方法

1.2.1 番茄红素的提取方法

番茄红素测定采用分光光度法，参照李增光[6]、张连富等[7]的方法并加以改进。由西瓜果实中部取果肉2.0g置于研钵中迅速捣碎研磨成糊状匀浆，与6ml正己烷(含2%二氯甲烷)混匀加入到棕色试剂瓶中，并调节PH值到5.7，然后置于温度35℃，转速110r/min的恒温摇床上密闭避光2h，在室温下静置10min使各相分离,取上层有机相0.2ml，用正己烷(含2%二氯甲烷)稀释至2ml，然后以正己烷(含2%二氯甲烷)作对照，利用紫外分光光度计测其在503 nm处的吸光值，根据番茄红素标准吸收曲线(公式)计算其中番茄红素的含量[8]，并统计分析。

在果实成熟期，在P1、P2、及F1代材料中随机选5个果实测定取平均值，在BC1-Y中随机选择51个，BC1-YY中随机选52个，F2代中随机选107个果实进行测定。

1.2.2 番茄红素标准曲线图的绘制

准确称取真空干燥(45℃ 30min)番茄红素标准样品2.5mg,在5ml棕色容量瓶中用正己烷(含2%二氯甲烷)溶解后并定容，得到母液浓度0.5mg/ml,然后迅速稀释到不同倍数并定容到50ml棕色容量瓶中，在503nm测定吸光值(每种稀释液平行重复3次测吸光值，取平均值作标准曲线)，用以计算番茄红素含量[6]，并以吸光值(y)对番茄红素浓度(x)作图，得到如下番茄红素标准吸收曲线。

图1 番茄红素浓度与吸光度的标准曲线

2 结果与分析

测定结果显示P1果实平均番茄红素含量为0.56 mg/kg.FW，P2为52.23 mg/kg.FW， F1为4.67 mg/kg.FW。BC1-YY、BC1-Y及F2的测定结果见图2-4。图2结果显示，BC1-YY群体番茄红素含量集中在两个区域，即0～10 mg/kg.FW和30～40 mg/kg.FW，其他区域仅有少量分布；图3的结果表明该群体番茄红素含量集中在较低的范围内；而图4结果显示，F2番茄红素含量集中在0～10 mg/kg.FW中，仅在30～60 mg/kg.FW区域内有少量分布。

图2 BC1-YY番茄红素含量分布

图3 BC1-Y番茄红素含量分布

F2w代分离比例结果表明，低番茄红素含量是由两对重叠显性基因控制[13]。本实验F2代大比例的分离不符合一对基因控制的遗传性状，而两对重叠显性基因决定着低番茄红素含量的解释相对符合本实验结果。

图4 F2番茄红素含量分布

比较以上3个图中番茄红素含量分布可以发现，20～30 mg/kg.FW的含量为一中断区域，为了简化分析，我们将番茄红素含量﹤20 mg/kg.FW的划为一组，﹥30 mg/kg.FW的划为另一组，由此得到以下分离数据。

表1 P1、P2、F1、F2、BC1-Y、BC1-YY果实番茄红素含量分离比例

X2测验结果显示除BC1-YY的值大于X20.05外，其余结果与表中分离比例相符。

3 讨论

前人研究发现，不同瓤色西瓜品种间番茄红素含量差异较大。Perkins[9]等对二倍体、三倍体以及杂交后代的番茄红素含量进行测定。结果显示西瓜果肉中番茄红素含量介于35-76 mg/kg.FW之间，其中黄瓤品种的果肉具有较低的番茄红素含量(0-0.5 mg/kg.FW)。Tome[10]等测定了深浅不同的红瓤西瓜果肉中番茄红素含量，研究发现深红色西瓜品种的番茄红素含量高于浅红色品种。最近的研究发现，深红瓤×粉红瓤的组合中，杂种子一代瓤色表现为中间类型，但其F2代中瓤色出现明显分离，红色占主导地位，这表明不同瓤色果肉中番茄红素的含量受基因型的影响[11]。

本试验中白瓤品种的果实番茄红素含量极少，而红瓤品种含量较多，杂交后的F1代果肉仍以白色为主，只是稍变黄一些，番茄红素含量只有少量增加，这与前人研究结果相符；而F1代与白瓤亲本回交的后代基本维持在低含量的水平，F2代和F1代与红瓤亲本回交的后代则出现分离。刘清华[12]对不同瓤色西瓜品种果实的番茄红素含量进行了测定，结果表明：白瓤品种含量多少于1 mg/kg.FW，黄瓤品种在2-8.7 mg/kg.FW之间，粉红品种40-46 mg/kg.FW,红瓤品种44-63 mg/kg.FW。说明：红瓤品种含量大幅高于前两者。即在红瓤品种和白、黄瓤品种中番茄红素含量出现中断数据区域，参照本实验结果3个后代的分离群体认为有主效基因决定着番茄红素含量。

例如，设两对重叠显性基因分别为AA、BB(基因之间无连锁关系)，当西瓜个体的基因型为A-B-时，表现型都是低水平的番茄红素，只有基因型为aabb时，才表现较高水平的番茄红素，但是在BC1-YY的分离……统计中有些偏差。路绪强等[14]研究结果表明，西瓜番茄红素含量的遗传符合“一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因”模型。此外，我们还发现，低范围番茄红素含量和高范围番茄红素含量组内呈现连续性分布，因此，在相应范围内可能还存在数对微效基因对番茄红素含量起着修饰作用，以至于在一定范围内使其呈现数量性状的遗传特征。