文紫椒1号紫色果实各生长发育阶段的色素变化

顾 凡， 李桂琼， 赵鹏宇， 赵昶灵*，张洪玲， 陈杞临， 袁恩平， 张雪廷， 文国松， 徐绍忠

(1.云南农业大学 农学与生物技术学院， 云南 昆明 650201； 2.上海理工大学 环境与建筑学院， 上海 200093；3.文山农业科学院， 云南 文山 663000)

0 引言

【研究意义】不同辣椒(Capsicumannuum)品种的果色存在差异，紫果色辣椒具有独特的保健功效和急待开发的观赏价值。文紫椒1号是云南省文山州大面积种植的紫色性状最明显的丘北辣椒品种之一，其叶片近轴面为紫绿色，茎为淡紫色，叶柄及花瓣顶端的2/3和边缘均为紫色，花瓣具纵向紫色条纹，尤其是果实的紫色最浓。探明文紫椒1号紫色果实在不同发育阶段的色素变化特征，对丘北辣椒新奇果色新品种的选育和生产应用具有重要意义。【前人研究进展】国内外研究表明，辣椒果实在不同发育阶段的果色主要源于其果皮的3类色素，果实的绿色源于叶绿素；紫色源于花色苷，且最主要的花色苷为花翠素3-反式香豆酰芦丁糖苷-5-葡萄糖苷；橙红色则源于类胡萝卜素类，主要为辣椒红素和辣椒玉红素[1-3]。文山州主栽的辣椒品种为果色艳丽多样的丘北辣椒系列，迄今已有370余年的种植史[4]。目前，辣椒已成为文山州的特色经济支柱产业，在全州乃至云南省的经济发展和乡村脱贫致富、乡村振兴方面发挥着举足轻重的作用[5]。文山州大面积种植的文紫椒1号在丘北辣椒紫色品种中极具代表性，在果实发育的过程中其尖端首先呈紫色，并从尖端向中部和基部由绿变紫，在彻底成熟时则完全变为红色，即在整个发育过程中，果色的变化规律为绿紫→淡紫→浓紫→红。【研究切入点】目前，未见丘北辣椒紫色品种紫色果实在各发育阶段果实成色机理的研究报道，故选择具有代表性的文紫椒1号，研究其不同发育阶段的色素变化特征。【拟解决的关键问题】探明文紫椒1号紫色果实不同生长发育阶段叶绿素、花色苷和类胡萝卜素的含量变化及其相关性，为文山州丘北辣椒新奇果色新品种的选育和生产应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 品种 文紫椒1号植株，于2020年7月2日、7月22日和8月28日采自集于位于文山农业科学院辣椒品种繁育基地，繁育基地位于文山州砚山县江那镇狮子山村(104°21′19″E，23°34′47″N，平均海拔 1 528.2 m)。

1.1.2 仪器 UV-6100S型紫外-可见分光光度计，上海元析仪器有限责任公司生产。

1.2 方法

1.2.1 植株预处理 每次采集时，随机选取9株健康植株，加土和水适量、将其假植于塑料桶中，带回实验室按果长及成熟情况分为5个发育阶段：第1发育阶段，果长为0～1.5 cm；第2发育阶段，果长为1.5～3 cm；第3发育阶段，果长为3～4.5 cm；第4发育阶段，果长为4.5～6 cm；第5发育阶段，成熟期红色果实。将果实纵剖为两半，剔取果皮；将果皮加液氮研磨成粉，置-80℃备用。

1.2.2 指标测定

1) 辣椒果实叶绿素及类胡萝卜素含量。参照文献[6]的方法略作修改后测定果实的叶绿素(Chl)含量和类胡萝卜素(Car)含量：取果皮粉1.000 g，加 5 mL 80%丙酮研磨至匀浆，在黑暗中过滤后定容至25 mL，采用紫外-可见分光光度计测定滤液的 A663.0、A646.0和A470.0，并据文献[7]的方法按Lichtenthaler等修正Arnon法的公式计算Chl和Car含量，3次重复。

2) 辣椒果实总花色苷含量(TAC)。TAC以色价度量[8]；取果皮粉0.500 0 g，加含1%浓盐酸(v/v)的甲醇30 mL研磨成匀浆，在黑暗中过滤后定容到50 mL；测定滤液的A539.0和A657.0；参照文献[9-10]的方法计算果实的TAC。

TAC=(A539.0-0.25A657.0)/g FW

式中，A539.0和A657.0分别表示在539.0 nm和657.0 nm处的吸光值，0.25为系数。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 20.0进行双因素相关性分析，采用LSD法和沃勒-邓肯法进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 文紫椒1号紫色果实各生长发育阶段叶绿素的含量

从图1看出，文紫椒1号紫色果实在不同发育阶段叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和叶绿素(a+b)〔Chl(a+b)〕含量的变化。Chl a含量：第4阶段最高，为0.225 mg/g FW，第5阶段最低，仅为第4阶段的15.04%；第1阶段、第2阶段和第3阶段分别为第4阶段的69.38%、79.80%和96.44%；不同发育阶段间差异极显著。Chl b含量：第4阶段最高，为0.072 mg/g FW；第5阶段最低，较第4阶段降低59.67%；第1阶段、第2阶段和第3阶段分别较第4阶段降低17.80%、4.45%和3.89%。第4阶段极显著高于其余各阶段，第5阶段极显著低于其余阶段，第2阶段与第3阶段间差异不显著，但二者均极显著高于第1阶段。Chl(a+b)含量：第4阶段最高，为0.297 mg/g FW，第5阶段最低，较第4阶段降低78.83%；第1阶段、第2阶段和第3阶段分别较第4阶段降低27.51%、16.39%和3.64%。不同发育阶段间差异极显著。

注：不同大小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)，下同。

2.2 文紫椒1号紫色果实不同生长发育阶段类胡萝卜素的含量

从图2看出，文紫椒1号紫色果实生长发育的第1～4阶段类胡萝卜素(Car)含量基本稳定，为0.061～0.088 mg/g FW；第5阶段Car含量最高，为1.892 mg/g FW，分别为第1阶段、第2阶段、第3阶段和第4阶段的31.21倍、30.76倍、25.74倍和21.47倍，第1阶段和第2阶段间差异不显著，二者极显著低于其余阶段，其余阶段间差异极显著。

图2 文紫椒1号紫色果实各生长发育阶段类胡萝卜素的含量

2.3 文紫椒1号紫色果实各生长发育阶段叶绿素及类胡萝卜素的相对含量

从图3看出，文紫椒1号紫色果实不同生长发育阶段的叶绿素a(Chl a)/叶绿素b(Chl b)和叶绿素(a+b)〔Chl(a+b)〕/类胡萝卜素(Car)的变化。Chl a/Chl b：第3阶段最大，为3.137；第1阶段、第2阶段、第4阶段和第5阶段分别为第3阶段的84.15%、83.25%、99.67%和37.20%。表明，从第1阶段至第3阶段，果实由黄绿转变为蓝绿，且蓝绿色在第3阶段达最浓；从第3阶段至第5阶段，果实由蓝绿重新转变为黄绿；但第1阶段至第4阶段的黄绿和蓝绿均被花色苷的紫色掩盖，第5阶段果实的Chl a/Chl b骤降至最低，此时Chl的黄绿被Car的橙红色掩盖。Chl(a+b)/Car：第2阶段最大，为4.000；第5阶段最小，仅为第2阶段的0.83%；第1阶段、第3阶段和第4阶段分别为第2阶段的89.12%、96.43%和84.35%，表明，果实在第2阶段最绿，但绿色肉眼不可见，而第5阶段最红，且红色肉眼可见。

图3 文紫椒1号紫色果实各生长发育阶段叶绿素及类胡萝卜素的相对含量

2.4 文紫椒1号紫色果实不同生长发育阶段总花色苷的含量

从图4看出，文紫椒1号紫色果实在生长发育的第4阶段总花色苷含量(TAC)最高，为2.453 (A539.0-0.25A657.0)/g FW，依次为第4阶段>第3阶段>第5阶段>第2阶段>第1阶段，第4阶段分别较第1阶段、第2阶段、第3阶段和第5阶段提高211.61%、187.95%、84.97%和119.19%；各阶段间差异极显著,表明，第1～4阶段，果实紫色不断加深，至第4阶段时达最紫，第4～5阶段，紫色变淡，被红色取代。

图4 文紫椒1号紫色果实不同发育阶段总花色苷的含量

2.5 文紫椒1号紫色果实叶绿素、类胡萝卜素和总花色苷含量间的相关性

从表1可知，文紫椒1号紫色果实生长发育过程中叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、叶绿素(a+b)〔Chl(a+b)〕和类胡萝卜素(Car)及总花色苷含量(TAC)间相关性的变化。Chl a与Chl b呈极显著正相关；Chl(a+b)与Chl a和Chl b呈极显著正相关；Car与Chl a和Chl(a+b)呈显著负相关，与Chl b呈极显著负相关；TAC与Chl a、Chl b和Chl(a+b)呈正相关，与Car呈负相关，原因是花色苷合成中的成苷反应需要光合产生的糖作为糖基来源，而叶绿素的含量决定光合速率的大小，进而决定糖的合成与积累量[11]。

表1 文紫椒1号紫色果实叶绿素、类胡萝卜素和总花色苷含量间的相关性

3 讨论

果色的多样性和独特性一直是丘北辣椒地方特色的重要内涵之一[11]，也是丘北辣椒进一步产业化发展依托的关键农艺性状之一[12]。以文紫椒1号为代表的丘北辣椒紫色果实具有独特的保健功效和急待开发的观赏价值。一方面，丘北辣椒紫色果中的花色苷具有抗氧化、抗衰老、抗癌和改善心脑血管功能等药理活性[13-14]，与普通的青辣椒和红辣椒相比，其具有的保健功效更易得到消费者选择。另一方面，丘北辣椒紫色果的紫色色相和色度总是随果实的生长发育阶段而变，并与叶片、花瓣和茎的紫色构成清新淡雅、极具观赏价值的紫色系统，可促使丘北辣椒从单纯的蔬菜用作物转变为观赏性经济作物，即可从观赏角度拓展、提升丘北辣椒的经济价值，可为文山州乃至云南省辣椒产业的发展提供新的思路。近年来，培育包括紫色在内的新奇果色的丘北辣椒品种、开发丘北辣椒的保健和观赏价值已成为文山州辣椒从业者竭力追求的目标[15]。研究结果表明，文紫椒1号果实的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量均以生长发育的第4阶段最高，分别为0.225 mg/g FW、0.072 mg/g FW和0.297 mg/g FW，且均极显著高于其余各生长发育阶段；胡萝卜素含量以生长发育的第5阶段最高，为1.892 mg/g FW，极显著高于其余各生长发育阶段；总花色苷含量以生长发育的第4阶段最高，为2.453(A539.0-0.25A657.0)/g FW，极显著高于其余各生长发育阶段。叶绿素a与叶绿素b呈极显著正相关；叶绿素(a+b)与叶绿素a和叶绿素b呈极显著正相关；类胡萝卜素与叶绿素b呈极显著负相关；总花色苷与叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)呈正相关，与类胡萝卜素呈负相关。

4 结论

文紫椒1号果实的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和总花色苷含量均在生长发育的第4阶段最高，胡萝卜素含量在生长发育的第5阶段最高，叶绿素a与叶绿素b呈极显著正相关，叶绿素(a+b)与叶绿素a和叶绿素b呈极显著正相关，类胡萝卜素与叶绿素b呈极显著负相关，总花色苷与叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)呈正相关，与类胡萝卜素呈负相关。文紫椒1号果实生长发育的第1～3阶段，由黄绿转为蓝绿，第4阶段转为紫色，第5阶段转为橙红色。