西瓜种质资源番茄红素含量评价

袁平丽， 李 智， 赵胜杰， 路绪强， 何 楠， 尚建立， 刘文革

(中国农业科学院郑州果树研究所，河南郑州 450009)

西瓜(Citrulluslanatus)是世界范围的主要水果之一，而中国是西瓜生产与消费第一大国[1]。西瓜果实中富含番茄红素、瓜氨酸、维生素C等多种重要的功能性成分，其中，番茄红素具有抗氧化、抗癌、预防心血管疾病等功效[2-4]。西瓜中的番茄红素比番茄中的番茄红素更容易被人体吸收，鲜食即可被人体直接吸收而起到保健作用，其有效性比番茄高40%[5-6]，因此，高番茄红素西瓜育种一直是西瓜品质育种的重要目标之一[7-9]。Perkins-Veazie等研究表明，红瓤西瓜品种中的番茄红素含量为33～100 mg/kg，由品种自身特性和环境共同作用而引起差异[3，10]。万学闪等认为，红瓤西瓜果实番茄红素在果实发育过程中的积累呈“S”形曲线变化，幼果期番茄红素含量相对较低，着色期急剧增加，完熟期达到峰值[11]。袁平丽等用高效液相色谱法(HPLC)和分光光度法测定比较西瓜番茄红素的含量，结果显示，分光光度法测得的平均番茄红素含量是HPLC法的1.45倍，2种方法结果基本一致，可比较不同品种间番茄红素的含量[12]。Gomes等研究认为，西瓜汁加工成粉末时，其番茄红素含量、抗氧化能力分别提高216%、192%，且西瓜粉保存番茄红素含量和抗氧化性能相对更稳定[13]。豆峻岭等分析红瓤、黄瓤无籽西瓜果实在不同发育时期番茄红素的积累差异及合成关键酶基因PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYb表达差异后认为，授粉后25 d可能是西瓜番茄红素积累的关键时期，番茄红素合成途径上游PSY基因和控制分解LCYb基因在番茄红素合成中可能起到较为重要的作用，其中LCYb基因对西瓜瓤色起关键作用[14]。Bang等在LCYB启动子附近的多态性区域两侧设计引物，开发出区分红瓤、黄瓤西瓜LCYB等位基因的PCR新标记Clcyb600，这一标记与SNP或CAPS标记相比，更容易区分LCYB等位基因[15]。Woomoon等通过微板法用紫外测定西瓜果实中的番茄红素含量认为，微板法能快速简单筛选高番茄红素含量西瓜资源，结果可靠，比高效薄层色谱法更精准，并测定出96份西瓜材料的番茄红素含量范围为3.2～98.3 mg/kg，共筛选出15份高番茄红素含量的品种[16]。Liu等通过F2群体构建关于西瓜番茄红素含量和其他果实性状的遗传图谱，包含16个连锁群，总长2 039.5 cM，有37个SSR标记，107个CAPSs标记，为鉴定和克隆番茄红素相关基因提供参考，为培育高番茄红素含量西瓜品种提供有用标记[17]。

目前，对西瓜番茄红素的合成积累原理已做了较多研究，但西瓜种质资源繁多，各品种间差异较大，有关西瓜资源中番茄红素含量的评价研究相对较少。本试验以221份西瓜品种(系)为材料，通过分光光度计法测定其番茄红素含量，分析比较不同品种(系)西瓜果实中番茄红素含量的差异，以期筛选出高番茄红素含量的品种，为西瓜育种亲本的选配提供帮助，为西瓜番茄红素的遗传研究奠定良好的基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

221份二倍体西瓜种质，由中国农业科学院郑州果树研究所国家西瓜甜瓜种质资源中期库和多倍体西瓜课题组提供，其中1份为野生西瓜，2份为黏籽西瓜，4份为籽瓜，48份为地方品种，107份为选育品种，59份为国外引进品种；163份为红瓤品种，38份为粉瓤品种，16份为黄瓤或橘黄瓤品种，4份为白瓤品种(表1)。2015年3月中旬，将西瓜种子播种于新乡试验基地大棚内育苗，移栽时采用裂区设计，行距为 1.5 m，株距为0.8 m；覆盖地膜，单蔓整枝，第2雌花留单瓜，田间栽培管理一致；5月中旬开始授粉，雌、雄花开花前1 d下午套帽，开花当天自交授粉，挂牌标注授粉日期；7月初采收，取同一天授粉、大小均匀的果实，每个品种采3个瓜；取果实中心果肉，去籽匀浆；液氮速冻，置于-80 ℃冰箱保存，待测[11-12]。

表1221份西瓜种质资源的特征特性

续表1

编号品种名称品种类型瓤色编号品种名称品种类型瓤色M54ZXG00005L粉色M158ZXG01478V红色M55ZXG00009L红色M160PI278013V红色M56ZXG00010L红色M162ZXG00214T红色M57ZXG00011L红色M163CharlestongrayT粉色M58ZXG00012L粉色M165SugarleeT粉色M60ZXG00055L红色M168ZXG00398T粉色M63ZXG00123L红色M169CalhounGrayT红色M65ZXG00128L红色M170AllSweetT红色M66ZXG00145L红色M171ZXG00492T红色M67ZXG00146L红色M174BlackdiaondT粉色M71ZXG00160L粉色M176MpamophbiuT粉色M72ZXG00210L粉色M177ZXG00690T红色M73ZXG00234L红色M183PI277985T红色M74ZXG00235L红色M186PI319212T红色M75ZXG00239L橘色M187SmokyleeT红色M77ZXG00250L红色M189CriosonSweetT红色M78ZXG00259L红色M190DixieleeT粉色M80ZXG00286L红色M203PI345546T红色M81ZXG00289L红色M212PI537472T红色M82ZXG00298L粉色M214ZXG00015V粉色M83ZXG00348L红色M215ZXG00144V红色M84ZXG00361L红色M216ZXG00147V红色M85ZXG00363L红色M217ZXG00187V红色M86ZXG00373L粉色M21974-5-1V粉色M88ZXG00410L橘色M220ZXG00243V红色M89ZXG00443L橘色M221ZXG00253V粉色M92ZXG00632L粉色M223ZXG00264V红色M97ZXG00714L红色M226ZXG00350V红色M98ZXG00722L红色M227ZXG00355V红色M99ZXG00738L红色M228ZXG00358V红色M101ZXG01191L红色M229ZXG00421V红色M103ZXG00006T粉色M230ZXG00430V红色M104ZXG00007T红色M231ZXG00441V红色M105ZXG00014T粉色M232ZXG00591V红色M107ZXG00222T粉色M233ZXG00626V红色M109ZXG00378T红色M238ZXG00852(2)V红色M111ZXG00979T红色M239ZXG00882V粉色M112ZXG00981T粉色M240ZXG01084V红色M113ZXG00995T粉色M241ZXG01192V红色M114PI314148T粉色M243ZXG01341V红色M117PI379248T粉色M244LovrinT红色M121ZXG00182S粉色M245ZXG00130T粉色M126ZXG00607S红色M247ZXG00140T红色M127ZXG00665S浅黄色M248ZXG00141T粉色M132ZXG00330L粉色M250ZXG00219T粉色M133ZXG00407L红色M251ZXG00245T红色M134ZXG00436L橘色M252ZXG00265T粉色M135ZXG00476L红色M254MarketmedgetT红色M137ZXG00698L红色M255PI307750T红色M138ZXG00716L黄色M257ZXG00429T粉色M139ZXG00724L橘色M259ZXG00450T红色M143ZXG00342V粉色M261ToatoseedT粉色M144ZXG00359V红色M262ZXG00523T红色M146ZXG00484V粉色M266ZXG00812T红色

续表1

编号品种名称品种类型瓤色编号品种名称品种类型瓤色M147ZXG00559V红色M267PI161375T粉色M148ZXG00627V红色M268ZXG01529T红色M150ZXG00923L红色M269SugarBabyT红色M152ZXG01260V红色M272ZXG00482S红色M153ZXG01286V粉色

注：品种类型中L、V、T、S、W、E分别表示地方品种、选育品种、引进品种、籽瓜、野生品种、黏籽西瓜。表6同。

1.2 番茄红素的测定

1.2.1 番茄红素标准曲线的绘制 将番茄红素标样分别配制成0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 μg/mL的溶液，经分光光度计测定波长502 nm处的吸光度，得到线性方程为y=3.249x+0.011(r2=0.997 3)，则番茄红素含量计算公式为

B=(D×3.249+0.011)×f/m。

式中：B为番茄红素含量，mg/kg；D为波长502 nm处的吸光度；m为样品质量，g；f为稀释倍数。

1.2.2 西瓜种质番茄红素的测定 准确称取匀浆机破壁后的西瓜汁3 g，置于与真空泵相连的砂芯漏斗中抽滤；用 20 mL无水乙醇分3次脱水处理，再用30 mL甲醇分3次洗涤至洗出液无色；换接新的抽滤瓶，西瓜渣用2%二氯甲烷石油醚提取液洗涤至液无色；合并提取液，移入100 mL容量瓶，用少量2%二氯甲烷石油醚提取液洗抽滤瓶3次后倒入容量瓶，用提取液定容至100 mL；在波长502 nm处测定吸光度，根据标准曲线求得西瓜种质中番茄红素的含量。重复3次，取平均值。

1.3 数据统计分析

采用SPSS 22.0软件对试验数据进行统计，采用类平均聚类法对201份红、粉瓤西瓜种质资源进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 201份红、粉瓤色西瓜种质资源番茄红素含量分析

2.1.1 番茄红素含量系统聚类 由表2、图1可见，距离系数D=9时，201份红、粉瓤西瓜种质资源可根据番茄红素含量水平划分为4个类型群，分别为极高型(P4)、高型(P3)、中间型(P2)、普通型(P1)，其番茄红素含量平均值差异极显著(P<0.01)；201份西瓜种质资源中，番茄红素平均含量为 35.23 mg/kg，最高、最低含量分别为91.99、10.03 mg/kg，极差为81.96 mg/kg；类群内番茄红素含量极差为11.50～25.72 mg/kg；普通型类群的番茄红素平均含量为 26.55 mg/kg，极差为25.72 mg/kg，变异系数为24.29%；极高型类群的番茄红素平均含量为84.05 mg/kg，极差为 14.03 mg/kg，变异系数7.44%；普通型类群的变异系数大于其他类群，包含的资源数量相对最多，为126份，占总资源数的62.69%，中间型类群的资源数量为60份，占比为 29.85%；高型、极高型类群的材料数分别为9、6份，占比分别为4.48%、2.99%。表3为番茄红素含量高型和极高型类群的西瓜品种番茄红素含量，这为优质西瓜育种提供了较多的亲本。

表2201份红、粉瓤西瓜种质各类型群主要统计参数及方差分析

注：数据后不同大写字母表示类群间差异极显著(P<0.01)。

2.1.2 不同类型西瓜在4个番茄红素类群中的分布 由表4可见，38份地方品种中，普通型、中间型、高型、极高型类群的种质分别有21、9、5、3份，占比分别为55.26%、23.68%、13.16%、7.89%；103份选育品种中，普通型、中间型、高型、极高型类群的种质分别有61、37、3、2份，占比分别为 59.22%、35.92%、2.91%、1.94%；57份国外引进品种中，普通型、中间型、高型、极高型类群的种质分别有41、14、1、1份，占比分别为71.93%、24.56%、1.75%、1.75%；3份籽瓜的番茄红素含量均相对不高，为普通型类群。

2.1.3 不同瓤色西瓜在4个番茄红素类群中的分布 由表5可见，163份红瓤西瓜品种中，高型、极高型类群种质分别为9、6份，占比分别为5.52%、3.68%，38份粉瓤西瓜品种中多为普通类群，有33份种质，占粉瓤品种数的86.84%，无高型、极高型类群种质，这说明番茄红素含量可能与瓤色有关，红瓤色西瓜品种含有较高含量的番茄红素。

2.2 20份黄、白、橘色瓤西瓜番茄红素含量分析

由表6可见，20份黄、白、橘色瓤西瓜品种的番茄红素含量相对极少，其含量范围为0～6.32 mg/kg，平均含量为 1.79 mg/kg，变异系数为95.80%；白瓤西瓜通常不含有番茄红素，而本试验测得白瓤西瓜番茄红素含量相对极少，平均含量为0.57 mg/kg，这可能是由分光光度计测定误差引起的；黄、橘色瓤的西瓜番茄红素含量相对较少，平均含量为 2.10 mg/kg，其测定结果可能受到其他类胡萝卜素的干扰；20份西瓜种质资源中，4份选育品种、2份国外引进品种的西瓜瓤色为黄色或橘黄色，番茄红素含量相对稍高，其中，M6为野生西瓜，瓤色淡黄色，番茄红素含量为1.44 mg/kg，M38、M44为白瓤黏籽瓜，番茄红素含量分别为0.36、0.88 mg/kg，M127为籽瓜， 瓤色淡黄色， 番茄红素含量为0.51 mg/kg；10份地方品种中，黄瓤、白瓤、橘色瓤都有，番茄红素含量分布相对较为均匀。

表3试材中高番茄红素含量西瓜品种概况

表4201份红、粉瓤西瓜不同类型在4个番茄红素类群中的分布

表5201份不同瓤色西瓜在4个番茄红素类群中的分布

3 结论与讨论

鲜食西瓜中的番茄红素是一种天然类胡萝卜素，可以直接被人体吸收，具有猝灭活性氧、消除人体自由基、保护心血管等功能[18-20]。本试验结果显示，201份红、粉瓤西瓜材料的番茄红素含量为10.03～91.99 mg/kg，平均含量为 35.23 mg/kg，与Perkins-Veazie等的研究结论[10]较为一致；20份黄、白、橘色瓤的西瓜番茄红素含量相对极少，其含量范围为0～6.32 mg/kg，平均含量为1.79 mg/kg，说明西瓜果实中番茄红素含量与西瓜瓤色可能相关，瓤色差异可能是引起西瓜品种番茄红素含量不同的主要原因，与高美玲等研究结果[21]吻合。对红、粉瓤西瓜根据番茄红素含量系统聚类结果表明，大多数西瓜资源的番茄红素含量处于普通类群、中间型类群，高型、极高型仅占所测品种数量的7.46%，且都为红瓤色品种；38份地方品种中，高型、极高型品种数量为8份，占比为21.05%，103份选育品种中，高型、极高型品种数量为5份，占比为4.85%，57份国外引进品种中，高型、极高型品种数量为2份，占比为3.51%。

在西瓜育种最初阶段，人们往往通过生产比较，筛选出适合当地的西瓜多为大果型、糖度稍低、色彩艳丽的品种，而番茄红素含量与瓤色有关，因此，地方品种中高番茄红素含量的西瓜品种比例相对较高；西瓜选育品种是育种工作者通过杂交、自交等手段，以丰产、优质、少籽、耐贮运、口感好、抗病虫害及抗逆等为目标而培育的品种[22-23]，选育时有一定偏好，富含番茄红素并非其主要的育种目标，有些品种可能富含瓜氨酸、谷胱甘肽、维生素C等功能性成分，因此，选育品种的番茄红素含量并不明显高于地方品种。国外引进品种往往具有一种或多种优异或特异性状， 其番茄红素含量情况类似选育品种。在长期育种工作中，我国已收集了大量的西瓜种质资源，加强对这些资源深度和广度评价，可丰富西瓜育种的基础材料，为西瓜育种提供优良种质。刘文革等通过测定多倍体、二倍体西瓜果实中的番茄红素等功能性成分含量差异，成功选育出多个高番茄红素、高瓜氨酸含量的西瓜新品种[8，24-25]，这些功能性成分有益人体健康，可满足不同消费者的需求。本试验选出6份极高番茄红素含量和9份高番茄红素含量的西瓜品种，可通过选配亲本，培育更高含量番茄红素的优良西瓜品种。

表6黄白瓤西瓜番茄红素含量特征

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