不同葫蘆科作物中瓜氨酸含量的比較

ALI Aslam　王偉偉　何 楠　路緒強　趙勝杰　朱紅菊　劉文革

摘 要： 為了解瓜氨酸在不同葫蘆科作物中的含量差異，以9種葫蘆科作物為研究對象，分別測定了其果實、老葉、幼葉、根、莖中的瓜氨酸含量。結果表明，比較9種葫蘆科作物的所有組織中的瓜氨酸含量，發現西瓜（Citrullus lanatus）果實中的瓜氨酸含量（w，后同）最高，可以達到1.40 g·kg-1，其次是絲瓜（Luffa aegyptiaca）老葉中的瓜氨酸含量，為0.85 g·kg-1，再次是苦瓜（Momordica charantia）老葉中的瓜氨酸含量，為0.66 g·kg-1。比較不同葫蘆科作物同一組織間瓜氨酸含量發現，不同作物果實中，西瓜的瓜氨酸含量最高，為1.40 g·kg-1;莖中瓠瓜（Lagenaria siceraria）的瓜氨酸含量最高，為0.39 g·kg-1;根中苦瓜的瓜氨酸含量最高，為0.43 g·kg-1，幼葉中苦瓜的瓜氨酸含量最高，為0.47 g·kg-1，而在老葉中絲瓜的瓜氨酸含量較高，為0.85 g·kg-1。綜上所述，葫蘆科作物不僅在果實中含有瓜氨酸，其他組織也是潛在的瓜氨酸來源。

關鍵詞： 葫蘆科;瓜氨酸;果實;老葉;幼葉;莖;根

中圖分類號：S642+S65? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1673-2871（2020）06-006-06

Abstract： To find out the alternative source of citrulline. Citrulline contents were compared in fruits， young leaves， old leaves， roots， and stems of 9 specieses from cucurbits. The result showed that watermelon （Citrullus lanatus） fruits have the highest citrulline content 1.40 g·kg-1 in all tissues of 9 cucurbit crops， followed by old leaves of luffa （Luffa aegyptiaca） 0.85 g·kg-1， old leaves of bitter gourd （Momordica charantia） 0.66 g·kg-1. Watermelon fruit accumulated highest amount of citrulline 1.40 g·kg-1 compared to fruits of other cucurbits crops. Among stems of different crops， calabash gourd （Lagenaria siceraria） was richest in citrulline content 0.39 g·kg-1， while among the roots of different crops， bitter gourd had the maximum amount of citrulline 0.43 g·kg-1. Bitter gourd and smooth luffa had highest concentration of citrulline in young and old leaves， 0.47 g·kg-1 and 0.85 g·kg-1 respectively compared to leaves of other cucurbits. Results suggest that not only the fruits but other plant parts of tested cucurbits can also be the potential source for citrulline.

Key words： Cucurbits; Citrulline; Fruit; Old leaves; Young leaves; Stem; Root

葫蘆科是世界上最重要的食用植物科之一，共有126個屬，900多個種，世界各地均有分布，在熱帶和亞熱帶地區種類較多，在中國分布有33個屬，150多個種，其中主要作物有黃瓜（Cucumis sativus）、甜瓜（Cucumis melo）、西瓜（Citrullus lanatus）、苦瓜（Momordica charantia）、絲瓜（Luffa aegyptiaca）、冬瓜（Benincasa hispida）、南瓜（Cucurbit maxima）、西葫蘆（Cucurbita pepo）等，在人們的飲食中占有重要地位，部分瓜類含有瓜氨酸、谷胱甘肽、維生素C等營養成分，對人體具有重要的保健功能[1-3]。瓜氨酸最早從西瓜汁中發現，是一種人體內非蛋白質氨基酸，存在的主要形式是L-瓜氨酸[4]。瓜氨酸對羥自由基具有較高的活性，可以清除羥自由基，具有抗氧化功能，能夠延緩衰老;又可以促進血液循環，舒張血管，提高機體免疫力，維持膽固醇和血糖水平的正常;另外，瓜氨酸在治療男性性功能障礙方面具有重要作用[5-11]。瓜氨酸主要存在于甜瓜、南瓜、西瓜等葫蘆科作物果實、日本樺樹（Betula mandschurica var. japonica）的木質部、核桃仁及核桃幼苗中[12-15]，其他作物和食品中也含有少量瓜氨酸，如魚類、黑巧克力、堅果、鷹嘴豆、洋蔥、蘑菇、杏仁和發酵食品等[16]。

隨著人們健康意識的增強，科研人員越來越注重對瓜氨酸的研究。Fish等[17]以常見的水果和蔬菜為材料進行氨基酸含量分析，發現商品西瓜中的瓜氨酸含量較高。Tedesco等[18]以苦瓜、絲瓜、西葫蘆、冬瓜、南瓜、甜瓜、黃瓜和西瓜的果實為研究對象，發現西瓜果實中瓜氨酸含量最高。李蒙蒙等[3]研究發現，不同的品種和生態環境均能顯著影響西瓜果實瓜氨酸含量，并且環境對不同品種西瓜瓜氨酸含量的影響程度存在差異;2017年李蒙蒙等[5]又報道了西瓜瓜氨酸含量還與果肉顏色及栽培類型有關，這可能是由于人們對西瓜的馴化造成的。萬學閃等[19]對不同品種西瓜果實發育過程中瓜氨酸等功能物質含量的動態變化進行分析，結果發現瓜氨酸含量在接近成熟期達到峰值。2019年李蒙蒙等[20]研究報道了南瓜砧木嫁接的西瓜果實中瓜氨酸含量較自生根西瓜果實中的高，這與瓜氨酸合成途徑中相關基因的表達水平有關。目前關于常見的葫蘆科作物各組織中的瓜氨酸含量比較的報道較少，筆者通過比較9種葫蘆科作物不同組織中的瓜氨酸含量，旨在尋找含量最高、成本最低的瓜氨酸來源，也為今后研究瓜氨酸在不同組織間的轉運機制提供一定的基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為9種葫蘆科作物，分別為西瓜（Citrullus lanatus）、冬瓜（Benincasa hispida）、黃瓜（Cucumis sativus）、瓠瓜（Lagenaria siceraria）、苦瓜（Momordica charantia）、絲瓜（Luffa aegyptiaca）、甜瓜（Cucumis melo）、南瓜（Cucurbit maxima）和西葫蘆（Cucurbita pepo），這些材料均為商品種，詳細信息見圖1和表1。

1.2 田間試驗設計

田間試驗在河南省新鄉縣七里營鄭州果樹研究所試驗基地進行。供試材料于2018年3月中旬播種，1個月之后移栽到溫室大棚。試驗采用隨機區組設計，3次重復，每個重復3株。植株行距為0.60 m，株距為0.50 m，小區面積約40 m2，所有試驗材料均為吊蔓栽培，每株材料均保留1個果實;所有試驗材料統一進行施肥、灌溉、田間管理和病蟲害防治;當植物進入花期時，進行人工授粉，并標記授粉時間;根據不同材料成熟期適時采收。

1.3 試驗方法

果實采收取樣的同時，對其他組織取樣，取樣標準參照表1，將取得的樣品用錫箔紙包裹，立即放入液氮中冷凍，然后轉移到-80 ℃冰箱中備用。

瓜氨酸含量測定采用分光光度法測定[3]：稱取新鮮樣品3 g，高通量組織研磨儀（鼎昊源科技 TL2020）破壁;加入體積比為9∶1的甲醇和6 mol·L-1鹽酸配成的提取液4.50 mL，55 ℃水浴20 min，用1 g活性炭使稀釋溶液脫色后過濾;取1 mL濾液，加7 mL蒸餾水稀釋;取4 mL稀釋液，加入體積比為3∶1的硫酸和磷酸混合液1 mL和30 g·L-1二乙酰一肟0.25 mL，搖勻;避光煮沸30 min，冷卻至室溫，用紫外分光光度計（LabTech UV8100）測定波長490 nm處的吸光度，根據標準曲線方程計算瓜氨酸含量。

分光光度計法標準曲線[4]（圖2）：將瓜氨酸標準樣品分別配制成濃度為0.16、0.14、0.12、0.10、0.08、0.06、0.04、0.02、0.015、0.01 mg·mL-1標樣溶液，經反應后用紫外分光光度計在490 nm波長處測定吸光值，以吸光值為橫坐標，以濃度為縱坐標，繪制標準曲線。

瓜氨酸含量（g·kg-1）= 0.096 6 x + 0.003 2，R2=0.997 6;

其中x=490 nm處吸光值;0.096 6=標準曲線斜率;0.003 2=曲線截距。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2007進行相關數據處理，利用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著性差異檢驗（Least Significant）計算瓜氨酸含量的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 9種葫蘆科作物老葉中的瓜氨酸含量

由圖3-a可知，9種葫蘆科作物老葉中可測得的瓜氨酸含量變化范圍為0.14～0.85 g·kg-1，老葉中瓜氨酸含量最高的是絲瓜（0.85 g·kg-1），顯著高于其他作物，之后依次為苦瓜（0.66 g·kg-1）、甜瓜（0.46 g·kg-1）、瓠瓜（0.40 g·kg-1）、西瓜（0.29 g·kg-1）和西葫蘆（0.21 g·kg-1），在南瓜和黃瓜的老葉中未檢測到瓜氨酸。

2.2 9種葫蘆科作物中幼葉的瓜氨酸含量

由圖3-b可知，9種葫蘆科作物幼葉中可測得的瓜氨酸的變化范圍為0.06～0.47 g·kg-1。苦瓜幼葉的瓜氨酸含量最高，為0.47 g·kg-1，顯著高于其他作物，其次是瓠瓜（0.22 g·kg-1）、黃瓜（0.18 g·kg-1）和西瓜（0.17 g·kg-1）;甜瓜、絲瓜和南瓜幼葉中瓜氨酸含量相近，約為0.12 g·kg-1;冬瓜幼葉中積累的瓜氨酸含量最少，為0.06 g·kg-1;而在西葫蘆幼葉中沒有檢測到瓜氨酸。

2.3 9種葫蘆科作物莖中的瓜氨酸含量

由圖3-c可知，9種葫蘆科作物莖中可測得的瓜氨酸質量分數變化范圍為0.11～0.39 g·kg-1。其中瓠瓜莖中的瓜氨酸質量分數最高，為0.39 g·kg-1，顯著高于其他作物，之后是冬瓜，為0.30 g·kg-1;絲瓜、苦瓜和甜瓜莖中的瓜氨酸質量分數為0.14～0.15 g·kg-1;西瓜和黃瓜莖中檢測到有微量的瓜氨酸，黃瓜莖中瓜氨酸含量最低，為0.11 g·kg-1;而南瓜和西葫蘆莖中沒有檢測到瓜氨酸。

2.4 9種葫蘆科作物根中的瓜氨酸含量

由圖3-d可知，9種葫蘆科作物根中可測得的瓜氨酸質量分數在0.06～0.43 g·kg-1之間。其中，苦瓜根中瓜氨酸質量分數最高，為0.43 g·kg-1，之后依次是絲瓜（0.36 g·kg-1）、黃瓜（0.22 g·kg-1）、瓠瓜（0.17 g·kg-1）、西葫蘆（0.15 g·kg-1）和西瓜（0.12 g·kg-1）;甜瓜根中瓜氨酸的質量分數最低，為0.06 g·kg-1;其中，苦瓜和絲瓜根中的瓜氨酸含量顯著高于其他作物。雖然，在南瓜老葉和莖中未檢測到瓜氨酸，但是在南瓜的根中檢測到少量的瓜氨酸。

2.5 9種葫蘆科作物中果實的瓜氨酸含量

由圖3-e可知，西瓜果實中的瓜氨酸質量分數最高，為1.41 g·kg-1，顯著高于其他作物，之后依次是甜瓜（0.34 g·kg-1）、絲瓜（0.20 g·kg-1）、冬瓜（0.20 g·kg-1）、黃瓜（0.16 g·kg-1）、南瓜（0.11 g·kg-1）和西葫蘆（0.03 g·kg-1）;在瓠瓜和苦瓜的果實中沒有檢測到瓜氨酸。

3 討論與結論

瓜氨酸可參與一系列代謝過程，不僅在醫學上有重要的生理功能，在植物中還可參與植物逆境的調節，Kawasaki等[6]研究表明，野生西瓜的耐旱性與水分狀態的維持和瓜氨酸積累的代謝變化有關;Akashi等[21]研究表明，在干旱炎熱的沙漠里，野生西瓜葉片中累積大量的瓜氨酸來清除體內多余的自由基，抵御逆境的傷害;Takahara等[22]研究表明，在干旱或強光脅迫下，谷氨酸-N-乙酰轉移酶可以有效參與野生西瓜葉片中瓜氨酸的生物合成;Dasgan等[23]研究表明，鹽脅迫可誘導甜瓜葉片累積較多的瓜氨酸。綜上所述，瓜氨酸可以在逆境脅迫條件下，維持植物的生長。

瓜氨酸最早是從西瓜中提取的，后來發現在南瓜、黃瓜和葫蘆等蔬菜中也含有瓜氨酸;香瓜和甜瓜等水果中也含有了一定的瓜氨酸;魚、肉類、雞蛋、牛奶和豆類食品中也含有大量的瓜氨酸。筆者用9種葫蘆科作物的不同組織提取瓜氨酸，結果發現瓠瓜和苦瓜的果實中不含瓜氨酸，但其他部位都含有大量的瓜氨酸;黃瓜和南瓜的老葉中沒有瓜氨酸，西葫蘆的幼葉中不含瓜氨酸，南瓜和西葫蘆的莖中不含瓜氨酸。Fish等[24]研究測定了哈密瓜、黃瓜和西瓜中的瓜氨酸含量，結果發現黃瓜中的瓜氨酸含量最低;Hartman等[25]研究西瓜、甜瓜、苦瓜、南瓜等瓜氨酸含量，結果發現西瓜和甜瓜的瓜氨酸含量較高;本研究結果與前人研究報道的結果基本一致。

瓜氨酸在不同部位的含量差異表明瓜氨酸的產生具有組織特異性，可以滿足植株不同部位對氮的需求。有研究報道瓜氨酸是一種具有高氮碳比的生理氨基酸，在生物代謝過程中起到了重要作用[7];萬學閃等[26]研究了無籽西瓜果實不同部位瓜氨酸的含量，結果發現不同品種間瓜氨酸的含量差異明顯，并且西瓜果實不同部位間瓜氨酸含量也有很大差異，中間部位大于近皮部;筆者對9種葫蘆科作物根部的瓜氨酸進行測定，結果發現其根部都含有瓜氨酸，因此推測不同器官中瓜氨酸的含量與葫蘆科作物根系吸收營養物質的能力有關，這種吸收能力依賴于整個根系的大小和生長，可以調節瓜氨酸途徑的反饋機制，最終影響瓜氨酸含量。

筆者對9種葫蘆科作物的不同組織的瓜氨酸含量進行測定，結果發現西瓜果實中的瓜氨酸含量高于其他8種葫蘆科作物在果實、葉片、莖和根中瓜氨酸的含量;試驗結果表明，西瓜果實、絲瓜老葉和苦瓜老葉是瓜氨酸的潛在來源，為今后瓜氨酸的產業化生產及研究其在不同部位的轉運機制提供了一定的基礎。

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