色素辣椒果实品质对盐、碱胁迫的差异响应

2021-05-13张海英吉雪花李慧姬张中荣朱冉冉吕慧

石河子大学学报（自然科学版） 2021年2期

张海英，吉雪花，李慧姬，张中荣，朱冉冉，吕慧

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团特色果蔬栽培生理与种质资源利用重点实验室,新疆石河子 832003)

目前，土壤盐碱化已成为世界性的问题,全球盐碱地面积近10亿hm2,我国盐碱地面积约9 914万hm2[1],是世界盐碱地面积最大的国家之一,每年造成的损失难以估计[2],因此，开发和利用盐碱土,对于我国农业的持续优质发展具有重要意义。新疆属于温带大陆性气候，不合理的耕作使土壤盐碱化日益加重,不同地区土壤盐分组成各异,其中北疆土壤主要以NaCl和Na2SO4等中性盐为主,南疆土壤含有较多Na2CO3、NaHCO3等碱性盐,土壤pH较北疆地区偏高。目前，新疆已成为全国最大的制干辣椒生产基地，因此,研究盐碱地对辣椒果实品质的影响对新疆制干辣椒生产的持续发展意义重大。

辣椒果实可用于鲜食、制干、观赏，其中制干辣椒品种以色泽红艳或辣度较高最具市场潜力。制干辣椒不仅可作为调料,其含有的辣椒红素,还可用来作食品添加剂、化妆品等,含有的辣椒碱和辣椒二氢碱等辣椒素类物质有望成为下一代国际抗癌药物和减肥药物的核心成分[3-4]。研究表明,适度干旱能提高果实硬度、降低有机酸含量,促进果实品质形成[5]；碱胁迫使嘎拉苹果果实苹果酸含量显著降低,蔗糖含量显著升高,糖酸比提高[6]；适度的盐处理可以增加番茄、西瓜和草莓等果实的含糖量,提高品质[7-9]；李红彦等[10]研究表明，随着硫酸钠浓度的增大,番茄果实可溶性固形物、可溶性糖、有机酸含量均逐渐升高；黄立华等[11]研究表明,轻度苏打盐胁迫对番茄果实的有机酸含量有抑制作用,却可提高果实的可溶性糖含量和糖酸比；甜瓜果实可溶性糖、固形物和蛋白含量均随海水浓度的增加呈现先上升后下降的变化趋势[12]；盐碱复合胁迫可降低灰枣果实中的有机酸含量并提高糖酸比[13]。

上述研究表明盐、碱会影响果实中糖酸蛋白等含量,致使风味、营养甚至经济效益发生改变，但关于盐碱对辣椒辣度和色泽影响的研究较少，因此，本文研究针对南北疆土壤盐分的组成特点,开展盐分组成对色素辣椒果实品质影响的研究，旨在阐明中性盐和碱性盐与色素辣椒主要品质间的关系,为新疆色素辣椒的优质高效生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

红龙23板椒由新疆天椒种业红安农业有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 材料培养

试验于2018年3月在新疆石河子大学农学院试验站进行,将种子于28 ℃催芽4 d,播种在的穴盘内(草炭+蛭石)=2∶1。待苗长到二叶一心时，每隔1周浇1次10%Hoagland 营养液。

1.2.2 试验处理

当幼苗长到5片真叶时,选取长势一致的辣椒幼苗移植到直径30 cm,高45 cm的花盆中。盆中按(草炭+蛭石)∶园土∶有机质=5∶3∶1拌匀,园土过2 mm筛并杀菌消毒,每盆定植3株。缓苗1周后进行盐碱处理,以浇自来水作对照(pH=7.05)。试验设置中性盐(NaCl，pH=6.99)、碱性盐(Na2CO3∶NaHCO3=1∶9，pH=9.30)、中性盐和碱性盐混合胁迫(NaCl∶Na2CO3∶NaHCO3=9∶1∶9，pH=8.88)，这3种盐的Na+浓度均保持在100 mmol/L。每处理3次重复；每隔10天处理1次,每次每盆浇盐碱溶液400 mL,处理期间15 d浇灌1次50%Hoagland 营养液。

1.2.3 取样

处理后分别于青熟期、转色期、红熟期对植株中部果实取样，每株取果实2或3个,洗净表面,用纱布吸干水分,低温保存。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 常规品质指标的测定

有机酸含量采用酸碱滴定法[14]测定，Vc含量采用2,6-二氯靛酚滴定法[15]测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250比色法[16]测定。

1.3.2 辣椒素含量测定

采用液相色谱法测定辣椒素含量。快速准确称取0.5 g辣椒粉样品于10 mL离心管中,加入5 mL甲醇,在超声中提取50 min,于4 000 r/min离心5 min,将上清液转移至10 mL容量瓶中,再加入4 mL甲醇到滤渣中,超声提取40 min,于4 000 r/min离心5 min,将2次上清液混合,用甲醇定容至10 mL。经0.22 μm的有机滤膜过滤,储存于-20 ℃冰箱中进行色谱分析。

采用高效液相色谱法(LC-2010 A HT,色谱柱:Inertsil ODS-3),色谱条件为流动相 V(甲醇)∶V(水)=80∶20,流速 0.8 mL/min,柱温30.0 ℃,UV检测器波长280 nm,进样量10 μL。

1.3.3 辣椒红素含量测定

采用丙酮浸提比色法[17]。快速准确称取粉碎样品0.3 g,加入3 ml丙酮,在冰上黑暗震荡10 min,混合均匀后3 500 r/min室温离心10 min,抽提液转移至干净的离心管中,剩余残渣再加3 mL丙酮震荡离心,将抽提液合并到第1次,然后残渣再加3 mL丙酮,震荡离心,合并3次抽提液,用0.2 μm滤膜过滤,在460 nm处测定。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2010和Origin 9.0软件对试验数据进行统计分析和图表制作,方差分析通过SPSS17.0软件ANOVA完成,采用邓肯新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 盐、碱胁迫对色素辣椒果实常规品质的影响

结果(表1)显示：青熟期，3种胁迫均能使制干辣椒果实可溶性蛋白、可溶性糖、有机酸及Vc含量下降,其中碱性盐胁迫的果实上述指标下降幅度最大,分别较对照下降19.95%、6.17%、29.69%、80%。转色期，中性盐、碱性盐及混合胁迫下辣椒果实可溶性蛋白含量较对照分别提高40.06%、71.82%、56.35%；碱性盐胁迫和混合胁迫使果实可溶性糖较对照分别升高16.51%、4.25%；3种胁迫下有机酸和Vc含量显著下降,有机酸较对照分别下降12.31%、16.18%、15.17%，Vc较对照分别下降了78.47%、83.21%、86.5%。红熟期,中性盐、碱性盐和混合胁迫下的辣椒果实可溶性蛋白较对照分别升高52.04%、78.58%、65.61%，可溶性糖分别升高了20.26%、40.95%、28.88%；3种胁迫下有机酸较对照分别下降24.09%、29.24%、27.02%，Vc含量分别较对照降低87.27%、87.50%、89.77%。

综上可知：3种胁迫均能提高各发育阶段辣椒果实的糖酸比。

2.2 盐、碱胁迫对色素辣椒果实辣椒素含量的影响

结果(图1、表2)显示：青果期,辣椒果实主要以二氢辣椒碱为主；盐、碱、混合胁迫下青果二氢辣椒碱的含量较对照分别提高26.49%、105.3%、88.74%。转色期,碱性盐、混合胁迫均明显促进了辣椒碱和二氢辣椒碱的合成,而中性盐胁迫主要促进了二氢辣椒碱的上升；中性盐、碱性盐、混合胁迫下辣椒碱分别较对照提高-5.22%、76.31%、75.96%，二氢辣椒碱分别较对照上升23.44%、103.13%、36.46%。红熟期,中性盐、碱性盐、混合盐胁迫下辣椒碱、二氢辣椒碱含量均明显增加,辣椒碱较对照分别上升21.04%、118.77%、42.72%，二氢辣椒碱较对照分别上升15.61%、98.73%、34.18%。

表2 盐、碱胁迫对色素辣椒果实辣椒碱和二氢辣椒碱含量的影响单位：mg/g

A、B—辣椒碱、二氢辣椒碱单标；C—辣椒碱、二氢辣椒碱混标；D—样品；C—辣椒碱(capsaicin)；Dhc—二氢辣椒碱(dhydrocapsaaicin)

综上可知：碱性盐胁迫在不同时期对果实辣椒素的合成促进作用均较大,中性盐胁迫的促进作用较小。

2.3 盐、碱胁迫对色素辣椒果实辣椒红素的影响

处理后各阶段果实色素含量变化(图2)显示：青果期中性盐、碱性盐、混合胁迫使果实辣椒红素含量较对照分别升高28.61%、61.38%、43.67%；转色期除碱性盐胁迫使辣椒红素含量降低外,中性盐和混合胁迫的辣椒红素含量较对照显著升高9.99%、5.46%；红熟期3种胁迫下果实辣椒红素含量分别较对照下降-1.72%、-9.96%、-3.20%。由此可知：果实成熟初期盐、碱胁迫对色素辣椒果实红色素的积累起着促进作用,随着果实的成熟及胁迫时间的延长,辣椒红素的合成受到抑制,逐渐低于对照。

图2 盐、碱胁迫对色素辣椒果实辣椒红素含量的影响

3 讨论

由于作物类种类及耐盐性不同,盐胁迫对作物果实品质的影响也不同[18]。黄立华等[11]研究表明,土壤pH对番茄果实可溶性糖和有机酸有较大的影响：当土壤pH=9.34时番茄果实可溶性糖含量为pH=7.52时的4倍,同时有机酸含量下降为pH=7.52的25%,使糖酸比大大升高。本文研究结果表明除青果期外,pH=6.99中性盐处理的辣椒果实可溶性糖含量低于pH=8.88的混合胁迫,混合胁迫可溶性糖含量低于pH=9.30碱性盐胁迫，3个时期果实有机酸含量呈现中性盐处理>混合胁迫>碱性盐胁迫的趋势，表明不同pH盐胁迫均能提高辣椒果实的糖酸比，其中pH=9.30碱性盐促进作用显著，这与黄立华[11]对番茄的研究、位杰等[13]对灰枣的研究以及陈映彤等[21]对甜瓜的研究结果一致。

关于盐胁迫后植物糖酸变化也有不同研究结果，如贾旭梅等[19]研究表明混合盐碱胁迫可提高垂丝海棠叶片的可溶性糖和有机酸含量；XU A K等[20]研究表明中性盐胁迫对小麦根和茎中有机酸含量影响不大,但碱性盐使小麦根和茎有机酸含量显著升高；李红彦等[10]研究表明Na2SO4胁迫能促进番茄果实有机酸和可溶性糖的积累,并降低果实糖酸比。造成上述研究结果不同的原因主要与盐分的种类、溶液的pH和测定的器官，以及叶片、根、茎等营养器官和果实对盐胁迫的响应有所不同有关。

MIZRAHI Y等[22]研究表明，当混合盐碱浓度大于0.6%时会严重抑制灰枣Vc的积累。本文试验结果表明3种盐胁迫均明显抑制了辣椒果实Vc的积累,这与邵俏赛[23]、张振兴等[24]的研究结果一致。这主要与盐胁迫导致过氧化有关，Vc是清除活性氧的重要组分,由于过氧化加剧,辣椒体内用于清除氧化剂的Vc被大量消耗,从而使体内抗坏血酸含量下降。黄立华等[11]研究表明Vc上升与胁迫的浓度较低有关。胁迫下植物细胞膜渗透势发生改变,为了平衡细胞内外渗透压,植物常会将体内的大分子蛋白分解为小分子蛋白甚至氨基酸降低渗透势[8]。本文试验结果表明,随着辣椒果实成熟度增加,果实中可溶性蛋白呈先降低后升高的趋势,这与位杰等[13]研究结果相似,转色期和红熟期3种胁迫均使蛋白质的分解加速,大量分解成各种氨基酸,尤其是脯氨酸,从而降低了果实中的蛋白质含量。

辣度和辣椒红素是制干辣椒重要的商品性状[25]。王梦等[26]研究发现辣椒碱单体、二氢辣椒碱单体、降二氢辣椒碱单体对超氧阴离子自由基(O2-·)与羟基自由基(·OH)有一定的清除能力，具有明显的抗氧化效果；彭琼等[27]研究发现轻度干旱能使辣椒果实中辣椒碱和二氢辣椒碱含量均明显增加。本文研究发现辣椒青果中不含辣椒碱，其原因一是青椒果实中辣椒素含量低，二是与提取条件有关，如提取时间，流动相比例等[28]；另外，研究表明中性盐、碱性盐及盐碱混合胁迫都能促进辣椒碱和二氢辣椒碱的合成，其中碱性盐对辣度的积累具有更明显的促进作用。当对番茄进行盐胁迫时，植株体内ROS含量会增加，果实中类胡萝卜素的积累也会增加，番茄红素含量有所提高[29]。本文研究结果表明辣椒红素含量随盐碱胁迫而减少，这是由于盐碱胁迫导致植物体内过氧化加剧，而活性氧等可以诱导辣椒红素中的共轭双烯键断裂，发生直接氧化或加成反应，导致辣椒红素含量下降，从而使颜色减退[30]。