紫椒和白皮椒花青素及葡萄糖含量的变异规律研究

谢志和，刘雨婷，张祥，李平平，邓明华,2*

（1.云南农业大学 园林园艺学院,云南 昆明 650201；2.云南省通海县经济作物工作站 玉溪市邓明华专家基层科研工作站,云南 玉溪 652700）

辣椒（Capsicum annuumL.）茄科，辣椒属，原产于南美洲、秘鲁、墨西哥等地，为一年生或有限多年生植物［1］。辣椒种类非常丰富，有紫色辣椒、白皮椒、朝天椒、青椒等。紫色辣椒是我国稀有的辣椒种质资源，其品种的特殊性，田间鉴定其耐热性、耐旱性、抗病性、抗逆性等可利用特性极强。在紫辣椒中茎、叶、花、果等器官中富含花青素，均表现为紫色［2］，具有紫色性状的辣椒用途十分广泛，可以利用其紫色性状，标记苗期性状制种，提高杂交育种效率等。

花青素是属于酚类化合物中的类黄酮家族的天然色素，最早发现于花生仁包衣中。广泛存在于植物体中，主要分布于叶片、果实、花朵中，是构成花瓣和果实颜色的色素之一，它因种类结构、pH 等因素不同使果实和花朵呈现五颜六色，一般酸性条件下呈红色，碱性条件下呈蓝色［3］。自然界中游离的花青素极少见，主要以糖苷的形式存在［4］。常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花青素苷［5］，其中糖苷基还可以与一个或几个的香豆酸，阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酰基化的花色苷［6］。花青素作为植物次生代谢产物可以作为渗透调节物质［7］，增加植物抗冷和抗旱能力，作为抗氧化物质，清除自由基能力是维生素E的50倍，是维生素C 的20 倍，花青素可被人体100%吸收［8］。消除因光强或非生物胁迫产生的活性氧（ROS）及其中间体,作为免受光伤害的保护物质，减轻强光下的光合抑制及对叶绿素的光漂白［9］。它能够保护人体免受自由基等有害物质的损伤［10］，增强血管弹性，改善循环系统，增强皮肤光滑度，抑制炎症和过敏［11］。花青素容易被氧化，除化学结构、pH外，贮藏浓度、温度、光照、氧气、酶类、蛋白质、金属离子、紫外线辐射、二氧化硫等都会影响其花青素的合成和稳定性质［12］。植物花青素合成积累受到外界环境因素的影响和自身因素的影响。茶树喜光怕热，光照是影响红紫芽茶花青素含量的重要因素［13］。氮磷钾肥影响马铃薯新品种‘黑美人’产量花青素含量［14］。紫心大白菜花青素合成和积累受外界环境因素的影响［15］。谷子花青素积累与其低温适应性有关［16］。

糖类在植物生长发育系统中发挥重要的作用，葡萄糖［17］是最初发现的调节信号物质之一，控制蛋白和基因的调控,葡萄糖是一种最常见的单糖，其产量大、应用广。葡萄糖作为植物呼吸基质，为作物的各种合成过程和各种生命活动提供了所需能量，是营养中最基本的物质［18］。植物体内葡萄糖含量对整个植物生长发育周期具有重要的作用［19］。一定浓度的葡萄糖有利于水稻根系生长,缺糖在幼苗生长后期显著抑制了根系的生长［20］。葡萄糖作为渗透调节物质,能提高细胞的渗透调节能力,具有维持细胞渗透压平衡和增强植物响应非生物胁迫的能力［21］。

关于紫色辣椒花青素的积累规律报道较少。本研究以云南本地特有紫色辣椒和白皮辣椒资源为材料，对不同栽培条件（大棚、露地）下的辣椒果实、花、叶片不同发育时期中的花青素和葡萄糖含量变异规律进行研究，为云南的紫色辣椒的开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究于2015 年2 月至11 月在云南农业大学园林园艺学院后山基地和实验室里进行。

试验材料种植在园林园艺学院后山蔬菜基地，种植方式参照实验室采用过的深沟窄畦的种植方式，每个小区10 m2，畦面宽1 m，行距50 cm，株距30 cm，每畦种2 行，每穴1 株［22］。

采用随机取样的不同方法，分别对大棚内和露地的紫色辣椒及白皮椒，取不同时间段的叶、果实和花为材料，每次叶片、果实、花都取三个重复，叶片、果实、花各取2 g，保存于-86 ℃，进行花青素和葡萄糖含量的测定。叶片取移栽后10、20、30、40、50 d 的叶片，果实取开花后10、20、30、40、50 d 的果实。

1.2 测定项目与方法

花青素含量测定取样、研磨、离心、提取参照Giusti,M.M.,&Wrolstad,R.E.等［23］方 法。对 照 用0.1 mol/L 的盐酸乙醇溶液，在530、620、650 nm 波长下用分光光度计测定提取液的吸光值。

ODλ=（OD530－OD620）－0.1×（OD650－OD620）

花青素含量（nmol/g）=ODλ/ε×V/m×106

ODλ：花青素在530 nm 波长下的光密度，ε：花青素摩尔消光系数4.62×104，V：提取液总体积（mL），m：取样质量（g），106：结果换算为nmol的倍数。

葡萄糖含量测定参照师改琴等方法［24］。取0.5 g鲜样于研钵中，液氮研磨成粉末，倒入10 mL 刻度离心管内，加4 mL80%的乙醇，置80°C 水浴不断搅拌40 min，离心（5 000 r/min），离心10 min，收集上清液，其残渣加80%酒精重复提取两次，合并上清液。在上清液中加0.5 g 活性炭，80 °C 脱色3 min，离心（5 000 r/min），离心5 min，收集上清液后用水定容至10 mL，即得可溶性糖溶液。取原液5 mL 用水定容至50 mL 待测。

葡萄糖标准曲线的建立，精密量取2 mL 稀释标准液置于具塞试管中，分别加入0.5 mL 蒽酮乙酸乙酯试剂及5 mL 浓硫酸，充分振荡，立即放入沸水浴中准确保温1 min，取出后自然冷却至室温，照紫外光一可见分光光度法620 nm 的波长出测定吸光度。

2 结果与分析

2.1 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒叶片花青素含量比较

根据图1可知，大棚栽培的紫色辣椒叶子随着栽培时间增加，花青素含量前期先升后降，露地栽培的紫色辣椒叶片，其花青素含量前期较高，中期有变化，后期有缓慢上升，且露地栽培叶片的花青素含量明显高于大棚栽培叶子花青素的含量。白皮辣椒大棚栽培的叶片花青素含量，在发育过程中，先上升，保持一段平稳时期后，继续增加，露地栽培的白皮辣椒叶片随着生长时间增加，花青素含量均有不同程度的上升。露地栽培的紫色辣椒叶片花青素含量在各生长发育时期均高于白皮辣椒叶片在露地栽培的含量。露地栽培的紫色辣椒叶片在移栽后初期含量最高。

图1 不同环境条件下紫辣椒和白皮辣椒叶片花青素含量比较Fig.1 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content of leaves in different environmental conditions

2.2 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒果实花青素含量比较

紫色辣椒的果实在不同环境条件下，其花青素含量初期增幅度较小，后期增幅较大。且露地栽培的果实的花青素含量总体上高于大棚栽培的花青素含量，某些时期稍有变化。大棚栽培的白皮辣椒果实在发育过程中花青素含量保持平稳趋势，变化较小，露地栽培的果实花青素的含量先降后升。无论何种栽培方式，紫色辣椒的果实的花青素含量相对较白皮辣椒的含量高。露地栽培的紫色辣椒果实在开花结果后50 d 花青素含量最高，说明紫色辣椒果实随着其成熟度增加，花青素含量增加。结果如图2 所示。

图2 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒果实花青素含量比较Fig.2 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content of fruits in different environmental conditions

2.3 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒叶片葡萄糖含量比较

如图3所示，白皮辣椒的叶片和紫色辣椒的叶片，在大棚栽培下葡萄糖含量都高于露地栽培的葡萄糖含量，大棚栽培下的白皮辣椒和紫色辣椒的葡萄糖含量均呈先上升后下降的趋势。且第20 天时含量最高。露地栽培的白皮辣椒和紫色辣椒的叶片葡萄糖含量大体上下降趋势，稍有变化，但不大。大棚栽培条件下的白皮辣椒和紫色辣椒的叶片葡萄糖含量均高于露地栽培的含量。紫色辣椒在大棚栽培条件下的叶片的葡萄糖含量初期高于白皮辣椒叶片葡萄糖的含量，生长一定时期后，二者的葡萄糖含量变化差异不大。

图3 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒叶片糖含量比较Fig.3 The comparison of purple pepper and white pepper`s Glucose content of leaves in different environmental conditions

2.4 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒果实葡萄糖含量比较

由图4可知，大棚栽培的紫色辣椒的果实的葡萄糖含量明显高于露地栽培果实的葡萄糖含量，大棚栽培紫色辣椒果实葡萄糖含量前期保持先上升，后期有波动，露地栽培的紫色辣椒果实葡萄糖含量前期缓慢下降，后期逐渐上升。大棚栽培的白皮辣椒果实葡萄糖含量总体上呈上升的趋势，露地栽培的白皮辣椒果实葡萄糖含量初期较高，后下降，接着保持上升的趋势。白皮辣椒果实葡萄糖含量无论大棚栽培的还是露地栽培其果实的葡萄糖含量均高于紫色辣椒果实葡萄糖的含量。白皮辣椒果实的葡萄糖含量相对较紫色辣椒的高。大棚栽培的白皮辣椒在开花结果后50 d 其果实葡萄糖含量最高。

图4 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒果实葡萄糖含量比较Fig.4 The comparison of purple pepper and white pepper`s Glucose content of fruits in different environmental conditions

2.5 大棚栽培紫色辣椒叶片与果实花青素与糖含量的比较

由图5可知，大棚栽培的紫色辣椒果实的花青素含量保持较高含量，随着果实的生长发育而不断增加，叶片的花青素含量先上升后缓慢下降，总体上变化不大。紫色辣椒果实的葡萄糖含量呈相对较平稳的变化趋势。紫色辣椒果实和叶片的花青素含量都较葡萄糖含量高。紫色辣椒果实的花青素含量不断增加的同时，其果实的葡萄糖含量也随之缓慢增加。紫色辣椒叶片花青素含量的变化先上升后下降，叶片葡萄糖含量的变化前期上升较慢，后保持平稳的趋势。

图5 大棚栽培紫色辣椒叶片、果实花青素与葡萄糖含量的比较Fig.5 The comparison of purple pepper and white pepper`s Anthocyanin content and Glucose content of leaves and fruits in different environmental conditions

3 讨论

3.1 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒叶片、果实花青素含量比较

前人研究表明增加葡萄、草莓，茄子等光照可增加花青素的合成，苹果通过果园地面覆盖铝箔等增强光照从而增加果皮花青素浓度［25］。同一植物不同品种不同部位的果实中花青素含量因光照强度不同而不同［26］，顶部果实花青素含量最高，其次为树冠外，然后是树冠内部［27］。紫色辣椒和白皮辣椒，分别种植在大棚和露地环境条件下。因其品种不同，受到的环境条件不同，花青素含量存在差异［28］。紫色辣椒，不同部位花青素含量来看，紫色辣椒果实的所含花青素含量明显高于叶片花青素含量，因为果实是辣椒的最有价值的部分，多数营养物质都积累于果实；紫色辣椒无论是果实或叶片花青素含量高于白皮辣椒，可能是由于紫色辣椒的特殊性，所以紫色辣椒花青素含量总体上要比白皮辣椒花青素含量高；从栽培方式来看，露地栽培的花青素含量较大棚栽培的花青素含量高，因露地栽培的紫色辣椒所接受的光照强度相对大棚栽培的大,阳光的照射时间较大棚栽培的长,光质也存在差异。这与前人的光照可以增加花青素合成的结论一致［29］。白皮辣椒，不同部位来看，果实花青素含量高于叶片含量，果实是花青素累积的主要器官；露地栽培的花青素含量相对大棚栽培的高，露地栽培吸收的光照较大棚栽培的多。这与前人研究，温度的高低也会影响花青素的含量，一般低气温可促进花青素合成，高气温则抑制［30］相似。在凉爽的气温条件下，苹果花青素积累迅速，而温暖气温条件下积累则慢［31］一致。植物受到的紫外线照射量不同也会引起其花青素含量的差异，植株接受的紫外线照射时间长，可促进花青素的积累，照射时间短则积累量少［32］。二氧化碳的浓度过高则会抑制花青素的合成。具体的蛋白和基因调控水平，有待进一步研究。

取样时期的差异性。使花青素含量存在的变化，与以上所述存在差异，可能是由于天气、温度、光照、土壤微生物含量、时间差异等导致花青素含量的变化有所波动。本试验研究表明不同环境条件对不同植物花青素含量变化有较大的影响［33］。时间的差异性水平有待进一步研究。

3.2 不同环境条件下紫色辣椒和白皮辣椒叶片、果实葡萄糖含量比较

赵剑波等人研究表明桃果实不同时期葡萄糖和果糖含量差异较大［34］；王艳秋等人表明在果实接近成熟前,葡萄糖含量先增加后降低［35］。葡萄糖含量也因多种因素影响而不同。不考虑栽培环境条件，从品种来看，紫色辣椒的叶片葡萄糖含量较白皮辣椒的含量高，白皮辣椒的果实葡萄糖含量相对紫色辣椒高，紫色辣椒叶片葡萄糖含量高，可能是由于紫色辣椒的特殊性，白色辣椒果实葡萄糖含量高，可能是由于白皮椒的葡萄糖的合成量高。紫色辣椒大棚栽培的叶片和果实葡萄糖含量高于露地栽培，可能是由于大棚栽培的温差小，温度较露地高，提升光合效率，在一个相对适宜的环境下干物质消耗少［36］。大棚栽培的白皮辣椒叶片和果实的葡萄糖含量变化和大棚栽培的紫色辣椒相同，但露地栽培的白皮椒开花结果的初期果实葡萄糖含量明显要高于大棚栽培的，可能是由于露地栽培的白皮椒初期果实自身的生长代谢因素所导致，可能也和成熟度有关［37］。不考虑品种，总体来看大棚栽培的葡萄糖含量较露地栽培的高，这可能和大棚内的环境条件有关。不同组织，叶和果的代谢水平有待进一步研究。

3.3 大棚栽培紫色辣椒叶片与果实花青素与糖含量的比较

刘健晖等人研究表明万寿菊在含有蔗糖或葡萄糖的培养基上培养时,花瓣颜色会加深且花色苷积累量增加,表明蔗糖和葡萄糖有利于万寿菊花色苷的积累［38］。紫色辣椒各部分器官的花青素含量不同［39］，由于果实是营养物质存储器官，体内含有的矿质元素多于叶子的含量，葡萄糖和蛋白质的含量也高于其他部位，而花青素的合成积累受葡萄糖和蛋白质的作用，所以果实的花青素的含量是最高的。大棚栽培的紫色辣椒果实随着生长期变化，成熟度增加，花青素含量增加，其葡萄糖含量也增加。这可能与物质代谢和基因调控有关，二者在基因调控水平上有待加强研究。

整体来看，露地栽培的紫色辣椒的花青素含量相对大棚栽培的高；紫色辣椒的花青素含量高于白皮辣椒；与前人研究的紫色辣椒花青素含量相对较的结果相似［33］。果实的花青素含量较叶片高。露地栽培的葡萄糖含量低于大棚栽培，叶片葡萄糖含量低于果实，紫色辣椒叶片葡萄糖含量高于白皮辣椒，紫色辣椒果实的葡萄糖含量低于白皮辣椒。露天栽培的辣椒光照时间较大棚栽培的长，且露天栽培气温多变，露天栽培辣椒得到的紫外线照射量高于大棚栽培的量，大棚栽培的气温、二氧化碳高于露天栽培气温，所以，紫椒种植在露地栽培条件，其所含花青素含量高于大棚栽培。大棚栽培的白皮辣椒的葡萄糖含量相对露地栽培的高［17］与前人研究一致。可以为生产种植上提高植物花青素和葡萄糖含量提供参考，为二者进一步研究提供理论依据。