紫色与绿色芥菜种质间色素差异及其相关品质评价

冯慧敏 朱云娜 谢 景 周润嫦 李海渤*

（1 韶关学院，广东省粤北食药资源利用与保护重点实验室，韶关市芥菜工程技术研究开发中心，广东韶关 512005；2 仁化县丹霞现代种业研究院，广东韶关 512023）

叶色是蔬菜的重要外观品质指标之一。紫色蔬菜因富含花青素等保健功能物质，备受青睐。花青素是一类水溶性色素（胡可 等，2010），存在于植物表皮细胞的液泡中，呈现橙色、红色至蓝色（Martin & Gerats，1993），属于植物次生代谢产生的类黄酮化合物，广泛存在于27 个科72 个属的开花植物（被子植物）花、果实和种皮等器官中（Sarma et al.，1997；贾赵东 等，2014）。

芥菜〔Brassicajuncea（L.）Czern. et Coss.〕是十字花科芸薹属草本植物，有叶用芥菜、茎用芥菜、根用芥菜等多种类型，叶用芥菜又分为大叶芥、小叶芥、白花芥、花叶芥、长柄芥、凤尾芥、叶瘤芥、卷心芥、结球芥、宽柄芥、分蘖芥等11 个变种，在我国各地广泛种植，特别是在四川盆地以及华中、华东、华南地区普遍种植（刘佩瑛，1996；张德纯，2014；范永红 等，2016）。选育高花青素（anthocyanin，Ant）含量品种是芥菜育种新目标，有助于丰富芥菜品种和餐桌饮食种类。目前关于紫叶芥菜的报道多集中于品种选育（李海渤 等，2021）、栽培技术（冯慧敏 等，2020）、光合作用（李海渤 等，2020）、品质（李海渤 等，2022）、紫色性状基因的克隆分析和遗传转化（刘旭佳，2019）及转录组分析（Heng et al.，2020a）、紫叶基因Bj.Pur定位及候选基因分析（张甜，2017；Zhao et al.，2017；Heng et al.，2020b）等，且试验材料多为单一品种，而涉及多个紫叶芥菜种质品质、颜色及其与绿叶芥菜差异的研究鲜见报道。近年来，韶关学院选育出系列高花青素芥菜新品种（系），如梅菜、水东芥等，了解这些芥菜品种的色差、色素含量及品质情况对芥菜新品种选育、优化及推广具有重要意义。

本试验以11 个紫叶芥菜品种和8 个绿叶芥菜品种为试材，测定、分析紫叶芥菜与绿叶芥菜叶片色差值、色素含量及品质指标的差异，以期为紫叶芥菜品种选育、优化及推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试11 个紫叶芥菜品种、8 个绿叶芥菜品种的来源和遗传信息详见表1。其中，绿叶芥菜品种为网购或者收集的农家种；紫叶芥菜品种中，除紫晶叶用芥菜、紫叶芥菜是网购外，其他均为韶关学院自主选育，紫色性状均来源于同一份种质：高花青素芥菜品系09N-742-p1029-1280-1-B（ZL2018101049560.1）。

表1 供试芥菜品种来源及遗传背景

1.2 田间试验

试验材料种植于韶关市芥菜工程技术研究开发中心试验基地塑料大棚，2020 年10 月10 日育苗，11 月2 日定植，12 月10 日采样；统一水肥管理，一次性施入复合肥（N-P2O5-K2O 为15-5-25）50 kg · （667 m2）-1作基肥，芥菜田间生长状况见图1。

试验地块土壤为重壤土，pH 值6.14，有机质、全氮含量分别为20.02、0.90 g · kg-1，碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为106.81、80.13、221.00 mg · kg-1。

1.3 样品采集、处理及保存

每个品种选取20 株健康单株，分别取第5 片心叶。取其中4 片叶，立即测定色差；取5 片叶，测定鲜质量，然后105 ℃杀青20 min，80 ℃烘干8 h，测定干质量，计算含水量；取9 片叶，测定叶绿素、类胡萝卜素、花青素、总酚、类黄酮、VC含量；取5 片叶，测定可溶性糖含量。上述每个指标测定3 次重复。

1.4 样品测定

1.4.1 色差的测定 采用MinohaCR-400 型色差计（日本柯尼美能达）测定叶片正面上、下、左、右4 个部位的a 值、b 值、L 值，每个品种测定4 片叶，取平均值。L 值反映叶片亮度（0～100），0 表示黑色，100 表示白色，L 值越大，亮度越高；a 值和b值表示色度组分，取值范围均为〔-60，60〕，a 值反映红绿色度，正值偏红，负值偏绿；b 值反映橙蓝色度，正值偏橙，负值偏蓝，a、b 绝对值越大颜色越深（王利群和戴雄泽，2009）。

1.4.2 叶绿素、类胡萝卜素含量的测定 新鲜叶片去除叶脉、剪碎，称取0.1 g（精确到0.000 1）至10 mL 离心管中，加入95%乙醇5 mL，避光浸提24 h 后，取上清液至光径1 cm 石英比色皿中，以95%乙醇为空白，采用UV-2600 型紫外分光光度计在波长665、649、470 nm 下测定吸光度，计算叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量以及叶绿素a/b 值（刘家尧和刘新，2010）。

叶绿素a 浓度（Chla，mg · L-1） = 13.95 × OD665- 6.8 ×OD649

叶绿素b 浓度（Chlb，mg · L-1） = 24.96 × OD649- 7.32 ×OD665

总叶绿素浓度（mg · L-1） = Chla+ Chlb

类胡萝卜素浓度（mg · L-1） = （1 000 × OD470- 2.05 ×Chla- 114.8 × Chlb）/245

某色素含量（mg · g-1） = （C×V）/（1 000 ×M）

式中，OD665、OD649、OD470分别为色素在665、649、470 nm 波长下的吸光度；C为某色素浓度（mg · L-1）；V为浸提液体积（mL）；M为样品鲜质量（g）。

1.4.3 花青素、总酚和类黄酮含量的测定 新鲜叶片去除叶脉、剪碎，称取0.1 g（精确到0.000 1）至10 mL 离心管中，加入酸化甲醇（1% HCl，V/V）2 mL，4 ℃避光浸提24 h 后，取上清液至1 cm 光径的石英比色皿中，采用UV-2600 型紫外分光光度计在波长530、280、325 nm 下测定吸光度，计算花青素、总酚、类黄酮含量（Fuleki & Francis，1968；曹建康 等，2007）。

花青素含量（mg · kg-1） = （OD530×V×n× 1 000）/（98.2 ×M）

总酚含量 = OD280/M

类黄酮含量 = OD325/M

式中，OD530、OD325、OD280分别为色素在530、325、280 nm 波长下的吸光度；V为浸提液体积（mL）；n为比色稀释倍数；花青素在530 nm 波长下的平均消光系数为98.2；M为样品鲜质量（g）。

1.4.4 VC 和可溶性糖含量的测定 采用2，6-二氯靛酚滴定法测定VC 含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量（曹建康 等，2007）。

1.5 数据处理

利用Microsoft Excel 2016 软件进行数据处理和作图，采用SPSS 22 进行统计分析、单因素方差分析（One-way ANOVA，P＜0.05）、LSD 多重比较、Person 相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同叶色芥菜品种色差及色素含量分析

2.1.1 不同叶色芥菜品种的色差 绿叶、紫叶芥菜的L 值变幅分别为35.38～46.49、22.88～27.46，绿叶芥菜品种的L 值较高，所有品种均显著高于紫叶芥菜品种，L 值最高的是绿叶芥菜201-723，最低的是紫叶芥菜20P-1；L 值平均值亦表现为绿叶芥菜（41.40）＞紫叶芥菜（24.58），且差异显著（表2、图2）。

图2 不同叶色芥菜品种的L 值

表2 不同叶色芥菜品种色差、色素含量、品质指标的统计分析结果

表3 不同叶色芥菜品种的叶绿素和类胡萝卜素含量

绿叶、紫叶芥菜的a 值变幅分别为-15.30～-12.50、4.61～8.98，绿叶芥菜品种的a 值均为负数，紫叶芥菜品种均为正数，绿叶芥菜品种的a值均显著低于紫叶芥菜品种，其中紫叶芥菜20P-17 父的a 值最高，绿叶芥菜20-618 的a 值最低；a 值平均值亦表现为紫叶芥菜（6.86）＞绿叶芥菜（-14.03），且差异显著（表2、图3）。

图3 不同叶色芥菜品种的a 值

绿叶、 紫叶芥菜的b 值变幅分别为16.08～23.71、-1.27～3.11，绿叶芥菜品种的b 值均为正数，紫叶芥菜品种的b 值大多为负数（仅201-953、20P-24 父、20P-17 父、20P-25 为正数），绿叶芥菜品种的b 值均显著高于紫叶芥菜品种，其中201-724 的b 值最高，202-32 父的b 值最低；b值平均值亦表现为绿叶芥菜（20.48）＞紫叶芥菜（0.12），且差异显著（表2、图4）。

图4 不同叶色芥菜品种的b 值

2.1.2 不同叶色芥菜品种的叶绿素含量 绿叶、紫叶芥菜品种的叶绿素a 含量分别在0.139～0.462、0.183～0.447 mg · g-1（FW） 之 间，2 种 叶 色间未表现出明显差异，二者均有含量较高的品种，位于前5 名的分别是：202-2 母（绿叶）、20P-24 父（紫叶）、201-968（绿叶）、20P-1（紫叶）、201-860（绿叶），其含量分别为0.462、0.447、0.440、0.417、0.371 mg · g-1（FW）； 绿叶、紫叶芥菜叶绿素a 含量平均值差异不显著（表2、3）。

绿叶、紫叶芥菜品种的叶绿素b 含量分别在0.033～0.125、0.053～0.123 mg · g-1（FW）之间，2 种叶色间也未表现出明显差异，二者均有含量较高的品种，位于前5 名的分别是：202-2 母（绿叶）、20P-24 父（紫叶）、20P-1（紫叶）、201-968（绿叶）、20-618（绿叶），其含量分别为0.125、0.123、0.119、0.115、0.102 mg · g-1（FW）； 绿叶、紫叶芥菜叶绿素b 含量平均值差异不显著（表2、3）。

绿叶、紫叶芥菜品种的总叶绿素含量分别在0.172～0.586、0.237～0.569 mg · g-1（FW）之间，2 种叶色间亦未表现出明显差异，二者均有含量较高的品种，位于前5 名的分别是：202-2 母（绿叶）、20P-24 父（紫叶）、201-968（绿叶）、20P-1（紫叶）、201-860（绿叶），其含量分别为0.586、0.569、0.555、0.536、0.471 mg · g-1（FW）； 绿叶、紫叶芥菜总叶绿素含量平均值差异亦不显著（表2、3）。

绿叶、紫叶芥菜品种的叶绿素a/b 值分别在3.696～4.302、2.921～4.299 之间，绿叶芥菜品种的叶绿素a/b 值均较高，而紫叶芥菜品种总体相对较低，除20P-25、20P-29 外其他品种的叶绿素a/b 值均低于绿叶芥菜品种；绿叶、紫叶芥菜的叶绿素a/b 平均值分别为3.982、3.578，差异显著（表2、3）。

2.1.3 不同叶色芥菜品种的类胡萝卜含量 绿叶、紫叶芥菜品种的类胡萝卜素含量分别在0.034～0.098、0.043～0.100 mg · g-1（FW）之间，2 种叶色间未表现出明显差异，二者均有含量较高的品种，位于前5 名的分别是：20P-24 父（紫叶）、202-2 母（绿叶）、201-968（绿叶）、20P-1（紫叶）、20-618（绿叶），其含量分别为0.100、0.098、0.092、0.091、0.082 mg · g-1（FW）； 绿叶、紫叶芥菜类胡萝卜素含量平均值差异不显著（表2、3）。

2.1.4 不同叶色芥菜品种的花青素含量 绿叶、紫叶芥菜品种的花青素含量分别在101.21～180.43、443.22～5 012.45 mg · kg-1（FW）之间，紫叶芥菜品种的花青素含量均显著高于绿叶芥菜品种，其中20P-17 父的花青素含量高达5 012.45 mg · kg-1（FW），显著高于其他品种；紫叶芥菜花青素含量平均值亦显著高于绿叶芥菜，是绿叶芥菜的17.09倍（表2、图5）。

图5 不同叶色芥菜品种的花青素含量

2.2 不同叶色芥菜品种品质指标分析

2.2.1 不同叶色芥菜品种的总酚含量 绿叶、紫叶芥菜品种的总酚含量分别在800.90～1 412.78、1 541.89～4 346.11 mg · kg-1（FW）之间，除201-953外的其他紫叶芥菜品种总酚含量均显著高于绿叶芥菜品种，其中20P-17 父的总酚含量最高，为4 346.11 mg · kg-1（FW），显著高于其他品种；紫叶芥菜总酚含量平均值显著高于绿叶芥菜，是绿叶芥菜的2.52 倍（表2、图6）。

图6 不同叶色芥菜品种的总酚含量

2.2.2 不同叶色芥菜品种的类黄酮含量 绿叶、 紫叶芥菜品种的类黄酮含量分别在1 408.83～2 233.00、1 818.16～4 692.22 mg · kg-1（FW）之间，除201-953 外的其他紫叶芥菜品种类黄酮含量均显著高于绿叶芥菜品种，其中20P-17 父的类黄酮含量最高，为4 692.22 mg · kg-1（FW），显著高于其他品种；紫叶芥菜类黄酮含量平均值显著高于绿叶芥菜，是绿叶芥菜的1.87 倍（表2、图7）。

图7 不同叶色芥菜品种的类黄酮含量

2.2.3 不同叶色芥菜品种的可溶性糖含量 绿叶、紫叶芥菜品种的可溶性糖含量在75.08～216.13、98.94～205.40 g · kg-1（DW）之间，2 种叶色间未表现出明显差异，二者均有可溶性糖含量较高的品种，如201-724（绿叶）、20-602（紫叶）、202-2 母（绿叶）、202-10 母（绿叶）、20P-30（紫叶），其含量分别为216.13、205.40、171.04、166.11、163.02 g · kg-1（DW）；绿叶、紫叶芥菜可溶性糖含量平均值差异不显著（表2、图8）。

图8 不同叶色芥菜品种的可溶性糖含量

2.2.4 不同叶色芥菜品种的VC 含量 绿叶、紫叶芥菜品种的VC 含量分别在385.25～1 682.75、837.16～2 053.44 g · kg-1（FW）之间，紫叶芥菜品种的VC 含量总体偏高一些，高于1 000 g · kg-1的品种有10 个，而绿叶芥菜品种仅有3 个；紫叶芥菜VC 含量平均值显著高于绿叶芥菜，是绿叶芥菜的1.57 倍（表2、图9）。

图9 不同叶色芥菜品种的VC 含量

2.3 芥菜叶片颜色与品质指标的相关性分析

由表4 可知，芥菜叶片a 值与b 值、L 值、叶绿素a/b 呈极显著负相关，与花青素、总酚、类黄酮、VC 含量呈极显著正相关；b 值与L 值、叶绿素a/b呈极显著正相关；L 值与叶绿素a/b 呈显著正相关；b 值和L 值均与花青素、总酚、类黄酮含量呈极显著负相关，均与VC 含量呈显著负相关。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量与类胡萝卜素含量两两呈极显著正相关；花青素、总酚、类黄酮含量两两呈极显著正相关，这3 个指标与VC 含量呈显著或极显著正相关。可溶性糖含量与所有指标均无显著的相关关系。

表4 芥菜叶片颜色与品种指标的相关性分析结果

3 讨论与结论

叶片色泽是蔬菜产品重要的外观品质指标之一。通过色差计测定叶片颜色，使其数字化，可精确判定蔬菜叶片的亮度及红绿程度。本试验结果表明，紫叶芥菜和绿叶芥菜叶片色差值差异达显著水平，紫叶芥菜的a 值显著高于绿叶芥菜，而L 值、b 值显著低于绿叶芥菜；而叶片色差值与色素、总酚、类黄酮等指标存在极显著的相关性，a 值与花青素、总酚、类黄酮含量呈极显著正相关，L 值、b 值则与这3 个指标呈极显著负相关。说明可以通过色差值精确表征芥菜叶色红绿程度，进而反映出花青素、总酚、类黄酮含量的高低程度。a 值越高，花青素、总酚、类黄酮含量则越高。王璐等（2018）通过对紫色叶用莴苣的研究也得出了叶片a 值与花青素含量呈极显著正相关的结论。

叶绿素是植物呈色、进行光合作用的重要色素，具有抗氧化、抗炎和促进伤口愈合的特性（刘维信 等，2011）。本试验结果表明，绿叶、紫叶芥菜的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均无明显差异，2 种叶色均有部分品种含量较高，也有部分品种含量较低，二者平均值相近；但紫叶芥菜的叶绿素a/b 平均值显著低于绿叶芥菜。叶绿素a/b 可作为植物利用弱光能力（耐阴）的衡量标准（刘光杨 等，2020）。郑倩等（2016）研究发现，番茄耐弱光品系幼苗叶绿素a/b 显著低于不耐弱光品系。本试验中，紫叶芥菜叶绿素a/b 平均值显著低于绿叶芥菜，说明紫叶芥菜的耐弱光能力可能高于绿叶芥菜，这与李海渤等（2020）的研究结果一致。

类胡萝卜素是人体内VA 的主要来源，具有抗氧化、免疫调节、抗癌、延缓衰老等功效（刁卫楠等，2021）。贮存于质体的类胡萝卜素在植物生长、发育过程中扮演重要角色，如叶绿体中类胡萝卜素可以捕获光能并传递电子以辅助光合作用，同时可以清除活性氧等物质的产生进而保护光合作用系统（Niyogl & Truong，2013）。本试验结果表明，绿叶、紫叶芥菜的类胡萝卜素含量无明显差异，2 种叶色均有部分品种含量较高，也有部分品种含量较低，平均值相近。

叶片色素的相对含量是导致叶色不同的主要原因，彩叶植物的花青素含量相对较高（刘凯歌等，2021）。紫叶是蔬菜中一种常见的性状，其成因是花青素在叶片表皮细胞中积累所致（Mushtaq et al.，2016；李海渤 等，2020）。在芥菜紫色叶片中，MYB 和bHLH 转录因子可能调控花青素的生物合成（Heng et al.，2020a）。本试验中，紫叶芥菜品种的花青素含量均显著高于绿叶芥菜品种，即高花青素含量是造成紫叶、绿叶芥菜品种叶片颜色差异的根本所在（唐容 等，2016；李海渤 等，2020）。

花青素和酚类物质、类黄酮均为植物次生代谢产物。花青素具有强抗氧化活性及消除自由基的能力，对植物起到保护作用（刘维信 等，2011），是紫色作物品质评价的重要指标（赵凌霄 等，2021）。酚类物质对植物抗病虫害、抗逆等具有重要作用，与果实色泽、褐变，以及涩、苦、香、甜等风味密切相关，具有抗氧化、清除自由基、抗衰老等作用（Scalbert et al.，2005；Bartwal et al.，2013）。类黄酮包括花色素苷类、黄酮醇类、黄烷醇类、二氢查耳酮和二氢黄酮醇等5 大类，具有抗氧化性、抗逆性、抗病毒及较强的自由基清除能力（聂继云 等，2009；卢素文 等，2021；许海峰 等，2022）；另外，类黄酮还能影响果实加工风味，选育高类黄酮含量蔬果品种也是一个新的育种方向（陈学森 等，2020）。此外，总酚和类黄酮对作物的抗病性还有很好的指示作用（胡玮 等，2011）。本试验结果表明，紫叶芥菜品种花青素、总酚、类黄酮含量总体高于绿叶芥菜品种，其中花青素含量平均值是绿叶芥菜的17.09 倍，据此分析紫叶芥菜的抗氧化能力应优于绿叶芥菜。紫叶芥菜总酚含量平均值也显著高于绿叶芥菜，与Hao 等（2018）研究认为紫色叶用莴苣（生菜）中酚类化合物含量高于绿色叶用莴苣的结果一致。相关性分析结果表明，芥菜花青素含量、类黄酮含量、总酚含量两两呈极显著正相关，表明随着花青素含量的增加，芥菜叶片中总酚、类黄酮含量也相应升高，即紫叶芥菜品种与绿叶芥菜品种相比，总酚、类黄酮含量也占有一定优势。

可溶性糖、VC 是衡量蔬菜产品品质的重要指标（Moretti et al.，1998）。可溶性糖是植物光合作用、碳代谢的主要产物（Bodelon et al.，2010；郑永美等，2021），是间接反映碳代谢能力的重要指标。VC 是生物体中重要的抗氧化剂和辅酶因子，有助于清除体内活性氧自由基，促进伤口愈合，提高免疫力。本试验中，绿叶、紫叶芥菜可溶性糖含量并未表现出明显的差异，2 种叶色均有含量较高的品种。Hao 等（2018）研究表明，紫叶、绿叶莴苣的可溶性糖含量无明显差异，与本试验结果相似。而唐容等（2016）对紫叶、浅紫叶、叶脉浅紫及绿叶4 种叶色性状的12 个甘蓝型油菜品系研究发现，叶片可溶性糖含量紫叶＞浅紫叶＞叶脉浅紫叶＞绿叶；刘凯歌等（2021）研究表明，4 个绿叶叶用莴苣（生菜）品种的可溶性糖含量均显著高于4 个紫叶叶用莴苣品种。即不同作物、不同品种（系）可溶性糖含量在紫叶、绿叶品种间的分布规律不尽一致，说明其受花青素含量的影响不明显，可能受基因型的影响更大。可溶性糖含量与花青素含量无显著的相关性也证实了这一点。大部分紫叶芥菜品种的VC 含量高于绿叶芥菜品种，说明高花青素含量的芥菜品种VC 含量也高。这与前人（Hao et al.，2018；刘凯歌 等，2021）研究结论一致。相关性分析结果也表明，芥菜叶片中VC 含量与花青素含量呈极显著正相关。

综上，紫叶芥菜品种的花青素、总酚、类黄酮、VC 含量较高，综合品质较好，抗氧化能力及保健功能等较强，其中20P-17 父（紫叶大甘）、20P-24父（紫叶三联梅菜）、20P-19（紫叶大肉包心芥）、20P-29（紫叶梅菜）可作为高花青素保健型蔬菜进行推广。