辣椒野生型与果色突变体果实不同发育阶段色泽比较与品质分析

李丽缘，吴丽丽，黄湖荣，蒋清清，徐 欢，杨博智，周书栋

（1.湖南农业大学园艺学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 长沙 410125）

辣椒（CapsicumannuumL.）是继马铃薯、番茄之后的全球第三大蔬菜作物。据联合国粮食及农业组织最新统计，2020年全球辣椒种植面积为3 104.99万 亩，产量为3 613.70万 t。辣椒是我国重要的蔬菜作物，种植面积和产值均居蔬菜之首，在保证我国蔬菜周年均衡供应中发挥着重要作用[1]。随着人们生活水平的提高，高品质已成为辣椒重要的育种目标。果实品质包括外观品质和内在品质，色泽是评价辣椒果实外观品质的重要依据，而质地、风味和营养成分则是影响辣椒果实内在品质的主要因素。

辣椒果色主要由叶绿素（chlorophyll，Chl）、花青素苷和类胡萝卜素（carotenoid，Car）的种类和含量决定。Chl在果实未成熟阶段含量丰富，赋予果实绿色，而花青素苷和Car则在成熟果实中积累，使果实呈现红橙黄紫等绚丽色彩[2]。红色果实与黄色、橙色果实之间Car种类及各组分相对含量存在差异。红色辣椒中，Car以辣椒红素、辣椒玉红素为主，二者约占总Car含量的46%[3]，而黄色和橙色果实中辣椒红素和辣椒色素含量很少甚至接近0，以紫黄素、玉米黄素、叶黄质、β-胡萝卜素和新黄质为主[4-5]。辣椒鲜果色泽评价可采用液相色谱测定色素含量，也可通过色差仪直接测定果表色价指标（L*、a*、b*值），现已证实L*、a*、b*值在一定程度上可预测果实呈色物质的种类和相对含量[6-7]。辣椒果实质地由纤维素、半纤维素和木质素含量决定，风味物质主要取决于其独特成分辣椒素的含量，营养成分主要包括维生素、糖类、蛋白质、脂类等。辣椒果实中VC含量居蔬菜作物之首[8]，糖类以葡萄糖和果糖为主[9]，脂类物质主要存在辣椒种子中。研究表明，辣椒果实发育过程中，纤维素、半纤维素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白质等品质成分与基因型和果实发育阶段密切相关[10-13]。研究不同果色辣椒发育过程中色泽和品质成分变化规律有利于高品质辣椒的选育。

本研究以辣椒自交系6421和其果色突变体E55（采用甲基磺酸乙酯诱变6421种子获得）为实验材料，分析两种不同颜色辣椒果实发育过程中色泽与品质指标的变化规律及各指标之间的关联度，旨在为进一步了解辣椒果色呈色机理和改善辣椒品质提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

辣椒高代自交系6421及果色突变体E55（已连续自交3 代，突变性状能稳定遗传），由湖南省蔬菜研究所提供。

纤维素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量测定试剂盒 北京索莱宝科技有限公司；辣椒素检测试剂盒美国Beacon公司。

1.2 仪器与设备

光栅分光测色差仪 深圳三恩驰公司；多功能酶标仪 奥地利帝肯公司；药材粉碎机 东莞市华太电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 6421和E55果实不同发育阶段色价指标测定

实验于2022年6月至2023年3月在湖南省蔬菜研究所人工气候室和实验室完成。分别播种6421、E55种子各50 粒至穴盘中，于绿熟期（现蕾后约40 d）、转色期（现蕾后45～55 d）和成熟期（现蕾后约70 d）取样。取样要求果实各发育阶段形状、大小均匀一致，果色相对接近。植株全生育期保持室内温度（24±2）℃/（18±2）℃（光照/黑暗），光照时间为16 h/d，光照强度4 000 lx。

辣椒盛果期时，选择6421、E55不同发育阶段（绿熟期、转色初期、转色中期、转色后期和成熟期）果实，用光栅分光测色差仪测量果实果肩、果中部、靠近果尖部位的L*、a*、b*值，计算彩度值（C*）和色度角（h）。每个果实各部位分别测定3 次，整个果实的色价取该果实9 个测定值的平均值。C*和h计算分别参考式（1）、（2）：

1.3.2 6421和E55果实不同发育阶段Chl和Car含量测定

取6421、E55不同发育阶段果实，称取0.5 g果肉，参考Yang Bozhi等[14]方法，测定果实中Chl a、Chl b、Chl和Car含量，分别参考式（3）～（6）计算：

随着国家对防汛抗旱业务工作要求的逐年深入，服务于国家防汛抗旱事业的天眼系统将不断发展，未来两三年将在天气雷达信息深入应用、气候特征监测信息应用、降水过程定量化描述和降水预报质量评估应用等方面将有进一步发展。

式中：A665nm、A649nm及A470nm分别为提取液在665、649 nm和470 nm波长处的吸光度；V为提取液总体积/mL；m为样品质量/g。

1.3.3 6421和E55果实不同发育阶段品质指标测定

分别取6421、E55不同发育阶段果实，测定新鲜果实果肉中的纤维素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量；同时取新鲜果实，60 ℃烘干至质量恒定，去籽去柄，研磨成粉末过40 目筛，测定辣椒素含量。

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 6421和E55果实不同发育阶段色价比较

由图1可知，6421和E55果实成熟过程中颜色变化不一致，6421果实颜色变化依次为绿色（绿熟期）、绿/浅褐色（转色初期）、褐色（转色中期）、褐/红色（转色后期）、红色（成熟期），而E55果实颜色变化依次为绿色（绿熟期）、绿/黄色（转色初期）、黄色（转色中期）、黄/橙色（转色后期）、橙色（成熟期）。

图1 6421和E55果实不同发育时期的果实Fig.1 Fruits of 6421 and E55 at different developmental stages

分别选取6421、E55各发育阶段果实进行色价测定。由表1可知，随着果实的发育，6421果实L*值先降低后升高，转色中期最低，且转色中期L*值显著低于其他各时期（P＜0.05）；a*值显著上升，成熟期时最高；b*值无显著变化；C*值缓慢上升至转色中期后显著上升，至转色后期再缓慢上升；h值先显著下降（P＜0.05），至转色后期缓慢下降。E55果实L*和b*值先显著上升至转色中期后缓慢降低；a*值先显著上升至转色中期，随后缓慢上升；C*值先显著上升至转色后期，随后缓慢上升；h值先显著下降至转色中期，随后缓慢下降（P＜0.05）。比较6421、E55果实同一时期色价差异，绿熟期时，二者L*、a*、b*、C*和h值不存在显著差异（P＞0.05）；转色初期、中期与后期，E55果实L*、b*、C*值均显著高于6421果实，转色中期E55果实a*值显著高于6421果实，转色后期E55果实h值显著高于6421果实（P＜0.05）；成熟期时，除a*值外，E55果实L*、b*、C*和h值均显著高于6421果实（P＜0.05）。

表1 6421和E55果实不同发育阶段果实L*、a*、b*、C*、h值比较Table 1 Comparison of L*,a*,b*,C* and h values between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.2 6421和E55果实不同发育阶段Chl及Car含量比较

表2 6421和E55果实不同发育阶段Chl a、Chl b、Chl和Car含量比较Table 2 Comparison of Chl a,Chl b,Chl and Car contents between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.3 6421和E55果实不同发育阶段品质成分比较

由表3可知，6421、E55果实由绿熟期至转色初期，纤维素含量显著降低，VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量均呈显著升高的趋势，转色初期至成熟期，纤维素含量继续降低，VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量继续增加，但各相邻时期之间减少或增加的幅度较绿熟期至转色初期要小。比较6421、E55果实同一时期品质指标差异，绿熟期时，6421、E55果实中纤维素、VC、可溶性糖、可溶性蛋白、辣椒素含量差异不显著（P＞0.05）。转色初期、中期、后期及成熟期时，E55果实中纤维素含量、可溶性蛋白含量均显著低于6421果实（P＜0.05），而VC、可溶性糖含量均显著高于6421果实，辣椒素含量在各发育阶段与6421果实无显著差异（P＞0.05）。

表3 6421和E55果实不同发育阶段品质成分比较Table 3 Comparison of quality components between 6421 and E55 fruits at different developmental stages

2.4 6421和E55果实不同发育阶段色素含量与品质指标相关性分析

由表4可知，果实色素含量之间存在相关性，色素与各品质指标也存在相关性。6421果实中Chl含量与Car含量呈极显著负相关（P＜0.01），E55果实中Chl含量与Car含量也呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05）。6421、E55果实中Chl含量均与除纤维素含量之外的各品质指标呈显著或极显著负相关，Car含量与除纤维素含量之外的各品质指标呈显著或极显著正相关。各品质指标中，纤维素含量与其他指标呈显著或极显著负相关，VC、可溶性糖、可溶性蛋白和辣椒素含量两两之间均呈显著或极显著正相关。6421果实各指标中，Chl含量与Car含量相关程度相对最高，相关系数为-0.997。E55果实各指标中，VC含量与辣椒素含量关程度相对最高，相关系数为0.993。

表4 6421和E55果实不同发育阶段色素含量与品质指标相关性Table 4 Correlation between pigment content and quality indexes of 6421 and E55 fruits at different developmental stages

3 讨论

辣椒果色主要与Chl、Car的种类和含量相关，比较果实颜色差异除测量色素含量外，还可通过直接采用色差仪测定果表色度指标判断[15-17]。L*、a*、b*、C*和h值为衡量色价的5 个关键指标[18]，其中L*值为明亮度，代表果实中Car积累引起的色素加深与Chl降解引起的色素降低之间的关系，E55转色期和成熟期果实中Car含量相对最高，Chl含量为0，与其果表L*值最高相符合。a*值代表红绿色度，a*值越大，果表越红，a*值为负数时，则果表偏绿；6421、E55成熟果实分别为红色和橙色，而绿熟果呈绿色，这与6421和E55成熟期果实a*值最高，绿熟期果实a*值为负数相符合。b*值代表黄蓝色度，b*值越大，果实颜色越趋向黄色；E55转色期和成熟期果色分别为黄色和橙色，这时Car含量相对最高，与果实b*值最高相符合。h值范围在0°～180°之间，角度由小到大依次对应紫红、红、橙红、橙、黄、黄绿、绿、蓝绿色；6421果实成熟期果实为红色，h值最低，而6421和E55果实绿熟期为绿色，h值大于100。绿熟期时6421、E55果实Chl、Car含量不存在显著差异，二者对应的5 个色价指标之间也不存在显著差异。而转色期至成熟期，6421、E55果实颜色不一致，对应色价指标之间存在显著差异，说明果实颜色用色价进行评价可靠，而果实颜色差异是Chl和Car含量不同而导致。

果实成熟除涉及到果实的颜色变化外，还与果实品质成分变化密切相关。纤维素作为构成植物细胞壁的骨架物质，对果实内在品质影响较大。果实成熟初期纤维素含量较高，果实质地较硬，随着果实的成熟，纤维素在酶作用下被降解，果实成熟软化。Ling Qihua等[19]检测到番茄成熟期果实中纤维素含量显著低于转色期纤维素含量，进一步研究发现调控纤维素降解的slSP1-KD转录因子表达量在番茄果实成熟期最高，而在转色期较低。刘周斌等[12]的研究发现不同辣椒品种果实成熟过程中纤维素含量均呈逐渐下降的趋势。本研究中6421、E55果实纤维素含量绿熟期时最高，转色期时显著降低，成熟期时含量最低，与前人研究结果相似。

果实成熟过程中，糖、蛋白质等固形物含量迅速增加。艾佳音等[20]的研究发现樱桃果实中进入转色期后葡萄糖和果糖含量迅速增加，至成熟期增速减缓。García-Gómez等[21]研究发现杏果实成熟过程中，可溶性固体含量不断积累，且在成熟期达到相对稳定。Fenn等[22]指出，由于番茄果实成熟受植物激素调节，成熟期糖类营养物质增加，并伴随细胞壁结构改变和果实软化现象出现。果实成熟过程中，VC、辣椒素含量也随之升高。刘周斌等[12]、刘金兵等[23]、伍翔[24]的研究均表明，辣椒果实从绿熟期至成熟期VC和辣椒素含量呈增长趋势，但不同品种增幅不一致。王彦华等[25]的研究表明，番茄果实中VC含量从绿熟期到白熟期显著升高，之后趋于平缓，转色期略有下降，到完熟期达到最高。本实验中6421、E55果实可溶性糖、可溶性蛋白质在绿熟期较低，转色期显著升高，成熟期继续增加，但与转色期差异不显著，这与前人研究结论相似。

色素类物质积累与果实品质指标具有相关性。施林妹等[26]研究发现，樱桃番茄果实在成熟过程中，色素与还原糖、VC含量呈正相关。还原糖可为色素合成提供原料，VC有利于增强色素稳定性。于洋[27]对番茄果实主要色素与糖代谢进行分析，研究结果表明果实在成熟过程中葡萄糖和果糖的积累有利于各部位中Car合成和Chl降解。本研究中，6421、E55果实色素Chl含量均与可溶性糖、VC含量呈负相关，Car含量与可溶性糖、VC含量呈正相关，这与前人结果相似。色素类物质与纤维素、可溶性蛋白及辣椒素含量相关性鲜见报道，本研究结果显示，Car含量与纤维素含量呈负相关，与可溶性蛋白、辣椒素含量呈正相关，而Chl含量与纤维素含量呈正相关，与可溶性蛋白质、辣椒素含量呈负相关。果实各品质指标也存在相关性。如冯营等[28]研究表明辣椒果实中VC含量与辣椒素含量呈正相关。刘周斌等[12]研究表明辣椒果实中纤维素含量与其余品质指标（糖类、蛋白质、辣椒素、VC、VE）呈负相关，且糖类、蛋白质、辣椒素、VC、VE含量之间相互呈正相关。本研究中，6421、E55果实纤维素含量与可溶性糖、可溶性蛋白、VC、辣椒素含量呈负相关，可溶性糖、可溶性蛋白、VC、辣椒素含量之间相互呈正相关，这与前人研究结果也基本一致。

对成熟期的6421、E55果实营养品质进行比较，E55果实中纤维素含量极显著低于6421果实，辣椒素含量差异不显著。纤维素含量的高低影响果实口感[29]，一般而言，高品质的鲜食辣椒纤维素含量低，皮薄肉厚、入口无渣，可推测E55果实较6421果实品质更优，是适合鲜食的高品质辣椒。

4 结论

通过比较野生型6421和果色突变体E55辣椒果实不同发育阶段的色泽变化和果实品质指标，发现二者果实颜色、色价及色素含量在各发育阶段均不同。从绿熟期至成熟期，6421、E55果色分别由绿转褐再转红和由绿转黄再转橙，色价指标a*、C*值增加而h值降低，Chl含量降低而Car含量增加。品质指标同样与果实发育阶段相关，其中VC、可溶性糖、可溶性蛋白质以及辣椒素含量随着果实成熟而增加，而纤维素含量下降。同一发育阶段6421、E55果实色价和品质成分在绿熟期时无显著差异，其他时期除辣椒素含量外其余各指标均存在显著差异。相关性分析表明，6421和E55果实Chl、Car含量均与除纤维素含量之外的各品质指标分别呈显著或极显著负相关或正相关。各品质指标中，纤维素与其他指标呈显著或极显著负相关，而可溶性糖含量、可溶性蛋白和辣椒素两两之间均呈显著或极显著正相关。