不同葫芦科作物中瓜氨酸含量的比较

ALI Aslam　王伟伟　何 楠　路绪强　赵胜杰　朱红菊　刘文革

摘 要： 为了解瓜氨酸在不同葫芦科作物中的含量差异，以9种葫芦科作物为研究对象，分别测定了其果实、老叶、幼叶、根、茎中的瓜氨酸含量。结果表明，比较9种葫芦科作物的所有组织中的瓜氨酸含量，发现西瓜（Citrullus lanatus）果实中的瓜氨酸含量（w，后同）最高，可以达到1.40 g·kg-1，其次是丝瓜（Luffa aegyptiaca）老叶中的瓜氨酸含量，为0.85 g·kg-1，再次是苦瓜（Momordica charantia）老叶中的瓜氨酸含量，为0.66 g·kg-1。比较不同葫芦科作物同一组织间瓜氨酸含量发现，不同作物果实中，西瓜的瓜氨酸含量最高，为1.40 g·kg-1;茎中瓠瓜（Lagenaria siceraria）的瓜氨酸含量最高，为0.39 g·kg-1;根中苦瓜的瓜氨酸含量最高，为0.43 g·kg-1，幼叶中苦瓜的瓜氨酸含量最高，为0.47 g·kg-1，而在老叶中丝瓜的瓜氨酸含量较高，为0.85 g·kg-1。综上所述，葫芦科作物不仅在果实中含有瓜氨酸，其他组织也是潜在的瓜氨酸来源。

关键词： 葫芦科;瓜氨酸;果实;老叶;幼叶;茎;根

中图分类号：S642+S65    文献标志码：A    文章编号：1673-2871（2020）06-006-06

Abstract： To find out the alternative source of citrulline. Citrulline contents were compared in fruits， young leaves， old leaves， roots， and stems of 9 specieses from cucurbits. The result showed that watermelon （Citrullus lanatus） fruits have the highest citrulline content 1.40 g·kg-1 in all tissues of 9 cucurbit crops， followed by old leaves of luffa （Luffa aegyptiaca） 0.85 g·kg-1， old leaves of bitter gourd （Momordica charantia） 0.66 g·kg-1. Watermelon fruit accumulated highest amount of citrulline 1.40 g·kg-1 compared to fruits of other cucurbits crops. Among stems of different crops， calabash gourd （Lagenaria siceraria） was richest in citrulline content 0.39 g·kg-1， while among the roots of different crops， bitter gourd had the maximum amount of citrulline 0.43 g·kg-1. Bitter gourd and smooth luffa had highest concentration of citrulline in young and old leaves， 0.47 g·kg-1 and 0.85 g·kg-1 respectively compared to leaves of other cucurbits. Results suggest that not only the fruits but other plant parts of tested cucurbits can also be the potential source for citrulline.

Key words： Cucurbits; Citrulline; Fruit; Old leaves; Young leaves; Stem; Root

葫芦科是世界上最重要的食用植物科之一，共有126个属，900多个种，世界各地均有分布，在热带和亚热带地区种类较多，在中国分布有33个属，150多个种，其中主要作物有黄瓜（Cucumis sativus）、甜瓜（Cucumis melo）、西瓜（Citrullus lanatus）、苦瓜（Momordica charantia）、丝瓜（Luffa aegyptiaca）、冬瓜（Benincasa hispida）、南瓜（Cucurbit maxima）、西葫芦（Cucurbita pepo）等，在人们的饮食中占有重要地位，部分瓜类含有瓜氨酸、谷胱甘肽、维生素C等营养成分，对人体具有重要的保健功能[1-3]。瓜氨酸最早从西瓜汁中发现，是一种人体内非蛋白质氨基酸，存在的主要形式是L-瓜氨酸[4]。瓜氨酸对羟自由基具有较高的活性，可以清除羟自由基，具有抗氧化功能，能够延缓衰老;又可以促进血液循环，舒张血管，提高机体免疫力，维持胆固醇和血糖水平的正常;另外，瓜氨酸在治疗男性性功能障碍方面具有重要作用[5-11]。瓜氨酸主要存在于甜瓜、南瓜、西瓜等葫蘆科作物果实、日本桦树（Betula mandschurica var. japonica）的木质部、核桃仁及核桃幼苗中[12-15]，其他作物和食品中也含有少量瓜氨酸，如鱼类、黑巧克力、坚果、鹰嘴豆、洋葱、蘑菇、杏仁和发酵食品等[16]。

随着人们健康意识的增强，科研人员越来越注重对瓜氨酸的研究。Fish等[17]以常见的水果和蔬菜为材料进行氨基酸含量分析，发现商品西瓜中的瓜氨酸含量较高。Tedesco等[18]以苦瓜、丝瓜、西葫芦、冬瓜、南瓜、甜瓜、黄瓜和西瓜的果实为研究对象，发现西瓜果实中瓜氨酸含量最高。李蒙蒙等[3]研究发现，不同的品种和生态环境均能显著影响西瓜果实瓜氨酸含量，并且环境对不同品种西瓜瓜氨酸含量的影响程度存在差异;2017年李蒙蒙等[5]又报道了西瓜瓜氨酸含量还与果肉颜色及栽培类型有关，这可能是由于人们对西瓜的驯化造成的。万学闪等[19]对不同品种西瓜果实发育过程中瓜氨酸等功能物质含量的动态变化进行分析，结果发现瓜氨酸含量在接近成熟期达到峰值。2019年李蒙蒙等[20]研究报道了南瓜砧木嫁接的西瓜果实中瓜氨酸含量较自生根西瓜果实中的高，这与瓜氨酸合成途径中相关基因的表达水平有关。目前关于常见的葫芦科作物各组织中的瓜氨酸含量比较的报道较少，笔者通过比较9种葫芦科作物不同组织中的瓜氨酸含量，旨在寻找含量最高、成本最低的瓜氨酸来源，也为今后研究瓜氨酸在不同组织间的转运机制提供一定的基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为9种葫芦科作物，分别为西瓜（Citrullus lanatus）、冬瓜（Benincasa hispida）、黄瓜（Cucumis sativus）、瓠瓜（Lagenaria siceraria）、苦瓜（Momordica charantia）、丝瓜（Luffa aegyptiaca）、甜瓜（Cucumis melo）、南瓜（Cucurbit maxima）和西葫芦（Cucurbita pepo），这些材料均为商品种，详细信息见图1和表1。

1.2 田间试验设计

田间试验在河南省新乡县七里营郑州果树研究所试验基地进行。供试材料于2018年3月中旬播种，1个月之后移栽到温室大棚。试验采用随机区组设计，3次重复，每个重复3株。植株行距为0.60 m，株距为0.50 m，小区面积约40 m2，所有试验材料均为吊蔓栽培，每株材料均保留1个果实;所有试验材料统一进行施肥、灌溉、田间管理和病虫害防治;当植物进入花期时，进行人工授粉，并标记授粉时间;根据不同材料成熟期适时采收。

1.3 试验方法

果实采收取样的同时，对其他组织取样，取样标准参照表1，将取得的样品用锡箔纸包裹，立即放入液氮中冷冻，然后转移到-80 ℃冰箱中备用。

瓜氨酸含量测定采用分光光度法测定[3]：称取新鲜样品3 g，高通量组织研磨仪（鼎昊源科技 TL2020）破壁;加入体积比为9∶1的甲醇和6 mol·L-1盐酸配成的提取液4.50 mL，55 ℃水浴20 min，用1 g活性炭使稀释溶液脱色后过滤;取1 mL滤液，加7 mL蒸馏水稀释;取4 mL稀释液，加入体积比为3∶1的硫酸和磷酸混合液1 mL和30 g·L-1二乙酰一肟0.25 mL，摇匀;避光煮沸30 min，冷却至室温，用紫外分光光度计（LabTech UV8100）测定波长490 nm处的吸光度，根据标准曲线方程计算瓜氨酸含量。

分光光度计法标准曲线[4]（图2）：将瓜氨酸标准样品分别配制成浓度为0.16、0.14、0.12、0.10、0.08、0.06、0.04、0.02、0.015、0.01 mg·mL-1标样溶液，经反应后用紫外分光光度计在490 nm波长处测定吸光值，以吸光值为横坐标，以浓度为纵坐标，绘制标准曲线。

瓜氨酸含量（g·kg-1）= 0.096 6 x + 0.003 2，R2=0.997 6;

其中x=490 nm處吸光值;0.096 6=标准曲线斜率;0.003 2=曲线截距。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2007进行相关数据处理，利用单因素方差分析（One-way ANOVA）和最小显著性差异检验（Least Significant）计算瓜氨酸含量的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 9种葫芦科作物老叶中的瓜氨酸含量

由图3-a可知，9种葫芦科作物老叶中可测得的瓜氨酸含量变化范围为0.14～0.85 g·kg-1，老叶中瓜氨酸含量最高的是丝瓜（0.85 g·kg-1），显著高于其他作物，之后依次为苦瓜（0.66 g·kg-1）、甜瓜（0.46 g·kg-1）、瓠瓜（0.40 g·kg-1）、西瓜（0.29 g·kg-1）和西葫芦（0.21 g·kg-1），在南瓜和黄瓜的老叶中未检测到瓜氨酸。

2.2 9种葫芦科作物中幼叶的瓜氨酸含量

由图3-b可知，9种葫芦科作物幼叶中可测得的瓜氨酸的变化范围为0.06～0.47 g·kg-1。苦瓜幼叶的瓜氨酸含量最高，为0.47 g·kg-1，显著高于其他作物，其次是瓠瓜（0.22 g·kg-1）、黄瓜（0.18 g·kg-1）和西瓜（0.17 g·kg-1）;甜瓜、丝瓜和南瓜幼叶中瓜氨酸含量相近，约为0.12 g·kg-1;冬瓜幼叶中积累的瓜氨酸含量最少，为0.06 g·kg-1;而在西葫芦幼叶中没有检测到瓜氨酸。

2.3 9种葫芦科作物茎中的瓜氨酸含量

由图3-c可知，9种葫芦科作物茎中可测得的瓜氨酸质量分数变化范围为0.11～0.39 g·kg-1。其中瓠瓜茎中的瓜氨酸质量分数最高，为0.39 g·kg-1，显著高于其他作物，之后是冬瓜，为0.30 g·kg-1;丝瓜、苦瓜和甜瓜茎中的瓜氨酸质量分数为0.14～0.15 g·kg-1;西瓜和黄瓜茎中检测到有微量的瓜氨酸，黄瓜茎中瓜氨酸含量最低，为0.11 g·kg-1;而南瓜和西葫芦茎中没有检测到瓜氨酸。

2.4 9种葫芦科作物根中的瓜氨酸含量

由图3-d可知，9种葫芦科作物根中可测得的瓜氨酸质量分数在0.06～0.43 g·kg-1之间。其中，苦瓜根中瓜氨酸质量分数最高，为0.43 g·kg-1，之后依次是丝瓜（0.36 g·kg-1）、黄瓜（0.22 g·kg-1）、瓠瓜（0.17 g·kg-1）、西葫芦（0.15 g·kg-1）和西瓜（0.12 g·kg-1）;甜瓜根中瓜氨酸的质量分数最低，为0.06 g·kg-1;其中，苦瓜和丝瓜根中的瓜氨酸含量显著高于其他作物。虽然，在南瓜老叶和茎中未检测到瓜氨酸，但是在南瓜的根中检测到少量的瓜氨酸。

2.5 9种葫芦科作物中果实的瓜氨酸含量

由图3-e可知，西瓜果实中的瓜氨酸质量分数最高，为1.41 g·kg-1，显著高于其他作物，之后依次是甜瓜（0.34 g·kg-1）、丝瓜（0.20 g·kg-1）、冬瓜（0.20 g·kg-1）、黄瓜（0.16 g·kg-1）、南瓜（0.11 g·kg-1）和西葫芦（0.03 g·kg-1）;在瓠瓜和苦瓜的果实中没有检测到瓜氨酸。

3 讨论与结论

瓜氨酸可参与一系列代谢过程，不仅在医学上有重要的生理功能，在植物中还可参与植物逆境的调节，Kawasaki等[6]研究表明，野生西瓜的耐旱性与水分状态的维持和瓜氨酸积累的代谢变化有关;Akashi等[21]研究表明，在干旱炎热的沙漠里，野生西瓜叶片中累积大量的瓜氨酸来清除体内多余的自由基，抵御逆境的伤害;Takahara等[22]研究表明，在干旱或强光胁迫下，谷氨酸-N-乙酰转移酶可以有效参与野生西瓜叶片中瓜氨酸的生物合成;Dasgan等[23]研究表明，盐胁迫可诱导甜瓜叶片累积较多的瓜氨酸。综上所述，瓜氨酸可以在逆境胁迫条件下，维持植物的生长。

瓜氨酸最早是从西瓜中提取的，后来发现在南瓜、黄瓜和葫芦等蔬菜中也含有瓜氨酸;香瓜和甜瓜等水果中也含有了一定的瓜氨酸;鱼、肉类、鸡蛋、牛奶和豆类食品中也含有大量的瓜氨酸。笔者用9种葫芦科作物的不同组织提取瓜氨酸，结果发现瓠瓜和苦瓜的果实中不含瓜氨酸，但其他部位都含有大量的瓜氨酸;黄瓜和南瓜的老叶中没有瓜氨酸，西葫芦的幼叶中不含瓜氨酸，南瓜和西葫芦的茎中不含瓜氨酸。Fish等[24]研究测定了哈密瓜、黄瓜和西瓜中的瓜氨酸含量，结果发现黄瓜中的瓜氨酸含量最低;Hartman等[25]研究西瓜、甜瓜、苦瓜、南瓜等瓜氨酸含量，结果发现西瓜和甜瓜的瓜氨酸含量较高;本研究结果与前人研究报道的结果基本一致。

瓜氨酸在不同部位的含量差异表明瓜氨酸的产生具有组织特异性，可以满足植株不同部位对氮的需求。有研究报道瓜氨酸是一种具有高氮碳比的生理氨基酸，在生物代谢过程中起到了重要作用[7];万学闪等[26]研究了无籽西瓜果实不同部位瓜氨酸的含量，结果发现不同品种间瓜氨酸的含量差异明显，并且西瓜果实不同部位间瓜氨酸含量也有很大差异，中间部位大于近皮部;笔者对9种葫芦科作物根部的瓜氨酸进行测定，结果发现其根部都含有瓜氨酸，因此推测不同器官中瓜氨酸的含量与葫芦科作物根系吸收营养物质的能力有关，这种吸收能力依赖于整个根系的大小和生长，可以调节瓜氨酸途径的反馈机制，最终影响瓜氨酸含量。

笔者对9种葫芦科作物的不同组织的瓜氨酸含量进行测定，结果发现西瓜果实中的瓜氨酸含量高于其他8种葫芦科作物在果实、叶片、茎和根中瓜氨酸的含量;试验结果表明，西瓜果实、丝瓜老叶和苦瓜老叶是瓜氨酸的潜在来源，为今后瓜氨酸的产业化生产及研究其在不同部位的转运机制提供了一定的基础。

参考文献

[1] 贺士元.漫谈葫芦科植物[J].生物学通报，1987（12）：11-13.

[2] 詹亞华，刘合刚，黄必胜，等.药用植物学[M].北京：中国医药科技出版社，2016（3）：279.

[3] 李蒙蒙，路绪强，赵胜杰，等.不同生态条件下西瓜果实瓜氨酸含量比较研究[J].中国瓜菜，2016，29（10）：16-18.

[4] 程志强，刘文革，邓云，等.西瓜果实中L-瓜氨酸的提取与测定[J].果树学报，2010，27（4）：650-654.

[5] 李蒙蒙，路绪强，赵胜杰，等.西瓜种质资源的瓜氨酸含量分析及评价[J].果树学报，2017，34（4）：482-494.

[6] KAWASAKI S，MIYAKE C，KOHCHI T，et al.Responses of wild watermelon to drought stress：accumulation of an ArgE homologue and citrulline in leaves during water deficits[J].Plant and Cell Physiology，2000，41（7）：864-873.

[7] MAPELLI S，BRAMBILLA I，BERTANI A.Free amino acids in walnut kernels and young seedlings[J].Tree Physiology，2001，21（17）：1299-1302.

[8] NORRIS K A，SCHRIMPF J E，FLYNN J L，et al.Enhancement of macrophage microbicidal activity：supplemental arginine and citrulline augment nitric oxide production in murine peritoneal macrophages and promote intracellular killing of Trypanosoma cruzi[J].Infection and Immunity，1995，63（7）：2793-2796.

[9] OSOWSKA S，DUCHEMANN T，WALRAND S，et al.Citrulline modulates muscle protein metabolism in old malnourished rats[J].American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism，2006，291（3）：582-586.

[10] LASSALA A，BAZER F W，CUDD T A，et al.Intravenous administration of L-citrulline to pregnant ewes is more effective than L-arginine for increasing arginine availability in the fetus[J]. The Journal of Nutrition，2009，139（4）：660-665.

[11] BREUILLARD C，CYNOBER L，MOINARD C，Citrulline and nitrogen homeostasis：an overview[J].Amino Acids，2015，47（4）：685-691.

[12] MAPELLI S，BRAMBILLA I，BELLONI V，et al.Changes of free amino acids in leaf sap of trees subjected to flooding and drought stresses[J].Acta Horticulturae，2001，544：233-238.

[13] INUKAI F，SUYAMA Y，SATO I，et al.Amino acids in plants. I. Isolation of citrulline from cucurbitaceae[J].Meiji Daigaku Nogakubu Kenkyu Hokoku，1966 （20） ：29-33.

[14] 王亚宁.天然L-瓜氨酸的分析及制备研究[D].北京：北京化工大学，2006.

[15] ANETIA M.Time course study of some constituents in sap of Japanese white birch[J].Reproductitive Hokka Institute Public Health，2000，50：41-46.

[16] JOSHI V，FERNIE A R.Citrulline metabolism in plants[J].Amino Acids，2017，49（9）：1543-1559.

[17] FISH W W.A reliable methodology for quantitative extraction of fruit and vegetable physiological amino acids and their subsequent analysis with commonly available HPLC systems[J].Food and Nutrition Sciences，2012，3（6）：863-871.

[18] TEDESCO T，BENFORD S，FOSTER R，et al.Free amino acids in Citrullus vulgaris （watermelon）[J].Pediatrics，1984，73（6）： 879-879.

[19] 万学闪，刘文革，阎志红，等.西瓜果实发育过程中番茄红素、瓜氨酸和VC等功能物质含量的变化[J].中国农业科学，2011，44（13）：2738-2747.

[20] 李蒙蒙，路绪强，赵胜杰，等.嫁接对西瓜果实瓜氨酸含量及合成途径关键酶基因表达的影响[J].果树学报，2019，36（7）：857-865.

[21] AKASHI K，MIYAKE C，YOKOTA A.Citrulline，a novel compatible solute in drought-tolerant wild watermelon leaves，is an efficient hydroxyl radical scavenger[J].Febs Letters，2001，508（3）：438-442.

[22] TAKAHARA K，AKASHI K，YOKOTA A.Purification and characterization of glutamate N‐acetyltransferase involved in citrulline accumulation in wild watermelon[J].The FEBS Journal，2005，272（20）：5353-5364.

[23] DASGAN H Y，KUSVURAN S，ABAK K，et al.The relationship between citrulline accumulation and salt tolerance during the vegetative growth of melon （Cucumis melo L.）[J].Plant Soil and Environment，2009，55（2）：51-57.

[24] FISH W W，BRUTON B D. Quantification of L-citrulline and other physiologic amino acids in watermelon and selected cucurbits[J].Cucurbitaceae Proceeding，2010（10）：152-154.

[25] HARTMAN J，WEHNER T，MA G，et al.Citrulline and arginine content of taxa of cucurbitaceae[J].Horticulturae，2019，5（22）：1-11.

[26] 萬学闪，刘文革，阎志红，等.无籽西瓜果实不同部位瓜氨酸含量的研究[J].中国瓜菜，2010，23（6）：11-14.