辣椒种质资源辣椒素含量与农艺性状的相关性

朱 丽,薛新如,梁宗旭,许琳玉,余国峰,唐 懿,李焕秀,*

(四川农业大学 a. 园艺学院;b.果蔬研究所,四川 成都 611130)

辣椒是茄科辣椒属植物,全世界35个种中,有Capsicumannuum、Capsicumbaccatum、Capsicumchinense、Capsicumfrutescens和Capsicumpubescens共5个种被驯化并在世界各地广泛栽培。生产中最常见的是一年生辣椒(CapsicumannuumL.)。我国辣椒年产量占世界的1/3左右,是世界上最大的辣椒生产国和辣椒出口大国[1]。

辣椒素类物质主要由辣椒素、二氢辣椒素及其衍生物组成(辣椒素和二氢辣椒素含量约占90%),并且特异地在辣椒果实胎座中合成,其含量在不同栽培种、不同品种中有巨大差异[2-3],是评价辣椒品种品质、辣味、辣椒制品品质的重要指标[4]。前人对辣椒种质的主要农艺性状和营养品质进行相关性分析发现,辣椒果实的辣椒素含量与其主要农艺性状呈现显著相关性,与单株果数、始花节位呈正相关,与干物质含量、青果鲜重、果肉厚、果宽呈负相关,在对高辣椒素含量品种选育时,应更注重选择小果型、晚熟、单果重小的品种[5-7]。

本试验测定了54份辣椒材料在3个发育时期的辣椒素含量,测量了24个农艺性状,并对辣椒素含量和农艺性状进行了相关性分析,旨在揭示辣椒果实发育过程中辣椒素含量的变化,以及辣椒素含量与农艺性状之间的关系,以期为高辣度、高辣椒素含量辣椒品种的选育和生产计划提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为四川农业大学蔬菜研究室保存的54份辣椒材料,主要包括已经纯化的自交系材料、部分杂交种材料,以及从其他地方引进的材料,具体信息见表1。辣椒果实大小分级标准如下:灯笼形果实横径,>7 cm为大果(L),5～7 cm为中果(M),<5 cm为小果(S);锥形、羊角形、指形等其他果形果实纵径,>15 cm为大果(L),10～15 cm为中果(M),<10 cm为小果(S)。

表1 供试辣椒材料信息Table 1 Information of pepper materials to be tested

1.2 仪器设备

BSA224S电子天平(精确到0.000 1 g),北京赛多利斯仪器系统有限公司;LQ-A3002电子天平(精确到0.01 g),五鑫衡器有限公司;烘箱;Agilent 1260高效液相色谱仪,美国Agilent Technologies公司;D-37520冷冻离心机,美国Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 指标测定

分别在幼果期(花后10 d左右采收)、绿熟期(达到商品果采收)、红熟期(完全转色为红色或者黄色)采摘新鲜辣椒果实,去梗和籽,55 ℃烘干后,精确称取0.100 0 g,用高效液相色谱法(HPLC)测定辣椒素含量[8]。

用电子天平称量单果重(精度为0.01 g),果实横径、果实纵径用直尺测量(精确到0.01 cm),果肉厚用游标卡尺测量(精度为0.01 mm)。根据《辣椒种质资源描述规范和数据标准》[9],采用目测方法观察记录辣椒的18个表型指标,包括株型、主茎色、叶形、叶色、花冠颜色、花药颜色、花柱颜色、花柱长度、花梗着生状态、果面棱沟、果面光泽、果面特征、果肩形状、果形、心室数、果实切面形状、绿熟期果色、红熟期果色。株高和株幅2个辣椒植株形态指标在门椒达到红熟期时测定。

辣椒素总量[10]和辣度计算方法:

X=(X1+X2)/90%;

(1)

T=(X1+X2)×(16.1×103)+(X1+X2)/90%×10%×(9.3×103)。

(2)

式(1)和(2)中:X表示辣椒素总含量,g·kg-1;X1、X2分别表示辣椒素、二氢辣椒素含量,g·kg-1;T表示辣度;辣椒素总量计算公式中90%表示辣椒素、二氢辣椒素标准样品纯度;辣度计算公式中90%表示辣椒素与二氢辣椒素折算为辣椒素类物质总量的系数。

1.4 辣椒素和二氢辣椒素标准曲线制作

分别精确称取辣椒素、二氢辣椒素标准品0.010 3 g(精确到0.001 g)于10 mL容量瓶中,用98%甲醇定容,配成质量浓度均为1 000 mg·L-1的辣椒素、二氢辣椒素标准储备液。分别吸取辣椒素和二氢辣椒素标准储备液5.0 mL和2.5 mL于10 mL容量瓶中,用98%甲醇定容,配成辣椒素和二氢辣椒素质量浓度分别为500和250 mg·L-1的混合储备液。再将混合储备液梯度稀释成6个工作液,其中辣椒素和二氢辣椒素的质量浓度分别为1.00～200.00 mg·L-1和0.50～100.00 mg·L-1。用高效液相色谱法(HPLC)测定,根据峰面积与标准工作液浓度制作标准曲线。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件统计测定的数据。农艺性状根据《辣椒种质资源描述规范和数据标准》进行标准化处理,用IBM SPSS Statistics 25软件对各性状进行变异系数和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 辣椒素含量

辣椒素含量标准曲线方程为y=5.373 9x+7.005 2,R2=0.996 7;二氢辣椒素含量标准曲线方程为y=10.297x+0.765 9,R2=0.999 7,标准品峰面积与进样量有良好的线性关系(图1)。

图1 辣椒素和二氢辣椒素含量标准曲线Fig.1 Standard curve of capsaicine and dihydrocapsaicin content

辣椒素类物质测定结果如表2所示。辣椒幼果期、绿熟期和红熟期辣椒素总含量变化呈现2种趋势:36份辣椒资源在幼果期总量最低,绿熟期最高,红熟期略微下降;18份辣椒资源的辣椒素总量随果实发育逐渐上升,红熟期最高。54份辣椒材料中辣椒素总含量最高的是CTJ1,在绿熟期和红熟期分别为11.65、6.25 g·kg-1;辣椒素总含量最低的材料是LJ1和CJ3,绿熟期和红熟期辣椒素总量分别为0.10 g·kg-1、0.03 g·kg-1和0.07 g·kg-1、0.01 g·kg-1。除个别材料的辣椒素含量极低外,大部分材料的辣椒素含量均高于二氢辣椒素含量。

表2 供试辣椒材料的辣椒素类物质含量Table 2 Capsaicinoids content of the tested pepper materials g·kg-1

续表2 Continued Table 2

2.2 辣椒素类物质含量分布

幼果期,供试材料辣椒素、二氢辣椒素含量都较低,小于0.5 g·kg-1的材料分别为36份和51份(图2-A);绿熟期的辣椒素主要分布在1.5 g·kg-1以下和3.5 g·kg-1及以上,共有41份(图2-B);红熟期的辣椒素主要分布在0～<2.0 g·kg-1,有41份(图2-C)。两个时期的二氢辣椒素含量均较低,主要集中在0～<2.5 g·kg-1和0～<1.5 g·kg-1,其中小于0.5 g·kg-1的分别有36份(图2-B)和43份(图2-C)。辣椒素和二氢辣椒素含量分布规律基本一致。

在辣椒幼果期,辣椒素总含量较低,集中分布在0～<2.0 g·kg-1,<0.5 g·kg-1的有41份,1.0～<2.0 g·kg-1的有9份,3.0～<4.0 g·kg-1的有4份,绿熟期和红熟期辣椒素总含量分布规律基本一致,辣椒素总含量越高,材料数量越少,其中绿熟期和红熟期分别出现5个和1个总含量大于7.0 g·kg-1的极高辣椒素含量材料(图2-D)。

A,幼果期;B,绿熟期;C,红熟期;D,辣椒素总含量。A, Young fruit stage; B, Green ripening stage; C, Red ripening stage; D, Total capsaicin content.图2 五十四份辣椒材料辣椒素、二氢辣椒素、辣椒素总含量分布Fig.2 Distribution of total contents of capsaicin, dihydrocapsaicin and capsaicin of 54 pepper materials

2.3 辣度等级与分布

54份辣椒材料中,幼果期辣度主要集中在2 500～<30 000,有36份,其中辣度在5 000～<15 000的有17份,占31.5%;绿熟期辣度均在1 000以上,主要集中在5 000～<50 000,共36份,占66.7%;红熟期辣度主要集中在5 000～<100 000,共45份,占83.3%(表3)。总体来看,54份辣椒材料的辣度均较高,果实发育的3个时期辣度主要维持在5级以上,其中绿熟期和红熟期主要集中在6～9级。

表3 五十四份辣椒的辣度Table 3 Spiciness of 54 pepper materials

由表4可以看出,不同大小果实的辣度等级分布不同,大果型和中果型辣椒在3个时期辣度等级主要分布在7级以下;小果型辣椒不同发育阶段辣度等级差异较大,但大多在5级以上,幼果期集中在5～7级,绿熟期集中在6～10级,红熟期集中在6～9级。小果型辣椒辣度等级比大果型高。

表4 不同果实大小辣椒辣度等级分布Table 4 Distribution of spicy grade of pepper with different fruit sizes

2.4 辣椒材料性状的变异

从表5可以看出,辣椒素含量与24个农艺性状的平均变异系数为56.16%。其中,果面棱沟的变异系数最大,达到165.07%;其次为单果重、幼果期辣椒素总量、绿熟期辣椒素总量,变异系数分别为132.69%、118.91%、110.47%。果肩形状、果实横径、红熟期辣椒素的变异系数也均超过90%,花冠色、花柱色、果实切面形状、果实纵径的变异系数均超过50%。果面光泽的变异系数最小,为0,说明供试材料的果面都有光泽。供试辣椒果面棱沟、单果重、辣椒素含量、果肩形状、果实横径、花冠色、花柱色、果实切面形状、果实纵径等性状差异性较大,在育种工作中有较强的选择潜力。

表5 辣椒材料性状的变异Table 5 Variation of pepper material traits

2.5 辣椒材料各性状的相关性分析

表6是辣椒材料各性状的相关性分析结果,可以看出每个性状都至少与2个其他性状显著相关。与果实纵径显著相关的性状最多,达到12个,其中,果实纵径与花柱长度、花梗着状、幼果期辣椒素总含量、绿熟期辣椒素总含量、红熟期辣椒素总含量极显著负相关,与果面棱沟、果面特征、果型、单果重、果实横径极显著正相关。与单果重显著相关的性状有11个。主茎色与叶色、花冠色、花药色、花柱色、绿熟期果色性状显著或极显著正相关。

辣椒果实的辣椒素含量与多个农艺性状显著相关。幼果期辣椒素总含量与花柱长度、花梗着生状态分别呈显著和极显著正相关,与绿熟期果色、单果重、纵径、果肉厚呈显著或极显著负相关。绿熟期辣椒素含量与花梗着生状态、幼果期辣椒素含量极显著正相关,与果肩形状、单果重、果实纵径、果实横径、果肉厚显著或极显著负相关。红熟期辣椒素含量与花梗着生状态、幼果期辣椒素含量、绿熟期辣椒素含量极显著正相关,与果肩形状、红熟期颜色、单果重、果实纵径、果肉厚显著或极显著负相关。由此可见,小果型、果肉薄、单果重小的品种辣椒素含量较高,而果型大、果肉厚、单果重大的品种辣椒素含量较低。选育辣椒素含量高的品种应注意优先选择小果型、薄果肉、单果重小、花梗直立的品种。

3 讨论

54份辣椒材料中,大部分材料的辣椒素含量高于二氢辣椒素含量,与前人的研究结果一致[11-12]。辣椒素总含量随果实发育变化不同,呈现两种趋势,一是随果实发育逐渐增加到最高值,而红熟期略微降低,这一结果在吴奕敏等[13]的研究中也得到了验证,二是随果实发育,辣椒素总含量总体呈上升趋势,到红熟期最高,这与刘周斌等[14-15]的研究结果一致。辣椒素特异地在胎座组织中合成,再转运到辣椒果肉和种子,其相关基因的表达量和辣椒素的合成在一定时期内达到顶峰[16],辣椒素随着果实发育而逐渐积累,辣椒素含量呈现逐渐上升且果实成熟时达到最大值;而辣椒素含量在红熟期降低,前人的推测可能是由于不同品种遗传因素,辣椒果实发育过程中辣椒素被氧化降解成其他次生代谢物质[14],干物质积累过多,在红熟期干辣椒中辣椒素含量占比下降。不同果实大小的辣椒辣度分布不同,小果型辣椒辣度等级比大果型高。

辣椒的多个性状具有多样性,具有丰富的遗传变异,且部分性状之间呈显著相关性,性状间的相关性可为制定辣椒育种目标和选育优良品种提供参考。本研究中各性状的平均变异系数为56.16%,单果重、果肩形状变异系数较大,果面光泽的变异系数最小,说明材料表型具有多样性,在育种工作中有较强的选择潜力;与果形相关的性状之间、与颜色相关的性状之间都存在相关性,且辣椒材料的颜色性状和果形性状间也存在着相关性,上述结果在白健君等[17]、夏碧波等[18]、龚明霞等[19]的研究中也得到了证实。此外,果面棱沟的变异系数最大,达到165.07%,不同时期辣椒素含量变异系数也较大。果实发育的3个时期辣椒素总含量与辣椒果实性状之间有较强联系,与单果重、果实纵径、果实横径、果肉厚呈显著或极显著负相关,这与李晴等[5]、蔡飞龙[6]、张海利[7]的研究结果一致。推测果形大、果肉厚、单果重大的辣椒单位质量中胎座占比小,辣椒素含量低、辣度等级小。辣椒素含量与花梗着生状态呈极显著正相关,这一结果还未在其他研究中得到验证,也可能是供试材料不够丰富。

本研究结果可为高辣度、高辣椒素含量辣椒品种的选育奠定基础,为辣椒生产种植计划提供指导理论。此外,不同材料按照各自果实发育期,及不同部位辣椒素含量、果实其他营养品质、产量与其他农艺性状之间的相关性还有待进一步研究。