紫叶和绿叶水东芥菜遗传规律及其品质差异分析

李海渤 杨桂玲 朱云娜 王素琴 冯慧敏

（韶关学院英东生物与农业学院，韶关市芥菜工程技术研究开发中心，广东韶关 512005）

水东芥菜属于十字花科芸薹属叶用芥菜类卷心芥（var.Yang et Chen）变种，原产于广东省电白县水东镇，是国家地理标志产品，主要特点为小卷心、叶少茎多、爽脆微甜、质嫩无渣、无芥菜苦涩味等，具有提高食欲、清热解毒、抗菌消肿之功效（崔建昌 等，2007）。在叶用芥菜育种目标中，除提高产量、增强抗病性等两大方向外，选育富含维生素、矿物质元素、芥子油苷、保健型次生代谢产物（如花青素等）的高品质芥菜新品种对我国芥菜育种工作具有重要意义（万正杰 等，2018）。

紫色蔬菜，因其富含花青素及酚类物质而备受关注（Chao et al.，2013）。据报道，紫叶成因是花青素在叶片表皮细胞液泡中积累所致，显微观察可看到紫叶大白菜和普通白菜以及紫叶甘蓝型油菜叶片的上表皮、紫叶芥菜叶片上下表皮有一层花青素均匀分布（Mushtaq et al.，2016；李海渤 等，2020）。花青素是一种植物次生代谢产物，具有消炎、抗肿瘤、调节血脂等多种保健功能，并被证实与其他物质（如VC、总酚、类黄酮等）具有协同抗辐射、抗氧化等功能（白海娜，2016）。目前白菜类、甘蓝、青花菜等芸薹属植物均有紫色类型的报道，主要研究方向集中在新品种选育、合成代谢途径、调控基因表达、花青素含量差异以及食品添加剂领域（凌文华 等，2014）。紫叶芥菜的相关报道较少，研究主要集中在遗传分析、基因定位及光合作用等方面（李海渤 等，2020；Heng et al.，2020）。

为丰富芥菜品种类型，韶关学院英东生物与农业学院蔬菜新品种选育项目组以紫叶野芥为非轮回亲本，以绿叶水东芥菜为轮回亲本，经多代回交及自交，建立了紫叶-绿叶水东芥菜近等基因系，对紫叶水东芥菜的遗传规律进行分析；并测定了紫叶、绿叶水东芥菜群体的株高、单株鲜质量、色差、叶绿素、类胡萝卜素、花青素、总酚、类黄酮、可溶性糖、VC、可溶性固形物、蛋白质、粗纤维等指标，旨在分析相似遗传背景条件下紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜的生长指标、色素含量、品质指标差异，为紫叶水东芥菜新品种选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

轮回亲本：绿叶水东芥菜，品种名大甘，茂名市正菜农产品有限公司的自留种。株型半直立，叶片合抱，株高38 cm，开展度40～50 cm；外叶长38 cm、宽27 cm，中肋宽4 cm，叶柄长5.5 cm、宽1.4 cm，叶缘浅锯齿，浅裂刻，绿色；叶柄肥厚，绿色，脆嫩，有辣味；抽薹晚，营养生长期中等，单株质量150～250 g。

非轮回亲本：紫叶野芥，发现于华中农业大学傅廷栋院士试验田，经4 代轮回选择获得高花青素含量、遗传稳定的品系。株高20～30 cm，开展度40～50 cm，叶片长20～30 cm、宽7～15 cm，叶柄宽1～3 cm，叶片倒卵形、裂叶、叶缘齿状，叶面中等皱缩，花青素含量极高，叶面、叶脉及中肋均呈紫色，有光泽，叶脉明显，株型匍匐，单株质量100～200 g，口感粗糙，味苦涩。

2016 年9 月开始，于韶关市芥菜工程技术研究开发中心，以大甘和紫叶野芥为亲本构建正反交F群体、F群体及BC回交群体。近等基因系群体构建过程如下：以大甘为母本，以紫叶野芥为父本，杂交得到（大甘×紫叶野芥）F；F与大甘回 交，得到〔（大甘×紫叶野芥）×大甘〕BC；取回交群体中的紫叶单株与大甘回交4 代后自交，得到〔（大甘×紫叶野芥）×大甘〕BCF群体；取BCF群体中的紫叶单株，分别进行自交，自交后代不发生紫叶、绿叶性状分离的为纯合群体，其遗传组成为〔（大甘×紫叶野芥）×大甘〕BCFS。从而获得稳定的紫叶水东芥菜品系（编号：20P-109），与轮回亲本大甘（编号：202-4 母）组成近等基因系。

1.2 试验方法

试验在韶关市芥菜工程技术研究开发中心进行。2020 年10 月10 日，分别播种上述正反交F群体、F群体、BC回交群体及20P-109、202-4母群体，并于5 叶期统计反交F群体、F群体、BC回交群体紫叶、绿叶单株数量，同时以卡方检验验证紫叶性状遗传规律。

11 月2 日，将20P-109 及202-4 母群体移栽至温室，统一水肥管理，在移栽前、整地时一次性施入复合肥（N-PO-KO为15-5-25）50 kg·（667 m）。12 月10 日每群体分别选取生长状态良好的植株10 株，观察表型性状；取由外向内数第3片叶，测定农艺性状指标、色差、色素及酚类化合物含量、营养品质指标等。

试验地土壤为重壤土（＜0.01 mm 物理性粘粒含量为59.02%），pH 值6.14，有机质含量20.02 g·kg，全氮含量0.90 g·kg，碱解氮含量106.81 mg·kg，速效磷含量80.13 mg·kg，速效钾含量221.00 mg·kg。

1.3 项目测定

参照李锡香和沈镝（2008）的方法测定株高、开展度、叶长、叶宽、中肋宽、叶柄长、叶柄宽、单株鲜质量等农艺性状指标。

采用色差分析仪CR-400〔柯尼卡美能达（中国）投资有限公司〕测定叶片正面上、下、左、右4 个部位的a、b、L 值，取4 次数据的平均值。a、b 值表示色度组分，取值范围为（-60，60），a 值反映红绿色度（正值偏红、负值偏绿），b 值反映橙蓝色度（正值偏橙、负值偏蓝），a、b 绝对值越大，颜色越深；L 值反映亮度，取值范围为（0，100），0 表示黑色，100 表示白色，L 值越大，亮度越高。通过a、b 值可计算出色调值（色度角）H、色度值C、色泽比h。H 反映红橙绿蓝紫等颜色及这些基本色之间的过渡色〔当a ＞0，b ＞0 时，H= tan（b/a）；当a ＜0，b ＞0 时，H=180+tan（b/a）〕，H=0°表示紫红色（H ＜50°时，H 值越小，红色越深），H=45°表示橙红色，H=90°表示黄色，H=180°表示绿色，H=270°表示蓝色；C=（a+b），表示彩度，反映色素的浓度，C 值越高，色素纯度越高，颜色越鲜艳；h=a/b，表示色度组分a、b 值的占比情况，h 值越小，绿色越深，h 值越大，红色越深（汪琳和应铁进，2000；Suriano et al.，2021）。

采用烘干称重法测定叶片含水量（高俊凤，2012）。

取新鲜叶片，去除叶脉后剪碎，采用UV-2600 型紫外分光光度计测定叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素（刘家尧和刘新，2010）、花青素 （Fuleki ＆ Francis，1968）、总酚、类黄酮（曹建康 等，2007）含量。采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量（曹建康 等，2007）；参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》的方法测定VC 含量，因紫叶芥菜有色素干扰，需加白陶土去除色素干扰；参照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定》的方法测定可溶性固形物含量；参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》的方法测定蛋白质含量；参照GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》的方法测定粗纤维含量。

1.4 数据处理

利用Excel 2010 和SPSS 19.0 软件对试验数据进行分析，并对各指标进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 水东芥菜紫叶性状遗传规律及表型观察

2.1.1 水东芥菜紫叶性状遗传规律 从表1 可以看出，（大甘×紫叶野芥）正反交F均为紫叶，表明紫叶性状为核基因控制的显性性状；〔大甘×紫叶野芥）×大甘〕BC表现性状分离，且紫叶∶绿 叶≈ 1∶1，F群体中紫叶∶绿叶≈ 3∶1，表明控制紫叶、绿叶性状的为1 对等位基因。

表1 水东芥菜紫叶性状的遗传分析

2.1.2 紫叶和绿叶水东芥菜表型及农艺性状比较 202-4 母和20P-109 均为半直立株型，叶片合抱，叶缘浅锯齿、浅裂刻，外部叶片倒卵形，内部叶片小卷心，叶面平滑，叶柄绿色、肥厚、脆嫩、有辣味；抽薹晚，营养生长期中等。两者最显著差异在于20P-109 叶色紫红，而202-4 母叶色翠绿。20P-109 的株高、开展度、叶长、叶宽、中肋宽、叶柄长、叶柄宽与202-4 母差异不显著，但单株鲜质量显著低于202-4 母（图1、表2）。

表2 紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜的农艺性状

图1 紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜的单株及叶片

2.2 紫叶和绿叶水东芥菜叶片色差分析

从表3 可以看出，202-4 母叶片a 值为负数，属于绿色系，而20P-109 叶片a 值为正数，属于红色系；202-4 母叶片b 值显著高于20P-109，二者均为正数，偏橙色；202-4 母叶片L 值显著高于20P-109，颜色较为鲜亮；202-4 母叶片H 值显著高于20P-109，202-4 母为绿色系，20P-109 属于紫红色系；202-4 母叶片C 值显著高于20P-109，说明绿叶的色素纯度高，颜色鲜艳；202-4 母叶片h 值显著低于20P-109，说明202-4 母叶色为绿色，20P-109为红色。

表3 紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜的叶片色差

2.3 紫叶和绿叶水东芥菜叶片色素及酚类化合物含量分析

从表4 可以看出，202-4 母和20P-109 叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b 及类胡萝卜素含量差异均不显著，但202-4 母的叶绿素a/b 显著高于20P-109；而20P-109 叶片的花青素、总酚及类黄酮含量均极显著高于202-4 母，其中20P-109 叶片花青素含量是202-4 母的48 倍。

2.4 紫叶和绿叶水东芥菜叶片营养品质分析

202-4 母和20P-109 叶片的含水量及可溶性糖、VC、可溶性固形物、蛋白质、粗纤维含量测定结果见表5；经ANOVA 单因素方差分析，LSD多重比较（＜0.05），差异均不显著。

表4 紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜叶片色素及酚类化合物含量 （FW）

表5 紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜叶片营养品质分析

2.5 紫叶和绿叶水东芥菜叶片各指标相关性分析

对20P-109 和202-4 母叶片各指标进行相关性分析。结果表明（表6），叶片色差L、b、H、C值两两之间极显著正相关，a 值与h 值极显著正相关；L、b、H、C 值与叶绿素a/b 显著正相关，与a、h 值及花青素、总酚、类黄酮含量极显著负相关；a、h 值与叶绿素a/b 显著负相关，与花青素、总酚、类黄酮含量极显著正相关。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b 含量两两之间显著或极显著正相关，叶绿素a/b 与花青素、总酚、类黄酮含量显著负相关；类胡萝卜素含量与叶绿素a、叶绿素a+b 含量显著正相关。花青素、总酚、类黄酮含量两两之间极显著正相关；可溶性固形物含量与可溶性糖含量极显著正相关，二者与其他指标无显著相关性；VC、蛋白质、粗纤维含量与所有指标间均无显著相 关性。

3 结论与讨论

本试验结果表明，水东芥菜紫叶性状是由1 对基因控制的显性性状，紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜株高、开展度及叶片形态指标差异均不显著，但紫叶水东芥菜单株鲜质量显著低于绿叶水东芥菜，说明经过多代的回交选育，紫叶-绿叶水东芥菜近等基因系材料20P-109 和202-4 母遗传背景高度相似，但紫叶水东芥菜光合作用效率可能低于绿叶水东芥菜（李海渤 等，2020），因而其单株鲜质量低于绿叶水东芥菜，具体原因有待进一步深入研究。

叶片色泽是蔬菜产品重要的外观指标之一，选育不同叶色的蔬菜品种是育种工作者的育种目标之一。通过色差计测定叶片颜色，使其数字化，比肉眼观察更精准、可靠。色差值L、a、b、H、C、h 可在数字水平确定叶片的亮度及红绿程度。本试验选用了色差分析仪，其测量精度比色差计有所提升，测定结果表明紫叶水东芥菜叶片的a、h 值显著高于绿叶水东芥菜，而L、b、H、C 值则均显著低于绿叶水东芥菜，说明紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜叶片在亮度及红绿程度上存在显著差异。同时相关性分析表明，叶片色差值a、h 与叶绿素a/b 显著负相关，与花青素、总酚、类黄酮含量极显著正相关，L、b、H、C 则反之。这与前人对紫叶莴苣的研究结果一致（高琦 等，2016）。紫叶水东芥菜叶片的花青素含量极显著高于绿叶水东芥菜，说明可以通过色差值精确表征叶色红绿程度进而反映出叶绿素a/b 以及花青素、总酚、类黄酮含量的高低程度；a、h 值越高，则叶绿素a/b 越低，而花青素、总酚、类黄酮含量则越高。该结论与前人对紫叶叶用莴苣（生菜）的研究结果一致（郝敬虹 等，2014）。

叶绿素负责叶绿体接收、传递和转化光能，是植物进行光合作用的色素（李海渤 等，2020），通过影响植物光合作用及物质合成速率，进而影响植株生长势和生长量。本试验中，紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜叶片的叶绿素a、叶绿素b 含量差异均不显著；但紫叶水东芥菜的叶绿素a/b 显著低于绿叶水东芥菜，且叶绿素a/b 与花青素含量呈显著负相关，说明紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜的叶绿素a 和叶绿素b 占比明显不同，并且与叶片的颜色密切相关。据报道，叶绿素b 对蓝紫光的吸收能力大于叶绿素a，所以阴生植物叶绿素a+b含量高、叶绿素a/b 低，能很好地利用荫蔽条件下占优势的漫射光（蓝紫光）（刘立侠 等，1990）。所以，紫叶水东芥菜耐弱光能力理论上高于绿叶水东芥菜，该结果与紫叶芥菜的研究结果一致（李海渤 等，2020）。

总酚、类黄酮和花青素均为植物次生代谢产物，对果蔬的色泽、品质和风味形成、成熟衰老过程、组织褐变、抗逆性和抗病性代谢以及贮藏、加工性能等均有重要影响（Dai &Mumper，2010；Sotovaca et al.，2012）。总酚、类黄酮和花青素还具有较高的营养和保健功能，在降血糖、抑制肿 瘤、抗氧化、增强心血管和人体免疫力等方面均具有一定的功效（李先民 等，2020）。研究表明，氧化是机体产生自由基、导致衰老的主要原因，而且自由基与血栓、肿瘤等疾病的发生密切相关，补充抗氧化物质能有效减少机体产生的自由基数量或者加速自由基的清除速度（杨雅涵 等，2020），而花青素消除自由基的能力是VE 的50 倍，是VC 的20 倍（Bakowska et al.，2003）；另据报道，大多数花青素含量较高的紫叶叶用莴苣（生菜）品种抗氧化还原能力较强（郝敬虹 等，2014）。本试验中，紫叶水东芥菜叶片的花青素含量高达5 353.3 mg·kg（FW），是绿叶水东芥菜的48 倍，同时紫叶水东芥菜叶片的总酚、类黄酮含量也极显著高于绿叶水东芥菜，分别是绿叶水东芥菜的4.9、3.6 倍，说明紫叶水东芥菜的营养、保健价值远高于绿叶水东芥菜。另外，相关性分析显示花青素、类黄酮、总酚含量两两极显著正相关，说明随着叶色的加深和花青素的积累，紫叶水东芥菜的总酚、类黄酮含量也相应升高。

可溶性糖、VC、蛋白质含量是衡量蔬菜品质的重要指标，也是蔬菜育种者的重要研究内容。从前人的研究结果来看，可溶性糖、纤维素和蛋白质含量等营养品质指标与蔬菜的叶色并无明显的规律性（刘凯歌 等，2021）。本试验中，紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜叶片的VC、蛋白质、粗纤维、可溶性糖、可溶性固形物含量差异均不显著，说明紫叶水东芥菜的花青素积累并未明显影响其他营养品质指标。

参试紫叶水东芥菜和绿叶水东芥菜为近等基因系，其性状除紫叶、绿叶差异之外，在叶绿素a/b 以及花青素、总酚、类黄酮含量等方面存在显著或极显著差异，其原因可能是花青素在叶片中的积累影响了植物光合色素的相对含量，鉴于花青素及总酚同属于类黄酮代谢路径的分支，因而使得花青素、总酚、类黄酮含量存在极显著正相关关系。

综上所述，水东芥菜的紫叶性状由1 对显性基因控制，紫叶水东芥菜花青素、总酚、类黄酮含量与绿叶水东芥菜差异达极显著水平，而VC、蛋白质、粗纤维、可溶性糖、可溶性固形物含量等营养品质指标与绿叶水东芥菜差异不显著，可作为一种营养保健型蔬菜加以推广应用。