不同茄子抗褐变种质资源的鉴定与筛选_刘晓慧.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 3 期，第 997-1005 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.3,997-1005研究报告Research Report不同茄子抗褐变种质资源的鉴定与筛选刘晓慧1,2张爱冬2尚静1,2朱宗文2查丁石2吴雪霞2*1 上海海洋大学食品学院,上海,201306;2 上海市农业科学院园艺研究所,上海,201403*通信作者,摘要鲜切茄子由于切分处理导致的机械损伤，使其细胞组织完整性受到破坏，引发氧化褐变，对其营养价值、感官品质造成影响。不同茄子品种材料抗褐变能力存在差异，本研究拟测定 15 份不同茄子种质材料的褐变强度、褐变指数、总酚含量和多酚氧化酶(PPO)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性及其基因表达 6 个褐变相关指标，综合分析以实现对不同茄子品种(系)抗褐变能力的鉴定与筛选。结果表明，所有茄子材料的褐变度都随着鲜切时间延长而增加，通过对不同茄子品种各生理指标的聚类分析，可较全面地评价鲜切茄子的褐化特性。在筛选的 15 份材料中，36 是最易褐化的材料，而 F 则是最不易褐化的材料，筛选的高抗褐变和易褐变材料可用于之后对鲜切茄子的褐变机制的基础性研究，具有重要的理论和实践意义。关键词茄子;褐变筛选;褐变度;多酚氧化酶;基因表达Identification and Selection for Different Eggplant Varieties of Anti-brown-ing Germplasm ResourcesLiu Xiaohui1,2Zhang Aidong2Shang Jing1,2Zhu Zongwen2Zha Dingshi2Wu Xuexia2*1 College of Food Science&Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai,201306;2 Horticultural Research Institute,Shanghai Academy ofAgricultural Sciences,Shanghai,201403*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.000997AbstractThe mechanical damage caused by the cutting treatment of fresh eggplant will damage the integrity ofits cells and tissues,cause oxidative browning,and affect its nutritional value and sensory quality.Resistance ofdifferent varieties of eggplant browning ability difference.In this study,the browning degree,browning index,totalphenol content,polyphenol oxidase(PPO)activity,phenylalanine ammonialyase(PAL)activityand gene expressionof 15 different eggplant germplasm materials were determined,and comprehensive analysis was conducted to iden-tify and select the browning resistance of different eggplant varieties(lines).The results showed that the browningdegree of all eggplant materials increased with the extension of fresh-cut time,and the browning characteristics offresh-cut eggplant could be evaluated comprehensively through the cluster analysis of physiological indexes ofdifferent eggplant varieties.Among the 15 selected materials,36 is the most browning material,while F is theone that is not easy to be browned.The selected high browning resistance and browning easily can be used for thelater basic research on the browning mechanism of fresh-cut eggplant,which has important theoretical and practicalsignificance.KeywordsEggplant(Solanum melongena L.);Browning screening;Browning degree;PPO;Gene expression基金项目：本研究由上海市科技兴农项目(2020-02-08-00-12-F01482)、农业部大宗蔬菜产业技术体系上海综合试验站项目(CARS-25)、上海市农业科学院卓越团队项目(农科创 2017 B-06)和国家重点研发计划上海市农业科学院匹配项目(2017YFD-010190412018 匹配)共同资助引用格式：Liu X.H.,Zhang A.D.,Shang J.,Zhu Z.W.,Zha D.S.,and Wu X.X.,2023,Identification and selection for different eggplantvarieties of anti-browning germplasm resources,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(3):997-1005.(刘晓慧,张爱冬,尚静,朱宗文,查丁石,吴雪霞,2023,不同茄子抗褐变种质资源的鉴定与筛选,分子植物育种,21(3):997-1005.)分子植物育种Molecular Plant Breeding茄子(Solanum melongena L.)是茄科(Solanaceae)茄属(Solanum)的重要蔬菜作物，茄子的营养丰富，含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、花青素以及钙、磷、铁等多种膳食矿物质，热量值低，具有高氧自由基吸收能力在抗癌、防衰老以及降低胆固醇保护心血管方面都有着出色的表现，是佳肴，也具有很好的保健效果，因而受到人民大众的喜爱。世界各地都有种植，中国是世界第一茄子生产及消费大国(Kumaret al.,2020)。决定人们对鲜切茄子可接受度的两个基本特征是其外观和营养品质变化。外观是消费者最直观的属性，决定了是否购买，然而新鲜茄子经过鲜切处理后，机械损伤会改变其生理生化特性，出现乙烯合成速率提高、膜脂过氧化程度加剧，呼吸速率增加等变化，导致鲜切茄子发生氧化褐变，降低了商品质量、感官接受度和营养价值，因此褐变已成为制约鲜切茄子贮运加工业发展的主要障碍之一(Bharathiet al.,2019;Liu et al.,2019)。因此，对于抑制鲜切果蔬褐变的研究引起了广大国内外学者的兴趣，主要包括物理方法、化学方法和基因工程改良技术，物理方法主要包括：低温储藏、气调储藏、自发气调储藏和真空储藏，用惰性气体(N2和 CO2)代替空气，使用不透氧的包装膜或可食用的涂层，或将食品浸泡在一定浓度的糖或盐溶液中，都可以避免与氧气接触，达到抑制褐变的目的(Yousuf et al.,2018)；化学方法包括使用抗氧化剂、螯合剂等，抗氧化剂包括抗坏血酸、L-半胱氨酸和 4-己基间苯二酚，能够通过与中间产物结合来防止黑色素的形成(李正文等,1998;Arias et al.,2007)，铜螯合剂(如柠檬酸和草酸)能够通过与 PPO 酶结构中的金属辅因子结合来抑制 PPO 活性(Cipriano et al.,2015)，从而达到抑制褐变发生的目的。但是这些方法不仅加大了成本投入，也带来了一些安全隐患(Aliet al.,2016)。因此，只有利用育种技术手段，选育抗褐变品种才能从源头解决或减轻果蔬贮藏和加工中的褐变问题(陈明俊等,2020)。本研究通过测定田间鲜切初步筛选出的 15 份不同茄子种质材料的褐变强度、褐变指数、总酚含量和多酚氧化酶活性及其基因表达 5 个褐变相关指标，综合分析，对不同茄子品种(系)抗褐变能力进行鉴定筛选，筛选出的抗褐变品种(系)将为培育鲜食抗褐变茄子品种提供育种材料，易褐变材料可用于后续对鲜切茄子褐变机制的理论研究。1结果与分析1.1茄子鲜切片褐变度的变化利用分光光度法是判定果蔬褐变的常用的方法，本研究测定了初步筛选出来的 15 个茄子品种在鲜切 0、2、15、30、60、120 min 后的褐变度(browningdegree,BD)。15 个茄子品种的褐变度都随鲜切时间的延长而增大(图 1)，鲜切 0 min 后，编号 15，即 F茄品种的褐变度最小，为 0.697，而编号 2，即 E3-2-2-1-2-2-1 茄品种的褐变度最大，是 F 茄的 3.7 倍；鲜切 120 min 后，F 茄品种的褐变度依然是最小的，仅为 2.57，而编号 1，即 36 茄品种的褐变度最大，为8.64，是 F 茄的 3.36 倍，匀浆颜色呈棕褐色。1.2品种(系)的切片观察和褐变指数茄子品种(系)的切片观察结合褐变指数分级可以直观地体现鲜切茄子的褐变情况。15 号茄子材料在鲜切后 2 min 就发生褐变(图 2)，610 号茄子材料在鲜切 15 min 内发生褐变，而 1115 号茄子材料在鲜切 30 min 以上才看到轻微褐变发生。进一步对供试茄子材料的褐变指数进行分级，为方便观察统计，对不同材料的褐化指数随切片时间变化情况以频率分布图形式展现出来(图 3)，从中可以看出，鲜切 0 min 后有 8 份茄子材料无褐变现象发生，即 0 级褐变，有 7 份材料发生 1 级褐变(褐变面积25%)；2 min 后，0 min 时未出现褐变现象的 8 份材料中有 3 份材料相继出现不同程度的褐变现象，5 份材料仍未出现褐变现象，有 7 份材料发生 1 级褐变(褐变面积25%)，还有 3 份材料发生 2 级褐变(25%褐变面积50%)；15 min 后，0 级褐变有 2 份材料，1 级褐变 3 份材料，2 级褐变 3 份材料，3 级褐变(50%褐变面积75%)，发生严重褐变；切片 120 min 后，可以观察到，编号为14、15 的两份茄子材料发生 1 级褐变，3 份材料发生2 级褐变，5 份材料发生 3 级褐变，5 份材料发生 4 级严重褐变。1.3 PPO、PAL酶活性测定PPO 是植物体内普遍存在的一种含铜离子的膜998结合蛋白酶，它能在有氧条件下催化将酚类物质转变成红褐色，再与氨基酸氧化缩合生成黑褐色聚合物，在果蔬酶促褐变过程中起关键作用(Toivonenaand Brummell,2008)。通过对不同茄子品种(系)的PPO活性测定，发现不同品种(系)PPO 活性存在明显差异(图 4)，其中编号 1015 材料的茄子 PPO 活性400 U/g(418661)，其中编号 1 即 36 茄材料的PPO 活性最高，达 568 U/g，是 F 茄的 3.26 倍；编号610 的茄子品种 PPO 活性为 300392 U/g，处于中间水平。PAL 是酚类化合