土壤類型對櫻桃番茄VC含量及其相關酶活性的影響

包天莉，梁銀麗，，*，李文平，穆蘭，高德凱

（1.西北農林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；3.西北農林科技大學林學院，陜西楊凌712100）

土壤類型對櫻桃番茄VC含量及其相關酶活性的影響

包天莉1，梁銀麗1，2，*，李文平3，穆蘭2，高德凱3

（1.西北農林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；3.西北農林科技大學林學院，陜西楊凌712100）

以櫻桃番茄（Lycopersicon esculentum var. cerasiforme）為材料，研究溫室內外及塿土黃綿土條件下，櫻桃番茄果實VC含量和抗壞血酸氧化酶（ascorbic acid oxidase，AAO）、抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的變化。結果表明：從結果初期到結果末期，VC含量呈先升后降的趨勢，AAO活性變化先降后升，APX活性呈上升趨勢，PPO活性則隨著生育期的進行不斷下降。同一環(huán)境條件下，塿土櫻桃番茄果實VC含量高于黃綿土；同一土類情況下，露天處理優(yōu)于溫室處理。整個生育期內，塿土露天處理櫻桃番茄果實VC含量顯著高于其他處理，不同處理間差異顯著（P＜0.05）。溫室黃綿土處理櫻桃番茄果實抗壞血酸氧化酶活性最高，露天塿土最低。結果初期APX活性大小順序為露天塿土＞溫室塿土＞溫室黃綿土＞露天黃綿土，結果盛期和結果末期均為露天塿土＞露天黃綿土＞溫室塿土＞溫室黃綿土。而PPO活性在露天黃綿土處理下最高，露天塿土處理次之。果實鮮質量為溫室塿土最高。相關分析表明，VC含量與AAO和PPO活性呈負相關。由VC含量與不同酶類之間的關系及各處理對其影響的結果綜合分析：在保持相對高VC含量，低AAO、APX和PPO活性的情況下，露天塿土處理最佳。

櫻桃番茄；抗壞血酸；抗壞血酸氧化酶；抗壞血酸過氧化物酶；多酚氧化酶

VC又名抗壞血酸，是植物和大多數(shù)動物體內合成的一類己糖內酯化合物［1］。由于人類和一些靈長類動物體內合成VC的最后一個酶發(fā)生了突變，所以需要從膳食中攝取VC［2］。相關研究表明，人類每日攝入10mg VC，即可防治壞血病［3］。營養(yǎng)學家證實，補充含有大量來自水果和蔬菜的高VC的膳食可以降低心血管疾病、癌癥和神經退行性疾病的發(fā)病率［4］。同時，VC是植物體許多重要酶的輔酶，參與植物激素、次生代謝產物的合成和一些氨基酸殘基的羥基化作用［5-7］。

催化VC分解的氧化酶主要有兩個：抗壞血酸氧化酶（ascorbic acid oxidase，AAO）［8］和抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）［9］。高等植物中分解H2O2的酶系統(tǒng)中，APX是其中的關鍵酶［10］。AAO定位于細胞壁［11］，被認為是抗壞血酸氧代謝途徑中主要的酶［12］。Fotopoulos等［13］研究表明，AAO過表達引起與原生質體外的抗壞血酸循環(huán)有關基因的表達量下降，原生質體外氧化態(tài)的VC含量升高，使植物對氧化脅迫的耐受力降低。多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）是一類質體金屬酶，能直接以O2為氧化底物將酚氧化為醌，使木質素大量合成，從而抑制病原菌的進一步侵染［14］。抗壞血酸可以將醌類產物還原到其最初的酚醛結構，避免發(fā)生次級反應，生成褐色多聚物，從而抑制PPO活性［15］。

具有水果蔬菜之稱的番茄含有豐富的人體所需營養(yǎng)物質，尤其是VC含量極高［16］。環(huán)境條件的不同引起光照水平、溫度、水分的變化［17］，并進一步影響作物的產量與品質。土壤是作物賴以生存的物質基礎［18］，其肥力的高低直接影響作物產量水平及品質高低。前人對VC的研究多集中在對VC合成的機理研究以及探討不同蔬菜瓜果體內VC含量高的原因，而關于不同栽培條件及土壤類型對VC的研究尚少。本實驗研究了不同栽培條件和土壤類型對VC含量及相關酶類的影響，測定櫻桃番茄果實中VC含量的變化與氧化分解酶活性的變化并分析它們之間的關系，通過選擇優(yōu)勢土壤及適宜的栽培條件，提高櫻桃番茄果實的VC含量。

1　材料與方法

1.1材料、土壤與試劑

金廣播紅喜櫻桃番茄由楊凌裕豐種子有限公司提供。

實驗于2013年4—9月在陜西楊凌西北農林科技大學實驗場日光溫室和有遮雨塑料薄膜的露天進行。日光溫室長28.0m、寬8.0m，鋼架結構；露天實驗場長20m、寬8.0m。兩種土類：黃綿土和塿土。黃綿土耕層容重為1.09g/cm3，田間持水量為220g/kg；塿土耕層容重為1.2g/cm3，田間持水量為240g/kg（表1）。

表1　供試土壤基本理化性質Table1Physicochemical properties of the tested soils

磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉廣東光華科技股份有限公司；乙二胺四乙酸二鈉、過氧化氫、草酸、抗壞血酸、可溶性淀粉、碘化鉀天津博迪化工科技股份有限公司；磷酸二氫鈉、冰醋酸成都科龍化工試劑廠；鄰苯二酚（化學純）、偏磷酸國藥集團化學試劑有限公司；三氯乙酸上海青析化工科技有限公司；碘酸鉀北京化工廠；鉬酸銨上海膠體化工廠。

1.2儀器與設備

LI-6400便攜式光合儀美國LI-COR公司；CR21G型高速冷凍離心機日本Hitachi公司；分光光度計上海棱光技術有限公司；FA1004分析天平沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋國華電器有限公司；HOBOWARE大氣溫濕度記錄儀廣州駿凱電子科技有限公司。

1.3方法

1.3.1空氣溫濕度、地溫、土壤水分和光照強度的測定

大氣溫度和相對濕度用HOBOWARE測定，二者均為每小時自動記錄一次數(shù)據(jù)。測定5、10、20、35cm土壤溫度。幼苗定植后澆穩(wěn)苗水，之后每隔5～7d進行灌水，灌水量控制在田間最大持水量的70%～85%，水表控制。在不同生育期用LI-6400便攜式光合儀測定環(huán)境中光照強度（表2）。

表 2 櫻桃番茄不同生育期室內外環(huán)境因素Table 2 Indoor and outdoor environmental factors for cherry tomato at different growth stages

1.3.2番茄果實VC含量及相關酶類測定

分別于櫻桃番茄結果初期（5月20日—6月22日）、結果盛期（6月23日—7月16日）、結果末期（7月17日—8月7日）采摘長勢均勻、生理成熟度一致的20個成熟櫻桃番茄果實，去皮切塊混勻后隨機取樣，用液氮處理并保存于-80℃待用。

VC含量測定：取預處理的切塊番茄果實100g，用榨汁機榨成勻漿，采用紫外分光光度法［19］測定VC含量。

AAO活性測定［20］：稱取約2g果肉在pH6.0的磷酸緩沖液中4℃冰浴研磨成勻漿，洗入50mL容量瓶中用磷酸緩沖液定容。放入18～20℃水浴中浸提30min，收集上清液用于測定AAO活性，重復3次。

APX活性測定：參照《植物生理學實驗教程》［21］做適當改進：稱取2g果肉在含1mmol乙二胺四乙酸二鈉（ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt，EDTA-Na2）的50mmol/L pH7.0磷酸鹽緩沖液于4℃條件下研磨成勻漿，15000r/min離心15min，用磷酸鹽緩沖液定容至5mL，取部分上清液經適當稀釋后用于酶活性測定。3mL的APX反應液含1.8mL50mmol/L pH7.0磷酸鹽緩沖液、0.1mL15mmol/L VC溶液、1mL0.3mmol/L H2O2溶液，測定290nm波長處光密度（OD）值的變化。以1min內OD290nm減少0.01為1個酶活力單位（U）。

PPO活性測定：取約2g果肉在50mmol/L pH6.5磷酸鹽緩沖液4℃研磨成勻漿，并低溫3000r/min離心10min，上清液轉入25mL容量瓶中。沉淀用5mL磷緩再提取2次，上清液并入容量瓶中，定容至25mL，低溫保存?zhèn)溆谩７磻褐泻?.9mL50mmol/L磷酸鹽緩沖液、1.0mL0.1mol/L鄰苯二酚和0.1mL酶液。37℃保溫10min，迅速放入冰浴中，立即加入2mL20%三氯乙酸，終止酶反應。反應液于5000r/min離心10min，收集上清，于525nm波長處測定OD值［21］。

1.3.3鮮質量的測定

不同生育期收獲所有生理成熟的櫻桃番茄果實稱質量，并計算平均單果質量。

2　結果與分析

2.1土壤類型對櫻桃番茄VC含量及相關酶活性的影響

2.1.1土壤類型對櫻桃番茄VC含量的影響

圖1　不同土壤類型對櫻桃番茄VC含量的影響Fig.1Effect of soil type on vitamin C content in cherry tomato

由圖1可知，在櫻桃番茄整個生長過程中，VC的積累呈先升后降的變化規(guī)律。結果盛期是櫻桃番茄VC積累量最多和最重要的時期。結果盛期以后植株逐漸衰老，

VC含量下降。相同栽培方式條件下，塿土櫻桃番茄果實VC含量高于黃綿土。同一土類情況下，露天處理優(yōu)于溫室處理。整個生育期內，塿土露天處理櫻桃番茄果實VC含量顯著高于其他處理，不同處理間差異顯著（P＜0.05）。VC含量高低順序分別為露天塿土＞溫室塿土＞露天黃綿土＞溫室黃綿土。

圖2土壤類型對櫻桃番茄PPO活性的影響Fig.2Effect of soil type on PPO activity in cherry tomato

2.1.2土壤類型對櫻桃番茄PPO活性的影響及與VC含量的關系分析由圖2可知，從結果初期到結果盛期，PPO活性不斷下降。PPO活性在結果初期各處理間差異顯著，而在結果盛期和結果末期各處理間差異不顯著。露天處理PPO

活性顯著高于溫室，相同栽培條件下，黃綿土PPO活性高于塿土。相關分析得出，不同時期VC含量與PPO活力呈負相關，相關系數(shù)分別為-0.682、-0.754和-0.780。隨著VC含量的升高，PPO活性下降。說明VC含量較高的情況下，可以有效抑制PPO活性。

2.1.3土壤類型對櫻桃番茄AAO和APX活性的影響及與

VC含量的關系分析

表3不同土壤類型對櫻桃番茄AAO、APX活性的影響Table3Effect of soil type on ascorbate oxidase and ascorbate peroxidase activities in cherry tomatoomato

注：同列不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。

由表3可知，整個生育期內，溫室黃綿土處理櫻桃番茄果實AAO活性較高。結果初期溫室黃綿土處理櫻桃番茄果實AAO活性分別比露天黃綿土、溫室塿土和露天塿土處理提高了39.4%、92.4%和186.8%；結果盛期分別提高了24.6%、29.1%和97.2%；結果末期分別提高了27.4%、50.7%和122.9%。從不同時期櫻桃番茄果實AAO活性的變化可以看出，結果初期到結果盛期AAO活力的變化速率較快，而從結果盛期到結果末期變化速率相對較慢。

不同處理對櫻桃番茄果實APX活性有一定影響，對其影響最大的為露天塿土處理。結果初期APX活性順序為露天塿土＞溫室塿土＞溫室黃綿土＞露天黃綿土，結果盛期和結果末期均為露天塿土＞露天黃綿土＞溫室塿土＞溫室黃綿土。結果初期露天塿土處理分別比溫室塿土、溫室黃綿土和露天黃綿土處理APX活性提高195.3%、250.5%和332.3%；結果盛期和結果末期比露天黃綿土、溫室塿土和溫室黃綿土分別提高71.4%、263.9%、401.3%和13.0%、16.1%和17.0%。由此可知，結果初期和結果盛期露天塿土處理對APX活性影響較為明顯。

隨著生育期的進行，AAO活性呈先降后升的變化趨勢，結果初期活性最高。而APX活性隨著生育期的進行不斷升高。由圖1可知，整個生育期VC含量的變化趨勢為先升后降。相關分析得出，結果初期、結果盛期和結果末期VC含量與AAO活性呈負相關，相關系數(shù)分別為-0.927、-0.945和-0.819；與APX活性呈正相關，相關系數(shù)分別為0.381、0.299和0.477，相關趨勢與李坤等［22］研究結果一致。AAO活性小，說明VC的氧化分解少，即積累量就多。雖然APX與VC呈正相關，但相關系數(shù)較小，所以對VC的積累影響不大。

2.2土壤類型對櫻桃番茄鮮質量的影響

櫻桃番茄果實發(fā)育的大致情況表明，其鮮質量在發(fā)育過程中呈先升后降的變化趨勢，結果末期鮮質量最低（圖3）。整個生育期內，結果初期和結果盛期各處理差異顯著，結果末期差異不大。

圖3不同土壤類型對櫻桃番茄鮮質量的影響Fig.3Effect of soil type on fresh weight in cherry tomato

溫室處理櫻桃番茄果實鮮質量大于露天處理。相同栽培環(huán)境條件下，塿土櫻桃番茄果實鮮質量大于黃綿土。整體來看，不同生育期櫻桃番茄果實鮮質量為溫室塿土最高，結果初期溫室塿土櫻桃番茄果實鮮質量分別比溫室黃綿土、露天塿土和露天黃綿土處理提高了47.6%、33.6%和4.0%；結果盛期分別提高了21.3%、14.9%和11.7%；結果末期分別提高了23.9%、18.5%和3.2%。

3　討論與結論

近年來，高等植物中VC物合成途徑逐漸被揭示，特別是明確了VC生物合成的L-半乳糖途徑［23］。櫻桃番茄根冠之間存在著一種動態(tài)功能均衡關系，發(fā)達的根系是櫻桃番茄高產的前提［24］，而土壤又是根系著生的溫床，根系與植株生長好壞與土壤理化性質有著密不可分的聯(lián)系。同時，環(huán)境條件的不同對作物品質及產量也有一定的影響。本研究結果表明，塿土櫻桃番茄果實VC含量高于黃綿土。可以推測，塿土質地黏重，保水保肥性較好，可以為植株生長發(fā)育提供足夠的養(yǎng)分，有利于同化物運輸，因而VC含量較高。同一土類條件下，露天處理優(yōu)于溫室處理。這可能與晝夜溫差有關，王慶賀等［25］研究表明，在晝夜溫差較大時，果實VC等品質皆提高。由于溫室環(huán)境較為穩(wěn)定，晝夜溫差小，所以VC含量相對較低。

不同處理對櫻桃番茄果實AAO、APX、PPO和鮮質量影響顯著。整個生育期內，溫室黃綿土處理櫻桃番茄果實抗壞血酸氧化酶活性最高，露天塿土最低。APX活性為露天塿土處理最高，而PPO活性在露天黃綿土處理下最高，露天塿土處理次之。鮮質量為溫室塿土最高。VC含量在結果盛期達到最大值，而AAO活性此時最低，有利于VC的積累。這樣，一方面VC在持續(xù)不斷地合成，另一方面其氧化損失很少，從而使VC高水平積累［1］。雖然結果盛期APX活性較高，但相關分析表明APX對VC含量影響不大，PPO活性此時相對較低，所以結果盛期采摘可獲得高VC含量的櫻桃番茄。

由VC含量與不同酶類之間的關系和各處理對其影響的綜合分析：在保持相對高VC含量，低AAO、APX和PPO活性的情況下，露天塿土處理最佳。

［1］安華明，陳力耕，樊衛(wèi)國，等.刺梨果實中維生素C積累與相關酶活性的關系［J］.植物生理與分子生物學學報，2005，31（4）：431-436.

［2］FRANSSON L A，MANI K.Novel aspects of vitamin C：how important is glypican-1recycling？［J］.Trends in Molecular Medicine，2007，13（4）：143-149.

［3］陳炳卿.營養(yǎng)與食品衛(wèi)生學［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2000：65-67.

［4］于芳.維生素E、維生素C與基因的穩(wěn)定性［J］.國外醫(yī)學：衛(wèi)生學分冊，2002，29（3）：141-145.

［5］LOEWUS F A，LOEWUS M W.Biosynthesis and metabolism of ascorbic acid in plants［J］.Critical Reviews in Plant Sciences，1987，5（1）：101-119.

［6］SMIRNOFF N，CONKLIN P L，LOEWUS F A.Biosynthesis of ascorbic acid in plants：a renaissance［J］.Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，2001，52：437-467.

［7］ARRIGONI O，DETULLIO M C.Ascorbic acid：much more than just an antioxidant［J］.Biochimica and Biophysica Acta，2002，1569（1/3）：1-9.

［8］KATO N，ESAKA M.Changes in ascorbate oxidase gene expression and ascorbate levels in cell division and cell elongation in tobacco cells［J］.Physiologia Plantarum，1999，105（2）：321-329.

［9］DAVLETOVA S，RIZHSKY L，LIANG H J，et al.Cytosolic ascorbate peroxidase1is a central component of the reactive oxygen gene network of Arabidopsis［J］.Plant Cell，2005，17（1）：268-281.

［10］ HINER A，RODRIGUEZ-LOPEZ J，ARNAO M，et al.Kinetic study of the inactivation of ascorbate peroxidase by hydrogen peroxide［J］.Biochemical Journal，2000，348：321-328.

［11］SANMARTIN M，PATERAK I，CHATZOPOULOU F，et al.Differential expression of the ascorbate oxidase multigene family during fruit development and in response to stress［J］.Planta，2007，225（4）：873-885.

［12］NAKAMURA T，MAKINO N，OGURA Y.Purification and properties of ascorbate oxidase from cucumber［J］.Journal of Biochemistry，1968，64（2）：189-195.

［13］FOTOPOULOS V，SANMARTIN M，KANELLIS A K.Effect of ascorbate oxidase over-expression on ascorbate recycling gene expression in response to agents imposing oxi dative stress［J］.Journal of Experimental Botany，57（14）：3933-3943.

［14］黑銀秀，朱為民，郭世榮，等.核黃素和接種番茄黃化曲葉病毒對番茄葉片防御酶活性的影響［J］.西北植物學報，2011，31（11）：2252-2258.

［15］RUHIYE Y，MAURICE R，MARSHALL.Physicochemical properties and function of plant polyphenol oxidase：a review［J］.Food Biochemistry，2003，27（5）：361-422.

［16］董潔，鄒志榮，燕飛，等.不同施肥水平對大棚番茄產量和品質的影響［J］.北方園藝，2009（12）：38-41.

［17］于飛，王得祥，史曉曉，等.不同生態(tài)條件下松櫟混交林3種優(yōu)勢喬木種群的更新規(guī)律［J］.西北植物學報，2013，33（5）：1020-1026.

［18］張賓，王法宏，司紀升，等.小麥-玉米周年高產形成的生態(tài)條件分析［J］.山東農業(yè)科學，2013，45（7）：55-58.

［19］李玲.植物生理學模塊實驗指導［M］.北京：科學出版社，2009：52-54.

［20］高俊鳳.植物生理學實驗指導［M］.北京：高等教育出版社，2005：123-126.

［21］湯紹虎，羅充.植物生理學實驗教程［M］.重慶：西南師范大學出版社，2012：213-214；126-127.

［22］李坤，韓道杰，許貞杭，等.不同蔬菜產品器官抗壞血酸含量與其相關酶活性的關系［J］.西北農業(yè)學報，2008，17（5）：257-262.

［23］WHEELER G L，JONES M A，SMIRNOFF N.The biosynthetic pathway of vitamin C in higher plants［J］.Nature，1998，393：365-369.

［24］吳燕，梁銀麗.灌溉方式對溫室櫻桃番茄結果期根系特征與產量的影響［J］.干旱地區(qū)農業(yè)研究，2012，30（4）：37-41.

［25］王慶賀，楊忠，李亞東，等.生態(tài)條件對越橘果實產量和品質的影響［J］.吉林農業(yè)大學學報，2009，31（5）：561-564；569.

Effect of Soil Type on Vitamin C Content and Activities of Related Enzymes in Cherry Tomato

BAO Tianli1，LIANG Yinli1，2，*，LI Wenping3，MU Lan2，GAO Dekai3
（1.College of Resources and the Environment，Northwest A&F University，Yangling712100，China；2.Institute of Soil and Water Conservation，Ministry of Water Resources and Chinese Academy of Sciences，Yangling712100，China；3.College of Forest，Northwest A&F University，Yangling712100，China）

The cherry tomato（Lycopersicon esculentum var. cerasiforme)was used to investigate vitamin C（VC）content，ascorbic acid oxidase（AAO），ascorbate peroxidase（APX）and polyphenol oxidase（PPO）activities under greenhouse and outdoor condition with Lou soil or loessial soil during the fruiting period.The results showed that from early to later fruiting stages，the VC content increased firstly then decreased，whereas the AAO activity exhibited the opposite trend.Meanwhile，APX activity showed an increasing trend while PPO activity presented a decreasing trend.The VC content was higher in cherry tomatoes from Lou soil than those from loessial soil under the same culti vation condition and it was better in outdoor than in greenhouse with the same type of soil.The vitamin C content was significantly higher in outdoor Lou soil cultivation than other treatments during the growth seasons.A significant difference between o utdoor Lou soil culture and other treatments was observed（P <0.05）.However，AAO activity was the highest in greenhouse loessial soil treatment and the lowest in outdoor Lou soil treatment.The ascorbate peroxidase activity followed the order of outdoor Lou soil>g reenhouse Lou soil>greenhouse loessial soil>outdoor loessial soil during the early fruiting stage，while followed the order outdoor Lou soil>outdoor loessial soil>greenhouse Lou soil>greenhouse loessial soil during the full fruiting stage and later fruiting stage.PPO activity was the highest in outdoor loessial soil treatment and outdoor Lou soil treatment took second place.Correlation analysis indicated that the activities of AAO and PPO were negatively correlated with ascorbic acid content.Therefore，outdoor Lou soil was optimum treatment for preserving high ascorbic acid content and low AAO，APX and PPO activities.

cherry tomato；ascorbic acid（VC）；ascorbate oxidase（AAO）；ascorbate peroxidase（APX）；polyphenol oxidase（PPO）

S641.2

A

1002-6630（2015）05-0024-05

10.7506/spkx1002-6630-201505005

2014-05-07

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2014BAD14B006；2011BAD31B05）

包天莉（1989—），女，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)研究。E-mail：b973583030@163.com

梁銀麗（1957—），女，教授，博士，主要從事植物生理生態(tài)研究。E-mail：liangyl@ms.iswc.ac.cn