全 文 ：园 艺 学 报 2006, 33 (3) : 461～465
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 06 - 16; 修回日期 : 2005 - 09 - 01
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30370989) ; 浙江省科技厅农业重点项目 (2005C22059)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: chjxu@ zju1edu1cn)
致谢 : 英国 Royal Holloway的 PeterM B ram ley教授和 Paul D Fraser博士提供了类胡萝卜素 HPLC分析条件和技术指导 , 谨致谢意。
宫内伊予柑果实发育期间色泽和色素的变化
王伟杰 1 徐建国 2 徐昌杰 13
(1 浙江大学园艺系 , 农业部园艺植物生长发育与生物技术重点开放实验室 , 浙江杭州 310029; 2 浙江省柑桔研究所 ,
浙江台州 318020)
摘 要 : 以宫内伊予柑为试材 , 对果实发育期间色泽、色素种类及含量 , 尤其是类胡萝卜素组分进行
了研究。结果表明 , 幼果中高含量的叶绿素使果实呈现青绿色 , 采前 8周起类胡萝卜素开始积累 , 采前 4
周起随叶绿素含量下降黄色得以显现。果实类胡萝卜素主要存在于果皮中 , 成熟果实果皮类胡萝卜素含量
达囊瓣的 16162倍 , 总量占整果的 83162%。用高效液相色谱 —二极管阵列检测 ( HPLC - PDAD ) 技术 ,
对采前 12周至采收期的果皮类胡萝卜素组成进行了分析 , 共分离出类胡萝卜素组分 23种 , 其中 7种得到
鉴定。在采收期果皮中 , 已鉴定的类胡萝卜素中以 β - 隐黄质和玉米黄素较丰富 , 占总类胡萝卜素的
8100%和 6178% ; β -胡萝卜素不足总类胡萝卜素的 1% , 没有检测出α -胡萝卜素和番茄红素。果实成熟
过程中β -隐黄质及玉米黄素含量上升 , 并伴随α -胡萝卜素、叶黄质和β -胡萝卜素含量下降 , 暗示类胡
萝卜素的β主链合成能力和β环羟化活性急剧增强 , 与此同时 , 阿朴类胡萝卜素的出现则表明类胡萝卜素
的裂解能力随果实成熟而上升。
关键词 : 柑 ; 果实色泽 ; 类胡萝卜素 ; 色素
中图分类号 : S 66611 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2006) 0320461205
D evelopm en ta l Changes in Externa l Color, P igm en t Con ten t and Com posi2
tion in C itrus iyo Fru it
W ang W eijie1 , Xu J ianguo2 , and Xu Changjie13
(1D epartm ent of Horticu lture, The S ta te A gricultureM in istry Laboratory of Horticu ltura l P lant Grow th, D evelopm ent & B iotechnolo2
gy, Zhejiang U niversity, Hangzhou, Zhejiang 310029, China; 2 Zhejiang C itrus Research Institu te, Ta izhou, Zhejiang 318020,
China)
Abstract: Developmental changes in the content and composition of p igments, especially carotenoids, in
C itrus iyo Hort. ex Tanaka cv. M iyauchi fruit and their correlations with fruit coloration were studied. H igh
content of chlorophylls in young fruit was responsible for its green color. Intensive increase in content of carot2
enoids and rap id loss of chlorophylls commenced at 8 and 4 weeks before harvest respectively, and both chan2
ges contributed to yellow color development in ripening fruit. 83162% of total fruit carotenoidswas found loca2
ted in the peel, where carotenoid content was 16162 times as high as that in the pulp. Composition of carote2
noids in the peel within 12 weeks before fruit harvest was analyzed using high performance liquid chromatogra2
phy2photodiode array detection (HPLC - PDAD ). 23 carotenoids were separated and 7 of them were identi2
fied. Among identified carotenoids, β2cryp toxanthin and zeaxanthin were relatively abundant and accounted
for 8100% and 6178% of total carotenoids respectively; β2carotene was less than 1% of totalwhileα2carotene
and lycopene were undetectable. The increase in content ofβ2cryp toxanthin and zeaxanthin was accompanied
by the decrease in content of lutein, α2carotene andβ2carotene during late fruit development, indicating that
carotenoidβ pathway andβ2ring hydroxylation activities were enhanced. Meanwhile, the appearance and ac2
cumulation of apo2carotenoids suggested an increase in carotenoid cleavage activities as the fruit ripened.
Key words: C itrus iyo; External fruit color; Carotenoids; Pigments
园 艺 学 报 33卷
类胡萝卜素的含量与组成直接决定成熟柑橘果实的色泽 , 从而影响果实的商品性〔1, 2〕。很早以前
人们就认识到柑橘果实发育后期由于叶绿素的降解而使类胡萝卜素得以显现 , 但果实类胡萝卜素从什
么时期开始显著积累 , 尤其是发育过程中类胡萝卜素的组成发生何种变化 , 知之不多。研究常局限于
总类胡萝卜素〔3〕或含量颇丰的如红肉脐橙的番茄红素和 β - 胡萝卜素的分析〔4, 5〕。陶俊等〔6〕应用
HPLC—紫外可见检测器和 C18柱从宫内伊予柑果皮中鉴定出 3种类胡萝卜素组分 , 但未对其在果实发
育期间的变化进行研究。1996年以来 , 随着高效液相色谱 —二极管阵列检测 (HPLC - PDAD ) 技术
以及 C30柱在柑橘类胡萝卜素分析中的应用〔7～10〕, 人们对柑橘果实类胡萝卜素组成的认识才有所增
多 , 但主要局限于甜橙 , 尤其是果汁 , 其它柑橘品种的类胡萝卜素研究尚罕见报道 , 对杂柑类的色泽
研究更加匮乏。
伊予柑是源于橘和甜橙的优良杂柑之一 , 宫内伊予柑是 1955年日本发现的伊予柑早熟优良枝变 ,
成花易 , 产量高 , 对疮痂病抗性以及抗旱性均比温州蜜柑强 , 抗寒性比甜橙强 , 果实大 , 外形美观 ,
内质佳 , 香味浓 , 耐贮藏。浙江最早于 1981年从日本引入 , 先后在黄岩、象山等地试栽 , 随后在浙
江各地以及四川、重庆和福建等省市推广 , 均表现了良好的适应性和优质丰产性能。宫内伊予柑以温
州蜜柑、雪柑为中间砧高接时亲和力强〔11〕, 因而通过高接可迅速缩减温州蜜柑和低劣品种的栽培面
积 , 提高杂柑比例 , 从而有利于柑橘品种结构的调整优化。宫内伊予柑色泽橙红 , 光洁度好。本文报
道宫内伊予柑果实发育期间色泽和色素含量及种类的变化模式。
1 材料与方法
111 试材及取样
以 1995年高接于本地早 (枸头橙砧 ) 上的宫内伊予柑 (C itrus iyo Hort. ex Tanaka‘M iyauchi’)
为试材。从盛花后 1周起每两周取有代表性的果实样品直至完熟采收。取样重复 3次 , 前期 (花后
1、3、5、7周 ) 以 10果为一重复 , 花后 9周起以单果为一重复。
112 色泽测定、色素含量与类胡萝卜素的 HPLC分析
用 TC2PⅡG型色差计对果实色泽进行测定 , 测试直径为 2 cm。每果随机取果实中部 4个点进行
测定 , 取平均值。叶绿素和总类胡萝卜素含量测定按 Fadeel〔12〕的方法进行。类胡萝卜素组分分析采
用混合样品 , 参照文献 〔13, 14〕进行提取 , 并略作改进 , 皂化按 Fraser等〔15〕的方法进行。HPLC分
析条件按 Fraser等〔15〕及该研究小组对流动相组成的后续改进 ( Fraser和 B ram ley, 私人通讯 ) 进行 ,
应用 W aters HPLC2PDAD分析系统和 YMC C30类胡萝卜素分析柱 , 流动相由溶剂 A (甲醇 )、B (80%
甲醇 , 含 012%乙酸铵 ) 和 C (甲基叔丁基醚 ) 按比例混合组成 : 0～6 m in由 95% A + 5% B组成 ,
然后梯度改变至 7 m in为 80% A + 5% B + 15% C, 12 m in起梯度改变至 32 m in止为 30% A + 5% B +
65% C, 48 m in起梯度改变至 50 m in止为 95% A + 5% B , 然后维持至分析结束 (60 m in)。柱温恒定
于 25℃, 流速 1 mL /m in, 进样体积 20μL, 检测器波长范围为 220～600 nm, 间隔 112 nm。用 W aters
Empower ( build 1154) 软件进行分析 , 类胡萝卜素峰的鉴定通过标样保留时间和吸收光谱曲线双重确
认。类胡萝卜素标样的获得同 Fraser等〔15〕。
2 结果与分析
211 果实发育期间的色泽变化
从花后 9周 (7月 7日 ) 起测定了果实发育期间的色泽变化。L代表明亮度 , 果实成熟期间 L值
上升表明果皮类胡萝卜素积累导致的色泽加深不及叶绿素降解导致的色泽变浅影响大。 a代表红色与
青绿色相比的程度 , a值越大表明果实越红 , a值为负则表示果实偏青。从图 1结果可知 , 果实到采
收期时才偏红 , 其它阶段均偏青。b值代表黄色与蓝色相比的程度 , b值越大表明果实越黄 , b值在
花后 21周起急剧上升 , 表明果实此时起黄色显现并加深 , 与肉眼观察结果一致。
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3期 王伟杰等 : 宫内伊予柑果实发育期间色泽和色素的变化
212 果实发育期间叶绿素和类胡萝卜素含量的变化
花后 11周内 , 果皮与囊瓣 (果肉 ) 不易分离 , 我们以整果为材料对色素含量作了分析。从花后
11周分别对果皮和囊瓣的色素含量作了分析 , 并计算出平均整果的色素含量 (图 2) 和色素总量
(图 3)。分析结果表明 , 幼果叶绿素 a、叶绿素 b和类胡萝卜素含量较高 , 随果实发育其含量趋于下
降 , 类胡萝卜素含量在花后 21周又趋于上升 , 而叶绿素含量仍然下降 (图 2)。
果实膨大对果皮色素含量具有稀释作用 , 因而叶绿素含量不能准确指示其降解阶段的开始 , 而以
单果叶绿素总量表示更为合适。由图 3可知 , 叶绿素仅在采前 4周才进入降解阶段 , 而叶绿素含量的
下降在采前 12周就已发生 (图 2)。果实发育中期叶绿素 a和叶绿素 b的总量最高 , 而果实发育后期
类胡萝卜素总量最高。图 3所示 , 花后 11至 25周 , 果实叶绿素 a和叶绿素 b总量变化不大。尽管在
这期间果实增重了 3107倍 , 类胡萝卜素总量在果实发育前期呈缓慢增加的趋势 , 花后 21周起迅速增
加 , 在 8周内增加 3127倍 , 类胡萝卜素占总色素中的比例从采前 8周的 23135%上升至采收时的
84140%。
果实类胡萝卜素主要存在于果皮 , 以成熟果实为例 , 虽然果皮质量仅占整果质量的 25171% , 但
果皮类胡萝卜素总量竟占整果的 83162% , 果皮类胡萝卜素含量达囊瓣的 16162倍。果皮类胡萝卜素
含量在花后 13周和 18周以及采收时出现高峰 , 花后 19至 23周时的含量较大幅度下降与此时果皮旺
盛生长和质量增加有关 (图 4)。
213 果实发育期间类胡萝卜素组成的变化
根据标准样品和吸收光谱进行定性分析 , 从发育后期 (采前 12周至采收 ) 的宫内伊予柑果皮样
品中共分离出 23个类胡萝卜素组分 , 其中 7个组分得到鉴定 (表 1)。
随着果实成熟 , 果皮类胡萝卜素总含量明显上升 , 但单一种类的含量变化不一。成熟果皮中含量
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园 艺 学 报 33卷
较丰富的β -隐黄质和玉米黄素含量均在成熟期显著上升 , 与此同时 , 叶黄质、组分 13、组分 16和
α
-胡萝卜素则在成熟果皮中消失 , β -胡萝卜素含量也随成熟急剧下降。
表 1 宫内伊予柑果实成熟期间果皮类胡萝卜素的组成
Table 1 Com position of caroteno ids in peel of r ipe C itrus iyo fru it
组分
Peak
No.
保留时间
Retention
time (m in)
λmax
( nm)
成分
Identification
丰度
Abundance
( % )
组分
Peak
No.
保留时间
Retention
time (m in)
λmax
( nm)
成分
Identification
丰度
Abundance
( % )
1 6188 399, 421, 446 0178 15 20170 423, 441, 462 0
2 8102 396, 421, 447 3112 16 21162 424, 446, 474 0189
3 9118 416, 441, 473 1190 17 22134 424, 446, 473 0
4 13104 399, 423, 448 9115 18 23154 276, 286, 297 八氢番茄红素 2114
5 13160 378, 400, 425 2159 Phytoene
6 14103 378, 401, 425 4128 19 24149 427, 450, 479 β -隐黄质 8100
7 14177 394, 417, 444 13161 β2cryp toxanthin
8 15127 400, 419, 442 14132 20 25167 426, 447, 475 0146
9 15174 402, 427, 452 6136 21 26143 332, 347, 365 六氢番茄红素 0180
10 16134 422, 445, 473 叶黄质 Lutein 0 Phytofluene
11 16136 402, 426, 450 17103 22 28180 424, 446, 474 α -胡萝卜素 0
12 17198 428, 450, 478 玉米黄素 Zeaxanthin 6178 α2carotene
13 18197 421, 441, 468 6188 23 30124 425, 450, 477 β -胡萝卜素 0188
14 19189 422, 445, 473 0 β2carotene
注 : 丰度指采收期果皮中该类胡萝卜素峰面积占类胡萝卜素总峰面积的比例 , 峰面积分别在 286 nm、347 nm和 450 nm处读取。
Note: Abundance is defined as percentage of the area of an individual peak against the total area of all peaks. The areas were recorded at 286
nm, 347 nm and 450 nm respectively.
3 讨论
柑橘类胡萝卜素易被叶绿素所掩盖 , 从外观色泽难以准确判断类胡萝卜素开始积累的时期。分析
结果表明 , 类胡萝卜素从开花期就开始存在于果实 (子房 ) 中 , 随后随着果实膨大而逐渐上升 , 自
采前 8周起类胡萝卜素急剧积累 , 快速积累先于叶绿素降解的启动 (图 3) , 而不是通常所认为的同
步启动〔9〕。商业采收期的宫内伊予柑果实中类胡萝卜素含量仍处于快速上升时期 , 因而推迟采收可
在一定程度上有利于着色 , 果实采收之后类胡萝卜素是否会继续积累尚有待进一步研究。
通过比较不同发育期的类胡萝卜素组成 , 发现叶黄质含量在采前 12周时较低 , 到采前 8周时成
为含量最高的类胡萝卜素 , 采前 4周时含量下降 , 至采收时消失。随着果实发育 , 叶黄质和α - 胡萝
卜素含量急剧下降直至消失 , 而β -隐黄质和玉米黄素含量急剧上升 , 表明类胡萝卜素合成由幼果期
的α主链为主转换为成熟期的β主链为主。同时 , 成熟果皮中积累相当少的β -胡萝卜素而积累较多
的β -隐黄质和玉米黄素应该是由于β -胡萝卜素羟化酶活性得以上升之故。因而 , β - 环羟化活性
的上升是宫内伊予柑果实成熟期间果皮类胡萝卜素代谢的另一个特点。
果实成熟期间果皮中新出现的类胡萝卜素组分 4～组分 9和组分 11的保留时间位于 13～16 m in,
而这 7个组分的最大吸收波长较小 (400～427 nm, 表 1) , 而同时符合此两条件的通常是阿朴类胡萝
卜素 (裂解的类胡萝卜素 )。因而 , 裂解能力的上升是宫内伊予柑果实成熟期间果皮类胡萝卜素代谢
的又一个特点。Navelate甜橙果实着色期间果皮中也出现和积累阿朴类胡萝卜素〔10〕, 表明类胡萝卜素
的裂解还可能是多种柑橘果实成熟期间所共有的特性。
本研究揭示了宫内伊予柑果实发育与成熟期间果实色素的一些规律性变化 , 发现在采前 8周果皮
开始积累类胡萝卜素 , 采前 4周开始脱青 , 果皮类胡萝卜素的积累量远大于囊瓣 , 果皮β主链类胡
萝卜素合成能力、β -环羟化活性和裂解活性在果实成熟期间明显上升。同时 , 未知类胡萝卜素组分
的鉴定、类胡萝卜素裂解相关的酶及其基因的分离、类胡萝卜素代谢的调控途径及机制等问题均有待
于进一步深入研究。
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3期 王伟杰等 : 宫内伊予柑果实发育期间色泽和色素的变化
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