丝瓜耐褐变性和种质资源分类的研究进展

冯英娜+巫建华+颜志明+王全智+苏小俊+贾思振

摘要：论述丝瓜机械损伤后的褐变因素，即酶促褐变。酶促褐变分为多酚氧化酶和过氧化物酶对褐变的影响。多酚氧化酶催化酚类物质形成醌类，醌聚合发生黑色或褐色沉淀，降低丝瓜的营养品质和商品价值。论述前人对丝瓜褐变的研究，总结前人对丝瓜褐变的研究方法以及对褐变的抑制研究，同时对丝瓜种质资源分类进行论述，从形态学标记、DNA分子标记两个方面阐述在丝瓜种质资源分类上的应用，对今后丝瓜种质资源分类的研究进行展望。

关键词：丝瓜；多酚氧化酶；过氧化物酶；种质资源分类

中图分类号： S642.401

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0199-02

丝瓜（Luffa cylindrica）是葫芦科丝瓜属一年生攀援草本植物，丝瓜主要的栽培种分为2类，一类是普通丝瓜，另一类是有棱丝瓜。普通丝瓜在机械损伤、烹饪等加工过程中果肉和果汁会发生褐变，褐变可分为酶促褐变和非酶促褐变2种类型。酶促褐变的原因主要是丝瓜的多酚氧化酶催化酚类物质形成醌类，醌聚合发生黑色或褐色沉淀，大大降低丝瓜的营养价值，严重影响丝瓜的商品价值[1-3]。不同品种的普通丝瓜果肉褐变程度相差较大，主要与不同品种普通丝瓜中多酚氧化酶活性和含量、酚类物质种类和含量有关。

1 丝瓜酶促褐变特性

1.1 丝瓜多酚氧化酶特性

酶促褐变发生需要适当底物、酶和氧气3个基本条件。丝瓜含有较多的酚类物质，在多酚氧化酶的条件下将酚类物质氧化成醌类，醌聚合发生黑色或褐色沉淀。黄树苹等通过自行组配的8份杂交组合材料筛选出褐变程度最高的作为研究多酚氧化酶的材料，采用分光光度法研究PPO活性，发现PPO与底物反应得到的反应产物的最适应波长是410 nm；温度20 ℃时吸光度最大，此时酶的活性最强；pH值对丝瓜PPO活性也有影响，pH值3.6～6.8时PPO活性增强，pH值超过6.8时PPO活性逐渐降低，由此可知pH值为6.8时PPO活性最大[1]。维生素C和硫代硫酸钠对PPO抑制性很强，浓度为50 mg/L维生素C和100 mg/L硫代硫酸钠对丝瓜PPO都具有显著的抑制效果，柠檬酸对其抑制性影响不大。陈铣等通过测定123份普通丝瓜种质资源PPO的活性变异，筛选出26份低活性的普通丝瓜材料，这26份材料可作为普通丝瓜品质改良的重要资源并加以利用[4]。

1.2 丝瓜过氧化物酶特性

周向军等以愈木创酚为底物，波长470 nm测定丝瓜的过氧化物酶活性。探讨了温度、底物浓度、抑制剂对酶活性的影响，发现丝瓜POD最适反应pH值为5.0，最适反应温度为45 ℃，正交试验表明最佳抑制剂组合为6 mmol/L维生素C+6 mmol/L 半胱氨酸+6 mmol/L EDTA+6 mmol/L柠檬酸，在此条件下抑制率为58.89%，对POD酶促褐变均具有抑制作用[2]。

2 丝瓜果肉褐变性状的遗传

王辉等采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析的方法，对构建的6个群体褐变特性进行分析，发现普通丝瓜果肉耐褐变遗传符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模型（E-O）[5]。花秀凤等对123份普通丝瓜进行褐变度的测定，筛选出低褐变度的丝瓜材料，同时普通丝瓜褐变度的吸光度在0.115～0.647之间，变异系数为36.1%，表明变异差异较大，为丝瓜耐褐变的遗传改良提供有利条件[6]。王辉等对11份丝瓜材料进行耐褐变材料的筛选，极耐褐变资源的瓜形多为圆筒形，耐褐变材料作为亲本之一所组配的组合，其褐变指数均较低[7]。

褐变研究由来已久，但大多是围绕果实酚类物质发育生理、氧化作用和酶的适宜环境以及酚含量、酶活性变化与褐变发生的关系，乃至影响褐变发生的因素与防止其发生的技术措施展开的[8-12]。褐变在基因的调控中还未发现，在接下来的研究中进一步挖掘褐变基因。

3 形态标记在丝瓜种质资源分类上的进展

植物在长期的生长演化过程中，植株在形态上表现出各种各样的特征，依据这些表型特征对其进行分类，此方法在蔬菜分类中应用最早，也是最典型的方法之一。广义的形态学特征还可以借助简单的方法来识别某些特征，比如生理特征、抗病性、抗虫性等。依据形态学特征进行分类，简单、明了、易操作，被广大育种者所接受。

丝瓜的主要形态学特征包括瓜棱、叶片、第一雌花节位、瓜形、瓜色、瓜长等。丝瓜在我国主要分为有棱丝瓜[Luffa acutangual （Linn.） Roxb.]和普通丝瓜[Luffa cylindrical （Linn.） Roem. ]。有棱丝瓜主要分布在广东省一带，其他地方主要以普通丝瓜为主。夏军辉等采用形态学标记运用系统聚类分析将26份丝瓜种质材料的遗传多样性进行分析[13]。在植物学性状的分类中将丝瓜分为2类，一类是有棱丝瓜，另一类是普通丝瓜。

4 DNA分子标记在丝瓜种质资源分类上的进展

分子标记作为植物种质资源鉴定分类的有效工具，采用分子标记能够较准确地进行种质资源的分类和遗传多样性研究。分子标记是从遗传物质DNA水平上研究遗传变异的规律，能够排除外界环境对基因表达的干扰，结果更具可靠性，分子标记已经应用于各个领域。目前多种分子标记被应用于丝瓜种质资源分类中，如SSR（简单重复序列）、RAPD（随机扩增序列）、ISSR（简单序列重复区间扩增多态性）、SRAP（相关序列扩增多态性）、SCoT（目标起始密码子多态性）等。

4.1 SSR分子标记

SSR分子标记是以PCR为基础，DNA用量少，技术简便，易于操作，重复性和稳定性好。由于SSR引物开发价格高，丝瓜研究又相对滞后，所以在丝瓜种质资源分类上报道有限。刘军等利用SSR和SRAP标记对30份丝瓜的种质资源进行遗传多样性分析，发现30份丝瓜被分为普通丝瓜和有棱丝瓜，30份丝瓜种质的平均遗传相似系数为0.761，表明丝瓜种质间遗传背景较狭窄[14]。

4.2 SRAP分子标记

SRAP也是一种基于PCR的新型标记，由美国加州大学作物系Li等在芸薹属作物上开发出来[15]。崔俊杰等采用SRAP标记将来源不同的56份有棱丝瓜和8份普通丝瓜进行亲缘关系分析，结果表明在遗传系数为0.17处将64份丝瓜分为两大类群，第一类是普通丝瓜，第二类是有棱丝瓜。有棱丝瓜群又被分为2个亚群，一类以常绿型丝瓜为主，另一类是短果型丝瓜[16]。从分子水平上来看丝瓜的分类与形态学较为一致，这与刘军等对30份丝瓜种质资源进行分类的结果相似。

4.3 ISSR分子标记

ISSR分子标记用锚定的微卫星DNA为引物，即在SSR序列的 3′端或5′端加上2～4个随机核苷酸，在PCR反应中锚定引物可引起特定位点退火，导致与锚定引物互补的间隔不太大的重复序列间DNA片段进行PCR扩增。陈超文对30份丝瓜种质资源进行ISSR分析，基于Jaccard遗传相似系数的Neighbour-Joining聚类分析，在相似系数0.313处划分为2类，即普通丝瓜和有棱丝瓜，此结果的划分与栽培上划分一致[17]。Prakash等对丝瓜栽培种和野生种进行多样性分析，将丝瓜分为有棱丝瓜和普通丝瓜，他认为这种分类的结果可能因为2种丝瓜开花的时间不同，有棱丝瓜在傍晚开花而普通丝瓜在白天开花。3种野生种被分为一类，可能是因为野生丝瓜具有天然的杂交性，而普通丝瓜和有棱丝瓜需要人工辅助授粉[18]。苏小俊采用ISSR分子标记对搜集到国内地方品种43份丝瓜种质资源进行亲缘关系的鉴定，聚类分析发现以大部分形态学和生物学性状类似的种质聚在一起，比如果形相似的聚在一起。多数来源相同地方的种质聚在一起，说明这些地方丝瓜种质间交流相对频繁，进一步说明种质分类与地域有一定关系[19]。

4.4 其他分子标记

除了以上列出的分子标记外，SCoT、RAPD、COS等分子标记在丝瓜种质资源分类上也见少量报道。蒋雅琴等运用SCoT分子标记分析81份丝瓜种质资源的遗传多样性和亲缘关系。SCoT分子标记分析表明收集到81份丝瓜栽培种之间的遗传背景较宽，多样性较丰富，同时说明有棱丝瓜的遗传相似系数大于0.658 0，普通丝瓜遗传相似系数大于0.712 0，有棱丝瓜和普通丝瓜种内的遗传变异较小，种内的遗传背景较狭窄[20]，这与夏军辉的研究结果[13]一致。

参考文献：

[1]黄树苹，谈太明，徐长城，等. 丝瓜过氧化物酶的特性初步研究[J]. 中国蔬菜，2009（10）：17-22.

[2]周向军，高义霞，袁毅君，等. 丝瓜过氧化物酶的特性和抑制作用研究[J]. 中国酿造，2011（10）：81-85.

[3]王 成，王 辉，娄丽娜，等. 普通丝瓜果肉褐变的鉴定方法研究[J]. 江苏农业科学，2012，40（11）：137-138.

[4]陈 铣，花秀凤，黄斌斌. 不同基因型普通丝瓜PPO活性的变异及低活性品种的筛选[J]. 福建农业学报，2013，28（10）：962-965.

[5]王 辉，娄丽娜，王 成，等. 普通丝瓜果肉褐变性状的数量遗传分析[J]. 江苏农业学报，2014，30（3）：607-611.

[6]花秀凤，陈 铣，黄斌斌. 普通丝瓜果肉褐变的变异及低褐变品种的筛选[J]. 中国农学通报，2013，29（19）：103-106.

[7]王 辉，王 成，娄丽娜. 丝瓜果肉耐褐变种质资源的筛选及初步应用[J]. 长江蔬菜，2013（14）：20-22.

[8]Fabio C，Alessandra B，Anna G，et al. Radical scavenging activities of peels and pulps from cv. Golden Delicious apples as related to their phenolic composition[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry，2004，52（15）：4684-4689.

[9]Amiot M J，Tacchini M，Aubert S，et al. Phenolic composition and browning susceptibility of various apple cultivars at maturity[J]. Journal of Food Science，1992，57（4）：958-962.

[10]Cheng G W，Crisosto C H.Browning potential，phenolic composition，and polyphenoloxidase activity of buffer extracts of peach and nectarine skin tissue[J]. Journal of the American Society for Horticulturalence，1995，120（5）：835-838.

[11]Larrigaudiere C，Lentheric I，Vendrell M.Relationship between enzymatic browning and internal disorders in controlled-atmosphere stored pears[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture，1998，78（2）：232-236.

[12]田世平，徐 勇，姜爱丽，等. 冬雪蜜桃在气调冷藏期间品质及相关酶活性的变化[J]. 中国农业科学，2001，34 （6）：656-661.

[13]夏军辉，向长萍. 丝瓜种质资源遗传多样性的形态和RAPD标记分析[J]. 中国蔬菜，2008（10）：21-25.

[14]刘 军，许美荣，赵志伟，等. 丝瓜种质资源遗传多样性的SSR与SRAP分析[J]. 中国瓜菜，2010（2）：1-4.

[15]Li G，Quiros C F.Sequence-related amplified polymorphism（SRAP），a new marker system based on a simple PCR reaction：its application to mapping and gene tagging in Brossica[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，103（2/3）：455-461.

[16]崔俊杰，宋建文，汪国平，等. 丝瓜种质资源亲缘关系的SRAP分析[J]. 植物遗传资源学报，2012，13（6）：1061-1066.

[17]陈超文. 丝瓜种质资源遗传多样性的ISSR分析[D]. 福州：福建农林大学，2009.

[18]Prakash K，Pati K，Arya L，et al.Population structure and diversity in cultivated and wild Luffa species[J]. Biochemical Systematics and Ecology，2014，56：165-170.

[19]苏小俊. 普通丝瓜种质资源评价体系及主要农艺性状遗传规律研究[D]. 南京：南京农业大学，2010.

[20]蒋雅琴，黎 炎，李文嘉，等. SCoT分子标记技术在丝瓜上的应用[J]. 南方农业学报，2014，45（12）：2117-2122.姜自红，刘中良. 嫁接对铜胁迫下黄瓜幼苗生长和光合特性的影响[J]. 江苏农业科学，2016，44（4）：201-203.